專利名稱：一種激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像采集系統(tǒng)和方法，尤其涉及的是一種紅外激光攝像過程中激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置改進(jìn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，隨著夜間攝像技術(shù)的發(fā)展，紅外激光補(bǔ)光(或稱紅外激光照明)的要求越來越高，目前市場上多數(shù)采用半導(dǎo)體激光照明器進(jìn)行紅外攝像補(bǔ)光。由于半導(dǎo)體激光器存在光能量分布不均勻的缺陷，目前市場上普遍采用各類光束分割器或光纖對激光光束進(jìn)行勻化，但由于激光本身的高相干性，上述所有勻化方法或裝置雖然會消除圖像中的部分明暗條紋，但均會產(chǎn)生嚴(yán)重的激光散斑(即存在區(qū)域明暗不均勻問題)，嚴(yán)重影響所攝錄圖像的清晰度。目前市場上沒有能徹底消除激光散斑的有效勻化方法或裝置，因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置，可以解決由于激光的高相干性所帶來的夜間攝錄圖像出現(xiàn)激光散斑(即光投射面出現(xiàn)明暗交錯亮度不均勻情形)的缺陷，使圖像更加清晰，可徹底消除激光散斑。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種激光補(bǔ)光勻化的激光照明裝置，其包括一半導(dǎo)體激光器，以及一勻化裝置和一透鏡組；
所述半導(dǎo)體激光器用于發(fā)射照射用激光；所述勻化裝置用于在激光傳導(dǎo)方向的垂直面上能量分布均勻化；以及一透鏡組，至少包括擴(kuò)束鏡和聚焦鏡，分別用于擴(kuò)束和聚焦照射用激光；其中，
還設(shè)置有一振動或轉(zhuǎn)動裝置，用于保持所述半導(dǎo)體激光器、勻化裝置及所述透鏡組三者中的至少兩者之間相對振動或轉(zhuǎn)動，并且其振動或轉(zhuǎn)動的周期小于等于攝像機(jī)的電子快門時間。所述的激光照明裝置，其中，所述半導(dǎo)體激光器采用激光二極管或帶光纖輸出的
激光二極管。所述的激光照明裝置，其中，所述勻化裝置采用光纖、毛玻璃、多面棱鏡和篩孔中的至少一種。所述的激光照明裝置，其中，所述振動或轉(zhuǎn)動裝置設(shè)置在所述激光器、勻化裝置或透鏡組中的任一裝置上。一種激光補(bǔ)光的勻化方法，其包括以下步驟
采用一半導(dǎo)體激光器，以及一勻化裝置和一透鏡組形成用于激光補(bǔ)光的激光照明裝置；所述半導(dǎo)體激光器用于發(fā)射照射用激光；所述勻化裝置用于在激光傳導(dǎo)方向的垂直面上能量分布均勻化；以及一透鏡組，至少包括擴(kuò)束鏡和聚焦鏡，分別用于擴(kuò)束和聚焦照射用激光；
保持所述半導(dǎo)體激光器、勻化裝置及所述透鏡組三者中的至少兩者之間相對振動或轉(zhuǎn)動，并且其振動或轉(zhuǎn)動的周期小于等于攝像機(jī)的電子快門時間。本發(fā)明所提供的一種激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置，由于采用了振動或轉(zhuǎn)動的勻化方法和激光照明裝置，同時實(shí)現(xiàn)了對圖像中明暗條紋的消除以及圖像中的激光散斑現(xiàn)象，使圖像在無需增加太高成本的前提下實(shí)現(xiàn)了圖像的清晰化，達(dá)到了產(chǎn)品的實(shí)際市場要求。本發(fā)明完全解決了由于激光的高相干性所產(chǎn)生的激光散斑缺陷，極大提升了紅外激光補(bǔ)光在夜間攝像領(lǐng)域的應(yīng)用效果，使圖像更加清晰。


圖1為本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法激光照明裝置較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)功能示意圖。圖2a、圖2b和圖2c分別示出的是本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置工作原理示意圖。圖3為本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置原理示意圖。圖4為本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法激光照明裝置的較佳實(shí)施例示意圖。圖如、圖恥和圖5c分別為現(xiàn)有技術(shù)的無勻化處理時所攝錄的一幀圖像，和分別采用光束分割器、光纖勻化器時的攝錄圖像效果。圖5d為本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置攝錄圖像效果。圖6是本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，將對本發(fā)明各較佳實(shí)施例進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。