一種虛擬潛望鏡的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種虛擬潛望鏡，包括：鏡頭，適于設(shè)置在水下，用于接收來自水上目標(biāo)物的光線，并將所述水上目標(biāo)物成像在感光元件上；感光元件，用于將像信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸入至顯示元件；顯示元件，用于將所述電信號轉(zhuǎn)化成圖像輸出；還包括光過濾件，設(shè)置在所述鏡頭和所述感光元件之間，用于將穿過所述鏡頭、卻不反映所述水上目標(biāo)物形態(tài)信息的干擾光線過濾去除；所述干擾光線為自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線被海水分子散射而產(chǎn)生的散射光線。本實用新型的虛擬潛望鏡采用光過濾件將干擾光線過濾去除后，能夠降低或消除干擾，提高成像對比度，進(jìn)而提高虛擬潛望鏡的成像質(zhì)量。
【專利說明】
一種虛擬潛望鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及觀察設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從水下對水上目標(biāo)物進(jìn)行觀察的虛擬潛望鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]虛擬潛望鏡是水下運載平臺(如潛艇、UUV、AUV、R0V、潛水裝具等)對水面、空中目標(biāo)物進(jìn)行觀察的主要設(shè)備。虛擬潛望鏡在水下使用，其一般包括鏡頭、感光元件和顯示元件，水上目標(biāo)物發(fā)出的光線經(jīng)過水的折射后，經(jīng)過鏡頭，在感光元件上成像，并通過顯示元件輸出，從而供人們在水下對水上目標(biāo)物進(jìn)行觀察。然而在實際應(yīng)用中，現(xiàn)有技術(shù)中的虛擬潛望鏡清晰度較差，本領(lǐng)域的技術(shù)人員曾進(jìn)行多次技術(shù)攻關(guān)，均未找到良好的解決辦法。
[0003]目前，在虛擬潛望鏡技術(shù)領(lǐng)域，提高成像質(zhì)量是核心技術(shù)問題。發(fā)明人經(jīng)過長時間的反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，大氣中的光線(包括水上目標(biāo)物發(fā)出的)從水面入射后，一部分能夠直接穿透水層，經(jīng)鏡頭后在感光元件上成像，通過顯示元件輸出；另一部分則會在水分子的作用下散射，散射后的這部分光線經(jīng)鏡頭后也會在感光元件上成像，并通過顯示元件輸出，然而這部分散射后的光線并沒有攜帶水上目標(biāo)物的信息，也就是說，這部分散射的光線在感光元件上所成的像并不反應(yīng)水上目標(biāo)物形態(tài)信息，因而對虛擬潛望鏡的對比度造成了損害，并直接導(dǎo)致了虛擬潛望鏡清晰度差的缺陷。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]因此，本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的虛擬潛望鏡成像清晰度差的技術(shù)缺陷，從而提供一種成像清晰度好的虛擬潛望鏡。
[0005]為此，本實用新型提供一種虛擬潛望鏡，包括:
[0006]鏡頭，適于設(shè)置在水下，用于接收來自水上目標(biāo)物的光線，并將所述水上目標(biāo)物成像在感光元件上；
[0007]感光元件，用于將像信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸入至顯示元件；
[0008]顯示元件，用于將所述電信號轉(zhuǎn)化成圖像輸出；
[0009]還包括光過濾件，設(shè)置在所述鏡頭和所述感光元件之間，用于將穿過所述鏡頭、卻不反映所述水上目標(biāo)物形態(tài)信息的干擾光線過濾去除；
[0010]所述干擾光線為自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線被海水分子散射而產(chǎn)生的散射光線。
[0011 ]作為一種優(yōu)選方案，所述光過濾件為偏振片，設(shè)置在所述鏡頭的焦平面上，所述偏振片具有中心，且所述偏振片至少具有一部分，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行;并且，所述偏振片的穿過所述中心的中心法線與所述鏡頭的光軸重入口 O
[0012]作為一種優(yōu)選方案，所述偏振片的全部，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，所述偏振片由以所述中心為頂點的若干個扇形子偏振片組合形成，且所述扇形子偏振片的偏振化方向與其圓心角的角平分線方向平行。
[0014]作為一種優(yōu)選方案，所述偏振片由至少4個所述扇形子偏振片組合形成，且任意兩個所述扇形子偏振片的圓心角角度相同。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，還包括用于驅(qū)動所述偏振片繞所述中心法線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)驅(qū)動所述偏振片轉(zhuǎn)動的角速度大于40轉(zhuǎn)/秒。
