Способ получения изображений в бортовых приборах, устройство для его реализации

 

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может найти применение в тепловидении. Способ заключается в том, что осуществляют сканирование изображения пространства с различной скоростью, а электрические сигналы, полученные в результате преобразования оптических сигналов, накладывают друг на друга, из электрического сигнала выделяют и задерживают часть сигнала, при этом обе части сигнала используют для регистрации и визуализации. Устройство для реализации способа содержит линзовый объектив, два плоских наклонных зеркала, приемник излучения в виде мозаичной структуры, криволинейное зеркало, модулятор потока излучения и блок регистрации сигнала, который связан с модулятором через датчик синхроимпульсов. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может найти применение в тепловидении.

Известны два способа получения изображений. Первый из них предназначен для получения изображений неподвижных предметов и осуществляется при использовании сравнительно медленной развертки при движении платформы (самолета, ИСЗ), на которой установлен прибор [1 - с. 47, 56].

Второй способ предназначен для получения изображений движущихся предметов с помощью быстрой развертки телевизионного типа, удовлетворяющей требованиям зрительного восприятия таких изображений [2 - с. 17].

Известна однообъективная оптическая система с двумя входными зрачками [3]. При первом способе можно полнее использовать свойство накопления заряда приемником и получить выигрыш по обнаружительной способности, к его преимуществам относится также возможность документирования (записи) изображения, которое к тому же можно получить в широком угле обзора. Преимущество второго способа перед первым - это возможность получения изображений в реальном масштабе времени, как подвижных, так и неподвижных предметов. Реализацию возможностей обоих способов в известных случаях требует использования совместно двух различных приборов, что сложно в управлении ими, дорого, требует много места и энергопотребления (прототип). Кроме того, различие приемников излучения и других элементов снижает точность регистрации изображений и их сравнительную оценку, что снижает метрологические возможности известного способа.

Целью изобретения является упрощение процесса единовременной визуализации и документирования изображений, а также расширение функциональных возможностей приборов, улучшение их технических и метрологических свойств.

Указанная цель достигается благодаря тому, что в известном способе получения изображений, заключающемся в циклическом отклонении с различной скоростью изображений приемника излучения, спроецированных с подвижной платформы на предметную, а на платформе - на изображающую поверхность, в преобразовании оптических и электрических сигналов, регистрируемых визуально и документально, оптические сигналы, образованные при отклонении отдельных изображений приемника, смешивают и преобразуют в электрические сигналы, из которых выделяют, задерживают часть сигналов, а затем обе части используют для получения визуализированных и документированных изображений предметов: при движении платформы изображение приемника на предмете делают неподвижным.

В известном устройстве, содержащем линзовый объектив, с одной стороны которого расположен приемник излучения, а с другой - криволинейное зеркало, первое и второе плоские наклонные зеркала, криволинейное зеркало установлено с возможностью циклического перемещения в плоскости, перпендикулярной к оси объектива.

Устройство содержит сканер с установленными на оси вращения криволинейными зеркалами, ось вращения сканера направлена перпендикулярно к оси объектива и пересекает его фокус, или ось вращения сканера направлена параллельно оси объектива.

В устройстве приемник излучения, выполненный в виде n-элементной линейки, связан через коммутатор, фильтры нижних и верхних частот с первым и вторым индикаторами изображения, содержащими средства для строчной и кадровой развертки, при этом средство для строчной развертки первого индикатора снабжено делителем частоты, связанным с коммутатором.

Коммутатор с группой ключей, связанных с распределителем импульсов, выполнен с двумя группами ключей и с вторым распределителем импульсов, при этом первый распределитель, снабженный делителем частоты импульсов, связан с первой группой ключей, общий выход которых связан с фильтром нижних частот, а второй распределитель связан со второй группой ключей, общий выход которых связан с фильтром верхних частот.

Делитель частоты импульсов строчной развертки содержит сумматор, первый вход которого связан с генератором пилообразных импульсов, а второй вход связан с генератором ступенчатых импульсов, равных по длительности пилообразным импульсам.

В известном устройстве, содержащем линзовый объектив, с одной стороны которого расположен приемник излучения, а с другой - криволинейное зеркало, первое и второе плоские наклонные зеркала, криволинейное зеркало выполнено вогнутым и установлено за отверстием в первом плоском наклонном зеркале, с которым связан обтюратор с датчиком импульсов, выход которого соединен с блоком управления переключателя, у которого вход связан с приемником излучения, имеющим мозаичную чувствительную поверхность, первый выход через блок задержки сигнала связан с первым индикатором, а второй выход через сумматор связан со вторым индикатором, при этом между блоком задержки сигнала и сумматором имеется электрическая связь, первое плоское зеркало связано с приводом для вращения, который соединен с датчиком управляющих импульсов, пропорциональных отношению V/H, где V и H, соответственно скорость и высота движения платформы. Второе плоское зеркало установлено на оси вращения, совпадающей с осью объектива.

