一种基于非球面屈光的机身成像系统及其视觉隐身方法与流程

1.本发明涉及无人机隐身的技术领域，更具体地说，它涉及一种基于非球面屈光的机身成像系统及其视觉隐身方法。


背景技术：

2.无人机在最早的隐身是通过迷彩实现，迷彩是一种光学隐身。在视觉上我们很难分清原来的形状，如飞机背上涂迷彩的草绿色，很容易跟草地的颜色混淆；而机腹涂成天蓝色，跟天空的颜色一致，这样无论它在地上还是天上，都很难看清楚。
3.但是光学隐身中多数通过涂装进行视觉干扰，不能根据周围环境进行机身的隐身变化，更具体的，机身由于为多个非球面组成，其屈光度不同，造成涂装不能很好地对机身进行光学隐身，而且机身的低空飞行会更易被察觉。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于非球面屈光的机身成像系统及其视觉隐身方法，解决相关技术中光学隐身涂装不能适应性改变光路进而实现机身隐身的技术问题。
5.根据一个方面，本发明提供了一种基于非球面屈光的机身成像系统，包括无人机机身和分别设于机身的上方成像机构和机腹成像机构，在机身的中部设有光通路，光通路用于光线穿过机身和将上方成像机构的成像传递至机身下方，机腹成像机构将上方成像机构的成像呈现，并将入射机身下方的入射光进行调整，对上方成像机构的成像进行补偿；
6.上方成像机构包括屈光介质和其所连接的介质调节结构，屈光介质分布在机身上方，介质调节结构可调整屈光介质的位置，介质调节结构包括第一电机、第二电机、架体、球体和限位件，第一电机和第二电机的输出轴轴线始终呈九十度夹角，且架体分别安装在第一电机和第二电机的输出轴上，球体安装在其中一个架体上，球体和另一个架体之间通过限位件相连接，连接球体的架体端部与屈光介质相连接。
7.进一步地：上方成像机构还包括消光介质，消光介质对入射机身的边界进行模糊化，使机身曲线趋于光滑。
8.进一步地：消光介质包括增透膜、光学液体和玻璃透镜，光学液体充盈在玻璃透镜和增透膜之间。
9.进一步地：限位件包括限位柱和限位槽，限位槽设于球体的外壁上，且限位槽的槽向与球体的最大外径相适配。
10.进一步地：机腹成像机构包括凸透镜组和光线传导件，凸透镜组设于机身下方的光路端，对入射的屈光路径进行反向调整，使射出机身下方的光线与射入机身上方的光线一致。
11.进一步地：屈光介质包括柔性透镜、光学液体和玻璃透镜，光学液体充盈在玻璃透镜和柔性透镜之间。
12.进一步地：凸透镜组包括若干个菲涅尔螺纹透镜，若干个菲涅尔螺纹透镜组合对
入射的屈光路径进行反向调整。
13.进一步地：架体上安装有光感传感器，光感传感器设于屈光介质的下方，光感传感器与第一电机和第二电机之间通过电性连接。
14.进一步地：机身的材料包括高透低折射率材料，机身材料与屈光介质对入射光路进行聚焦或散焦式弯曲。
15.根据另一个方面，本发明提供了一种基于非球面屈光的视觉隐身方法，包括以下步骤：
16.s1：机身由高透低折射率的材料作为主要材料，配合屈光介质对入射光路进行聚焦或散焦式弯曲，再通过消光介质对飞行器外壳或内壁内粗糙部分和空间进行补位，使外壳边界层调整为适应空气动力学的光滑流线曲面；
17.s2：将从机身上侧射入的平行光进行短焦屈光，再通过光线传导件，例如光纤或内反射管将该散度的光线传递至机腹，并通过凸透镜对光线所穿透的像进行依次颠倒，将光路在机腹部按照机顶部外壳屈光路径进行反向调整，使射出机腹的光线与射入机顶部的光线一致，将位于飞机上方的像，机腹无损的传递机腹相应表面，从而实现视觉隐身；
18.s3：从机身下方射入的光线同样的经过短焦屈光，然后对飞机上方的像的射出进行光强补偿，实现机身下侧无损传递出的像光强与周围环境一致，提高隐身的真实度。
19.本发明的有益效果在于：
20.本系统根据光路将介质上分布的非透光实体进行空间分布调整，让出狭窄的光通路，机身上侧的像进行屈光路径变化，通过上层成像传递至下侧机腹上，通过上层成像覆盖机腹，并对机腹射入的光线进行屈光，统一射出路径，实现了无人机的隐身，可实现低空隐身，随着飞行路径和姿态调整，形成实时隐身，提高无人机飞行安全性。
附图说明
21.图1是本发明提出的一种基于非球面屈光的机身成像系统的系统组成图；
22.图2是图1中机身结构示意图；
23.图3是本发明提出的一种基于非球面屈光的机身成像系统的机身上侧光路通过图；
24.图4是本发明提出的一种基于非球面屈光的机身成像系统的机身下侧光路通过图；
25.图5是图3中屈光介质作业光路图；
26.图6是图5中屈光介质结构示意图；
27.图7是本发明提出的一种基于非球面屈光的机身成像系统的介质调节结构的竖向截面图；
28.图8是本发明提出的一种基于非球面屈光的机身成像系统的介质调节结构示意图。
29.图中：100、机身；110、上机壳；120、机腹壳；200、屈光介质；300、光通路；400、消光介质；500、机腹成像机构；510、凸透镜组；520、光线传导件；530、菲涅尔螺纹透镜；600、介质调节结构；610、球体；620、光感传感器；630、限位柱；640、第一电机；650、第二电机；660、上架体；670、下架体；680、限位槽。
