申请/专利权人：云南北方光电仪器有限公司

申请日：2019-06-24

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN110221403B

主分类号：G02B13/00

分类号：G02B13/00;G02B13/14;G03B35/08;G03B30/00;H04N23/55;H04N23/54;H04N23/50;H04N23/45;H04N5/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2019.10.08#实质审查的生效;2019.09.10#公开

摘要：本发明公开一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：包括微光镜头组、红外镜头组、盖板组、壳体组、主控板组，微光支架、红外支架、千兆网口、通讯插座；微光镜头组、红外镜头组、盖板组、主控板组固定在壳体组上，微光镜头组和红外镜头组水平视场角均大于等于120°，共有4路成像系统，按微光镜头组‑红外镜头组‑微光镜头组‑红外镜头组方式在壳体组上水平排列。具有立体视觉，可输出目标距离信息，可按可见光、热成像、双波段自然感彩色融合和黑白融合等选择视频输出，能够在昼夜越野环境下工作的车辆辅助驾驶仪。采用非致冷红外探测器机芯和低照度CMOS机芯制成，配于武器系统，可辅助驾驶员驾驶装甲车辆、发现有生目标、障碍物。

主权项：1.一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：包括微光镜头组（A）、红外镜头组（B）、盖板组（C）、壳体组（D）、主控板组（E），微光支架（15）、红外支架（16）、千兆网口（17）、通讯插座（18）；微光镜头组（A）通过螺钉（21）连接到微光支架（15）上，微光支架（15）再通过螺钉（21）连接到壳体组（D）底部，前端通过压圈6（20）压紧；红外镜头组（B）通过螺钉（21）连接到红外支架（16）上，红外支架（16）再通过螺钉（21）连接在壳体组（D）底部，前端通过螺钉（21）固定；主控板组（E）使用绝缘垫柱（19）支撑，通过螺钉（21）和垫圈（22）固定在壳体组（D）上；盖板组（C）通过螺钉（21）与壳体组（D）连接；微光镜头组（A）和红外镜头组（B）水平视场角均大于等于120°，共有2路微光和2路红外成像系统，按微光镜头组-红外镜头组-微光镜头组-红外镜头组方式在壳体组（D）上水平排列，水平测距范围不小于120°；微光镜头组（A）由物镜第一透镜（1）、物镜第二透镜（2）、物镜第三透镜（3）、物镜第一胶合透镜（4）、物镜第二胶合透镜（5）、光阑片（6）、物镜第三胶合透镜（7）、物镜第十透镜（8）、物镜第十一透镜（9）、压圈1（23）、镜身（24）、隔圈1（28）、隔圈2（27）、隔圈3（26）、隔圈4（25）、压圈2（29）、第五组透镜框（30）、隔圈5（31）、隔圈6（32）、压圈3（33）、低照度CMOS机芯（34）组成，各透镜分别装在镜身上，通过隔圈将透镜隔开，最后用压圈压紧，低照度CMOS机芯（34）与镜身（24）通过螺纹配合；所述物镜第二胶合透镜（5）结构上设计有若干小孔，通过拨这些小孔改善成像的像质；红外镜头组（B）由红外物镜第一透镜（10）、红外物镜第二透镜（11）、红外物镜第三透镜（12）、红外物镜第四透镜（13）、红外物镜第五透镜（14）、前物镜筒（35）、压圈4（36）、镜筒（37）、压圈5（38）、调距隔圈（39）、后物镜筒（40）、红外探测器机芯（41）组成；红外物镜第一透镜（10）、红外物镜第二透镜（11）和前物镜筒（35）组成物镜前组，红外物镜第五透镜（14）和后物镜筒（40）组成物镜后组，红外物镜第三透镜（12）、红外物镜第四透镜（13）分别软装在镜筒（37）上，物镜前组装到镜筒（37）后，通过压圈4（36）压紧，物镜后组装到镜筒（37）后，通过压圈5（38）压紧，红外探测器机芯（41）通过螺钉（21）装在镜筒（37）上，通过修切物镜前组、物镜后组的镜框保证光学间隔。

