[发明专利]基于制冷型CCD器件的透雾和夜视系统

说明书

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，尤其是一种利用制冷型CCD器件的透雾和夜视探测系统。

背景技术

白天影响能见度的主要因素为雾和霾，光电产品必须具备一定的透雾能力，才能有效地解决探测距离问题，夜晚，无光照条件下，普通光电传感器很难探测远距离的目标。

光电探测技术中数码摄像机经历了真空管、晶体管和集成电路、微电子固体摄像器件几个阶段，其基本结构和基本原理相同：是由光学系统、光—电转换系统、图像信号处理系统、自动控制系统等组成。光学系统由镜头、色温滤色片、红绿蓝分光系统组成，得到成像于各自对应的摄像器材靶面上的红(R)、绿(G)、蓝(B三幅基色光像；光—电转换系统将成像于靶面上的光像转换成电信号；图像信号处理系统将图像放大、校正和处理，并完成信号编码工作，将信号输出；自动控制系统对图像进行自动白平衡调整、自动黑平衡调整、自动光圈、电动变焦距、自动增益控制、自动聚焦。

数码摄像机光—电转换系统是数码相机的核心，高端数码相机都使用CCD作为感应器。CCD成像质量好，分为常温型CCD和制冷型CCD。制冷型CCD研究单位，国外主要为英、法、德国和美国的专业厂商，包括美国DVC和SpectralInstruments公司、英国Photonic Science Ltd.、德国Apogree公司等，其中高水平的特殊波段的产品可用于夜视、红外或微光成像等军事领域，对中国是禁运的。国内有单位和厂商处于研制阶段，多为民品简单应用，需求主要靠进口，一般进口相机价格都在几十万元，甚至百万元以上。

国际上制冷CCD大部分用于科研和军事用途，发展趋势是进一步降低系统可达到的温度，甚至采用液氮降温；另一个趋势是将制冷技术做成一个通用模块，有更好的适应性，即使其能够适应不同厂家生产的CCD芯片，方便用户的使用，满足不同用户的需求。而国内几家单位的研究还只限于对于特定CCD芯片的专门封装，属于民用低端产品。

传统的光电探测方式，实现方式及技术都很单一，很难实现全天候、远距离目标探测和清晰成像。

发明内容

为弥补对目标全天候、远距离进行清晰探测的缺陷，本发明提供一种新型的基于制冷型CCD的透雾和夜视系统，采用最先进的光电传感器件，具有多个探测波段(从可见光、近红外到中红外)，并具备较强的透雾和夜视能力，使系统具备全天时、全天候及恶劣天气下的远距离目标探测能力，可应用于地面和低空多种的预警。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：见图1，多光谱摄像机的组成是由光学系统(透雾和夜视)、光—电转换系统、图像信号处理系统、自动控制系统组成，此外还有DSP实时图像增强系统。光学系统成像后，光—电转换系统将成像转换成电信号，图像信号处理系统将图像处理后输出，自动控制系统不仅对输出的图像进行调节，而且对多光谱摄像机的微光/近红外光电探测方式进行切换。DSP实时图像增强系统的作用在于对数码摄像机输出的图像进行图像增强处理，以适应于各种不同环境下的图像观测。

多光谱摄像机覆盖从可见光到中波红外光谱范围(400nm到1200nm范围)，具有增强透雾和夜视能力，观测距离更远、图像更清晰。其光学系统组成见图2，分为近红外/微光(即透雾和夜视)两种模式。透雾摄像机镜头前加装多波段(可见光和近红外波段)滤光片，通过滤波片在成像光路上进行切换，使成像光束通过滤光片或不通过滤光片，达到成像光束为近红外波段或近红外+可见光“全波段”成像的目的，这样根据观测环境实际情况切换滤光片，实现单部摄像机的多波段光学探测。另外，其采用新型结构，降低F值，增加进光量；用大口径镜头，长焦距实现大景深(数米至无穷无需调焦)，提高了夜视探测距离。采用了对780nm以上近红外线敏感的CCD摄像机，使得其透雾能力明显提高。透雾摄像机及夜视高分辨率低照度微光摄像机组成的近红外和微光两种模式，用同一个CCD进行切换。

制冷型CCD器件制冷方式见图3，密封的CCD芯片的热量由制冷器而得到降低，制冷器类似毛细管状，其中有氟里昂，热量由散热片得到散发，同时有风扇进行降温处理，这些统称蒸发器。制冷CCD使得图像提取过程中噪声得到很好的抑制，从而使系统获得的准备进行后期处理的图像信号信噪比加强，使图像处理软件提取和处理更加有效，成像系统提高了分辨率和灵敏度。

DSP图像增强的增强效果见图4所示，实时图像增强技术采用了独特的时间域与空间域相结合的图像处理技术，大大增强了雾中微弱的图像信号，达到了很好的效果。

本新型的光电探测系统与传统的光电探测系统的区别在于：