[0017]本申請中，UUV指:UnmannedUnderwater Vehicle，無人水下航行器；AUV指:Autonomous Underwater Vehicle，自主式水下航行器；ROV指:Remote Operated Vehicle，遙控航行器。
[0018]本實用新型提供的虛擬潛望鏡，具有以下優(yōu)點:
[0019]1.本實用新型的虛擬潛望鏡，在鏡頭和感光元件之間增加了光過濾件，用于將穿過鏡頭、卻不反映水上目標(biāo)物形態(tài)信息的干擾光線過濾去除，這部分干擾光線是指來自自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線被海水分子散射而產(chǎn)生的散射光線；由于這部分散射光線是對虛擬潛望鏡對比度產(chǎn)生損害的光線，因而采用上述光過濾件將其過濾去除后，能夠降低或消除上述損害，提高成像對比度，進(jìn)而提高虛擬潛望鏡的成像質(zhì)量。
[0020]2.本實用新型的虛擬潛望鏡，采用偏振片作為光過濾件，將其設(shè)置在鏡頭的焦平面上，設(shè)置偏振片至少具有一部分，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行;并且，偏振片的穿過上述中心的中心法線與鏡頭的光軸重合；
[0021 ]根據(jù)瑞利散射理論，分子散射后所形成的散射光屬于部分偏振光，而這部分散射光具有垂直于入射光線與散射光線所形成平面的第一振動方向，和平行于該平面的第二振動方向，且第一振動方向占優(yōu)勢；
[0022]將鏡頭正對入射光線，使中心法線、鏡頭的光軸和入射光線重合，則上述偏振片的一部分，其偏振化方向與上述第一振動方向垂直，從而能夠阻止該部分散射光線穿過，進(jìn)而阻止其在感光元件上成像，從而提高成像質(zhì)量；
[0023]根據(jù)海洋中輻射傳輸理論，自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線，在深度大于一定數(shù)值時(如40m)，沿豎直方向向下傳播的光線占據(jù)優(yōu)勢，因而當(dāng)將鏡頭水平放置，使豎直向下傳播的光線垂直穿過鏡頭時，能夠最大程度過濾干擾光線(由豎直向下傳播的光線發(fā)生分子散射所產(chǎn)生的散射光線)，提高成像質(zhì)量。
[0024]將偏振片設(shè)置在鏡頭的焦平面上，可以將具有相同性質(zhì)的平行光聚集在偏振片上的同一點，進(jìn)而集中過濾去除干擾光，進(jìn)一步提高成像質(zhì)量。
[0025]3.本實用新型的虛擬潛望鏡，整個偏振片上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行，這樣的偏振片能夠最大程度過濾干擾光線，因而對于提高成像對比度，提高虛擬潛望鏡的成像質(zhì)量效果最好。
[0026]4.本實用新型的虛擬潛望鏡，偏振片由以中心為頂點的若干個扇形子偏振片組合形成，且扇形子偏振片的偏振化方向與其圓心角的角平分線方向平行，這樣的設(shè)置，能夠在盡量使偏振片的偏振化方向與干擾光線的偏振方向垂直的情況下，降低制造難度，降低制造成本。更優(yōu)選的，設(shè)置偏振片由至少4個扇形子偏振片組合形成，且任意兩個扇形子偏振片的圓心角角度相同，能夠使偏振片各部分均有過濾上述干擾光線的能力，以達(dá)到提高虛擬潛望鏡成像對比度的目的。
[0027]5.本實用新型虛擬潛望鏡，還包括用于驅(qū)動偏振片繞中心法線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，當(dāng)偏振片由多個子偏振片組合形成時，相鄰的兩個子偏振片之間具有接縫，在使用虛擬潛望鏡觀察水上目標(biāo)物時，啟動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，使其驅(qū)動偏振片旋轉(zhuǎn)，并控制角速度大于40轉(zhuǎn)/秒，可以消除接縫位置不透光導(dǎo)致的透光不均勻的現(xiàn)象，有利于提高成像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明現(xiàn)有技術(shù)或本實用新型【具體實施方式】中的技術(shù)方案，下面對現(xiàn)有技術(shù)或【具體實施方式】描述中所使用的附圖作簡單介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1是實施例1中虛擬潛望鏡的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0030]圖2是圖1的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0031 ]圖3是圖1中鏡頭、光過濾件和感光元件的相對位置關(guān)系圖。
