Телевизионная система наблюдения объекта

 

Изобретение относится к телевизионной технике с импульсным подсветом, преимущественно с лазерным подсветом, и может быть использовано для наблюдения за объектом в любых условиях. Сущность изобретения: телевизионная система содержит герметичный контейнер с илюминатором 1, оптическую систему 2, блок 3 задержки, формирователь 4 синхроимпульса, блок 5 автоматической регулировки усиления, телескопическую оптическую систему 6, светофильтры 7, приемный объектив 8, электронно-оптический преобразователь 9, волоконно-оптическую планшайбу 10, телевизионную камеру 11, блок 12 регулировки оптических элементов, блок 13 смены светофильтров, блок 14 изменения диафрагмы, блок 15 фокусировки, переключатель 16 режима работы, регулируемый преобразователь 17, блок 18 коммутации, блок 19 стробирования, блок 20 ручной регулировки усиления, блок 21 управления, блок 22 регулировки задержки, блок 23 регулировки длительности строба, блок 24 наведения, пульт 25 управления, блок 26 питания, видеоконтрольное устройство 27. 3 ил.

Изобретение относится к телевизионной технике с импульсным подсветом, преимущественно с лазерным подсветом, и может быть использовано для наблюдения за объектами в любых условиях, включая ночное время суток, а также в условиях пониженной прозрачности атмосферы.

Известно устройство для наблюдения в условиях плохой видимости (патент США N 4671614, кл. G 02 B 27/00, 1984), содержащее передающий блок с импульсным осветителем и приемный блок с затвором и индикатором в виде глаза оператора или телевизионной трубки.

Недостатком его является малая надежность опознавания объектов.

Наиболее близким к изобретению является прибор наблюдения ночью (Орлов В. А., Петров В. И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М. : Военное издательство, 1984, с. 116, рис. 5, 6), содержащий установленные последовательно приемный объектив, ЭОП с затвором и телевизионную камеру, а для подсвета используют лазер с оптической системой, формирующей, излучение, и схему управления затвором с механизмом задержки строба.

Недостатками прототипа являются малая надежность опознавания малоразмерных объектов, малый диапазон изменения естественной освещенности, невозможность дистанционного управления, малая помехозащищенность, трудность определения параметров в лабораторных условиях в активном режиме.

Целью изобретения является повышение надежности опознавания малоразмерных объектов, расширение динамического диапазона, возможность дистанционного управления, повышение помехозащищенности и обеспечение возможности определения параметров в лабораторных условиях.

Цель достигается тем, что в систему наблюдения, содержащую импульсный осветитель с оптической системой формирования излучения и установленные последовательно приемный объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), оптически связанный с телевизионной трубкой телевизионной камеры, и видеоконтрольное устройство (ВКУ), а также блок стробирования ЭОП, блок регулируемой задержки и блок питания, введены телескопическая оптическая система (ТОС) со светофильтрами, установленные последовательно с приемным объективом, блок наведения, формирователь синхроимпульсов, блок автоматической и ручной регулировки усиления (АРУ и РРУ), регулируемый преобразователь напряжения, переключатель режима работы ЭОП, блок регулировки длительности стробирующего импульса, блок коммутации, блок управления, пульт управления, блок вывода оптических элементов, блок изменения диафрагмы и подфокусировки приемного объектива, блок смены светофильтров, блок обогрева герметичного контейнера и илюминаторов, а также блок задержки включения импульсного осветителя, причем формирователь синхроимпульсов входом связан с первым выходом телевизионной камеры, а выходами - с входом цепи задержки включения импульсного осветителя и входом блока регулируемой задержки, который вторым входом связан с первым выходом блока управления, первым выходом - с блоком стробирования, а вторым выходом - с блоком регулировки длительности импульса строба, который выходом подключен к второму входу блока стробирования, соединенного выходом с первым входом переключателя режима работы, связанного выходом с входом управления ЭОП, вторым входом с выходом блока коммутации и третьим входом с регулируемым преобразователем, который вторым выходом связан с третьим входом блока стробирования, а входом подключен к блоку РРУ, связанному первым входом с вторым выходом блока управления, а вторым входом с выходом блока АРУ, подключенного входом к второму выходу телевизионной камеры, связанной третьим выходом с ВКУ, при этом блок коммутации вторым выходом связан с импульсным осветителем, третьим выходом - через блок подфокусировки с приемным объективом, четвертым выходом - через блок изменения диафрагмы с приемным объективом, пятым выходом - через блок смены светофильтров со светофильтрами, шестым выходом - через блок вывода оптических элементов с ТОС и с оптической системой формирования излучения, а входом - с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого связан с вторым входом блока регулировки длительности, а вход через блок питания связан с пультом управления, кроме того, блок питания вторым выходом связан с блоком наведения, третьим - с блоком обогрева и четвертым выходом - с ВКУ.

