Телевизионно-лазерный визир-дальномер



Телевизионно-лазерный визир-дальномер
Телевизионно-лазерный визир-дальномер

 


Владельцы патента RU 2515766:

Открытое акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" (RU)

В телевизионно-лазерном визире-дальномере установлена спектроделительная призма, на одной грани которой нанесена полевая диафрагма приемного канала лазерного дальномера, которая используется в качестве опорной марки, а на другой грани приклеено сферическое зеркало, проектирующее диафрагму в телекамеру визирного канала. В электронном блоке определяются координаты центра изображения диафрагмы относительно поля зрения визирного канала и строится телевизионное изображение прицельной марки в соответствии с полученными координатами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам, в том числе автоматического обнаружения и сопровождения объектов средствами технического зрения, например, телевизионными (ТВ) устройствами, с измерением дальности до сопровождаемого объекта.

Высокая точность измерения дальности до объекта обеспечивается лазерными дальномерами (ЛД), угол раствора излучения которых и соответствующее ему поле зрения приемного канала ЛД составляют 2-3 угловые минуты. Такая точность для надежного измерения дальности до объекта без пропусков требует наведения оптической оси ЛД на объект с точностью не хуже 1-1,5 угловой минуты. Следовательно, с не меньшей точностью должна обеспечиваться параллельность оптических осей ЛД и устройств наведения на объекты, что является достаточно сложной технической задачей, т.к. устройства подвергаются механическим нагрузкам, ударам и вибрации, которые расстраивают параллельность оптических осей. Подвижные элементы конструкции на пути оптических осей визирного и приемного каналов также вносят дополнительные погрешности. Кроме того, на параллельность оптических осей сильно влияют температурные деформации конструкции прибора.

Конструктивно принимаются всевозможные меры снижения погрешности параллельности оптических осей, исключения источников погрешностей. Так, например, применяют один и тот же объектив для визирного и приемного каналов, вводятся оптические компенсаторы, системы выверки параллельности оптических осей.

Известно оптическое устройство для ночного/дневного наблюдения и прицеливания (патент RU №2187138 от 27.07.2000 г.), которое содержит головной объектив, являющийся общим как для каналов наблюдения с матричными фотоприемными устройствами, так и для приемного канала ЛД.

Недостаток известного устройства состоит в отсутствии контроля параллельности оптических осей визирных каналов и ЛД в процессе их эксплуатации. Рассогласование визирного и дальномерного каналов в процессе эксплуатации устройства может составить несколько угловых минут и превысить поле зрения ЛД, что при отсутствии контроля за параллельностью оптических осей ведет к промаху при замере дальности до цели. Кроме того, наличие поворотного переключающего зеркала в устройстве тоже может увеличить расхождение оптических осей на десятки угловых секунд.

В устройстве (патент RU №2307322 от 09.08.2005 г.), содержащем передающий канал и визирно-приемный канал, также применен один объектив для визирного и дальномерного каналов. Кроме того, дополнительно введено устройство выверки параллельности оптических осей. Устройство выверки содержит тест-объект с подсветкой, спектроделитель, расположенный под углом к оптической оси приемного канала дальномера, и световозвращатель, установленный перед объективом с возможностью его ввода в зону входного зрачка. Для оперативного согласования визирного и приемного каналов устройство выверки может быть снабжено компенсатором.

Недостаток этого устройства состоит в возможности углового смещения спектроделителя, что ведет к смещению изображения тест-объекта (причем на двойной угол), а это ведет к погрешности параллельности оптических осей дальномерного и визирного каналов. Механическое перемещение при выверке световозвращателя в зону объектива визирно-приемного канала, ввод узла оптического компенсатора с возможностью его перемещения усложняет конструкцию и уменьшает световой ноток, поступающий в устройство наблюдения.

Наиболее близким аналогом является визир-дальномер (патент RU №2444701 от 25.05.2010 г.), содержащий входной объектив, общий для лазерного дальномера и визирного канала, излучатель дальномера, фотоприемное устройство (ФНУ) дальномера с проекционным объективом, спектроделитель, телекамеру (ТК). Спектроделитель выполнен в виде призмы с диагональной спектроделительной поверхностью. На одной грани призмы нанесены полевая диафрагма приемного канала дальномера и опорная марка, на другой грани призмы приклеено сферическое зеркало, которое обеспечивает оптическое сопряжение полевой диафрагмы и опорной марки. Опорная марка подсвечивается источником света.

