Устройство одновременного сканирования поля объектов и поля изображения

 

Устройство содержит сканирующий барабан со сканирующими элементами, многоэлементный приемный канал поля объектов и многоэлементный канал визуализации поля изображения, соединенные блоком электронной обработки. Каналы расположены симметрично относительно оси вращения барабана. Число сканирующих элементов выбрано минимально необходимым для однократного сканирования поля объектов за один оборот барабана. Положение сканирующих элементов относительно оси вращения определяется по выражению, содержащему среднее положение сканирующих элементов относительно оси вращения; величины смещения сканирующего элемента относительно оси вращения, соответствующие смещению строк внутри одной полосы и смещению строк на ширину полосы, и число полос в поле. Обеспечивается уменьшение габаритов устройства за счет сокращения числа сканирующих элементов. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к оптическим приборам, преобразующим инфракрасное изображение объектов в видимое путем сканирования и может быть использовано в тепловизионных приборах.

Известно устройство одновременного сканирования поля объектов и поля изображения (см. заявку Великобритании N 1393535, кл. G 02 B 27/17, опубл. 07.05.75), содержащее сканирующий зеркальный барабан с гранями, каждая из которых сканирует полосу на поле объектов и направляет, например инфракрасный пучок излучения через проекционную оптику на ряд элементов приемника. Сигналы с приемника через блок электронной обработки подаются на ряд светоизлучающих элементов, излучение от которых, через проекционную оптику, отражаясь от граней другого зеркального барабана, закрепленного соосно с первым, сканирует полосы на поле изображения. Грани в двух барабанах идентичны и имеют разный наклон к оси вращения, так, что все поле сканируется за несколько полос.

Недостатком описанного устройства одновременного сканирования поля объектов и поля изображения являются большие габариты, обусловленные наличием двух зеркальных барабанов, одного для поля объектов, а другого - для поля изображения.

Указанный недостаток частично устранен в устройстве одновременного сканирования поля объектов и поля изображения, наиболее близком к заявляемому (см. заявка Великобритании N 1583743, кл. G 02 B 27/17, опубл. 04.02.81), содержащем сканирующий зеркальный барабан с гранями, каждая из которых сканирует полосу на поле объектов и направляет инфракрасный пучок излучения через проекционную оптику на ряд элементов приемника, сигналы с которого через блок электронной обработки подаются на ряд светоизлучающих элементов, излучение от которых через проекционную оптику, отражаясь от противоположных граней того же зеркального барабана, сканирует соответствующую полосу на поле изображения. Как правило, элементы в ряду приемника и светоизлучателя расположены с зазором, поэтому каждая полоса поля сканируется дважды - по четным строкам, затем - по нечетным строкам, заполняя зазоры предыдущего сканирования. Чтобы просканировать все поле необходимо иметь количество зеркал в два раза больше, чем полос в поле. Зеркальный барабан имеет два идентичных набора граней так, что противоположные относительно оси вращения грани имеют одинаковый наклон и каждая пара граней сканирует в поле объектов и поле изображения соответствующие строки в соответствующей полосе. В результате за один оборот барабан сканирует поле объектов и поле изображения два раза, при этом, число граней в зеркальном барабане в четыре раза больше числа полос в поле. Инвертирование изображения внутри полосы может достигаться соответствующим подключением элементов приемника к светоизлучающим элементам, наклон граней осуществляется относительно среднего угла (среднего положения сканирующих элементов относительно оси вращения). В прототипе этим средним углом является угол относительно оси вращения, равный 45 угл.град.

Недостатком описанного устройства одновременного сканирования поля объектов и поля изображения является его большие габариты, обусловленные большим диаметром зеркального барабана, из-за наличия в нем в два раза большего числа граней, чем необходимо для однократного сканирования всего поля за один оборот барабана.