[0032]圖4是圖3中光過濾件的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0033]附圖標(biāo)記:1-鏡頭，2-感光元件，3-顯示元件，4-光過濾件，5-扇形子偏振片，6_中心法線，7-光軸。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行描述，顯然，下述的實施例不是本實用新型全部的實施例?；诒緦嵱眯滦退枋龅膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出其他創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
[0035]需要說明的是，在本實用新型的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，下面所描述的本實用新型不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0036]實施例1
[0037]本實施例提供一種虛擬潛望鏡，如圖1和圖2所示，包括:鏡頭I，適于設(shè)置在水下，用于接收來自水上目標(biāo)物的光線，并將所述水上目標(biāo)物成像在感光元件2上;感光元件2，用于將像信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸入至顯示元件3;顯示元件3，用于將所述電信號轉(zhuǎn)化成圖像輸出；還包括光過濾件4，設(shè)置在所述鏡頭I和所述感光元件2之間，用于將穿過所述鏡頭1、卻不反映所述水上目標(biāo)物形態(tài)信息的干擾光線過濾去除；其中，所述干擾光線為自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線被海水分子散射而產(chǎn)生的散射光線。
[0038]本實施例的虛擬潛望鏡，在鏡頭I和感光元件2之間增加了光過濾件4，用于將穿過鏡頭1、卻不反映水上目標(biāo)物形態(tài)信息的干擾光線過濾去除，這部分干擾光線是指來自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線被海水分子散射而產(chǎn)生的散射光線；由于這部分散射光線是對虛擬潛望鏡對比度產(chǎn)生損害的光線，因而采用上述光過濾件4將其過濾去除后，能夠降低或消除上述損害，提高成像對比度，進(jìn)而提高虛擬潛望鏡的成像質(zhì)量。
[0039]所述光過濾件4為偏振片，設(shè)置在所述鏡頭I的焦平面上，所述偏振片具有中心，且所述偏振片至少具有一部分，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行;并且，所述偏振片的穿過所述中心的中心法線6與所述鏡頭I的光軸7重合。[0040 ]根據(jù)瑞利散射理論，分子散射后所形成的散射光屬于部分偏振光，而這部分散射光具有垂直于入射光線與散射光線所形成平面的第一振動方向，和平行于該平面的第二振動方向，且第一振動方向占優(yōu)勢。
[0041 ]將鏡頭I正對入射光線，使中心法線6、鏡頭I的光軸7和入射光線重合，則上述偏振片的一部分，其偏振化方向與上述第一振動方向垂直，從而能夠阻止該部分散射光線穿過，進(jìn)而阻止其在感光元件2上成像，從而提高成像質(zhì)量。
[0042]根據(jù)海洋中輻射傳輸理論，自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線，在深度大于一定數(shù)值時(如40m)，沿豎直方向向下傳播的光線占據(jù)優(yōu)勢，因而當(dāng)將鏡頭I水平放置，使豎直向下傳播的光線垂直穿過鏡頭I時，能夠最大程度過濾干擾光線，提高成像質(zhì)量。
[0043]將偏振片設(shè)置在鏡頭I的焦平面上，可以將具有相同性質(zhì)的平行光聚集在偏振片上的同一點，進(jìn)而集中過濾去除干擾光，進(jìn)一步提高成像質(zhì)量。
[0044]上述偏振片的部分可以根據(jù)實際需要設(shè)計為任意的形狀，如環(huán)形、三角形、方形、扇形、不規(guī)則形等。
[0045]具體在本實施例中，如圖3和圖4所示，所述偏振片由以所述中心為頂點的若干個扇形子偏振片5組合形成，且所述扇形子偏振片5的偏振化方向與其圓心角的角平分線方向平行。
[0046]由于偏振片的偏振化方向大多是沿同一方向，在制造上述偏振片時，人們只需要從偏振化方向沿同一方向的偏振片上截取扇形子偏振片5，然后拼接即可得到本實施例的上述偏振片，因而本實施例中的偏振片能夠在盡量使偏振片的偏振化方向與干擾光線的偏振方向垂直的情況下，降低制造難度，降低制造成本。更優(yōu)選的，設(shè)置偏振片由至少4個(如5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、24個、36個、64個、128個等等)扇形子偏振片5組合形成，且任意兩個扇形子偏振片5的圓心角角度相同，能夠使偏振片各部分均有過濾上述干擾光線的能夠，以達(dá)到提高虛擬潛望鏡成像對比度的目的。
[0047]本實施例中，如圖4所示，所述偏振片為圓形，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)需要，在實際應(yīng)用中將其設(shè)置為所需的三角形、方形、多邊形、橢圓形或不規(guī)則形，均是可以接受的，都能實現(xiàn)發(fā)明目的。