Недостатки этого устройства состоят в том, что, во-первых, не учитываются систематические и технологические погрешности, вызванные неточностью изготовления деталей и сборки узлов; во-вторых, не учитывается погрешность совмещения изображения опорной и прицельной марок при их совмещении оператором, отсутствует автоматический режим выверки. Суммарная величина погрешностей может превышать единицы угловых минут.

Известен также способ выверки параллельности визирных осей мультиспектральных комплексов (RU №2443988 от 28.05.2010 г.), по которому в качестве опорной марки используется полевая диафрагма приемного канала лазерного дальномера.

Целями настоящего изобретения являются: повышение точности выставки и поддержания параллельности оптических осей приемного канала ЛД и ТК; автоматизация и за счет этого уменьшение времени процесса выверки телевизионно-лазерного визира-дальномера (ТЛВД), а также повышение технологичности и надежности работы ТЛВД.

Поставленные цели достигаются тем, что в ТЛВД введены блок определения центра изображения полевой диафрагмы фотоприемного канала ЛД относительно центра поля зрения телекамеры, вычислительный блок с запоминающими устройствами, формирующий систему координат с центром, совпадающим с центром изображения полевой диафрагмы, и блок формирования прицельной марки, формирующий прицельную марку с центром, совмещенным с центром изображения полевой диафрагмы.

Жесткое размещение элементов устройства выверки на спектроделительной призме и применение полевой диафрагмы ЛД в качестве опорной марки обеспечивают нерасстраиваемость и стабильность, в том числе температурную, параллельности оптических осей ЛД и ТК, а электронные блоки для автоматического определения положения центра изображения диафрагмы повышают точность и сокращают время проведения выверки, снижают конструктивные требования к юстировке оптических элементов, повышают технологичность изготовления ТЛВД, делают его работу более точной и надежной.

На фиг.1 схематично изображен ТЛВД с ходом лучей в его оптической схеме, на фиг.2 представлена функциональная схема электронного блока ТЛВД.

ТЛВД (фиг.1) содержит лазерный излучатель 1, телекамеру (ТК) 2, общий для приемного канала ЛД и ТК входной объектив 3, фотоприемное устройство (ФПУ) 4, проекционный объектив 5, спектроделительную призму 6. Призма 6 имеет спектроделительную поверхность 7, которая отражает лазерное излучение и пропускает весь остальной световой поток. На одной грани призмы 6 нанесена полевая диафрагма 8 приемного канала ЛД, на противоположной грани призмы 6 приклеено сферическое зеркало 9. Центр полевой диафрагмы 8 материализует визирную ось ЛД. Положение зеркала 9 и его радиус обеспечивают перенос оптического изображения полевой диафрагмы 8 в плоскость матрицы ТК 2. Световой поток от источника света 10, отражаясь от боковой матовой поверхности оптической пластины 11 и дихроичной поверхности линзы 12 проекционного объектива 5, подсвечивает полевую диафрагму 8. Дихроичная поверхность линзы 12 пропускает отраженное от объекта лазерное излучение и отражает остальной световой поток.

Электронный блок 13 ТЛВД содержит (фиг.2) блок определения центра изображения диафрагмы (БОЦД) 14, соединенный своим входом с выходом ТК 2, а выходом с входом вычислительного блока (БВ) 15, второй вход которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 16. Выход БВ 15 соединен с входом перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ) 18, с которого координаты оптической оси ЛД передаются на внешние устройства (на фиг.2 не показаны).

Для визуализации процесса выверки и возможности ручного наведения оптической оси дальномера на объект в электронный блок 13 дополнительно введены блок формирования прицельной марки (БФПМ) 17 и сумматор видеосигналов (СВС) 19. Выходы ТК 2 и БФПМ 17 подключены к входам СВС 19, видеосигнал с которого передается на внешние устройства (на фиг.2 не показаны).

ТЛВД в режиме выверки работает следующим образом (фиг.1 и фиг.2). Включают источник света 10, подсвечивающий полевую диафрагму 8 приемного канала ЛД. При этом на выходе ТК 2 формируется видеосигнал с изображением полевой диафрагмы 8. В БОЦД 14 видеосигнал обрабатывается, и определяются координаты центра изображения диафрагмы 8 относительно центра матрицы ТК 2.

