Способ сканирования поля яркости и фотооптическая система для его осуществления



Способ сканирования поля яркости и фотооптическая система для его осуществления
Способ сканирования поля яркости и фотооптическая система для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2516610:

Открытое акционерное общество "ЛОМО" (RU)

Изобретение относится к системам формирования изображения, устанавливаемым на вращающемся основании. Способ сканирования поля яркости включает прием излучения объекта фотооптической системой (ФОС) с двумерным матричным приемником (ДМП), преобразование излучения в электрические сигналы, накопление сигналов с элементов ДМП, считывание их и обработку. При приеме излучения объекта ФОС при вращении ДМП осуществляют вращение изображения поля яркости на частоте и в направлении вращения ДМП. Способ сканирования поля яркости осуществляется с помощью ФОС, которая содержит последовательно соединенные объектив, включающий установленные по ходу лучей входное окно, главное зеркало и корректирующую линзу, установленный в фокальной плоскости объектива ДМП и блок обработки сигналов с ДМП. В объективе между главным зеркалом и корректирующей линзой установлена призма с приводом вращения, причем выход привода вращения соединен со вторым входом призмы. Между дополнительно установленным датчиком угла вращения ДМП и приводом вращения включен блок переноса сигнала на половинную частоту ДМП. Технический результат: обеспечение соответствия между условными элементами поля яркости и двумерным матричным приемником во вращающихся в полете ЛА. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к системам формирования изображения, устанавливаемым на вращающемся основании и может быть использовано на вращающихся летательных аппаратах (ЛА) или на роторе гироскопа, стабилизирующего систему, а также в комплексах вооружения для наведения ракет на наземные и воздушные цели.

Известен способ сканирования поля яркости фотооптической системой (ФОС) с приемниками в ее фокальной плоскости, представленный в литературе: «Фотоприемные устройства и ПЗС», М.: Радио и связь. - 1992 [1]. Представленный в [1] способ классифицирован на примеры последовательного построчного обзора (Фиг.1а) и параллельного обзора (Фиг.1б, в) с помощью одноэлементного приемника.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является способ сканирования поля яркости, описанный также в [1] (Фиг.1г), в котором последовательно осуществляются следующие операции: прием излучения следящей за объектом ФОС с двумерным матричным приемником (ДМП), преобразование излучения в электрические сигналы, накопление сигналов с элементов ДМП, считывание сигналов и их обработка.

Известна ФОС для реализации способа сканирования поля яркости - патент №2425463 «Тепловизионный канал», опубл. 27.07.2011 г. ФОС содержит последовательно соединенные объектив, включающий установленные по ходу лучей входное окно, главное зеркало и корректирующую линзу, размещенный в фокальной плоскости объектива ДМП и установленный на невращающемся основании, а также блок обработки сигналов с ДМП.

Отметим, что каждый пиксель ДМП принимает излучение от соответствующего ему условного элемента поля яркости. При этом оказывается возможным процесс накопления осредненных сигналов с элементов ДМП, а затем их считывание и обработка.

Однако для определенных конструкций, например, во вращающихся в полете ЛА ДМП вращается и возникает несоответствие между условными элементами поля яркости и ДМП и процесс накопления сигналов с ДМП разрушается.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение соответствия между условными элементами поля яркости и ДМП.

Для решения поставленной задачи предлагается использовать способ сканирования поля яркости, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, включает прием излучения следящей за объектом ФОС с ДМП, преобразование излучения в электрические сигналы, накопление сигналов с элементов ДМП, считывание их и обработку.

В отличие от прототипа при приеме излучения от объекта ФОС при вращении ДМП вращают изображение поля яркости на частоте и в направлении вращения ДМП.

Предлагаемый способ сканирования поля яркости осуществляется с помощью ФОС, которая, как и прототип, содержит последовательно соединенные объектив, включающий установленные по ходу лучей входное окно, главное зеркало и корректирующую линзу, установленный в фокальной плоскости объектива ДМП и блок обработки сигналов с ДМП.

В отличие от прототипа в объективе между главным зеркалом и корректирующей линзой установлена призма с приводом вращения, причем выход привода вращения соединен со вторым входом призмы, дополнительно установлен датчик угла вращения ДМП, связанный со вторым выходом ДМП, а между датчиком угла вращения ДМП и приводом вращения включен блок переноса сигнала на половинную частоту ДМП, привод вращения выполнен в виде последовательно соединенных фазового детектора, фильтра низких частот, двигателя постоянного тока и датчика угла вращения призмы, при этом первый (линейный) вход фазового детектора связан с выходом блока переноса сигнала на половинную частоту ДМП, а второй (управляющий) вход - с выходом датчика угла вращения призмы.

