雙光路四ccd拼接電視攝像裝置的製作方法

2023-05-07 17:55:31 3

專利名稱：雙光路四ccd拼接電視攝像裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於光電探測領域，涉及一種多C⑶器件拼接的電視攝像裝置，主要應用於火炮光電跟蹤系統。
背景技術：
C⑶攝像機作為火炮光電偵察探測系統的必要組成部分，通常用於對目標的跟蹤和監測，它一般由一個CCD成像器件和不同的光學系統構成,不同的光學系統具有不同的視場大小和解析度指標。對於一個光學系統而言，視場大時，解析度低，為了擴大視場又不降低解析度，可以通過雙CCD或多CCD的拼接方式接收同視場光路的光學圖像來實現。 對於同光路雙CCD拼接方式而言，通常採用半透半反分光稜鏡將入射光分為兩路射出，兩路出射光光能均為入射光的一半，它們分別成像於兩個CCD靶面上。兩個CCD上的圖像經過電路處理後形成一幅雙C⑶拼接的圖像畫面。然而，這種拼接方式視場擴容有限。如果要實現更大視場進行四CCD拼接時，就需採用兩級分光稜鏡才能實現更多CCD無縫拼接，這時光學系統到達CXD的光能量要損失四分之三。當CXD攝像機應用於較低照度環境時，這種多CCD拼接方式光能量損失對CCD攝像機的使用性能和圖像質量會產生嚴重影響。目前CXD的拼接主要是雙CXD的拼接應用，而同光路四CXD拼接時由於光能損失過大在實際應用中受到限制。採用雙光路圖像合成技術可以解決同光路四C⑶拼接時造成的光能損失過大的問題。但是，採用了雙光路合成成像時，當兩路光學光軸出現偏差大於0. 3個像素時CCD感光能量下降明顯，CXD圖像輸出會出現重影從而導致圖像解析度明顯下降。要保證雙光路圖像合成時CCD圖像輸出的質量，各光路在CCD靶面成像位置必須小於0. I個像素才能滿足正常圖像合成的要求。通常我們採取的雙光路光軸調試方式可以保證各光路在CCD靶面成像位置誤差約為0. 5-1個像素，無法滿足雙光路圖像合成時CCD圖像輸出的質量要求。

發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有CCD拼接技術存在的不足，提供一種採用圖像合成調整機構的雙光路四C⑶拼接的電視攝像裝置。為解決上述技術問題，本發明提供的雙光路四C⑶拼接電視攝像裝置包括第一透鏡組、第二透鏡組、安裝框架、轉折反光鏡、含有兩對光楔的調校機構、複合稜鏡、第一分光複合稜鏡、第二分光複合稜鏡、第一反光鏡、第二反光鏡、第一 CCD、第二 (XD、第三(XD和第四(XD，所述安裝框架為異形結構體，其上帶有相互平行的第一至第六鏡筒以及和這些鏡筒垂直的第七鏡筒，第七鏡筒徑向的一側與第二鏡筒相通，徑向的另一側與第三鏡筒、第五鏡筒相通，第七鏡筒的輸入端與第一鏡筒的輸出端垂直相鄰，第七鏡筒的輸出端與第六鏡筒的輸入端垂直相鄰，第三鏡筒的中後段的一側設有通光孔且該通光孔與第四鏡筒的輸入端垂直相鄰，第三鏡筒、第四鏡筒、第五鏡筒和第六鏡筒的輸出端方向相通；第一透鏡組和第二透鏡組是相同的望遠物鏡組並分別安裝在第一鏡筒和第二鏡筒中；所述調校機構螺紋連接在第二鏡筒中且位於第二透鏡的後端，其中一對光楔的楔角與另一對光楔的楔角垂直；所述轉折反光鏡為直角稜鏡且兩個直角平面分別固定在第一鏡筒和第七鏡筒垂直相鄰的兩個端面上；所述複合稜鏡為立方稜鏡且位於第二鏡筒和第三鏡筒的交界處，所述第一分光複合稜鏡和第二分光複合稜鏡均為立方稜鏡且分別位於第三鏡筒和第七鏡筒的中後段，所述第一反光鏡和第二反光鏡均為直角稜鏡，第一反光鏡固定在所述通光孔與所述第四鏡筒垂直相鄰的兩個端面上，第二反光鏡固定在所述第七鏡筒與所述第六鏡筒垂直相鄰的兩個端面上；第一至第四CXD —一對應與第三鏡筒、第四鏡筒、第五鏡筒、第六鏡筒的後端面固連；所述第一透鏡組對目標的成像光束經所述轉折反光鏡反射後進入所述複合稜鏡，光束經複合稜鏡分光後，一半光能進入 第一分光複合稜鏡，另一半光能進入第二分光複合稜鏡；第二透鏡組對目標的成像光束透過所述圖像合成機構進入複合稜鏡，光束經複合稜鏡分光後，一半光能進入第一分光複合稜鏡，另一半光能進入第二分光複合稜鏡；進入第一分光複合稜鏡的光束一半透射另一半反射，透射光束的一部分即目標的第一象限圖像會聚在第一 CCD的靶面上，反射光束的一部分即目標的第二象限圖像經第一反光鏡反射後會聚在第二 CXD的靶面上；進入第二分光複合稜鏡的光束一半透射另一半反射，透射光束的一部分即目標的第四象限圖像會聚在第三CCD的靶面上，反射光束的一部分即目標的第三象限圖像經第二反光鏡反射後會聚在第四CXD的靶面上。本發明中的整體技術效果體現在以下幾個方面。(一 )本發明通過一個圖像合成複合稜鏡、兩個分光複合稜鏡和兩個反光鏡，實現了四個CCD安裝面的分離，有效的解決了四個CCD拼接時的圖像無縫對接。(二)本發明採用雙光路光學系統，即兩個相同的透鏡組，其中，第一透鏡組的出射光通過轉折反光鏡、圖像合成複合稜鏡後，其光能量疊加到第二透鏡組的出射光路中，克服了用單光路兩級分光實現四CCD拼接時光能不足的缺陷，提高了四CCD拼接實際應用的性能。(三)本發明採用了含有兩組光楔組成的圖像合成調整機構，光楔組中的移動的光楔軸向移動可以改變圖像的成像位置，兩組光楔組中的一組可以調整第二透鏡組圖像的水平方向成像位置，另一組可以調整第二透鏡組圖像的垂直方向成像位置。通過光楔軸向移動調校容易滿足第一透鏡組的圖像與第二透鏡組的圖像在水平成像位置和垂直成像位置的重合誤差要求，可以滿足第一透鏡組的圖像與第二透鏡組的圖像合成時CCD輸出的合成圖像的分辨能力要求。


圖I是雙光路四CXD拼接電視攝像裝置的組成示意圖。圖2是本發明中安裝框架的結構示意圖。圖3是雙光路四CXD拼接電視攝像裝置的光學原理圖。圖4是本發明中調校機構的組成示意圖。圖5是圖4中所示支架的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳細描述。
如圖I所示，本發明雙光路四CXD拼接的電視攝像裝置優選實施例包括用於成像的第一透鏡組I和第二透鏡組I'、安裝框架2、轉折反光鏡3、用於圖像合成的調校機構4、用於圖像合成的複合稜鏡5、第一分光複合稜鏡6和第二分光複合稜鏡6'、第一反光鏡7和第二反光鏡T、第一至第四(XD8a、8b、8c和8d。根據圖2所示，安裝框架2為異形結構體，其上帶有第一至第七鏡筒2-1 2-7，其中第一至第六鏡筒2-1 2-6的軸線相互平行，第七鏡筒2- 7與第二鏡筒2-2、第三鏡筒2-3、第五鏡筒2-5相通且軸線垂直。