Способ наблюдения объектов сквозь рассеивающую среду и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к телевидению и обеспечивает расширение класса наблюдаемых объектов. Устройство , реализующее , содержит два измерительных канала 1,, 1 , состоящих из светофильтра 2, фотоэлектронного преобразователя 3 и усилителя 4 блок 5 деления, блок 6 сравнения, генератор 7 otiopHoro сигнала, распрсдел1 гель 8 сигналов, объектив 9, N спектрозональных теле

ССЮЭ ССжТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСЩЬЛИК

{51)5 Н 04 N 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 30. 08. 91. Бюл. 1 32 (21) 3986562/09 (22) 05. 12. 85 (71) Иосковский электротехиичес "ий институт связи (72) В.А. Селиванов (53) 621. 397 (088. 8) (56) Селиванов А. С. и др. Оптико-иханические сканеры для иаблюде иия

Земли. — Техника кино и телевидения.

1978, Р 6, с. 16.

Gordon H.R. Removal of atmospheric effесts from satte1ite imagery

of the oceans. — Applied 0ptics.

v. 17, 11 10, р. 163.1.

„„SU„„1376918 А1 (54) С!1ОСОБ НАБЛОДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

СКВОЗЬ РАССЕ11ВАЮЩУl0 СГГ,ЦУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ F.ÃÎ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к телевидению и обеспечивает расширение класса наблюдаемых объектов. Устрой-.. ство, реализующее способ, содержит лва измерительных канала 1,, 1 состоящих .иэ светоФильтра ", Фотоэлектронного преобразователя 3 и усилителя 4 блок 5 деления, блок 6 сравиекия геиератор 7 опорного сигнала, распределитель 8 сигналов, объектив 9, N спектроэоиальиых теле137 визионных каналов (СТК) 10, формирователь 15 сигналов управления разверткой по горизонтали, блок 16 регистрации, генератор 21 тактовой частоты и ¹ I блоков 17 формирования сигналов наблюдения, состоящих из аттенюатора 18, вычитателя 19 и фильтра 20 нижних частот. Каждый из

СТК 10 состоит из светофильтра 11, диафрагмы 12, формирователя 13 телевизионного сигнала и предваритель- ного усилителя 14. Способ заключается в том, что осуществляется прием уходящего излучения (УИ), разделение

его на К оптических сигналов со снектральными интервалами а3;, которые затем преобразуются в телевизионные

6918 сигналы (ТВС), коррекция ТВС относительно ТВС, coors. опорному оптическому сигналу со спектральным интервалом 8 1» и преобразование скорректированных ТВС в видимое иэображение.

Прием УИ в диапазоне опорного оптического сигнала производится в интервале длин волн аА 0,2 1-0,40 мкм.

Одновременно с приемом УИ принимают падающий световой поток в интервалах а,, dA< . Световой поток УИ в диапазоне опорного оптического сигнала увеличивают в A/ раэ (А,  — значения падающих световых потоков в интервалах n A>, д М,). 2 с.п. ф»лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано для наблюдения объектов с аэрокосмических носителей, Цель изобретения †. расширение и класса наблюдаемых объектов.

На фиг. 1 представлены радиационно-спектральные характеристики объектов наблюдения и оптических помех; на фиг. 2 — структурная схема устрой- 10 ства наблюдения объектов сквозь рассеивающую среду; на фиг. 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу устрой- ства.

Устройство наблюдения объектов сквозь рассеивающую среду содержит два измерительных канала 1, и 1,, каждый из которых включает в себя светофильтр 2, фотоэлектронный преобразователь 3 и усилитель 4, блок 5 деления, блок 6 сравнения, генератор

7 опорного сигнала, распределитель

8 сигналов, объектив 9, Я спектрозональных телевизионных каналов 10-ъ, где 1 4 i < N, каждый из которых включает в себя светофильтр 11, диафрагму 12, формирователь 13 телевизоиного сигнала и предварительный усилитель, 14, формирователь 15 сигналов управления разверткой по горизонтали, блок 16 регистрации и й-1 блоков

17-j формирования сигналов наблюдения, где 1 4 j а N-1, каждый из которых со2 держит аттенюатор 18, вычитатель 19, фильтр 20 нижних частот, а также генера тор 21 тактовой частоты.