Целью изобретения является уменьшение габаритов устройства одновременного сканирования поля объектов и поля изображения за счет сокращения числа сканирующих элементов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве одновременного сканирования поля объектов и поля изображения, содержащем сканирующий барабан со сканирующими элементами, многоэлементный приемный канал поля объектов и многоэлементный канал визуализации поля изображения, соединенные блоком электронной обработки, причем, каналы расположены симметрично относительно оси вращения барабана, число сканирующих элементов выбрано минимально необходимым для однократного сканирования поля объектов за один оборот барабана, а положение сканирующих элементов относительно оси вращения описывается выражением: Y_i = B + ((z + 1)/2 - j) · h + v/2 · (z-i+c)/|z-i+c|, где i - порядковый номер сканирующего элемента в сканирующем барабане; Y_i - величина, определяющая положение i-го сканирующего элемента относительно оси вращения: B - величина, определяющая среднее положение сканирующих элементов относительно оси вращения; v - величина смещения сканирующего элемента относительно оси вращения, соответствующая требуемому смещению строк внутри одной полосы; z - число полос в поле: j - порядковый номер полосы в поле; h - величина смещения сканирующего элемента относительно оси вращения, обеспечивающая смещение строк на ширину полосы; c - коэффициент, удовлетворяющий выражению 0 < с < 1:
На чертеже показан один из вариантов принципиальной схемы устройства одновременного сканирования поля объектов и поля изображения.

Заявляемое устройство содержит сканирующий барабан 1, например с шестью сканирующими элементами (зеркальными гранями) i1, i2, i3, i4, i5, i6, многоэлементный приемный канал 2 поля объектов, многоэлементный канал визуализации 3 поля изображения и соединяющий эти каналы блок электронной обработки 4. Каналы 2 и 3 расположены симметрично относительно оси OO вращения барабана. Переход сканирования от одной полосы в поле к другой может осуществляться как за счет линейного перемещения сканирующих элементов относительно оси вращения барабана (см. заявку Великобритании N 1393535, кл. G 02 B 27/17, опубл. 07.05.75), так и за счет углового наклона зеркальных граней, как в рассматриваемом нами случае. Пусть величина, определяющая среднее положение зеркальных граней относительно оси вращения В = 43 угл.град, тогда это - усеченная пирамида (эта величина может быть равна 0 угл.град., тогда - это призма). Пусть каждый канал 2 или 3 сканирует с помощью одного сканирующего элемента три строки с зазором в ширину строки. Тогда в каждой полосе должно быть шесть строк. Если для сканирования на величину оной строки требуется смещение сканирующего элемента на величину 2 угл. град., то для смещения строк на ширину полосы требуется смещение сканирующего элемента на величину h = 12 угл.град. Для заполнения зазоров между строк внутри полосы зададим смещение сканирующего элемента на величину v = 2 угл.град. Так как каждую полосу необходимо сканировать два раза (нечетные строки - один раз и четные строки - второй раз), то при шести сканирующих элементах в барабане число полос в поле будет z = 3. Для сканирования всего поля возможны два варианта последовательности сканирования: первый - сканировать полосы ji, j2, j3 - нечетные строки, затем полосы j1, j2, j3 - четные строки. В данном описании мы воспользуемся вторым вариантом (варианты равнозначны) - сканировать полосы j1, j2, j3 - нечетные строки, затем полосы j3, j2, j1 - четные строки. Тогда угол наклона в градусах каждой грани к оси вращения будет равен:
Y1 = 43 + (2 - 1) · 12 + 1 · 2 + c)/|2 + c| = 56
Y2 = 43 + (2 - 2) · 12 + 1 · (1 + c)/|1 + c| = 44
Y3 = 43 + (2 - 3) · 12 + 1 · (с)/| с | = 32
Y4 = 43 + (2 - 3) · 12 + 1 · (-1 + c)/|-1 + c| = 30
Y5 = 43 + (2 - 2) · 12 + 1 · (-2 + c/|-2 + c| = 42
Y6 = 43 + (2 - 1) · 12 + 1 · (-3 + c)/|-3 + c| = 54
Как видно из расчета в сканирующем барабане нет двух граней с одним углом наклона, что говорит о применении в сканирующем барабане минимального числа сканирующих элементов, в то же время достаточных для однократного за один оборот вращения барабана сканирования поля объектов. Эти же элементы используются и для сканирования поля изображения и каждый сканирующий элемент сканирует свою полосу и свои строки в полосе - четные или нечетные. Эту связь можно представить в виде таблицы.