全文数据：一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪技术领域本发明涉及车辆辅助驾驶系统配套设备技术领域，特别涉及一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪.背景技术红外热成像技术—物体表面温度如果超过绝对零度即会辐射出电磁波，随着温度变化，电磁波的辐射强度与分布特性也随之改变。红外热成像技术实际上是一种波长转换技术，运用光电技术检测物体红外热辐射，将该信号转换为人类视觉可见的可见光，利用场景自身及各组成部分红外辐射的差异来获得目标图像，克服了主动红外夜视容易自我暴露的缺点，又弥补了被动微光夜视完全依赖于环境自然夜光和无光不能成像的不足。因此，红外热成像技术具有“全被动”和“全天候”的优点。近年来，中国非制冷红外成像技术发展迅速，各类高性能红外机芯层出不穷，使其应用领域更加广泛。CMOS成像技术—CMOS是一种图像传感器，是近几年发展较快的新型成像器件，核心结构上每单位像素点由一个感光电极、一个电信号转换单元、一个信号传输晶体管，以及一个信号放大器所组成。CMOS感受到的光线经光电转换后产生的电信号被CMOS从一个一个像素当中顺次提取至外部模数转换器上再被处理芯片记录解读成影像。具体工作时先由水平传输部采集信号，再由垂直传输部送出全部信号，故CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可进行快速的数据扫描，能够胜任千万级别的信息处理速率，具有体积小、重量轻、功耗低、易于控制等优点。图像融合技术—图像融合技术是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据经过图像处理和计算机技术等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，最后综合成高质量的图像，以提高图像信息的利用率、改善计算机解译精度和可靠性、提升原始图像的空间分辨率和光谱分辨率。图像融合电路需要通过一定的算法，才能实现多源信道图像的融合显示，目前，多波段彩色融合算法大致有几种类型：a、多波段图像的彩色空间直接映射法；b、多波段图像的金字塔融合算法；c、基于人眼视觉特性的自然感彩色夜视处理算法；d、基于色彩传递的自然感彩色夜视处理算法。图像融合由低到高分为三个层次：像素级融合、特征级融合、决策级融合，由此衍生出很多种的融合算法，根据不同需求、不同应用场景有不同的算法，难点在于算法的优化设计，如何提高融合图像清晰度、降低噪声、最大限度利用各信道的有用信息是图像融合需要继续研究的技术难点。图像配准技术—目前同源图像的配准方法已较为成熟，但由于图像融合属于像素级融合，还须精确配准微光和红外图像，这种异源图像配准的算法需要进一步提高。在配准算法方面，通常采用基于改进的SIFT特征匹配算法对红外图像进行拼接，以完成大视场红外图像的获取。SIFT特征算法是一个经典的、鲁棒性的尺度不变特征算法，其在尺度、旋转、噪声、亮度变化等方面都表现出良好的不变性，后来又有许多新的算法提出，大多是对SIFT所做的改进。如PCA-SIFT是对SIFT中直方图的方法换成了主成份分析方法，SURF是通过积分图、盒滤波这些步骤使得特征提取的速度上升，其他的改进算法还有考虑了仿射不变性的ASIFT、考虑采用颜色信息的CSIFT等等。这些算法均属于较为成熟的方法。立体视觉相机参数标定技术—优秀的立体成像系统需要准确地较小相机参数标定，张正友的经典相机参数标定方法对一般的立体视觉成像系统来说可达到精度要求，但如果镜头采用了超广角镜头，与常规图像相比就会有非常大的桶形畸变，虽然张正友相机参数标定方法也对广角镜头畸变校正提出了对应方法，但为了达到高精度深度信息的获取，需要研究精度更高的，针对鱼眼图像的相机参数标定方法。例如传统相机标定全部采用正方形图样的棋盘格来进行参数标定，而对于鱼眼图像来讲，由于径向畸变较大，使用圆形图像棋盘格对参数进行标定会有更好的效果。发明内容本发明要解决的主要问题是：针对传统夜间辅助驾驶仪存在的黑白单色成像模式、视场窄小和缺乏体式感等使用限制，设计一款适合现代车载夜间辅助驾驶的具有大视场、多波段、立体视觉、测距等功能的辅助驾驶仪。