Положительный эффект получить возможно, так как при введении ТОС увеличивается размер изображения на входе ЭОП, что увеличивает число разрешаемых элементов на экране ВКУ в площади изображения малоразмерного объекта, а с увеличением числа разрешаемых элементов повышается надежность опознавания малоразмерного объекта. При выведении ТОС увеличивается угол обзора, что повышает надежность обнаружения объекта. Увеличение динамического диапазона достигается АРУ, изменением диафрагмы, изменением светофильтров, ослабляющих сигнал. Для повышения помехозащищенности от воздействия лазера введена связь формирователя синхроимпульсов с импульсами обратного хода строчной развертки. Для контроля параметров системы в активном режиме введена задержка вспышки осветителя относительно синхроимпульса на время неуправляемой задержки импульса в приемном тракте.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемой телевизионной системы наблюдения, где герметичный контейнер с иллюминатором 1 обведен пунктиром. Оптическая система 2, формирующая излучение, связана с импульсным осветителем 3, в который может быть введен блок задержки включения осветителя, который связан с формирователем 4 синхроимпульса, имеющим возможность деления частоты синхроимпульсов. Блок 5 АРУ служит для автоматической регулировки усиления. Приемная оптическая система включает в себя ТОС 6, светофильтр 7, и приемный объектив 8, в фокусе которого установлен катод ЭОП 9, экран которого через волоконно-оптическую планшайбу 10 связан с катодом телевизионной трубки, установленной на входе телевизионной камеры 11. Для изменения фокусного расстояния оптических систем установлен блок 12 вывода оптических элементов из этих систем. Смену светофильтра 7 осуществляют с помощью блока 13. Изменение диафрагмы объектива 8 осуществляют блоком 14, а подфокусировку - блоком 15. Переключатель 16 режима работы ЭОП обеспечивает подачу постоянного напряжения на микроканальные пластины (МКП) ЭОП в пассивном режиме от регулируемого преобразователя 17 либо импульсного напряжения по команде блока 18 коммутации импульсного напряжения с блока 19 стробирования. Регулировка напряжения может осуществляться вручную блоком 20 РРУ либо автоматически с блока 5 АРУ, вход которого связан с электрическим выходом телевизионной камеры 11. Из блока 21 управления поступают команды в блоки 12-16 и импульсный осветитель через блок 18 коммутации. Блок 21 управления также связан с блоком 22 регулировки задержки строба, блоком 23 регулировки длительности строба и блоком 20 РРУ. Блок 24 наведения с датчиком угла поворота связан с пультом 25 управления через блок 26 питания, который связан с ВКУ 27, блоком 28 обогрева и через блок 21 управления с другими блоками.

На фиг. 2 показан ход лучей в оптической системе 2, формирующей излучение тела 29 свечения. Оптические элементы 30 служат для уменьшения фокусного расстояния объектива 31. Пунктиром показаны лучи, выходящие из объектива 31 при выведенных элементах 30. Лучи 32 выходят с элементов 30 блоком 12.