本發(fā)明的激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置，如圖1所示，為激光照明器的完整光路組成原理圖，其中A是半導(dǎo)體激光器，包括激光二極管、帶光纖輸出的激光二極管等，用來發(fā)出照射的激光；B是勻化裝置，包括光纖、毛玻璃、多面棱鏡和篩孔等中的至少一種，用來對激光進(jìn)行能量勻化處理；C是透鏡組，其組成包括擴(kuò)束鏡、聚焦鏡等，分別用來對照射用激光進(jìn)行擴(kuò)束和聚焦處理；須注意的是，本發(fā)明所述透鏡組中較好的設(shè)置方式是擴(kuò)束鏡在前，聚焦鏡在后，即需要先擴(kuò)束再聚焦。本發(fā)明較佳實(shí)施例中同時設(shè)置了一振動或轉(zhuǎn)動裝置，如圖1所示，該振動或轉(zhuǎn)動裝置在現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式中是較多的，例如可以采用馬達(dá)驅(qū)動的偏心輪聯(lián)動，或者通過馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)動，例如可以齒輪傳動或皮帶傳動等。本發(fā)明是通過振動或轉(zhuǎn)動裝置振動或轉(zhuǎn)動A、B、C中的至少一個，使三者中的至少兩者之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，使對照射用激光進(jìn)行進(jìn)一步的勻化處理，從而使疊加在光投射面上的激光明暗區(qū)域快速交錯變化，以至在一定時間內(nèi)光投射面上的每一點(diǎn)都被均勻地投射到。假設(shè)用來攝錄的攝像機(jī)電子快門時間為T，而所述振動或轉(zhuǎn)動裝置保持A、B、 C三個部分中之至少兩者之間相對運(yùn)動的周期為t，即相對運(yùn)動的組件由初始位置發(fā)生周期性運(yùn)動再次返回初始位置所用的時間。在滿足t ^ T時，攝像機(jī)采集到的激光補(bǔ)光圖像由于明暗區(qū)域的交錯累積疊加使任何區(qū)域的亮度都變得完全均勻，故可完全消除激光散斑3/4頁
導(dǎo)致的圖像不清晰之缺陷。因此，本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置可以完全解決由于激光的高相干性所產(chǎn)生的攝錄圖像中激光散斑缺陷，極大提升了紅外激光補(bǔ)光在夜間攝像領(lǐng)域的應(yīng)用效果，使圖像更加清晰了。如圖加和圖2b所示的，當(dāng)A、B、C中的至少兩者之間發(fā)生相對運(yùn)動時，就會使疊加在光投射面上的激光散斑明暗區(qū)域交錯變化，如圖2c所示，于是在一個完整的相對運(yùn)動周期t時間內(nèi)，激光散斑在光投射面上就會發(fā)生如圖加至圖2c所示的變化圖加中所示是相對運(yùn)動前半個周期的激光散斑分布示意圖；圖2b是相對運(yùn)動后半個周期的激光散斑分布示意圖；圖2c所示是一個完整的相對運(yùn)動周期t時間內(nèi)的激光散斑場的累積疊加。在 t ^ T時，本發(fā)明即可解決激光散斑導(dǎo)致的圖像不清晰缺陷。采用本發(fā)明的工作原理，以只針對振動或轉(zhuǎn)動勻化裝置為例，來說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例的技術(shù)效果。如圖3所示，本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置中半導(dǎo)體激光器110 對應(yīng)的是圖1中的A部分，勻化裝置120對應(yīng)的是圖1中的B部分；擴(kuò)束鏡131與聚焦透鏡 132對應(yīng)的是圖1中的C部分透鏡組；同時在所述勻化裝置120下方的陰影部分示意為振動或轉(zhuǎn)動裝置140，該振動或轉(zhuǎn)動裝置實(shí)現(xiàn)可以采用目前常見的振動馬達(dá)或馬達(dá)轉(zhuǎn)動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，例如齒輪或皮帶驅(qū)動，通過振動或轉(zhuǎn)動勻化裝置，以消除攝像機(jī)所采集圖像中的激光散斑。如圖4所示，本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置中的一較具體實(shí)施例，將所述半導(dǎo)體激光器110設(shè)置在了一筒式外殼210的端部，在該筒式外殼210的管腔 211內(nèi)依次設(shè)置有一勻化裝置120和一透鏡組130，在該勻化裝置120的下方設(shè)置有一振動裝置140，具體的可以是通過振動馬達(dá)驅(qū)動所述勻化裝置120，該勻化裝置120通過一振動彈簧121彈性固定在所述管腔211內(nèi)。如圖6所示是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置圖，其中激光器110、勻化裝置120和透鏡組130依次設(shè)置形成一光學(xué)系統(tǒng)，并在所述勻化裝置120的下方設(shè)置一振動裝置140。所述勻化裝置 120此處采用的是毛玻璃。其中的激光器110對應(yīng)的是圖1中的A部分；勻化裝置120對應(yīng)的是圖1中的B部分；透鏡組對應(yīng)的是圖1中的C部分；通過振動勻化裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，確實(shí)消除了激光散斑的缺陷。