Способ осуществляется с помощью устройства следующим образом.

На фиг. 1(а) представлено распределение освещенности Е в зависимости от длины волны на поверхности атмосферы. Ослаблением солнечного излучения в атмосфере выше высоты Н

50 км обычно пренебрегают. На фиг.1 приведена спектральная зависимость

° оптической толщины (Л) для стандарт» ной атмосферы и высоты Н 50 км.

Рассеяние света в атмосфере приводит к ослаблению светового потока как падающего на поверхность Земли, так и отраженного от нее. Рассеянный свет создает яркость дымки (помехи обратного рассеяния). На фиг. 1(а) штриховой линией показана освещенность на поверхности Земли. Яркость помехи обратного рассеяния (ПОР) для высоты Н 50 км представлена на фиг. 1(в). Как видно иэ фиг. 1(а,в) влияние атмосферы на прохождение светового сигнала на длинах волн

Ь: 0,8 очень мало. Поэтому для того, чтобы оценить влияние атмосферы на яркость объектов на поверхности

Земли возьмем постоянный по спектральному диапазону коэффициент яркости R(X) 1. На рис. 1(г) прадставле1376918 на спектральная зависимость яркости

«к(Л) для Н = 50 км. Штриховой линией показана спектральная зависимость

К(Л) const. Кривая (фиг. lг) пока5 эывает как значительно ослабляется сигнал от объекта в коротковолновом диапазоне (A < 0,55 мкм). Pacсмотрим соотношение между яркостью ПОР и общей яркостью на входе системы наблюдения L „, /L . Эта зависимость. Рпредставлена на фиг. 1 (д).

На основании предварительных измерений или справочных данных устанавливаются значения коэффициентов

Kj в аттенюаторах 18 каждоro блока

17-j формирования сигналов наблюдения где 1 «< j И-1. Аттенюатор 18 чожет быть выполнен в виде прецизионного потенциометра. Для укаэанных на фиг. 1(д) спектральных интервалов значения коэффициента Kj устанавливаются следующие: К, 3,8; К - 5;

Кз= 68; К< 82 °

Генератор 21 тактовой частоты, 25

1 выполненный, например, по схеме генератора с кварцевой стабилизацией, вырабатывает основную последовательность импульсов с частотой, определяемой высотой наблюдения, количеством элементов раэложения и скоростью движения носителей, иэ которой путем деления и логических операций формируются в формирователе 15 сигналов управления разверткой по горизонтали необходимые последовательнос35 ти импульсов. В данном устройстве (фиг. 2) объектив 9 .выполнен из оптического материала прозрачного в ультрафиолетовой (УФ) области. Для укаэанных целей использован объектив иэ кварцевого стекла и флюорита.

В устройстве в качестве светофильтров

11, осуществляющих спектральное разделение отраженного светового потока, применены интерференционные фильтры, работающие на пропускание и отражение. Применение подобных фильтров позволяет достичь высокой степени совмещения получаемых спект- . роэональных иэображений при исполь59 зовании одного объектива 9. В первом спектроэональном телевизионном канале применен светофильтр 11, выполненный иа кварцевой подложке. В качест- . ве формирователя 13 может быть ис- .. пользован серийный отечественный

ФЗУ.-114 е мультищелочным фотокатодом и увиолевым входным окном. Отражеиный от поверхности объектов наблюде-, ния световой поток спектрального диапазона 1 0,3 икм собирается в мгновенном поле зрения в случае использования одноэпементного датчика или в поле зрения объектива в случае использования ПЗС, с помощью объектива 9, выполненного иэ кварцевого стекла, и фокусируется на поверхности светофильтра 11. Световой поток разделяется светофильтром 11 на проходящий спектрального интервала 0,29 < Л < 0,4 мкм и отраженный с длиной волны Л 0,4 мкм. Ана.погичное спектральное разделение светового поУоКВ осуществляется последовательными оптическими звеньями светофильтров 11 спектрозональных телевизионных каналов 10-i, где 2 < i < N. Световые потоки выделенных спектральных интервалов ограничиваются входными диафрагмами 12 до величины, определяемой требуемым разрешением на местности и отношением с/m в спектрозональных телевизионных каналах

10-1, а в.первом — до величины в !