На фиг. 3 изображена приемная оптическая система, включающая в себя ТОС 6, состоящую из малого зеркала 33 и большого зеркала 34, светофильтров 7, приемного объектива 8, в фокусе которого установлен ЭОП 9. Вывод малого зеркала осуществляют блоком 12 вывода оптических элементов, изменение диафрагмы - блоком 14, а подфокусировку - блоком 15. Введение ТОС 6 равносильно увеличению фокусного расстояния приемного объектива 8. Однако простое увеличение фокусного расстояния объектива 8 при том же увеличении размера изображения на катоде ЭОП имело бы значительно большую длину приемной системы и значительно усложнилось бы изменение фокусного расстояния. В заявленном техническом решении изменение фокусного расстояния и увеличение размера изображения осуществляют введением зеркала 33 и блоком 12. При этом начинает работать и зеркало 34, увеличивая величину принимаемого светового потока. Одновременно с введением зеркала 33 выводят элементы 30 для концентрации энергии излучения на малоразмерных и удаленных объектах. Для согласования полей излучения и приема между телом 29 свечения и элементами 30 может быть введена клиновая система для расширения поля в горизонтальной плоскости. Светофильтрами 7 и диафрагмированием уменьшают световой поток в дневных условиях для расширения диапазона АРУ. ЭОП 9 преобразует невидимое изображение в видимое, а стробирование ЭОП позволяет отсекать помеху обратного рассеяния при работе с импульсным осветителем 3. Телевизионная камера 11 преобразует световой поток в видеосигнал, который с помощью ВКУ преобразуется в видимое изображение. Импульс обратного хода строчной развертки используют для формирования синхроимпульса. Если требуется уменьшение частоты вспышек осветителя 3, то в формирователе 4 устанавливают делитель частоты строчных импульсов. В осветителе устанавливают блок задержки включения синхроимпульсом на время, равное неуправляемой задержке приемного тракта, чтобы можно было в лабораторных условиях совместить во времени момент появления изображения с моментом подачи импульса строба на МКП ЭОП. В лабораторных условиях осветителем освещают миру. Телевизионный сигнал на выходе поддерживают на одном уровне с помощью блока 5 АРУ, который автоматически изменяет напряжение преобразователя 17 при изменении светового потока. Напряжение может изменяться и вручную. В активном режиме на МПК подают импульсное напряжение с блока 19 стробирования через переключатель 16. Для запуска блока 19 синхроимпульс от формирователя 4 подают через блок 22 регулировки задержки, которым изменяют время задержки импульса для совмещения его с моментом прихода отраженного от объекта светового импульса. Длительность стробирующего импульса регулируют блоком 23 регулировки длительности строба для облегчения поиска и обнаружения объекта, т. е. при большой длительности импульса строба увеличивается просматриваемая зона, но при этом увеличивается помеха обратного рассеяния, ухудшающая контрастность. Возможность регулировки длительности позволяет повысить надежность опознавания без ухудшения вероятности обнаружения. Для дистанционного управления системой пульт 25 управления с ВКУ 27 может располагаться далеко от блока 24 неведения, на котором расположен герметичный контейнер. Команды через блок питания с пульта 25 по длинному кабелю поступают в блок 21 управления, откуда распределяются по разным блокам. Блок 28 обогрева служит для поддержания нормальной температуры внутри контейнера при пониженной температуре воздуха.

Работает телевизионная система наблюдения следующим образом.

По командам с пульта 25 с помощью блока 24 наведения наводят оптические оси осветителя и приемника на объект, который наблюдают на экране ВКУ 27. Выводят изображение объекта в центр экрана. Для обозначения объекта по команде с пульта 25 вводят зеркало 33 ТОС 6 и выводят элементы 30 из оптической системы 2 с помощью блока 12 вывода оптических элементов. Если наружная освещенность велика и АРУ не обеспечивает требуемый уровень сигнала для поддержания нормальной яркости изображения на экране ВКУ, то уменьшают диафрагму объектива 8. При дальнейшем увеличении освещенности увеличивают плотность светофильтра 7. Наибольший контраст можно получить, когда длительность стробирующего импульса равна длительности отраженного от объекта светового импульса. Если метрологическая дальность видимости больше дальности до объекта, то можно работать в пассивном режиме. В этом случае по команде с пульта переключателем 16 устанавливают на МКП ЭОП 9 постоянное напряжение, которое автоматически регулируется в зависимости от уровня естественной наружной освещенности. При малых уровнях естественной освещенности можно работать с импульсным подсветом и при постоянном напряжении на МКП, если метрологическая дальность видимости больше дальности до объекта.

В конкретном устройстве в качестве импульсного осветителя использован полупроводниковый лазер Л-13 с входящей в его комплект оптической системой. Использована серийная телевизионная камера КТП-85, на входе которой установлена трубка ЛИ-702, которая через ВОП состыкована с ЭОП. ЭПМ-85Г. Для увеличения размера изображения на входе телевизионной трубки использовалась также проекционная система с увеличением. В качестве ВКУ использовался телевизор Ц-432, а блок наведения - УЕ-29. В качестве приемного объектива использовался "Гелиос-40", а телескопическая система выполнена по оптической схеме, изображенной на фиг. 3. Для выведения оптических элементов, смены светофильтров, изменения диафрагмы, подфокусировки объектива использовались электродвигатели, которые коммутировались с помощью реле, установленных в блоке коммутации. Там же установлено реле, подающее 27 В на импульсный осветитель, и реле для переключения режима работы ЭОП Блок питания состоит из понижающего силового трансформатора, выпрямителей, стабилизаторов напряжения. Через разъемы блока питания осуществляется связь пульта управления с блоком управления, которая в простейшем случае выполнялась в виде жгута проводов, по которым команды через переключатели, установленные на пульте управления, передавались в блок управления и блок коммутации. При большом расстоянии от пульта до контейнера команды могут передаваться в последовательном и параллельном коде, а в блоке управления команды декодируются и распределяются по блокам. Для обогрева использовался нагревательный элемент с вентилятором, которые включались с помощью термореле. Регулируемая задержка в импульсном осветителе, задержка строба, длительности строба выполнены в виде триггера, который опрокидывается запускающим импульсом, а возвращается в исходное состояние импульсом компаратора, на один вход которого подавалось пилообразное напряжение, на другой - регулируемое постоянное напряжение, которым регулировалась длительность выходного импульса триггера. Задним фронтом этого импульса запускался соответствующий ключ. В импульсном осветителе триггер опрокидывался синхроимпульсом формирователя 4, которым также запускается триггер блока 22. Задним фронтом выходного импульса блока 22 запускался триггер блока 23, в котором временной интервал формировался микросхемой 155АГ4, которая также использовалась в блоке 19 стробирования. В качестве выходных ключей блока 19 использовались транзисторы КТ828А. РРУ в простейшем случае осуществлялась с помощью переменного резистора, установленного на пульте управления. С выхода резистора напряжение подавалось на вход управления микросхемы стабилизатора напряжения КР142ЕН2Б, от которого питался регулируемый преобразователь напряжения, выполненный на трансформаторе со средней точкой и двух транзисторах. В режиме АРУ переменный резистор шунтировался транзистором, который через интегратор, подключался к выходу компаратора. На один вход компаратора подавалось напряжение, устанавливающее порог срабатывания компаратора, а на другой вход подавался видеосигнал с выхода телевизионной камеры, который детектировался с помощью диода. При изменении светового потока изменялось напряжение на МКП ЭОП, а телевизионный сигнал на выходе телевизионной камеры поддерживался неизменным на уровне порога срабатывания компаратора.