[0048]作為對本實施例的一種改進(jìn)技術(shù)方案，還包括用于驅(qū)動所述偏振片繞所述中心法線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。所述轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)驅(qū)動所述偏振片轉(zhuǎn)動的角速度為50轉(zhuǎn)/秒。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況，設(shè)置轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)驅(qū)動偏振片轉(zhuǎn)動的角速度為40轉(zhuǎn)/秒，60轉(zhuǎn)/秒，70轉(zhuǎn)/秒等，只要大于40轉(zhuǎn)/秒均能實現(xiàn)發(fā)明目的。至于轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的具體形式，可采用現(xiàn)有技術(shù)中的多種實現(xiàn)方式，本實施例不再詳細(xì)描述。
[0049]當(dāng)偏振片由多個子偏振片組合形成時，相鄰的兩個子偏振片之間具有接縫，在使用虛擬潛望鏡觀察水上目標(biāo)物時，啟動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，使其驅(qū)動偏振片旋轉(zhuǎn)，并控制角速度大于40轉(zhuǎn)/秒，可以消除接縫位置不透光導(dǎo)致的透光不均勻的現(xiàn)象，有利于提高成像質(zhì)量。
[0050]實施例2
[0051]本實施例提供一種虛擬潛望鏡，其是在實施例1基礎(chǔ)上的改進(jìn)，區(qū)別在于:參考圖4所示，所述光過濾件4為偏振片，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行。這樣的偏振片能夠最大程度過濾去除干擾光線，對于提高成像對比度，提高虛擬潛望鏡的成像質(zhì)量效果更好。
[0052]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種虛擬潛望鏡，包括: 鏡頭(I)，適于設(shè)置在水下，用于接收來自水上目標(biāo)物的光線，并將所述水上目標(biāo)物成像在感光元件(2 )上； 感光元件(2)，用于將像信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸入至顯示元件(3); 顯示元件(3)，用于將所述電信號轉(zhuǎn)化成圖像輸出； 其特征在于:還包括光過濾件(4)，設(shè)置在所述鏡頭(I)和所述感光元件(2)之間，用于將穿過所述鏡頭(I )、卻不反映所述水上目標(biāo)物形態(tài)信息的干擾光線過濾去除； 所述干擾光線為自空中經(jīng)海面折射進(jìn)入水中的光線被海水分子散射而產(chǎn)生的散射光線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬潛望鏡，其特征在于:所述光過濾件為偏振片，設(shè)置在所述鏡頭(I)的焦平面上，所述偏振片具有中心，且所述偏振片至少具有一部分，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行;并且，所述偏振片的穿過所述中心的中心法線(6)與所述鏡頭(I)的光軸(7)重合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的虛擬潛望鏡，其特征在于:所述偏振片的全部，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的虛擬潛望鏡，其特征在于:所述偏振片由以所述中心為頂點的若干個扇形子偏振片(5)組合形成，且所述扇形子偏振片(5)的偏振化方向與其圓心角的角平分線方向平行。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的虛擬潛望鏡，其特征在于:所述偏振片由至少4個所述扇形子偏振片(5)組合形成，且任意兩個所述扇形子偏振片(5)的圓心角角度相同。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的虛擬潛望鏡，其特征在于:還包括用于驅(qū)動所述偏振片繞所述中心法線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的虛擬潛望鏡，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)驅(qū)動所述偏振片轉(zhuǎn)動的角速度大于40轉(zhuǎn)/秒。
【文檔編號】G02B23/12GK205643847SQ201620167694
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月4日
【發(fā)明人】王光輝, 朱海, 郭正東, 蔡鵬 , 王超, 孫雅琴, 姜暖, 王旺
【申請人】中國人民解放軍海軍潛艇學(xué)院