为解决上述技术问题，本发明提供一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：包括微光镜头组A、红外镜头组B、盖板组C、壳体组D、主控板组E，微光支架15、红外支架16、千兆网口17、通讯插座18；微光镜头组A通过螺钉21连接到微光支架15上，微光支架15再通过螺钉21连接到壳体组D底部，前端通过压圈620压紧；红外镜头组B通过螺钉21连接到红外支架16上，红外支架16再通过螺钉21连接在壳体组D底部，前端通过螺钉21固定；主控板组E使用绝缘垫柱19支撑，通过螺钉21和垫圈22固定在壳体组D上；盖板组C通过螺钉21与壳体组D连接；微光镜头组A和红外镜头组B水平视场角均大于等于120°，共有4路成像系统，按微光镜头组-红外镜头组-微光镜头组-红外镜头组方式在壳体组D上水平排列，具有图像融合、立体视觉、目标测距等功能。千兆网口17通过螺钉21固定在盖板组C上；通讯插座18通过螺钉21和法兰42固定在盖板组C上；具体结构：微光镜头组A由物镜第一透镜1、物镜第二透镜2、物镜第三透镜3、物镜第一胶合透镜4、物镜第二胶合透镜5、光阑片6、物镜第三胶合透镜7、物镜第十透镜8、物镜第十一透镜9、压圈123、镜身24、隔圈128、隔圈227、隔圈326、隔圈425、压圈229、第五组透镜框30、隔圈531、隔圈632、压圈333、低照度CMOS机芯34组成。各透镜分别装在镜身上，通过隔圈将透镜隔开，最后用压圈压紧，低照度CMOS机芯34与镜身24通过螺纹配合。物镜第二胶合透镜5比较敏感，结构上设计若干小孔，通过拨这些小孔，使成像的像质更好。红外镜头组B由红外物镜第一透镜10、红外物镜第二透镜11、红外物镜第三透镜12、红外物镜第四透镜13、红外物镜第五透镜14、前物镜筒35、压圈436、镜筒37、压圈538、调距隔圈39、后物镜筒40、红外探测器机芯41组成。红外物镜第一透镜10、红外物镜第二透镜11和前物镜筒35组成物镜前组，红外物镜第五透镜14和后物镜筒40组成物镜后组，红外物镜第三透镜12、红外物镜第四透镜13分别软装在镜筒37上，物镜前组装到镜筒37后，通过压圈436压紧，物镜后组装到镜筒37后，通过压圈538压紧，红外探测器机芯41通过螺钉21装在镜筒37上，通过修切物镜前组、物镜后组的镜框保证光学间隔。本发明具体技术性能指标如下：1光学性能红外通道红外镜头组的主要技术指标：1水平视场角：≥120°；2水平测距范围:≥120°；3测距误差:优于30cm距离15m，优于2.0m距离30m；4探测器像素：≥1024×768；5探测器NETD：≤50mk；微光通道微光镜头组的主要技术指标：1水平视场角：≥120°；2水平测距范围:≥120°；3测距误差:优于20cm距离15m，优于1.0m距离30m；4探测器像素：≥1920×1080；融合通道的主要技术指标：1水平视场角：≥120°；2数据融合；输出融合图像的分辨率不小于640×480，可根据需求定制最大1920×1080；3输出接口：千兆网络接口+HDMI接口。4输出帧频：≥25帧秒。2开机时间：≤30S；3工作模式：红外、微光、融合三种模式；4电源：工作电压为26V±4V，额定总功率≤20W；5基线长度：≤100cm；6体积：≤0.01立方米；7重量：≤5kg；本发明具有立体视觉，可输出目标距离信息，可按可见光、热成像、双波段自然感彩色融合和黑白融合等选择视频输出，能够输出包含RGB、深度、红外的5通道多谱图像数据，能够在昼夜越野环境下工作的车辆辅助驾驶仪。采用非致冷红外探测器机芯组件和低照度CMOS机芯组件制成，配于武器系统，可辅助驾驶员驾驶装甲车辆、发现有生目标、障碍物等。本发明有2路微光图像，2路红外图像，结构方式按微光镜头组-红外镜头组-微光镜头组-红外镜头组方式在壳体组D上水平排列，各路成像系统水平视场角均不小于120°，水平测距范围不小于120°。附图说明下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。