По сравнению с прототипом предлагаемая система позволяет повысить надежность опознавания малоразмерных объектов без уменьшения вероятности их обнаружения, увеличить диапазон изменения сигналов и естественной освещенности, повысить помехозащищенность за счет синхронизации с импульсом обратного хода строчной развертки и обеспечить возможность определения параметров системы в лабораторных условиях без дополнительной оптической линии задержки за счет введения задержки запуска осветителя на время неуправляемой задержки импульса строба в приемном тракте. Она будет использована для освещения навигационной обстановки на взлетной полосе аэродрома в любое время суток и в любых погодных условиях.

Формула изобретения

ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ ОБЪЕКТА, содержащая импульсный осветитель с оптической системой формирования излучения и установленные последовательно и оптически связанные приемный объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), волоконно-оптический преобразователь и телевизионную камеру, а также блок стробирования, видеоконтрольное устройство (ВКУ), блок регулируемой задержки и блок питания, отличающаяся тем, что, с целью повышения вероятности опознавания малоразмерных объектов и повышения помехозащищенности, введены телескопическая оптическая система со светофильтрами, оптически связанные с приемным объективом, блок наведения, формирователь синхроимпульсов, блоки автоматической регулировки усиления (АРУ) и блок ручной регулировки усиления (РРУ), регулируемый преобразователь напряжения, переключатель режима работы ЭОП, блок регулировки длительности стробирующего импульса, блок коммутации, блок управления, пульт управления, блок регулировки оптических элементов, блок изменения диафрагмы и блок подфокусировки приемного объектива, блок смены светофильтров, герметичный контейнер с иллюминатором, блок обогрева, а также блок задержки включения импульсного осветителя, причем вход формирователя синхроимпульсов подсоединен к первому выходу телевизионной камеры, а соответствующие выходы формирователя синхроимпульса подключены к входу блока задержки включения импульсного осветителя и входу блока регулируемой задержки, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, первым выходом - с блоком стробирования, а вторым выходом - с блоком регулировки длительности импульса строба, выход которого подключен к второму входу блока стробирования, выход которого соединен с первым входом переключателя режима работы, выход которого соединен с входом управления ЭОП, второй вход переключателя режима работы соединен с выходом блока коммутации, а третий вход - с входом регулируемого преобразователя, второй выход которого соединен с третьим входом блока стробирования, а выход регулируемого преобразователя подключен к блоку РРУ, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а второй вход РРУ соединен с выходом блока АРУ, вход которого подключен к второму выходу телевизионной камеры, третий выход которого подключен к второму входу ВКУ, при этом блок коммутации вторым выходом соединен с импульсным осветителем, третьим выходом через блок подфокусировки - с приемным объективом, четвертым выходом через блок изменения диафрагмы - с приемным объективом, пятым выходом через блок регулировки оптических элементов - с телескопической оптической системой (ТОС) и с оптической системой, а вход блока коммутации соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с вторым входом блока регулировки длительности строба, а вход блока управления через блок питания соединены с выходом пульта управления, а второй выход блока питания соединен с входом блока наведения, а второй выход блока питания соединен с входом блока обогрева, а четвертый выход - с вторым входом ВКУ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3