第三鏡筒2-3中段側壁上開有通光孔2-3-1且直徑略大於第三鏡筒2-3中段通光孔直徑的四分之一,通光孔2-3-1位於第三鏡筒2-3中段該側切平面的第一象限處(從圖面左側向右看)且與第四鏡筒2-4的入射端面相鄰，第七鏡筒2-7中後段通光直徑與第三鏡筒2-3中段通光孔直徑相同，第七鏡筒2-7後段、第三鏡筒2-3後段、第四鏡筒2-4、第五鏡筒2-5和第六鏡筒2-6的通光直徑均與通光孔2_3_1直徑相同。第三鏡筒2-3後段縮徑並位於第三鏡筒2-3全徑截面的第三象限(從相互平行的鏡筒後端面看)；第七鏡筒2-7後段縮徑並位於第七鏡筒2-7全徑截面的第四象限(從圖面左側向右看)且與第六鏡筒2-6的入射端面垂直相鄰；第五鏡筒2-5位於第七鏡筒2-7中後段側切平面的第二象限(從相互平行的鏡筒後端面看)，第三鏡筒2-3、第四鏡筒2-4、第五鏡筒2-5、第六鏡筒2-6的光出射端方向一致。第一透鏡組I和第二透鏡組I'是相同的望遠物鏡組，第一透鏡組I安裝在第一鏡筒2-1中，第二透鏡組I'安裝在第二鏡筒2-2的前端即光束入射端。調校機構4螺紋固連在第二鏡筒2-2的後端。轉折反光鏡3為直角稜鏡，其兩個直角平面分別粘接在第一鏡筒2-1和第七鏡筒2-7兩個垂直相鄰的端面上。複合稜鏡5為兩個直角稜鏡粘接成的立方稜鏡，複合稜鏡5位於第七鏡筒2-7和第二、第三鏡筒2-2、2-3相交的位置處且其一個直角稜鏡的兩個直角面分別粘接在第三鏡筒2-3的前端面和第七鏡筒2-7的一個定位面上。第一分光複合稜鏡6和第二分光複合稜鏡6'均為兩個直角稜鏡粘接成的立方稜鏡，第一分光複合稜鏡6固定在第三鏡筒2-3的中後段，第二分光複合稜鏡6'固定在第七鏡筒2-7的中後段。第一反光鏡7和第二反光鏡V均為直角稜鏡，第一反光鏡7的兩個直角面分別粘接在第三鏡筒2-3通光孔2-3-1及第四鏡筒2-4兩個垂直相鄰的端面上，第二反光鏡7'的兩個直角面分別粘接在第七鏡筒2-7和第六鏡筒2-6兩個垂直相鄰的端面上。第一至第四(XD8a、8b、8c和8d——對應固連在第三鏡筒2-3、第四鏡筒2-4、第五鏡筒2-5和第六鏡筒2-6的後端面上且靶面均與第一透鏡組I和第二透鏡組I'的焦面重合。根據圖3所示，本發明的成像原理是，第一透鏡組I對目標的成像光束經轉折反光鏡3的反射面A反射後進入複合稜鏡5,光束經複合稜鏡5的分光面B分光後,一半光能進入第一分光複合稜鏡6,另一半光能進入第二分光複合稜鏡6'。第二透鏡組I'對目標的成像光束透過圖像合成機構4進入複合稜鏡5,光束經複合稜鏡5的分光面B分光,一半光能進入第一分光複合稜鏡6,另一半光能進入第二分光複合稜鏡6'。進入第一分光複合稜鏡6的光束一半光能經分光面C透射，另一半光能經分光面C反射，透射光束的一部分即目標的第一象限圖像會聚在第一 CXDSa的靶面上，反射光束的一部分即目標的第二象限圖像經第一反光鏡7的反射面D反射後會聚在第二 (XD8b的祀面上。進入第二分光複合稜鏡6'的光束一半光能經分光面C'透射，另一半光能經分光面C'反射，透射光束的一部分即目標的第四象限圖像會聚在第三CCDSc的靶面上，反射光束的一部分即目標的第三象限圖像經第二反光鏡7'的反射面D'反射後會聚在第四CXDSd的靶面上。根據圖4所示，調校機構4包括第一光楔組件9、第二光楔組件11、兩個調整螺環10、支架14、壓圈13，兩個止螺12。第一、第二光楔組件9、11的組成相同且均含有一個固定光楔和一個活動光楔，固定光楔和活動光楔的楔角均為1.5°。