图1，是本发明的整体光学系统图；图2，是本发明的微光镜头光学系统图；图3，是本发明的红外镜头光学系统图；图4，是本发明的驾驶仪外型示意图；图5，是本发明的驾驶仪组成图；图6，是本发明的微光镜头组结构图；图7，是本发明的红外镜头组结构图；图8，是本发明的盖板的三维示意图；图9，是本发明的壳体的三维示意图；其中：A、微光镜头组；B、红外镜头组；C、盖板组；D、壳体组；E、主控板组；1、微光物镜第一透镜；、2、微光物镜第二透镜；3、微光物镜第三透镜；4、微光物镜第一胶合透镜；5、微光物镜第二胶合透镜；6、孔径光阑、7、微光物镜第三胶合透镜；8、微光物镜第十透镜；9、微光物镜第十一透镜；10、第一透镜；11、红外物镜第二透镜；12、红外物镜第三透镜；13、红外物镜第四透镜；14、红外物镜第五透镜；15、微光支架；16、红外支架；17、千兆网口；18、通讯插座；19、绝缘垫柱；20、压圈6；21螺钉、；22、垫圈；23、压圈1；24、镜身；25、隔圈4；26、隔圈3；27、隔圈2；28、隔圈1；29、压圈2；30、第五组透镜框；31、隔圈5；32、隔圈6；33、压圈3；34、低照度CMOS机芯；35、前物镜筒；36、压圈4；37、镜筒；38、压圈5；39、调距隔圈；40、后物镜筒；41、红外探测器机芯；42、法兰。具体实施方式如1、4、5、8、9所示，一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：包括微光镜头组A、红外镜头组B、盖板组C、壳体组D、主控板组E、微光支架15、红外支架16、千兆网口17、通讯插座18；微光镜头组A通过螺钉21连接到微光支架15上，微光支架15再通过螺钉21连接到壳体组D底部，前端通过压圈620压紧；红外镜头组B通过螺钉21连接到红外支架16上，红外支架16再通过螺钉21连接在壳体组D底部，前端通过螺钉21固定；主控板组E使用绝缘垫柱19支撑，通过螺钉21和垫圈22固定在壳体组D上；盖板组C通过螺钉21与壳体组D连接；微光镜头组A和红外镜头组B水平视场角均大于等于120°，共有4路成像系统，按微光镜头组-红外镜头组-微光镜头组-红外镜头组方式在壳体组D上水平排列，具有图像融合、立体视觉、目标测距等功能。千兆网口17通过螺钉21固定在盖板组C上；通讯插座18通过螺钉21和法兰42固定在盖板组C上；如图2、6所示，微光镜头组A由物镜第一透镜1、物镜第二透镜2、物镜第三透镜3、物镜第一胶合透镜4、物镜第二胶合透镜5、光阑片6、物镜第三胶合透镜7、物镜第十透镜8、物镜第十一透镜9、压圈123、镜身24、隔圈128、隔圈227、隔圈326、隔圈425、压圈229、第五组透镜框30、隔圈531、隔圈632、压圈333、低照度CMOS机芯34组成。各透镜分别装在镜身上，通过隔圈将透镜隔开，最后用压圈压紧，低照度CMOS机芯34与镜身24通过螺纹配合。物镜第二胶合透镜5比较敏感，结构上设置若干小孔，通过拨这些小孔，使成像的像质更好。如图3、7所示，红外镜头组B由红外物镜第一透镜10、红外物镜第二透镜11、红外物镜第三透镜12、红外物镜第四透镜13、红外物镜第五透镜14、前物镜筒35、压圈436、镜筒37、压圈538、调距隔圈39、后物镜筒40、红外探测器机芯41组成。红外物镜第一透镜10、红外物镜第二透镜11和前物镜筒35组成物镜前组，红外物镜第五透镜14和后物镜筒40组成物镜后组，红外物镜第三透镜12、红外物镜第四透镜13分别软装在镜筒37上，物镜前组装到镜筒37后，通过压圈436压紧，物镜后组装到镜筒37后，通过压圈538压紧，红外探测器机芯41通过螺钉21装在镜筒37上，通过修切物镜前组、物镜后组的镜框保证光学间隔。本发明的工作原理为：在白天或夜晚全天候情况下，微光物镜将自然光阳光、星光、月光等照射的目标成像在CMOS探测器靶面上，探测器将光信号转换成电信号，经过放大和处理后，输出数字视频信号；红外物镜接受被观察目标的红外辐射，探测器将红外辐射转换为电信号，经过放大和处理后，输出数字视频信号。主控板在统一的同步信号驱动下，接收前端四路CMOS相机和非制冷红外相机的数字视频信号，由经过标定的两个模块数字视频图像数据完成低照度微光立体视觉与测距、红外立体视觉与测距、双波段自然感彩色黑白夜视图像处理，并根据操作员的指令选择低照度微光、红外热成像和双波段自然感彩色黑白图像输出模式，提供后续图像应用。

