專利名稱：在減弱光照條件下物體成像的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種光學儀器工程，特別涉及光學雷達設備。
已知一種公開于EP.No.03263735中在低光照時將物體成像的方法，根據該方法，通過一個脈沖光源照射觀察對象。從物體反射回的光線由一個光學圖像接收器接收。圖像接收器的控制快門的動作與光脈沖發射同步。實現該方法的裝置包括一個具有透光鏡片的脈沖光源，一個具有控制快門的光學圖像接收器。調整光脈沖發射時刻與快門打開時刻之間的延遲，可以獲得處于最感興趣區域的物體圖像。
已知方法和裝置的一個缺點是，使用一個光源和一個攝象器僅僅能獲得處于狹窄可見區域的物體圖像。擴大可見區域的一種途徑是，增加許多同時工作的光源(脈沖)或者攝象器(每個光源或攝象器在它自己的范圍內工作)并進而疊加視頻信號，但這樣的裝置過于笨重或者光源的能量未用足(見EP NO0468175)。除此之外，這樣的裝置沒有利用能獲得物體的補充信息的自然環境光照。
最接近本方法和裝置的是在英國專利NO.2212689中公開的方法和裝置。根據該方法，一個物體(多個物體)由一個脈沖光源以及一個輔助恒定照明源照明。從物體反射回來的光用一個光學圖像檢測器接收，其可控門的工作與光脈沖的發射同步。用于在減弱光照中將物體成像的裝置包括一個具有組合鏡片的脈沖光源和一個輔助恒定光源，一個具有可調增益的光學圖像檢測器，一個用于自動調節平均圖像亮度的裝置，以及一個其輸入端與同步單元的一個輸出端相連的控制單元，同步單元的另一個輸出端與脈沖光源的輸入端相連。
這一發明部分地克服了上述缺點。通過利用自然環境光照或要觀察的景色的輔助照明，可以獲得關于目標的補充信息。這樣做，離裝置不同距離并由恒定光源照射的目標的亮度會不同，而且在圖像前景處存在有許多物體的情況下，背景物體的圖像將被遮住。如果在能見度差的媒介(霧、降雪、煙等等)中工作的話，將產生同樣的效果。
本發明克服了最接近的模擬設備的上述缺點，并提供了裝置視野內處于不同距離物體的均勻亮度圖像，通過既利用自然環境光照又利用一個輔助光源，提供了根據它們的亮度區別最感興趣區域中物體的可能性。
由于在降低照明等級條件下處于不同距離的物體的圖像亮度相等的事實，本發明適于用在這樣的機動車上，即需要同時得到車輛前面所有物體的圖像，而不僅僅是位于某一距離的物體的圖像。這使得能時刻控制當前的情況，以及使情況變得可以預見，保持區分出所接收的全景圖像的某一距離物體的可能性。
本發明的上述目的通過一個實施例實現，即在每個光脈沖發射后，光學圖像接收器的增益不斷增加，直到從觀察的一個選擇區域內的最遠物體反射的光線以這樣的方式即保持被照射的所選觀察物體的相等亮度的圖像返回到接收器的時刻，為了接收在輔助光照中物體的圖像，增益被設置為一固定水平，并且被保持在這一水平直到下次光脈沖發射。除此之外，為了分開所觀察的照射區域中的具體物體，當由這些物體最初反射的光線到達接收器時增益瞬時增加，然后增益恒定增加，再后當由這些物體最后反射的光線到達接收器時增益瞬時減少。自然環境光照可被用作輔助光源。
為了達到本發明的上述目的，同步單元和控制單元這樣制作，用來提供這樣的可能性，即使每個光脈沖同步，以及增加光學圖像接收器的增益直至由觀察區域中最遠物體反射的光線返回接收器的時刻，并使增益保持在一恒定數值直至下一光脈沖發射的時刻。光學圖像接收器可以包括一個圖像增強器，其增益通過改變微通道板上的控制電壓而被控制。同步單元和控制單元可用來提供瞬時增加圖像增強器增益進一步增加和瞬時減少的可能性，以分開所觀察的區域中的某些具體物體。
本發明的上述和其它特征和優點將從下面的詳述和附圖中受到正確評價和理解。
現在參照附圖，其中在以下幾個附圖中相同部件標號相同