Способ и устройство для его реализации поясняются чертежами.

На фиг. 1 показано устройство для реализации способа, установленное на платформе с обозначением направления ее полета /Н.П./ и содержащее приемник излучения с линейкой чувствительных элементов, с помощью проекции которой образованы растры двух отдельных изображений. На фиг. 2 представлена схема электронного коммутатора, входящего в состав устройства.

На фиг. 3 и 4 показаны два варианта выполнения сканера, входящего в состав устройства.

На фиг. 6 и 7 представлена схема делителя частоты импульсов строчной развертки в составе устройства и графики импульсов на входе и выходе делителя частоты.

На фиг. 5 показан второй вариант устройства для реализации способа с видиконом в качестве приемника излучения.

На фиг. 1 обозначены: 1 - объектив, 2 - приемник излучения с линейкой чувствительных элементов, выходом связанный с предусилителями сигналов 8, 3, 4 - первое и второе с отверстием плоские наклонные зеркала, 5 - криволинейное /выпуклое/ зеркало, установленное с возможностью циклического перемещения в плоскости, перпендикулярной к оси объектива и связанный с ним датчик синхроимпульсов 2, /фиг. 1а/ - примерный вид растра, образованного движением изображения линейки в предметной плоскости; 7 /фиг. 1б/ - то же при циклических колебаниях зеркала 5 в другом оптическом канале; 9 - электронный коммутатор, 10 - задающий генератор импульсов, связанный с 9; 11 и 12 - электрические фильтры нижней и верхней частоты; 13, 14 - видеоусилители; 15, 16 - индикаторы изображения на ЭЛТ с катушками 17, 24, 25 отклоняющих систем; 18 - проекционный объектив; 19 - носитель записи с фотопленкой, связанный с приводом 20, управляемым от датчика синхроимпульсов 21, пропорциональных отношению V/H; 22, 23 - генераторы тока строчной и кадровой развертки; 27 - делитель частоты пилообразных импульсов строчной развертки.

На фиг. 2 показаны: K₁-K_n - первая группа, а вторая группа ключей; Ф₁-Ф_n - группа фильтров нижних, верхних частот; P, P' - распределители импульсов; ЗГИ - задающий генератор импульсов.

На фиг. 3, 4: 1, 2 - первое и второе плоские наклонные зеркала; 3 - объектив, 4 - сканер с N криволинейными зеркалами, ось которого направлена в первом случае перпендикулярно, а во втором - параллельно оси объектива, 6 - приемник излучения.

На фиг. 5 имеются: 1 - первое плоское наклонное зеркало с отверстием, связанное с приводом 9 для вращения /колебания/ вокруг оси O₂-O₃, 2 - второе плоское наклонное зеркало, установленное в подшипниках для вращения вокруг оси O-O₁, 3 - объектив, 4 - криволинейное /вогнутое/ зеркало, 5 - второй объектив (конденсор), 6 - приемник излучения в виде передающей трубки /пировидикона/ с катушками 7 и 8 для строчной и кадровой развертки, связанными с соответствующими генераторами тока развертки 26 и 27; 9 - привод зеркала, связанный с датчиком 12 импульсов, пропорциональных отношению V/H, 10 - обтюратор, связанный с приводом для вращения 13 и с датчиком 11 импульсов, поступающих в элемент 27 и в блок управления переключателя 15, вход которого связан с выходом предусилителя 14, а два выхода переключателя связаны с оперативным запоминающим устройством /ОЗУ/ 16 и с сумматором 17. Далее следуют видеоусилители 18, 19 и индикаторы изображения /ЭЛТ/ 20, 21, имеющие катушки 22, 23 и 24, 25 отклоняющих систем, связанных с генераторами 26 и 27 строчной и кадровой развертки изображения.

На фиг. 6 отдельно раскрыт блок 27 /фиг. 1/, который содержит: 1 - сумматор импульсов и 2 - генератор ступенчатых импульсов.

На фиг. 7 приведены графики, поясняющие работу блока 27, один из которых изображает входные пилообразные импульсы тока I_вх, а другой иллюстрирует получение пилообразных импульсов пониженной частоты в результате сложения импульсов тока I_вх и ступенчатых импульсов, которые на графике I_вых обозначены пунктирными линиями.

Действие способа рассмотрим сначала на примере работы схемы фиг. 1. С помощью элементов 1, 4, 3 изображение линейки приемника 2 проектируется на предметную плоскость /фиг. 1а, б/. При движении платформы на плоскости /местности/ образуется растр 6 и поток излучения направляется через элементы 3 и 1 на приемник 2. При этом длительность импульса на выходе приемника от точечного объекта составит величину [3 - с. 91] где δ - угловой размер одного элемента приемника, Δf_ш1 - ширина шумовой полосы частот одного канала.