О раз большей.

Синхронное формирование телевизионных (ТВ) сигналов осуществляется с помощью формирователей 13 в соответствии с сигналами управления разверткой, поступающих с формирователя t5 сигналов угранления разверткой по горизонтали. С выхода формирователей 13 сигналы поступают на предварительные усилители 14, выполненные по стандартной схеме на высокочастотных транзисторах, обеспечивающих фиксацию уровня ТВ-сигналов и необходимое усиление.

На фиг. 3 (а) показан один период развертки ТВ-сигнала, а на фиг.3(б)период развертки первого спектроэо нального телевизионного канала 10- 1.

Изменение условий наблюдения (высота, время, атмосферные условия) может привести к значительным изменениям в соотношении освещенности в спектроэональных телевизионных каналах 10-ь, что приведет при однозначно установленных коэффициентах ослабления в аттенюаторах 18 к значительному искажению сигналов наблюдения. Для исклю-. чения этого нежелательного эффекта во время наблюдения измеряются падающие световые потоки на уровне наблюдения в двух измерительных каналах

11 и 1 в спектральных интервалах, 13769 18

;соответствующих первому и второму

iспектрозональным телевизионным кана лам 1.0-. 1 и !0-2, в направлении, перпендикулярном поверхности наблюдае5 . мых объектов. Конструктивно фотоэлектронные преобразователи 3 измерительных каналов 1, и 1, измеряющие нада1ющие световые потоки в полусфере. должны быть установлены при наблюде-. !О нии, осуществляемом, например, с самолета, на верхней части фюзеляжа или на верхней плоскости крыла. Падающий световой поток ограничивается по спектральному составу светофильтром 21 и, преобразуется в электрический сиг-.: нал фотоэлектронным преобразователем

3, в качестве которого могут быть нрименены фотодиоды. С выхода фотоэлектрического преобразователя 3 сигнал поступает на.усилитель 4, компенсирующий различие в спектральной чувствительности фотоэлектронных преобразователей 3 и обеспечивающий необходимое усиление. С выходов усилителей 4 сигналы поступают на вход блока 5 деления, который может быть выполнен по стандартной схеме разностного логарифмического усиления.

Опорный сигнал " генератора 7 подается на второй вход блока 6 сравнения, который представляет собой компаратор, на первый вход которого подается сигнал с блока 5 деления. Сигнал сравнения с выхода блока 6 сравнения поступает на управляющий вход предварительного усилителя 14, тем самым осуществляя оперативную коррекцию ошибки, обусловленной изменением условий наблюдения. ТВ-сигнал с выхода предварительного усилителя 14 поступает на вход распределителя 8 сигналов, представляющего собой Ы эмиттерных.повторителей, объединенных

У по входу. С выходов распределителя 8 сигналов ТВ-сигналы поступают на входы блоков 17-j формирования сигналов наблюдения, на другие входы которых поступают ТВ-сигналы спектрозональных телевизионных каналов !О-i.

- Формирование сигнала наблюдения осуществляется в конечном счете в вычитателе 19. Результирующий сигналы представлен на фиг. 3(в) ° В сформйрованиом фильтром 20 сигнале наблюдения отсутствует часть постоянной 55 составляющей и неравномерность фона, обусловленная помехой обратного рас сеяния. Одновременно вследствие того, что в опорном канале существует ТВсигнал с выраженной неравномерностью, вызванной различным ослаблением в атмосфере на краях и в центре, остаточная неравномерность ТВ-сигнала наблюдения после операции вычитания также уменьшается, что иллюстрируется штриховь1ми линиями. Отработачные вблоке 17-1 формирования сигналы наблюдения поступают на вход блока 16 регистрации, который в зависимости от требований, предъявляемых к устройству, может представлять собой ; многоканальный видеомагнитофон, специализированное видеоконтрольное устройство или фототелеграфный аппарат.