В ПЗУ 16 записана систематическая погрешность конкретного ТЛВД между оптической осью приемного канала ЛД и центром изображения диафрагмы 8, выявленная при производстве ТЛВД. В БВ 15 координаты центра изображения полевой диафрагмы 8 алгебраически суммируются с соответствующими значениями погрешности, записанными в ПЗУ 16. При этом на выходе БВ 15 формируются координаты оптической оси ЛД относительно центра матрицы ТК 2. Эти координаты записываются в ППЗУ 18. В БФПМ 17 формируется прицельная марка, центр которой должен быть расположен с учетом полученных координат оптической оси ЛД.

Видеосигналы ТК 2 и БФПМ 17 суммируются в СВС 19, суммарный видеосигнал с изображением окружающего пространства и прицельной марки, а также координаты оптической оси ЛД выдаются па внешние устройства (на фиг.2 не показаны) для дальнейшего использования.

Автоматический контроль и устранение непараллельности оптических осей ЛД и ТК позволяют устранить погрешность оператора наведения ЛД на цель, уменьшает время выверки, снижает требования к установке и юстировке элементов оптической схемы. Все вышеописанное повышает точность, надежность и технологичность изделия.

1. Телевизионно-лазерный визир-дальномер, содержащий дальномер с излучающим и приемным каналами, визирный канал с телекамерой, входной объектив, общий для приемного канала дальномера и телекамеры, спектроделительную призму, разделяющую лазерный и визирный световые потоки, полевую диафрагму с подсветкой и сферическое зеркало, формирующее изображение полевой диафрагмы на телекамере визирного канала, отличающийся тем, что в него введены блок определения положения центра изображения полевой диафрагмы относительно центра телекамеры, постоянное запоминающее устройство, вычислительный блок, перепрограммируемое запоминающее устройство, причем блок определения положения центра изображения полевой диафрагмы подключен своим входом к выходу телекамеры, а выходом - к входу вычислительного блока, второй вход которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства, а выход соединен с входом перепрограммируемого запоминающего устройства.

2. Телевизионно-лазерный визир-дальномер по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок формирования прицельной марки и сумматор видеосигналов, причем вход формирования прицельной марки соединен с выходом перепрограммируемого запоминающего устройства, а выходы - с первым входом сумматора видеосигналов, второй вход которого подключен к выходу телекамеры.



 

Похожие патенты:

Дальномер имеет частично совмещенные визирный, излучающий, приемный и проекционный каналы. Объективы всех каналов выполнены двухкомпонентными, первый компонент объектива визирного канала входит в состав объектива приемного и излучающего каналов.

Изобретение относится к области метеорологии и гляциологии и может быть использовано при определении толщины снежного покрова на склонах для прогноза лавинной опасности и определения снегонакопления в горах. Согласно заявленному способу с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние до контрольной точки на склоне (L1), азимут (А1) и угол зондирования (β).

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для решения задач измерения дальности и линейных размеров объектов по их цифровым фотографическим изображениям.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к технике лазерного, светового излучения и, в частности, может быть использовано для определения положения лазерного излучателя. .

