Устройство для формирования изображения при коническом сканировании

 

Изобретение относится к оптико-электронике и может быть использовано в сканирующих оптико-электронных приборах видимого и инфракрасного диапазонов с конической разверткой пространства предметов , формирующих двумерное изображение , Целью изобретения является повышение точности формирования изображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов. Устройство содержит сканирующий блок 1 с приводом 2, обьективЗ, фотоприемник 4, предусилитель 5, ключ 6, усилитель-преобразователь 7, регистратор 8, датчик 9 угла визирования, датчик 10 угла отклонения по крену, датчик 11 угла отклонения по тангажу, блок 12 сравнения , делитель 13, три регистра 14, 15, семь сумматоров 17-23, четыре квадратора 24-27, лок 28 вычисления арксинуса, десять умножителей 29-38, блок 39 вычисления квадратного корня, четыре вычитателя 40-43, два блока 44 и 45 вычисления функций синуса и косинуса. Цель достигается тем, что нерегулярные смещения строк, вызванные отклонением оптической оси объектива по углу крена и углу тангажа, устраняются за счет регистрации начала строки и привязки координаты точки пересечения визирующего луча с плоскостью предметов. 3 ил. СП с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 04 М 5/30, 5/33

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

; 4 ы

,ф

1 )

1СлЭ () К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4738922/09 (22) 07.08,89 (46) 15,05.92. Бюл. М 18 (72) В.В,Гавенко (53) 621,397 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1567094, кл. Н 04 К 5/33, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИ КОНИЧЕСКОМ СКАНИРОВАНИИ (57) Изобретение относится к оптико-электронике и может быть использовано в сканирующих оптико-электронных приборах видимого и инфракрасного диапазонов с конической разверткой пространства предметов, формирующих двумерное изображение, Целью изобретения является повышение точности формирования изображения путем совмещения начала строк сканироваИзобретение относится к оптико-электронике и может быть использовано в сканирующих оптико-электронных приборах видимого и инфракрасного диапазонов с конической разверткой пространства предметов, формирующих двумерное изображение, Цель изобретение — повышение точности формирования иэображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для формирования изображения при коническом сканировании; на фиг. 2, 3 — схемы конической развертки пространства предметов.

„, Ы „, 1734233 А1 ния в плоскости предметов. Устройство содержит сканирующий блок 1 с приводом 2, объектив 3, фотоприемник 4, предусилитель

5, ключ 6, усилитель-преобразователь 7, регистратор 8, датчик 9 угла визирования, датчик 10 угла отклонения по крену, датчик 11 .угла отклонения по тангажу, блок 12 сравнения, делитель 13, три регистра 14, 15, семь сумматоров 17-23, четыре квадратора 24-27, лок 28 вычисления арксинуса, десять умножителей 29-38, блок 39 вычисления квадратного корня, четыре вычитателя 40-43, два блока 44 и 45 вычисления функций синуса и косинуса. Цель достигается тем, что нерегулярные смещения строк, вызванные отклонением оптической оси объектива по углу крена и углу тангажа, устраняются за счет регистрации начала строки и привязки координаты точки пересечения визирующего луча с плоскостью предметов. 3 ил.

Устройство для формирования изображения при коническом сканировании содержит сканирующий блок 1 с приводом 2, объектив 3, фотоприемник 4, предусилитель

5, ключ 6, усилитель-преобразователь 7, регистратор 8, датчик 9 угла визирования, датчик 10 угла отклонения по крену, датчик 11 угла отклонения по тангажу 11, блок 12 сравнения, делитель 13, три регистра 14, 15 и 16, семь сумматоров 17-23, четыре квадратора

24-27, блок 28 вычисления арксинуса, десять умножителей 29-37, блок 39 вычисления квадратного корня 39, четыре вычитателя 40-43. два блока 44, 45 вычисления функций синуса и косинуса.

Параметры объектива и фотоприемника выбирают таким, чтобы получить малую ве1734233

" po. При этом величина угла рн определяется

Ун =г sinPo

20

2cos — 1 +Y

1) + ун cos ГХ фн = arcsin

rR (3) ГдЕ В = yí + COS p(1 — yH COS e) — 2УнСОЗ С Sin/3СОЗф

Г Sill Po COS Po Sin Po (4) Г СО$ Po Sin Oo + Sin Po COS Qp Sin

o + COS Qp COS личину мгновенного угла поля зрения. Развертку по кадру, т,е. переход с одной строки на другую получают за счет перемещения оптико-электронного прибора (ОЭП), а развертку по строке — путем сканирования плоскости предметов с помощью сканирующего блока мгновенным углом поля зрения по образующей конуса, ось симметрии которого совмещена с оптической осью объектива ОЭП и приведена к геофизической вертикали места. За один цикл сканирования по строке может быть получена одна или одновременно несколько строк изображения в зависимости от того, какое количество элементарных мгновенных углов поля зрения формируется одновременно в ОЭП, Лучистый поток, собираемый объективом, направляется на фотоприемник, в котором он преобразуется в электрические сигналы.