具体实施方式
30.现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。
31.实施例一
32.参阅图1-图8所示，一种基于非球面屈光的机身成像系统，包括无人机机身100和分别设于机身100的上方成像机构和机腹成像机构500，在机身100的中部设有光通路300，光通路300用于光线穿过机身100和将上方成像机构的成像传递至机身100下方，机腹成像机构500将上方成像机构的成像呈现，并将入射机身100下方的入射光进行调整，对上方成像机构的成像进行补偿；
33.无人机机身100分为上机壳110和机腹壳120，上机壳110和机腹壳120均由高透低折射率的材料作为主要材料，同时成像系统基于入射光分别透过上机壳110和机腹壳120，并对其进行屈光处理而实现的隐身效果。
34.上方成像机构包括屈光介质200和其所连接的介质调节结构600，屈光介质200分布在机身100上方，介质调节结构600可调整屈光介质200的位置，介质调节结构600包括第一电机640、第二电机650、架体、球体610和限位件，第一电机640和第二电机650的输出轴轴线始终呈九十度夹角，且架体分别安装在第一电机640和第二电机650的输出轴上，球体610安装在其中一个架体上，球体610和另一个架体之间通过限位件相连接，连接球体610的架体端部与屈光介质200相连接。
35.屈光介质200包括柔性透镜、光学液体和玻璃透镜，光学液体充盈在玻璃透镜和柔性透镜之间。
36.需要补充说明的是，其中架体包括上架体660和下架体670，上架体660和下架体670如图7、图8所示的结构分布，第一电机640与上架体660相连接，第二电机650与下架体670相连接，第一电机640带动上架体660绕着y轴所在平面转动，第二电机650带动下架体670绕着x轴所在的平面转动，使屈光介质200在介质调节结构600调节下，在x、y轴向组成的半球面上实现角度变化，实现了入射光与屈光介质200的位置，进而使入射光的光路进行聚焦或散焦式弯曲；
37.上方成像机构还包括消光介质400，消光介质400对入射机身100的边界进行模糊化，使机身100曲线趋于光滑。
38.消光介质400包括增透膜、光学液体和玻璃透镜，光学液体充盈在玻璃透镜和增透膜之间。
39.增透膜，又称减反射膜，是为了减少或消除光学液体和玻璃透镜的光学表面的反射光，从而增加光学液体和玻璃透镜的透光量，减少或消除消光介质400的杂散光，通过减弱反射光，即增强了入射光，起到消光增透作用，使成像显示效果更清晰。
40.限位件包括限位柱630和限位槽680，限位槽680设于球体610的外壁上，且限位槽680的槽向与球体610的最大外径相适配。
41.机腹成像机构500包括凸透镜组510和光线传导件520，凸透镜组510设于机身100
下方的光路端，对入射的屈光路径进行反向调整，使射出机身100下方的光线与射入机身100上方的光线一致，光线传导件520包括但不限于光纤或内反射管等用于光线传导的部件；
42.凸透镜组510包括若干个菲涅尔螺纹透镜530，若干个菲涅尔螺纹透镜530组合对入射的屈光路径进行反向调整。
43.架体上安装有光感传感器620，光感传感器620设于屈光介质200的下方，光感传感器620与第一电机640和第二电机650之间通过电性连接。
44.需要补充说明的是，光感传感器620为现有传感器，用于检测屈光介质的端面入射光，便于介质调节结构600调节作业；
45.机身100的材料包括高透低折射率材料，机身100材料与屈光介质200对入射光路进行聚焦或散焦式弯曲。
46.实施例二
47.参阅图3-图5所示，一种基于非球面屈光的视觉隐身方法，包括以下步骤：
48.s1：机身100由高透低折射率的材料作为主要材料，配合屈光介质200对入射光路进行聚焦或散焦式弯曲，再通过消光介质400对飞行器外壳或内壁内粗糙部分和空间进行补位，使外壳边界层调整为适应空气动力学的光滑流线曲面；
49.需要补充说明的是，需确定隐藏对象的几何外观，以及主要的机身100相对于地面的视觉层面进行调整，根据光路将介质上分布的非透光实体进行空间分布调整，让出狭窄的光通路300，或在机身100设有可无阻通过的光通路300结构，提高整体的光路传递流畅程度，改变整体机身100中非球面屈光结构的复杂性；
50.s2：将从机身100上侧射入的平行光进行短焦屈光，再通过光线传导件520，例如光纤或内反射管将该散度的光线传递至机腹，并通过凸透镜对光线所穿透的像进行依次颠倒，将光路在机腹部按照机顶部外壳屈光路径进行反向调整，使射出机腹的光线与射入机顶部的光线一致，将位于飞机上方的像，机腹无损的传递机腹相应表面，从而实现视觉隐身；
51.s3：从机身100下方射入的光线同样的经过短焦屈光，然后对飞机上方的像的射出进行光强补偿，实现机身100下侧无损传递出的像光强与周围环境一致，提高隐身的真实度。
52.上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。