При помощи элементов 4, 1 и 5 изображение линейки приемника одновременно проектируется в другую точку предметной плоскости /фиг. 1б/ и в процессе колебаний элемента 5, например, с частотой n₃≠25 кадров/сек, образуется растр 7.

Поток излучения к приемнику 2 будет при этом проходить по элементам 4-1-5 1; образуя сигналы на его выходе. Длительность импульса в первом приближении составит величину [1 - с. 82] Сравнивая между собой полученные по обоим оптическим каналам данные, принимая, например, H = 1000 м и V = 360 км/час = 100 м/сек, получим: т. е. ширина шумовой полосы в первом канале во много раз уже полосы во втором канале. Следовательно, обнаружительная способность этого канала будет в раз больше, чем во втором канале [1 - с. 610] . Сигналы, усиленные предусилителями 8, разделяются с помощью фильтров нижней и верхней частоты и поступают на входы двух групп ключей коммутатора 9 /фиг. 2/, которые управляются от распределителей P и P', вырабатывающих импульсы разных частот. Это достигается благодаря элементу ДЧ, включенному между ЭГИ и Р [1 - с. 58], что отличается от известного случая. Сигналы на выходе коммутатора дополнительно фильтруются с помощью элементов 11 и 12. Далее сигналы раздельно усиливаются с помощью видеоусилителей 13 и 14 и поступают к индикаторам 15 и 16. От элемента 22, синхронизированного с элементом 10, ток поступает в 25-27-17. Частота строчных импульсов, следующих в элемент 17, понижается в такой же пропорции, что и при действии элемента ДЧ /фиг. 2/. Действие элемента 27 поясняется фиг. 6 и 7. Пилообразные импульсы пониженной частоты получаются, как это следует из графиков, в результате сложения пилообразных и ступенчатых импульсов более высокой частоты в сумматоре. На экране индикатора 17 образуется изображение одной строки, которая с помощью объектива 18 проектируется на фотопленку 19, протягиваемую со скоростью V_пл., пропорциональной отношению V/H, благодаря чему достигается кадровая развертка изображения в виде документа в первом канале.

Генератор 23, синхронизированный с колебаниями зеркала 5, посылает импульсы в элемент 24, чем обеспечивается кадровая развертка изображения на индикаторе 16 второго канала /25 кадров/сек/, предназначенного для визуализации объектов, включая подвижные. Следует отметить, что при повышении частоты кадровой развертки качающееся зеркало становится не пригодным [2 - с. 271]. В этом случае целесообразно использовать сканеры, показанные на фиг. 3 и 4. В первом случае обеспечивается получение прямоугольного растра, а во втором - усеченного [2 - с. 276].

Перейдем к рассмотрению работы схемы фиг. 5, реализующей способ в случаях использования двухмерной мозаики чувствительных элементов путем сканирования в пространстве изображения [2 - с. 293]. К этому типу приемников относится, в частности, пировидикон /5 - с. 210/.

Поток излучения от предметной плоскости раздельно направляют на приемную мозаику /мишень/ пировидикона 6 параллельно по двум каналам через элементы На мишени образуются два изображения предметов. Изображение первого канала, предназначенного для индикации неподвижных предметов, остается некоторое время, определяемое периодом колебаний вокруг оси O₂-O₃ зеркала 1, неподвижным /следящий режим работы/, что способствует накоплению зарядов на мишени и повышению обнаружительной способности этого канала в процессе движения платформы по Н.П.

Изображение, формируемое по второму каналу, при движении платформы непрерывно изменяется. Считывание зарядов с мишени производится по законам телевизионной развертки по строкам и кадрам в реальном масштабе времени, при этом сигналы, после предварительного усиления в элементе 14, поступают на вход переключателя 15. Рассмотренный случай работы относится к моменту, когда при вращении обтюратора 10 оптическая ось направлена через вырез в нем, чему соответствует указанное на чертеже положение переключателя 15. В следующий момент оптическую ось пересечет зубец обтюратора, прерывая работу второго канала, при этом переключатель 15 перейдет в правую сторону и на его выход будут поступать сигналы только первого канала, которые задерживаются /накапливаются/ в элементе 16 и в противофазе /со знаком минус/ подаются на сумматор 17. В следующий момент снова оптическая ось будет проходить через вырез обтюратора и на выход переключателя будут поступать сигналы от двух каналов. Однако, благодаря компенсации в сумматоре сигналов положительной и отрицательной полярности, на его выходе будет действовать сигнал только второго канала. Таким образом, создаются нормальные условия для дальнейшего усиления сигналов обоих каналов в элементах 18 и 19 и их индикации в элементах 20 и 21. Развертка изображения в них производится синхронно с разверткой в элементе 6, благодаря работе элементов 22-27. Частота колебаний зеркала 1 пропорциональна отношению v/H, чем обеспечивается правильная стыковка соседних кадров при движении платформы, а также режим накопления зарядов на мишени, обеспечивающий повышение контраста изображения на экране индикатора 20 /неподвижные предметы/ по сравнению с индик. 21. Поворотами зеркала 2 вокруг оси O-O₁ в ту и другую сторону /вперед - назад/ достигается увеличение поля обзора по второму каналу.