Изменения электрического сигнала позволяют получить информацию о пространственном распределении излучения на наблюдаемом участке плоскости предметов (см.фиг,2,3). При изменении угла р поворота сканирующего блока от+у до -po с постоянной угловой скоростью ж электрические сигналы записывают в регистраторе в виде двумерного иэображения, При невозмущенном движении ОЭП траектория движения записывающего луча регистратора где Qo, P4 — соответственно средние значения угла тангажа и угла крена ЭОП.

Предварительно для прогнозируемых значений углов % иРо по формуле (4) рассчитывают и записывают значение Ун. Кроме того, на основании известной величины угла Q по приведенной выше формуле рассчитывают и записывают значение r. Развертку плоскости предметов по кадру получают за счет поступательного движения

ОЭП. Развертку по строке получают путем сканирования плоскости предметов с помощью сканирующего блока, сканирующее зеркало которого вращается с постоянной угловой скоростью(dz вокруг оптической оси объектива ОЭП, мгновенным углом поля зрения Ilo образующей конуса, ocb симметрии которого совмещена с оптической осью объектива ОЭП. Наблюдение ведется в пе35

50 синхронна и синфазна траектории визирующего луча ОЭП, Однако в процессе формирования изображения под воздействием возмущающих факторов изменяется случайным образом величина угла j3 крена ОЭП.

Поэтому регистрация электрических сигналов начинается при повороте сканирующего блока на некоторый угол рн, отличный от по результатам измерения текущего значения углар крена ОЭП и известных значений нормированной координаты где г= HtgQ/2, и угла Q при вершине конуса сканирования по следующей формуле;

Ун cosP+sinP

p< = arcsin

Известно, что в процессе формирования иэображения воздействие возмущающих факторов приводит к одновременному изменению случайным образом величины угла Р крена и значения угла а тангажа. В этом случае необходимо дополнительно измерять текущее значение угла а тангажа, а величину угла p„ определять, как показали исследования, по следующей формуле реднем секторе обзора, начиная с угла уъ поворота сканирующего зеркала, Лучистый поток, собираемый объективом, направляется на фотоприемник, в котором он преобразуется в электрические сигналы.

Изменения электрического сигнала позволяют получить информацию о пространственном распределении излучения на наблюдаемом участке плоскости предметов. Одновременно измеряют текущие значения углаа тангажа иуглаРкрена ОЭП, На основе известных постоянных величин и результатов измерения углов Q NP определяют по формуле (3) величину угла рн, Постоянно измеряют текущее значение угла р поворота сканирующего блока и сравнивают его по величине с полученным значением угла рн. Регистрацию видеосигналов каждой строки сканирования начинают в

1734233 момент равенства значений p = Ъ и ведут в течение постоянной длительности строки изображения 2 p,/в . Видеосигналы записывают в регистраторе в виде двумерного изображения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 6 разомкнут, т.е. выход предусилителя 5 разъединен со входом блока 7, в первом регистре 14 записано значение r, во втором регистре 15 — значение Ун, в третьем регистре 16 — значение "1", При включении устройства привод 2 приводит в движение сканирующий блок 1, который осуществляет коническую развертку пространства предметов, принимает лучистый поток в мгновенном угле поля зрения и направляет его через объектив

3 на фотоприемник 4. Фотоприемник 4 преобразует лучистый поток в электрический сигнал, который поступает на вход предусилителя 5, где предварительно усиливается.

При этом сканирующее зеркало блока 1 вращается вокруг оптической оси объектива 3 с постоянной угловой скоростью а . Одновременно текущее значение угла у поворота сканирующего зеркала в цифровом виде поступает с выхода датчика 9 угла визирования на первый вход блока 12 сравнения.