本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法的較佳實(shí)施例中，就是利用上述振動或轉(zhuǎn)動裝置實(shí)現(xiàn)激光器、勻化裝置以及透鏡組三者中的任意兩者之間相對振動或轉(zhuǎn)動，其振動或轉(zhuǎn)動的周期小于或等于攝像機(jī)的快門時間，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對激光器照射出的激光進(jìn)行迅速勻化的過程，保證明暗亮度區(qū)域的均勻照射，消除攝像機(jī)攝錄圖像中的激光散斑。如圖fe至圖5d所示是現(xiàn)有技術(shù)各處理方式與本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置的處理效果對比示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)在未進(jìn)行任何處理時，如圖如所示，其圖像極不清晰且明暗條紋非常明顯；如圖恥和圖5c所示，是采用光束分割器(如毛玻璃)勻化或光纖勻化后的圖像，其明暗條紋有所改善，但激光散斑現(xiàn)象嚴(yán)重，因此現(xiàn)有技術(shù)中僅能消除部分明暗條紋，但由于激光本身具有相干性，其并未考慮或?qū)崿F(xiàn)對激光散斑的消除問題， 導(dǎo)致目前夜間攝錄技術(shù)的不實(shí)用。如圖5d所示，是采用本發(fā)明(如振動毛玻璃)勻化后的圖像，其清晰無明顯缺陷，達(dá)到了實(shí)用化的要求。
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以上實(shí)驗(yàn)效果圖像均為靜態(tài)圖像，但其對比效果已經(jīng)非常明顯，在實(shí)際的應(yīng)用中， 對比動態(tài)視頻效果，本發(fā)明的勻化技術(shù)效果則更加突出。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述較為具體，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種激光補(bǔ)光勻化的激光照明裝置，其包括一半導(dǎo)體激光器，以及一勻化裝置和一透鏡組；所述半導(dǎo)體激光器用于發(fā)射照射用激光；所述勻化裝置用于在激光傳導(dǎo)方向的垂直面上能量分布均勻化；以及一透鏡組，至少包括擴(kuò)束鏡和聚焦鏡，分別用于擴(kuò)束和聚焦照射用激光；其特征在于，還設(shè)置有一振動或轉(zhuǎn)動裝置，用于保持所述半導(dǎo)體激光器、勻化裝置及所述透鏡組三者中的至少兩者之間相對振動或轉(zhuǎn)動，并且其振動或轉(zhuǎn)動的周期小于等于攝像機(jī)的電子快門時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光照明裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器采用激光二極管或帶光纖輸出的激光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光照明裝置，其特征在于，所述勻化裝置采用光纖、毛玻璃、多面棱鏡和篩孔中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光照明裝置，其特征在于，所述振動或轉(zhuǎn)動裝置設(shè)置在所述激光器、勻化裝置或透鏡組中的任一裝置上。
5.一種激光補(bǔ)光的勻化方法，其包括以下步驟采用一半導(dǎo)體激光器，以及一勻化裝置和一透鏡組形成用于激光補(bǔ)光的激光照明裝置；所述半導(dǎo)體激光器用于發(fā)射照射用激光；所述勻化裝置用于在激光傳導(dǎo)方向的垂直面上能量分布均勻化；以及一透鏡組，至少包括擴(kuò)束鏡和聚焦鏡，分別用于擴(kuò)束和聚焦照射用激光；保持所述半導(dǎo)體激光器、勻化裝置及所述透鏡組三者中的至少兩者之間相對振動或轉(zhuǎn)動，并且其振動或轉(zhuǎn)動的周期小于等于攝像機(jī)的電子快門時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置，其裝置包括一半導(dǎo)體激光器，以及一勻化裝置和一透鏡組；所述半導(dǎo)體激光器用于發(fā)射照射用激光；所述勻化裝置用于在激光傳導(dǎo)方向的垂直面上能量分布均勻化；以及一透鏡組，至少包括擴(kuò)束鏡和聚焦鏡，用于擴(kuò)束和聚焦照射用激光；其中，還設(shè)置有一振動或轉(zhuǎn)動裝置，用于保持所述半導(dǎo)體激光器、勻化裝置及所述透鏡組三者中的至少兩者之間相對振動或轉(zhuǎn)動，并且其振動或轉(zhuǎn)動的周期小于等于攝像機(jī)的電子快門時間。本發(fā)明激光補(bǔ)光的勻化方法及其激光照明裝置由于采用了振動或轉(zhuǎn)動的勻化方法和激光照明裝置，實(shí)現(xiàn)了對圖像中明暗條紋的消除以及圖像中的激光散斑現(xiàn)象。
文檔編號G02B27/09GK102298215SQ20111027350
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者方享文, 王勇來, 費(fèi)維剛, 陸知緯 申請人:深圳市佶達(dá)德科技有限公司