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к лазерной технике к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя. Объектив излучателя состоит из первого цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f1≥В/β, образующая цилиндра которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго цилиндрического компонента с фокусным расстоянием f2, образующая цилиндра которого перпендикулярна максимальному габариту А тела свечения. Расстояния от цилиндрических компонентов до эквивалентного тела свечения равны l1 для первого цилиндрического компонента и l2 для второго. Первый цилиндрический компонент имеет второй цилиндрический профиль, перпендикулярный его первому цилиндрическому профилю и обеспечивающий фокусное расстояние f 1 * , причем расстояние l1=f1-Δf, расстояние l2≤L, фокусные расстояния f 2 ≤ f 2 ' l 3 f 2 ' − l 1 и f 1 * ≤ − f 2 ' ( f 2 − l 3 ) f 2 ' − f 2 , где f 2 ' ≥ A / α , l3=(l2-l1), L - максимально допустимый габарит объектива излучателя вдоль его продольной оси, α и β - угловые размеры удаленного объекта, соответствующие максимальному А и минимальному В габаритам эквивалентного тела свечения, Δf - расстояние между главными плоскостями первого и второго цилиндрических профилей первого цилиндрического компонента. Технический результат заключается в обеспечении возможности сокращения размеров оптической системы излучателя без уменьшения мощности выходного излучения и без увеличения массы дальномера. 4 ил.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя. Объектив состоит из цилиндрического первого оптического компонента с фокусным расстоянием f1, образующая которого перпендикулярна минимальному габариту В тела свечения, и второго оптического компонента. Второй компонент симметричен относительно оси объектива и имеет фокусное расстояние f2 ≥ А/α, где α - угловой размер удаленного объекта, соответствующий по ориентации максимальному габариту А тела свечения. Параметры оптических компонентов удовлетворяют условиям f 1 = l 1 ϕ 2 ϕ − ϕ 2 ; В / β ≤ f ≤ f 2 t g ( θ α / 2 ) t g ( θ β / 2 ) , где f - фокусное расстояние системы; β - угловой размер удаленного объекта, соответствующий габариту B, ϕ2=1/f2; ϕ=1/f; l1=f2-l; l - расстояние между компонентами; θα - угол расходимости в плоскости габарита А; θβ - угол расходимости габарита В. Причем второй оптический компонент имеет возможность регулировки расстояния l2=f2+Δf2 для изменения углов расходимости выходного излучения. Технический результат заключается в упрощении изготовления устройства при сохранении габаритов и КПД. 5 ил.

Способ включает детектирование отраженных импульсов света, оцифровывание принятых сигналов, расчет дальностей до объектов и скоростей движущихся объектов, определение угловых координат. При оцифровывании сигналы дифференцируют. Одновременно измеряют временные интервалы между моментами излучения и частями дифференцированных сигналов, соответствующих фронтам принятых импульсов света, и временные интервалы t2 между частями дифференцированных сигналов, соответствующих фронтам и спадам принятых импульсов света. Рассчитывают скорости υ движущихся объектов: υ = c ⋅ ( 1 − t 2 t 1 ) , где с - скорость света в среде; t1 - длительность излученного импульса света. Устройство содержит блок оцифровывания сигнала, выполненный из многоканального измерителя временных интервалов и n-дифференциаторов, входы которых соединены с выходами фоточувствительных элементов, а выходы - с входами сигналов многоканального измерителя временных интервалов, выход которого соединен с входом блока управления. Технический результат - одновременность и точность обнаружения объектов, измерения скорости движения объектов, расстояний и угловых координат. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейной компоненты перемещения объекта при воздействии на него различных силовых факторов. Техническим результатом является расширение диапазона применения и упрощение обработки результатов измерения при несовпадении линии визирования с направлением перемещения объекта. Способ измерения линейных перемещений объекта заключается в том, что лазерным дальномером проводят не менее двух измерений дальности до объекта. Линию визирования дальномера направляют на жестко связанную с объектом плоскую поверхность, которую выбирают или размещают на объекте таким образом, что она пересекает линию визирования дальномера и линию направления перемещения объекта, и тарируют дальномер, определяют разность дальностей до и после перемещения дальномера, вычисляют тарировочный коэффициент по формуле К=А/П, где А - перемещение дальномера; П - разность дальностей до и после перемещения дальномера. Измеряют перемещения объекта, величину которых определяют по формуле B=K(R-R), где R и R соответственно предыдущая и последующая дальности до объекта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к приемной линзовой системе для оптического дальномера, а также к оптическому дальномеру с такой приемной линзовой системой. В заявке описана приемная линзовая система (7) для оптического дальномера (1), предназначенная для приема отраженного от объекта оптического излучения и имеющая расположенную на траектории (6) принимаемых лучей полимерную линзу (12) и стеклянную линзу (11), расстояние между которыми является регулируемым, за счет выполнения полимерной линзы регулируемой по положению относительно неподвижной стеклянной линзы. А также оптический дальномер с приемной линзовой системой. Технический результат - регулирование фокусного расстояния приемной линзовой системы, уменьшение чувствительности к воздействию температуры и/или влаги и/или к загрязнению. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство калибровки принимает входные данные двух опорных изображений и множественных элементов данных параллакса. Два опорных изображения захватываются одним из устройств формирования изображения в двух местоположениях. Данные параллакса вычисляются с использованием двух опорных изображений и двух соответственных изображений на основании положений множества характерных точек, общих для опорного изображения и соответственного изображения для каждой пары. Два соответственных изображения фиксируются другим из устройств формирования изображения в тех же местоположениях. Устройство осуществляет поиск множества характерных точек, общих для двух опорных изображений, и вычисляет параллакс и величину изменения параллакса на основании данных параллакса, относящихся к соответствующим характерным точкам в двух опорных изображениях для каждой из отыскиваемых характерных точек. Вычисление корректирующего значения для параметра производят на основании вычисленных параллаксов и величин изменения параллакса. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к устройствам для оптического измерения расстояния до целевого объекта. Измерительное устройство содержит излучатель для испускания измерительного оптического излучения в направлении целевого объекта, приемник, имеющий регистрирующую поверхность для регистрации измерительного оптического излучения, возвращающегося от целевого объекта, и блок обработки данных. Регистрирующая поверхность содержит множество пикселей, каждый из которых имеет по меньшей мере один светочувствительный элемент и соединен с блоком обработки данных. Излучатель и приемник выполнены таким образом, чтобы измерительное оптическое излучение, возвращающееся от целевого объекта, освещало одновременно несколько пикселей. Блок обработки данных выполнен с возможностью поступления по меньшей мере в одно из устройств определения расстояния сигналов регистрации излучения от нескольких пикселей, на основании которых соответствующее устройство определения расстояния определяет данные расстояния, коррелирующие с расстоянием между измерительным устройством и целевым объектом. Также блок обработки данных выполнен с возможностью определения расстояния между измерительным устройством и целевым объектом на основе анализа данных расстояния, полученных множеством устройств определения расстояния. Технический результат - увеличение динамического диапазона при измерениях малых расстояний, оптимизация отношения «сигнал-шум» при измерении больших расстояний. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к лазерной дальнометрии. Способ лазерного дальнометрирования включает в себя посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности до цели. Первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ2. За время паузы между сериями лазерных импульсов назначают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов для каждой последующей серии, а именно длину волны λ1 выбирают для дальности L>L0, а длину волны λ2 выбирают для дальности L<L0. Способ применяется для лазерных излучателей, у которых имеется возможность работы на одной из двух длин волн λ1 или λ2. 1 ил.