С выхода датчика 10 угла отклонения по крену текущее значение угла/3 в цифровом виде поступает на вход вычислительного блока 45. С выхода датчика угла отклонения по тангажу 11 текущее значение угла а в цифровом виде поступает на вход вычислительного блока 44. По формуле (3) определяют значение угла рн, которое поступает на второй вход блока 12 сравнения. В момент равенства углов p = блок 12 сравнения начинает генерировать управляющий импульс, который подводится к управляющим входам ключа 6 и регистратора 8. Этот импульс открывает ключ 6 и включает регистратор 8 на время, равное длительности строки. Тогда видеосигнал с выхода предусилителя 5 проходит через открытый ключ

6 на вход усилителя-преобразователя 7. который усиливает видеосигнал и преобразует его к виду, удобному для регистрации, например в цифровой вид, и посылает его на информационный вход регистратора 8, где осуществляется построчная запись видеосигналов и формируется изображение наблюдаемой поверхности. При обратном ходе развертки регистрация видеосигналов не производится.

На первом и втором выходах блока 45 формируются соответственно текущие значения sin P u cos j3, На первом и втором

50 выходах блока 44 формируются соответственно текущие значения sin a u cos а .

Значение sin Q поступает на первый вход третьего умножителя 31. Значение cos а поступает на первый вход пятого умножителя

33. Значение sinP поступает на первый вход восьмого умножителя 36. Значение cos j3 поступает на вход второго квадратора 25 и второй вход восьмого умножителя 36, с выхода которого полученное произведение поступает на вторые входы седьмого 35 и девятого 37 умножителей. Выходной сигнал седьмого умножителя 35 одновременно поступает на первый и второй входы третьего сумматора 19. Удвоенное произведение с выхода третьего сумматора 19 поступает на второй вход первого вычитателя 40. Значение cos P с выхода второго квадратора 25 поступает на первый вход десятого умножителя 38 и на первый и второй входы пятого сумматора 21, где удваивается. В выхода пятого сумматора 21 сигнал поступает на первый вход третьего вычитателя 42, Значение "1" постоянно поступает с выхода третьего регистратора 16 на первые входы первого 17 и шестого 22 сумматоров, второго 41 и третьего 42 вычитателей. Сигнал функции (2cos P - 1) с выхода третьего вычитателя 42 поступает на второй вход шестого умножителя 34. Значение Ун постоянно поступает с выхода второго регистра 16 на вторые входы пятого 33 и третьего 31 умножителей и на вход четвертого квадратора

27. Полученное произведение с выхода пятого умножителя 33 поступает на первый вход шестого умножителя 34. на вход первого квадратора 24 и на первый вход седьмого умножителя 35. Полученное произведение с выхода шестого умножителя 34 поступает на второй вход четвертого сумматора 20.

Значение (YHcosà) с выхода первого квадратора 24 поступает на первый вход второго вычитателя 41. С его выхода полученная разность (1 — Y cos а) поступает на вторые входы девятого 37 и десятого 38 умножителей. Полученное произведение с выхода девятого умножителя 37 поступает на второй вход четвертого сумматора 20, с выхода которого полученная сумма проходит на второй вход второго сумматора 18. Полученное произведение с выхода десятого умножителя 38 поступает на первый вход седьмого сумматора 23. Значение Y+ с выхода четг вертого квадратора 27 поступает на первые входы шестого 22 и седьмого 23 сумматоров. Полученная сумма с выхода седьмого сумматора 23 поступает на первый вход первого вычитате я 40. Полученная сумма с выхода шестого сумматора 22 поступает на

1734233 второй вход четвертого вычитателя 43. С выхода первого вычитателя 40 полученная разность

Y + соз ф(1- YH сов а)— — 2 Y„ cosa sinp cosj3 поступает на первые входы первого 29 и второго 30 умножителей. Значение r с выхода первого регистра 14 поступает на вход третьего квадратора 26 и второй вход первого умножителя 29, с выхода которого полученное произведение поступает на второй вход делителя 13, Значение г с выхода третьего квадратора 26 поступает на первый вход первого сумматора 17, с выхода которого полученная сумма поступает на второй вход второго умножителя 30. Полученное произведение с выхода второго умножителя 30 поступает на первый вход четвертого вычитателя 43, с выхода которого полученная разность — подкоренное выражение из формулы (3) — поступает на вход блока вычисления квадратного корня 39, выходной сигнал которого поступает на второй вход четвертого умножителя 32. Полученное произведение с выхода третьего умножителя 31 поступает на первый вход четвертого умножителя 32, с выхода которого полученное произведение поступает на первый вход второго сумматора 18. С его выхода полученная сумма поступает на первый вход делителя 13, с выхода которого полученное частное поступает на вход блока 28 вычисления арксинуса. Значение угла рн с выхода блока 28 поступает на второй вход блока сравнения 12.