Формула изобретения

1. Способ наблюдения объектов сквозь рассеивающую среду, включающий прием уходящего излучения, разделение его Hà N. оптических сигналов, спектральные интервалы которых аЛ;, где i = 1, 2,...,N а центральные значения длин вола Л;, синхронное преобразование N-оптических сигналов в телевизионные сигналы а.

1 и коррекциею телевизионных сигналов в соответствии с выражением а . а— — K.à, где j = 2, Э,...,N; а, — значение скорректированного j-ro телевизионного сигнала; а, †значен первого телевизионного сигнала, соответствующее опорному оптическому сигналу со спектральным интервалом аЛ, и центральным значением длины волны

Л,; K;= о(дЛ.)/t (аЛ,), где ь(аЛ)

„l спектральный коэффициент рассеяния среды, и преобразование скорректированных телевизионных сигналов в видимое изображение, отличающийся тем, что, с целью расширения класса наблюдаемых объектов,- прием уходящего излучения в диапазоне опорного оптического сигнала, соответствующего телевизионному сигналу а,, производят в интервале длин волн аЛ,= 0 29-0,40 мкм, одновременно с приемом уходящего излучения принимают падающий световой. поток в интервалах hh,.и аЛ „ а световой поток уходящего излучения в диапазоне опорного оптического сигнала увеличивают в А/В раэ, где А и В значения падающих световых потоков в.интерва- лах d Q и аЛ, соответственно.

М 13769!8

2. Устройство наблюдения объектов сквозь рассеивающую среду, содерхащее объектив, N спектрозональных телевизионных каналов, каждый иэ которых включает в себя оптически связанные светофильтр, диафрагму и формирователь телевизионного сигнала, к выхокоторого. подключен вход предвариельиого усилителя, выход которого t0 вляется выходом спектроэбнальиого левизионного канала, К-1 блоков рмирования сигналов наблюдения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока регистрации, выход первого спектроэональиого телеВизионного канала подключен к входу распределителя сигналов, выходы ro oрого подключены к первьи входам соответствующих блоков формирования И сигналов наблюдения, вторые входы

«оторых соединены с выходами соо>вететвующих спектрозональных телевн.:;ионауес каналов, выход генератора тактоВс>й частоты подкпючен к входу фор- 5 мнрователя сигналов управления раз)уфрткой по горизонтали, выход котоврго подключен к управляющему входу фурмирователя телевизионного сигнала

«Аьщдого спектроэонального телевиэи- ЗО

i98oro канала, причем калдый блок фФумирования сигналов наблюдения соффаит последовательно соединенные уаенюатор, вычитатель н фильтр никних частот, выход которого являетСя выходом блока формирования сигналов наблюдения, первым и вторым входами которого являются вход аттенюатора и второй вход вьтчит> теля соответственно, а объектив оп -ически связан с кахдым светофильтром всех К-спектроэональных телевизионных каналов> о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса наблюдаемых объектов, объектив и светофильтр перв вого спектрозонального телевизионного канала выполнены из кварца или флюорита, введены два измерительных канала падающего светового потока, блок деления, генератор опорного сиг. нала и блок сравнения, первый и второй входы которого подключены к выхо. дам соответственно генератора опорного сигнала и блока деления, первый

И второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго измерительных каналов, ка>кдый иэ которых содеркит оптически связанные светофильтр и фотоэлектрический преобразователь, выход которого подключен к входу усилителя, выход которого является выходом измерительного канала, при этом выход блока сравнения подключен к управляющему входу предварительного усилителя пер ваго спектрозонального телевиэнонного канала.

1376918 ц (3)

У (t)

u

Составитель А.Прозоровский ..Редактор Т. Куркова . Техред Л.Сердюкова . Корректор В.Бутяга

Заказ 3443

Тираж 379 . Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий н б . 4 5

113035, Москва, Ж 35, Раущская a,, д /

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4