Изобретение относится к способам дистанционного определения толщины снежного покрова и может быть использовано с целью прогнозирования лавинной опасности. Сущность: последовательно проводят летние и зимние зондирования склона с использованием лазерного дальномера. Зондируя склон под соответствующими углами наведения - по азимуту (Az) и углу (β) возвышения, измеряют расстояние от места его установки в долине до контрольных точек в зоне зарождения лавин относительно реперной точки. По разнице между результатами зондирований в летний и зимний периоды определяют толщину (AE) снежного покрова в направлении зондирующего лазерного луча. При этом для каждой контрольной точки на склоне определяют экспозицию склона (не показано на фиг.6), крутизну (βкр) склона, а также проекцию ( n ¯ ) на горизонтальную плоскость нормали (n), проведенной к контрольной точке на склоне, и отрезка (AE), характеризующего толщину снежного покрова на склоне в направлении зондирующего лазерного луча. Определяют угол (ψ) между данными проекциями. По значениям найденных величин определяют истинную толщину снежного покрова в виде проекции отрезка (AE) на нормаль, проведенную к поверхности склона в контрольной точке лавинного очага. Технический результат: повышение точности определения толщины снежного покрова в лавинных очагах. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

Устройство может быть использовано для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением передающего и приемного каналов. Устройство содержит входную собирающую и выходную коллимирующую оптические системы, связанные между собой волоконно-оптической линией задержки, выполненной в виде световода. Входной и выходной торцы световода расположены в фокальных плоскостях входной и выходной оптических систем соответственно. Входная собирающая и выходная коллимирующая оптические системы образованы двумя соосными менисками, обращенными вогнутостью к торцу световода и имеющими зеркальные покрытия на выпуклых поверхностях. Зеркальное покрытие мениска, расположенного первым от торца световода, выполнено в виде периферийной кольцевой зоны. По крайней мере один торец световода может быть состыкован с плоскопараллельной пластиной в непрозрачной зоне, содержащей соосную со световодом диафрагму с диаметром, меньшим диаметра световода. По крайней мере один из менисков может быть выполнен склеенным. Технический результат - создание компактного устройства с повышенной технологичностью при высоком качестве формирования лазерных пучков и упрощенной конструкцией. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 7 табл.
Наверх