Таким образом, каждая строка изображения начинает регистрироваться при постоянном значении координаты у точки пересечения визирующего луча с плоскостью предметов, т,е. начала всех строк в плоскости предметов по укаэанной координате совмещены, и нерегулярные смещения строк, вызванные отклонением оптической оси объектива одновременно по углам крена и танжага, устраняются.

Изобретение позволяет улучшить качество получаемых изображений путем уменьшения искажений иэображения, обусловленных смещением строк сканирования относительно друг друга иэ-за разворотов прибора по углам крена и тангажа. Кроме того, улучшается зрительное восприятие получаемых изображений и повышаются их измерительные свойства„Расчеты величины угла р» показывают (см.табл.), что даже небольшие изменения углов а и/3 приводят

55 к заметным изменениям угла рн т.е. к большим смещениям строк изображения. Поэтому автоматический учет изменений условий съемки позволяет существенно снизить искажения изображения. Расчеты проведены для случая p»= 40О, 20О, Qp — /3î— = 0О.

Зависимость значения угла рн (в градусах) от величины углов P Na проиллюстрирована таблицей, >

Формула изобретения

Устройство для формирования изображения при коническом сканировании, содержащее последовательно соединенные сканирующий блок с приводом, объектив. фотоприемник, предусилитель, ключ, усилительно-преобразовательный блок, регистратор, а также датчик угла визирования, вход которого механически соединен с выходом привода, делитель, первый сумматор, первый и второй умножитель, первый и второй регистр, первый вычитатель, первый блок вычисления функции синуса и косинуса, блок вычисления арксинуса. датчик угла отклонения по крену и датчик угла отклонения по тангажу, блок сравнения, причем выход блока сравнения соединен с управляющим входом ключа и регистратора, выходдатчика угла визирования подключен к первому входу блока сравнения, выход первого вычитателя соединен с первыми входами первого и второго умножителей, второй вход второго умножителя подключен к выходу первого сумматора, выход первого регистра соединен со вторым входом первого умножителя, выход которого подключен через последовательно соединенные делитель и блок вычисления арксинуса к второму входу блока сравнения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности формирования изображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов, введены шесть сумматоров, четыре квадратора, восемь умножителей. третий регистр, блок вычисления квадратного корня, три вычитателя, второй блок вычисления функций синуса и косинуса, при этом выход датчика угла отклонения по крену подключен к входу второго блока вычисления функций синуса и косинуса, выход датчика угла отклонения по тангажу соединен с входом первого блока вычисления функций синуса и косинуса, первый выход которого подключен через последовательно соединенные третий, четвертый умножители и второй сумматор к первому входу делителя, второй выход первого блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с первым входом пятого умножителя, выход которого подключен к первому входу

1734233

30

40

45 шестого умножителя, к первому входу седьмого умножителя и через первый квадратор к первому входу второго вычитателя, первый выход второго, блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с первым 5 входом восьмого умножителя, выход которого подключен к второму входу седьмого умножителя и к первому входу девятого умножителя, выход седьмого умножителя соединен с первым и вторым входами третьего 10 сумматора, выход девятого умножителя соединен с первым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, второй выход второго блока вычисления функций синуса и 15 косинуса соединен с вторым входом восьмого умножителя и входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу десятого умножителя и к первому и второму входам пятого сумматора, выход 20 которого соединен, через последовательно соединенные третий вычитатель и шестой умножитель с вторым входом четвертого сумматора, выход первого регистра подключен к входу третьего квад- 25 ратора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход второго умножителя подключен через последовательно соединенные четвертый вычитатель и блок вычисления квадратного корня к второму входу четвертого умножителя, второй вход четвертого вычитателя соединен с выходом шестого сумматора, выход второго регистра соединен с вторым входом пятого умножителя, вторым входом третьего умножителя и с входом четвертого квадратора, выход которого подключен к первому входу шестого и седьмого сумматоров, выход третьего регистра соединен с вторыми входами первого и шестого сумматоров, второго и третьего вычитателей, выход второго вычитателя подключен к вторым входам девятого и десятого умножителей, выход десятого умножителя соединен через седьмой сумматор с первым входом первого вычитателя, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, второй выход первого блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с вторым входом третьего умножителя.

1734233

13

1734233

14

Составитель О.Канатчикова

Редактор Н,Федорова Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 1677 Тираж

ВНИИПИ Гос а ств

Подписное

Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина 1" 1