圖1是一個方框圖，示出了根據本發明的裝置；圖2是光學圖像接收器的同步單元和控制單元的方框圖；圖3是光學圖像接收器和物鏡控制單元的方框圖；圖4是用于在減弱光照下物體成像時裝置工作的時間分配圖。
首先參照圖1，在減弱光照中物體成像的裝置包括一個脈沖光源1。光線通過透光(聚集)鏡片2傳播至觀察目標。光源的輸入端與同步單元3的第一輸出端相連。同步單元3的第二輸出端與光學圖像接收器的控制單元4相連。光學圖像接收器的控制單元的輸出端與光學圖像接收器5相連。圖像接收器包括一個接收鏡片(物鏡)6。物鏡的控制單元耦合到圖像接收器和同步單元。
同步單元3觸發脈沖光源1，該光源與聚焦鏡片一起被用來提供目標(圖1中未示出)的脈沖光照。在光源1觸發的同時，同步單元3觸發控制單元4，該控制單元以這樣的方式連續增加接收器5的增益，即所照射目標的圖像是相等亮度。此外，同步單元3產生一個信號，該信號試圖選擇在某一景深區域之內位于特定距離的目標。所述景深和距離由外部信號設置。上述選擇信號施加給控制單元4，該控制單元4瞬時增加圖像接收器5的增益，然后當從一特定距離的目標最后反射的光線到達接收器時，保持它瞬時增加和減少增益。當同步單元3輸出端的信號停止作用時，控制單元4將接收器的增益置為一恒定水平。這使得能夠在自然環境光照條件下接收目標的圖像。恒定增益水平的數值決定在自然環境光線下的目標圖象亮度。而瞬時增益增/減的數值則決定使用附加光照時選擇具體目標的圖像亮度。這些亮度數值可以由外部信號設置。具有一個接收物鏡的圖像接收器5用來形成被觀察的(光學的或電視的)物體的圖像。接收器的增益由控制單元4調整。圖像接收器5的增益的平均水平確定所接收圖像的平均亮度，而且可由外部信號設置。物鏡控制單元7根據具體所選目標的相應距離和所接收的圖像亮度來自動調整光圈和焦距。
現在參照圖2，同步單元包括一個主控振蕩器8，它產生觸發光源的脈沖。由光源發射的光脈沖傳向觀察目標。然后光線由物體反射并返回給接收器。在光源觸發的同時，主控振蕩器8觸發一個單穩態多諧振蕩器9，形成一個脈沖，該脈沖持續時間等于光線到達處于最大距離物體所需的時間。該最大距離是觀察目標的反射光線仍可用圖像接收器檢測到的距離。來自單穩態多諧振蕩器9的脈沖輸入一鋸齒波電壓發生器10，形成一三角形脈沖，見圖4。三角脈沖然后輸入一個加法器11。該脈沖用于均衡處于不同距離由光源照明的物體的圖像亮度。更確切地說，該脈沖用于均衡處于視野中不同距離在脈沖光源照射下的物體亮度。
主控振蕩器8還觸發一個單穩態多諧振蕩器12，產生周期由操作者手動調整的脈沖，而且脈沖周期等于光線從光源到一些具體目標所在的被照射區域最近邊緣并返回接收器所需的時間。單穩態多諧振蕩器12又觸發一個單穩態多諧振蕩器13，產生其周期由手動設置、并等于光線從被照射區域最近邊緣傳播至最遠邊緣并返回至最近邊緣所需的時間的脈沖。由單穩態多諧振蕩器產生的脈沖通過利用一個放大器14人工地調整振幅并加到加法器11上。放大器14輸出的脈沖決定至要被照射區域最近邊緣的距離、遠的景深和亮度，這意味著，它根據物體處于最感興趣區域中的亮度而用來分開一些具體目標。來自加法器的信號被施加給開關15，當單穩態多諧振蕩器9輸出端的脈沖起作用時，開關15將信號從加法器11傳送到輸出端，這相當于接收主要在脈沖光源的光線下獲得的圖像。在單穩態多諧振蕩器9輸出端的脈沖停止作用后，人工預置的恒定水平的信號被加到開關15的輸出端。這一信號用于調整在其它(包括自然)光源下所形成的圖像的亮度，從而，解決了在自然環境光照下形成物體圖像的難題。結果，在開關15的輸出端形成了具有三個特殊部分的形狀的信號29部分用于形成由脈沖光源提供輔助光照的相等亮度的圖像，27部分用于照射最感興趣的目標，而28部分用于形成在自然環境光照中的圖像。