Устройство одновременного сканирования поля объектов и поля изображения работает следующим образом.

При вращении сканирующего барабана 1 в направлении, указанном стрелкой, в поле зрения многоэлементного приемного канала 2 поля объектов входит сканирующий элемент i1, который сканирует в полосе j1 нечетные строки, воспринимая рельеф объекта. Одновременно с этим в поле зрения многоэлементного канал визуализации 3 поля изображения, на который поступили сигналы с многоэлементного приемного канала 2 поля объектов через блок электронной обработки 4, входит сканирующий элемент 14, который сканирует в полосе j1 нечетные строки, визуализируя в поле изображения рельеф объекта. При дальнейшем вращении сканирующего барабана 1 в поле зрения канала 2 входит сканирующий элемент i2, который сканирует в полосе j2 нечетные строки поля объектов, а в поле зрения канала 3 входит сканирующий элемент i5, который сканирует в полосе j2 нечетные строки поля изображения. И так далее.

Следует отметить, что сканирующие элементы, сканирующие в поле объектов и в поле изображения одноименные строки в одноименных полосах имеют одинаковое смещение относительно среднего положения. Эта закономерность, описанная формулой изобретения обеспечивает однозначную геометрическую эквивалентность поля изображения полю объектов. Так для нечетных строк полос j1 грани i1 и i4 имеют одинаковое смещение относительно среднего положения: 56 - 43 = 13 и 43 - 30 = 13. Для нечетных строк полос j2 грани i2 и i5 имеют смещение 44 - 43 = 1 и 43 - 42 = 1. Для нечетных строк полос j3 грани i3 и i6 имеют смещение 43 - 32 = 11 и 54 - 43 = 11. Для четных строк полос j3 грани i4 и i1 имеют одинаковое уже указанное смещение в 13 угл.град. и так далее.

Таким образом, расположение в сканирующем барабане сканирующих элементов в соответствии с формулой изобретения позволяет использовать их минимальное число и применить одновременно для сканирования и поля объектов и поля изображения, тем самым максимально уменьшив габариты устройства одновременного сканирования поля объектов и поля изображения.

Формула изобретения

Устройство одновременного сканирования поля объектов и поля изображения, содержащее сканирующий барабан со сканирующими элементами, многоэлементный приемный канал поля объекта и многоэлементный канал визуализации поля изображения, соединенные блоком электронной обработки, причем каналы расположены симметрично относительно оси вращения барабана, отличающееся тем, что число сканирующих элементов выбрано минимально необходимым для однократного сканирования поля объектов за один оборот барабана, а положение этих элементов относительно оси вращения описывается выражением
Yi = B + ((z = 1) / 2 - j) · h + v / 2 · (z - i + c) / |z - i + c|,
где i - порядковый номер сканирующего элемента в сканирующем барабане;
Yi - величина, определяющая положение i-го сканирующего элемента относительно оси вращения;
B - величина, определяющая среднее положение сканирующих элементов относительно оси вращения;
v - величина смещения сканирующего элемента относительно оси вращения, соответствующая требуемому смещению строк внутри одной полосы;
z - число полос в поле;
j - порядковый номер полы в поле;
h - величина смещения сканирующего элемента относительно оси вращения, соответствующая смещению строк на ширину полосы;
c - коэффициент, удовлетворяющий выражению 0 < c <1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2