活動光楔的支撐框的外螺紋與調整螺環10的螺距相等且均等於0. 5mm。根據圖5所示，支架14在圓環盤14_1的一個端面上帶有兩個對稱的突起杆14-2，突起杆14-2的外側面為螺紋圓弧面，其餘三個面為平面且內側面與圓環盤14-1的軸線平行。第一、第二光楔組件9、11均同軸安裝在支架14的兩個突起杆14-2之間，其中，兩個固定光楔通過各自支撐框上的方形槽分別與兩個突起杆14-2固連，第一光楔組件9的光楔角方向與突起杆14-2的軸向方向一致，第二光楔組件11的光楔角方向與第一光楔組件的光楔角方向垂直。兩個調整螺環10相鄰地空套在突起杆14-2的外部且兩個調整螺環10分別與兩個活動光楔的支撐框螺紋連接，其中，一個調整螺環的一個端面定位在支撐架14的圓環盤的端面上，壓圈13與兩個突起杆14-2螺紋連接且壓圈13的一個端面與另一個調整螺環緊鄰。
本發明優選實施例的調整方法如下將雙光路四CCD拼接的電視攝像裝置放在帶有方格圖案的平行光管前，並將第一至第四CXDSa Sb的輸出端通過電纜同時與監視器相連。調節分兩大步驟進行。第一步，先擋住第二透鏡組I'的入射端，只讓平行光管的圖像從第一透鏡組I入射，然後分以下幾個環節調整(I)精調第一 CCDSa的位置，使其在監視器上顯示的圖像端正地位於第一象限處並滿足一定的精度要求；(2)精調第二 CCDSb的位置，使其顯示在監視器屏幕第二象限處圖像的上下兩條橫線與第一象限圖像的上下兩條橫線一一對齊，並使第一象限圖像的左邊豎線與第二象限圖像的右邊豎線重疊；(3)精調第三(XD8c的位置，使其顯示在監視器屏幕第四象限圖像的左右豎線與第一象限圖像的左右豎線一一對齊，並使第四象限圖像的上橫線與第一象限圖像的下橫線重疊；(4)精調第四(XD8d的位置，使其顯示在監視器屏幕第三象限圖像的左右豎線與第二象限圖像的左右豎線一一對齊，同時，第三象限圖像的右豎線與第四象限圖像的左豎線重疊，第三象限圖像的上橫線與第二象限圖像的下橫線重疊。經過上述處理後，監視器屏幕上顯示的就是一幅完整而理想的四C⑶拼接圖像。第二步，取掉第二透鏡組I'輸入端前的遮擋，這時，平行光管的圖像同時由第一透鏡組I、第二透鏡組I'入射。觀察監視器屏幕上的圖像是否有重影或模糊現象，如果出現橫線重影或模糊，則通過螺環10轉動第一光楔組件9的活動光楔，如果出現豎線重影或模糊，則通過螺環10轉動第二光楔組件11的活動光楔。
權利要求
1.一種雙光路四CCD拼接電視攝像裝置，包括第一透鏡組(I)、安裝框架(2)、含有兩對光楔的調校機構(4)、複合稜鏡(5)、第一 CCD (8a)、第三CCD (Sc)，其特徵在於還包括第二透鏡組(I')、轉折反光鏡(3)、第一分光複合稜鏡(6)、第二分光複合稜鏡(6')、第一反光鏡(7)、第二反光鏡(7')、第二 CCD (8b)和第四CCD (8d);所述安裝框架(2)為異形結構體，其上帶有相互平行的第一至第六鏡筒(2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6)以及和這些鏡筒垂直的第七鏡筒(2-7)，第七鏡筒(2-7)徑向的一側與第二鏡筒(2-2)相通，徑向的另一側與第三鏡筒(2-3)、第 