以如此方式形成的增益控制信號被施加給圖像接收器5。圖像接收器可在具有微通道板(MCP)的圖像增強器的基礎上制造。如圖3所示上述信號在放大器16放大后施加給圖像增強器17的微通道板25，在圖像增強器17屏幕24上形成一個通過利用接收物鏡6在光電陰極26上接收到的圖像的增強圖像。由于MCP的增益正比于電壓的平方，所以線性改變的增益控制電壓在脈沖光照下的圖像接收期間，將補償被觀察物體的照度對距離的反平方關系，從而，圖像將是等亮度的。
電視攝象機22可被用來將圖像增強器17的屏幕上的圖像變換成電視信號。為了進一步處理，來自電視攝象機的視頻信號被施加給視頻監視器23或其它電視設備。
為了自動控制平均圖像亮度，與圖像增強器屏幕上電流成正比的信號被施加給閾值放大器18，其工作閾值手動可調，用來設置平均圖像亮度。放大器18輸出的信號控制放大器16的平均增益，而且也被用來控制裝在接收器物鏡中的光圈。
為了對被照射區域的自動物鏡聚焦，控制到這一區域的距離并用于單穩態多諧振蕩器12的電壓，被施加給一個具有非線性幅度特性的放大器20。并進一步施加給一控制物鏡聚焦的伺服驅動器21。放大器幅度特性曲線的形狀被選擇對任何距離都提供接收物鏡的最佳聚焦。
在減弱光照下讓物體成像的本方法和裝置利用本工業領域的通行技術標準實現。裝置的利用已證明其高效率，因為除了現存類似裝置的所有優點外，它能幫助例如司機在降雪、雪暴等情況下工作，減少由于霧、雪的顆粒引起的光散射的不良影響，以及減輕對接近和超越車輛前燈的目眩。
權利要求
1.一種用于在減弱光照條件下將物體成像的方法，根據該方法物體(多物體)被一個脈沖光源和一個附加恒定光源照射，從物體反射回的光線被一個光學圖像接收器接收，該光學圖像接收器的工作與光脈沖的發射同步，其特征為，在每個光脈沖發射期間，光學圖像接收器的增益連續改變，直至從所選觀察區域中最遠物體反射的光線以一種保持被照射的所選觀察物體相等圖像亮度的方式返回的時刻，并且增益的數值被保持在恒定水平，直到下一光脈沖發射為止。
2.一種根據權利要求1的方法，其特征在于為了分開某些在觀察區域內的具體物體，在接收從這些物體反射回的光線之后，增益立即增加然后連續不斷地增加，而且在接收由具體物體反射的最后光線后立即減少。
3.一種根據權利要求1和2的方法，其特征在于，自然環境光照被用作輔助恒定光源。
4.一種用于在減弱光照條件下將物體成像的設備，包括一個具有透光鏡片和一個輔助恒定光源的脈沖光源，一個具有可調增益的光學圖像接收器，一個用于自動平均圖像亮度控制的裝置，以及一個控制單元，控制單元的輸入端耦合到同步單元的一個輸出端，同步單元的另一輸出端耦合到脈沖光源的輸入端，其特征在于，同步單元和控制單元被指定用來提供這樣的可能性，即使每一光脈沖同步，增加光學圖像接收器的增益，直至光線從所選觀察區域中最遠物體反射返回的時刻；以及在下一脈沖發射前保持增益在一恒定水平。
5.根據權利要求4的設備，其特征在于，光學圖像接收器包括一個通過改變其微通道板上控制電壓而具有可控增益的圖像增強器II。
6.根據權利要求5的設備，其特征在于，同步單元和控制單元被指定用來瞬時增加圖像增強增益，增益進一步恒定增加以及增益的瞬時減少，以便分開視域中某些具體物體。
全文摘要
提供一種在減弱光照條件下將物體成象的設備和方法。根據本發明的裝置包括一個具有透光鏡片(2)的脈沖光源(1)，一個同步單元(3)，一個控制單元(4)，一個具有接收物鏡(6)的光學圖像接收器(5)，一個物鏡控制單元(7)。該裝置既利用觀察區域的自然光照，又利用輔助光照，提供處于不同距離的物體的均勻亮度圖像，還將處于觀察區域中的各個物體分開。
文檔編號G01S17/00GK1153559SQ96190327
公開日1997年7月2日 申請日期1996年3月26日 優先權日1996年3月26日
發明者阿列克塞·維達里耶維奇·莫羅左夫, 塞爾蓋伊·尤里耶維奇·蘇克霍羅索夫 申請人:亞萊斯唐公司