技术特征：
1.一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，包括无人机机身（100）和分别设于机身（100）的上方成像机构和机腹成像机构（500），在机身（100）的中部设有光通路（300），光通路（300）用于光线穿过机身（100）和将上方成像机构的成像传递至机身（100）下方，机腹成像机构（500）将上方成像机构的成像呈现，并将入射机身（100）下方的入射光进行调整，对上方成像机构的成像进行补偿；上方成像机构包括屈光介质（200）和其所连接的介质调节结构（600），屈光介质（200）分布在机身（100）上方，介质调节结构（600）可调整屈光介质（200）的位置，介质调节结构（600）包括第一电机（640）、第二电机（650）、架体、球体（610）和限位件，第一电机（640）和第二电机（650）的输出轴轴线始终呈九十度夹角，且架体分别安装在第一电机（640）和第二电机（650）的输出轴上，球体（610）安装在其中一个架体上，球体（610）和另一个架体之间通过限位件相连接，连接球体（610）的架体端部与屈光介质（200）相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，上方成像机构还包括消光介质（400），消光介质（400）对入射机身（100）的边界进行模糊化，使机身（100）曲线趋于光滑。3.根据权利要求2所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，消光介质（400）包括增透膜、光学液体和玻璃透镜，光学液体充盈在玻璃透镜和增透膜之间。4.根据权利要求3所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，限位件包括限位柱（630）和限位槽（680），限位槽（680）设于球体（610）的外壁上，且限位槽（680）的槽向与球体（610）的最大外径相适配。5.根据权利要求4所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，机腹成像机构（500）包括凸透镜组（510）和光线传导件（520），凸透镜组（510）设于机身（100）下方的光路端，对入射的屈光路径进行反向调整，使射出机身（100）下方的光线与射入机身（100）上方的光线一致。6.根据权利要求5所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，屈光介质（200）包括柔性透镜、光学液体和玻璃透镜，光学液体充盈在玻璃透镜和柔性透镜之间。7.根据权利要求6所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，凸透镜组（510）包括若干个菲涅尔螺纹透镜（530），若干个菲涅尔螺纹透镜（530）组合对入射的屈光路径进行反向调整。8.根据权利要求7所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，架体上安装有光感传感器（620），光感传感器（620）设于屈光介质（200）的下方，光感传感器（620）与第一电机（640）和第二电机（650）之间通过电性连接。9.根据权利要求8所述的一种基于非球面屈光的机身成像系统，其特征在于，机身（100）的材料包括高透低折射率材料，机身（100）材料与屈光介质（200）对入射光路进行聚焦或散焦式弯曲。10.一种基于非球面屈光的视觉隐身方法，通过权利要求1-9中任一一项所述的基于非球面屈光的机身成像系统实现隐身，其特征在于，包括以下步骤：s1：机身（100）由高透低折射率的材料作为主要材料，配合屈光介质（200）对入射光路进行聚焦或散焦式弯曲，再通过消光介质（400）对飞行器外壳或内壁内粗糙部分和空间进行补位，使外壳边界层调整为适应空气动力学的光滑流线曲面；
s2：将从机身（100）上侧射入的平行光进行短焦屈光，再通过光线传导件（520），光线传导件（520）为光纤或内反射管，将该散度的光线传递至机腹，并通过凸透镜对光线所穿透的像进行依次颠倒，将光路在机腹部按照机顶部外壳屈光路径进行反向调整，使射出机腹的光线与射入机顶部的光线一致，将位于飞机上方的像，机腹无损的传递机腹相应表面，从而实现视觉隐身；s3：从机身（100）下方射入的光线同样的经过短焦屈光，然后对飞机上方的像的射出进行光强补偿，实现机身（100）下侧无损传递出的像光强与周围环境一致，提高隐身的真实度。

技术总结
本发明涉及无人机隐身的技术领域，公开了一种基于非球面屈光的机身成像系统及其视觉隐身方法，其成像系统，包括无人机机身和分别设于机身的上方成像机构和机腹成像机构，在机身的中部设有光通路，光通路用于光线穿过机身和将上方成像机构的成像传递至机身下方。本发明根据光路将介质上分布的非透光实体进行空间分布调整，让出狭窄的光通路，机身上侧的像进行屈光路径变化，通过上层成像传递至下侧机腹上，通过上层成像覆盖机腹，并对机腹射入的光线进行屈光，统一射出光路，实现无人机隐身效果。效果。效果。


技术研发人员：方天成 郭飞 谢怡涛
受保护的技术使用者：深圳市江机实业有限公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/5/6