权利要求：1.一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：包括微光镜头组A、红外镜头组B、盖板组C、壳体组D、主控板组E，微光支架15、红外支架16、千兆网口17、通讯插座18；微光镜头组A通过螺钉21连接到微光支架15上，微光支架15再通过螺钉21连接到壳体组D底部，前端通过压圈620压紧；红外镜头组B通过螺钉21连接到红外支架16上，红外支架16再通过螺钉21连接在壳体组D底部，前端通过螺钉21固定；主控板组E使用绝缘垫柱19支撑，通过螺钉21和垫圈22固定在壳体组D上；盖板组C通过螺钉21与壳体组D连接；微光镜头组A和红外镜头组B水平视场角均大于等于120°，共有4路成像系统，按微光镜头组-红外镜头组-微光镜头组-红外镜头组方式在壳体组D上水平排列。2.根据权利要求1所述的一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：千兆网口17通过螺钉21固定在盖板组C上；通讯插座18通过螺钉21和法兰42固定在盖板组C上。3.根据权利要求1所述的一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：微光镜头组A由物镜第一透镜1、物镜第二透镜2、物镜第三透镜3、物镜第一胶合透镜4、物镜第二胶合透镜5、光阑片6、物镜第三胶合透镜7、物镜第十透镜8、物镜第十一透镜9、压圈123、镜身24、隔圈128、隔圈227、隔圈326、隔圈425、压圈229、第五组透镜框30、隔圈531、隔圈632、压圈333、低照度CMOS机芯34组成。各透镜分别装在镜身上，通过隔圈将透镜隔开，最后用压圈压紧，低照度CMOS机芯34与镜身24通过螺纹配合。4.根据权利要求1所述的一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：红外镜头组B由红外物镜第一透镜10、红外物镜第二透镜11、红外物镜第三透镜12、红外物镜第四透镜13、红外物镜第五透镜14、前物镜筒35、压圈436、镜筒37、压圈538、调距隔圈39、后物镜筒40、红外探测器机芯41组成。红外物镜第一透镜10、红外物镜第二透镜11和前物镜筒35组成物镜前组，红外物镜第五透镜14和后物镜筒40组成物镜后组，红外物镜第三透镜12、红外物镜第四透镜13分别软装在镜筒37上，物镜前组装到镜筒37后，通过压圈436压紧，物镜后组装到镜筒37后，通过压圈538压紧，红外探测器机芯41通过螺钉21装在镜筒37上，通过修切物镜前组、物镜后组的镜框保证光学间隔。5.根据权利要求3所述的一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪，其特征在于：物镜第二胶合透镜5设置设计若干小孔。

百度查询： 云南北方光电仪器有限公司 一种大视场多波段立体视觉辅助驾驶仪

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