В заключение отметим, что задержку /накопление/ сигналов в некоторых случаях можно производить на экране индикатора 25 за счет инерции выбранного соответствующим образом люминофора, или за счет замедленной киносъемки с экрана индикатора, осуществляемой в процессе документирования изображений.

Таким образом, к технико-экономической эффективности изобретения можно отнести: - упрощение процесса одновременного получения изображений подвижных объектов и местности, на которой они расположены, причем достигается существенное повышение контраста документируемых изображений, особенно в режиме слежения за неподвижными объектами при использовании в работе всей площади мишени; -расширение функциональных возможностей бортовых приборов /тепловизоров/ с одним приемником и улучшение их параметров; - существенное сокращение габаритов и массы всего комплекса, а также энергопотребления, улучшение технических свойств элементов аппаратуры.

Формула изобретения

1. Способ получения изображений в бортовых приборах, включающий сканирование с различной скоростью изображения пространства, преобразование оптических сигналов в электрические и их визуальную и документальную регистрацию, отличающийся тем, что оптические сигналы, полученные при сканировании изображения пространства с различной скоростью, накладывают друг на друга, а из электрического сигнала выделяют и задерживают часть сигнала, а для визуализации и документирования изображений используют обе части сигналов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение пространства на приемнике стабилизируют.

3. Устройство для получения изображений, содержащее линзовый объектив, с одной стороны которого расположен приемник излучения, а с другой - криволинейное зеркало, первое и второе плоские наклонные зеркала, отличающееся тем, что содержит модулятор потока, установленный со стороны первого зеркала, приемник излучения выполнен в виде мозаичной структуры и электрически связан с двухканальным блоком регистрации сигналов, который связан с модулятором через датчик синхроимпульсов.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что модулятор выполнен в виде установленного с возможностью циклических перемещений относительно объектива криволинейного зеркала, которое выполнено выпуклым.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что модулятор содержит N криволинейных зеркал, расположенных на оси вращения.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что ось вращения модулятора направлена параллельно оси объектива.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что ось вращения модулятора направлена перпендикулярно к оси объектива и пересекает его фокус.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что модулятор выполнен в виде плоского кольцевого растра, установленного на оси вращения, направленной параллельно оси объектива, при этом растр расположен перед криволинейным зеркалом, выполненным вогнутым, с обратной стороны первого плоского зеркала, в котором выполнено отверстие.

9. Устройство по любому из пп. 3-8, отличающееся тем, что мозаичный приемник излучения связан через электронный коммутатор, фильтры верхних и нижних частот с двухканальным блоком регистрации сигналов, содержащим средства для строчной и кадровой развертки, при этом средство для строчной развертки одного канала связано через делитель частоты с таким же средством другого канала и с электронным коммутатором.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что делитель частоты содержит блок суммирования, первый вход которого связан с генератором пилообразных импульсов, а второй вход связан с генератором ступенчатых импульсов, равных по длительности пилообразным импульсам, а выход блока связан с отклоняющей системой блока разверток.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что электронный коммутатор содержит две группы ключей и два распределителя импульсов, при этом первый распределитель, снабженный делителем частот, связан с первой группой ключей, общий выход которых соединен с фильтром нижних частот, а второй распределитель связан со второй группой ключей, общий выход которых соединен с фильтром верхних частот.

12. Устройство по п.3 или 8, отличающееся тем, что связь приемника излучения с двухканальным блоком регистрации осуществляется с помощью блока управления, который связан с датчиком синхроимпульсов, при этом первый выход переключателя через блок задержки сигнала связан с первым каналом блока регистрации, а второй выход переключателя связан через сумматор со вторым каналом блока регистрации сигналов, кроме того, между блоком задержки и сумматором имеется электрическая связь.

13. Устройство по любому из пп.3-12, отличающееся тем, что содержит механизм стабилизации положения изображения пространства на приемнике в зависимости от изменения величины v/H, где v и H соответственно скорость и высота движения бортового прибора.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что одно из плоских зеркал связано с приводом для вращения, который соединен с датчиком управляющих импульсов, параметр которых пропорционален величине v/H.

15. Устройство по любому из пп. 3-14, отличающееся тем, что второе плоское зеркало установлено на оси вращения, совпадающей с осью объектива.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7