五鏡筒(2-5)相通,第七鏡筒(2-7)的輸入端與第一鏡筒(2-1)的輸出端垂直相鄰，第七鏡筒(2-7)的輸出端與第六鏡筒(2-6)的輸入端垂直相鄰，第三鏡筒(2-3)的中後段的一側設有通光孔且該通光孔與第四鏡筒(2-4)的輸入端垂直相鄰，第三鏡筒(2-3)、第四鏡筒(2-4)、第五鏡筒(2-5)和第六鏡筒(2-6)的輸出端方向相通；第一透鏡組(I)和第二透鏡組(I')是相同的望遠物鏡組並分別安裝在第一鏡筒(2-1)和第二鏡筒(2-2)中；所述調校機構4螺紋連接在第二鏡筒(2-2)中且位於第二透鏡(I')的後端，其中一對光楔的楔角與另一對光楔的楔角垂直；所述轉折反光鏡(3)為直角稜鏡且兩個直角平面分別固定在第一鏡筒(2-1)和第七鏡筒(2-7)垂直相鄰的兩個端面上；所述複合稜鏡(5)為立方稜鏡且位於第二鏡筒(2-2)和第三鏡筒(2-3)的交界處,所述第一分光複合稜鏡(6)和第二分光複合稜鏡(6')均為立方稜鏡且分別位於第三鏡筒(2-3)和第七鏡筒(2-7)的中後段,所述第一反光鏡(7)和第二反光鏡(7')均為直角稜鏡,第一反光鏡(7)固定在所述通光孔(2-3-1)與所述第四鏡筒(2-4)垂直相鄰的兩個端面上，第二反光鏡(V )固定在所述第七鏡筒(2-7)與所述第六鏡筒(2-6)垂直相鄰的兩個端面上;第一至第四CO) (8a、8b、8c、8d) 對應與第三鏡筒(2_2)、第四鏡筒(2_4)、第五鏡筒(2_5)、第六鏡筒(2-6)的後端面固連；所述第一透鏡組(I)對目標的成像光束經所述轉折反光鏡(3)反射後進入所述複合稜鏡(5),光束經複合稜鏡(5)分光後,一半光能進入第一分光複合稜鏡(6),另一半光能進入第二分光複合稜鏡(6');第二透鏡組(I')對目標的成像光束透過所述圖像合成機構(4)進入複合稜鏡(5),光束經複合稜鏡(5)分光後,一半光能進入第一分光複合稜鏡(6),另一半光能進入第二分光複合稜鏡(6');進入第一分光複合稜鏡(6)的光束一半透射另一半反射，透射光束的一部分即目標的第一象限圖像會聚在第一CCD(Sa)的靶面上，反射光束的一部分即目標的第二象限圖像經第一反光鏡(7)反射後會聚在第二 CXD(8b)的靶面上；進入第二分光複合稜鏡出')的光束一半透射另一半反射，透射光束的一部分即目標的第四象限圖像會聚在第三CCD(Sc)的靶面上，反射光束的一部分即目標的第三象限圖像經第二反光鏡(V )反射後會聚在第CCD(Sd)的靶面上。
全文摘要
本發明公開了一種雙光路四CCD拼接電視攝像裝置，屬於光電成像技術領域。該裝置採用了兩個相同的成像透鏡組，並通過轉折反光鏡和圖像合成複合稜鏡將兩路光能疊加到一起，使到達各CCD靶面上的光能量增加一倍，由此克服了單光路四CCD拼接時CCD靶面上光能不足的問題；此外，通過圖像合成複合稜鏡、兩個分光複合稜鏡和兩個反光鏡，實現了四個CCD安裝面的分離，同時，通過採用含有兩對雙光楔的調校機構來消除兩路光學系統的成像位置偏差，從而有效地解決了四個CCD拼接時的圖像無縫對接問題。本發明具有結構簡單、重量輕、成本低、調試方便、可靠性高等優點。
文檔編號H04N5/225GK102752503SQ20121023612
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者劉建鵬, 衛宏, 宋金鴻, 李濤, 楊一洲, 楊建忠, 柴繼河, 白釗, 錢鈞 申請人:中國兵器工業第二0五研究所