На Фиг.2 представлена функциональная схема ФОС.

1 - объектив;

2 - входное окно;

3 - главное зеркало;

4 - призма;

5 - корректирующая линза;

6 - ДМП;

7 - блок обработки сигналов ДМП;

8 - датчик угла вращения ДМП;

9 - блок переноса сигнала на половинную частоту ДМП;

10 - привод вращения;

11 - фазовый детектор;

12 - фильтр низких частот;

13 - двигатель постоянного тока;

14 - датчик угла вращения призмы.

Предлагаемый способ сканирования поля яркости осуществляется с помощью ФОС. Световой поток поля яркости ωП через объектив 1, а именно, через входное окно 2 поступает на главное зеркало 3 и, отразившись от него, попадает на призму 4, проходит через корректирующую линзу 5 и попадает на ДМП 6, установленный в фокусе объектива 1. Поток излучения, преобразованный ДМП 6 в электрические сигналы, поступает на блок обработки сигналов ДМП 7, в котором выделяется информация о координатах обнаруженного при поиске источника излучения. Сигнал с датчика угла вращения ДМП 8 поступает на блок переноса сигнала на половинную частоту ДМП 9, выход которого связан со входом привода вращения 10. Привод вращения 10 состоит из последовательно соединенных фазового детектора 11, фильтра низких частот 12, двигателя постоянного тока 13 и датчика угла вращения призмы 14. Причем, выход датчика угла вращения призмы 14 связан с управляющим входом фазового детектора 11.

Сущность изобретения заключается в том, что когда ФОС не вращается и поле яркости неподвижно, каждому элементу ДМП 6 условно соответствует элемент изображения в фокальной плоскости элемента поля яркости в пространстве предметов. Картина меняется, когда имеет место относительное перемещение поля яркости и ДМП 6. В частности, когда поле яркости неподвижно, а ДМП 6 вращается. При этом во вращающейся системе координат, связанной с ДМП 6, неподвижным является ДМП 6, а относительно него на частоте вращения координат перемещается элемент изображения поля яркости и искажается процесс накопления зарядов с ДМП 6. Возникает необходимость исключить относительное вращение элемента изображения поля яркости и соответствующего ему элемента вращающегося ДМП 6 в системе координат, связанной с ДМП. Для этого в оптическую схему ФОС введена призма 4, установленная на одном основании с ДМП 6. Однако при ее вращении синфазно с ДМП 6, изображение поля яркости будет вращаться с удвоенной частотой вращения призмы 4. Для устранения этого эффекта в ФОС введены последовательно соединенные датчик угла вращения ДМП 8, блок переноса сигнала датчика на половинную частоту ДМП 9 и привод вращения 10 призмы 4 вокруг ее продольной оси, обеспечивающий ее вращение на половинной частоте вращения ДМП 6 в направлении, противоположном направлению вращения ДМП 6.

Выходной сигнал Uп датчика угла вращения ДМП 8 может быть представлен в виде

U п = cos ω п t          (1)

Известно, что в соответствии с тригонометрическим тождеством

1 + cos ω п t = 2 cos 2 ( 0,5 ω п t )           (2)

После преобразований получаем

cos ( 0,5 ω п t ) = U п ,                    (3)

где Uп=0,5(1+cosωпt).

Перенос сигнала на частоту 0,5 ωп происходит в блоке переноса сигнала на половинную частоту ДМП 9 в соответствии с (3) при очевидной последовательности действий над преобразованным в цифровую форму сигналом (1), реализуемого с помощью процессора.

Полученный в (3) сигнал, являющийся входным для привода вращения 10, поступает на линейный вход фазового детектора 11, на управляющий вход которого поступает подобный (3) преобразованный в цифровую форму аналоговый сигнал датчика угла вращения призмы 14. Выходной сигнал фазового детектора 11, пропорциональный фазовому сдвигу его входных сигналов, поступает на фильтр низких частот 12 и после преобразования в аналоговую форму - на двигатель постоянного тока 13, вращающей призму 4 с частотой 0,5 ωп.

Таким образом, вращение изображения поля яркости на частоте и в направлении вращения ДМП, позволяет обеспечить соответствие между условными элементами поля яркости и ДМП во вращающихся в полете ЛА.

1. Способ сканирования поля яркости, включающий прием излучения фотооптической системой (ФОС) с двумерным матричным приемником (ДМП), преобразование излучения в электрические сигналы, накопление сигналов с элементов ДМП, считывание их и обработку, отличающийся тем, что при приеме излучения от объекта ФОС при вращении ДМП вращают изображение поля яркости на частоте и в направлении вращения ДМП.

2. ФОС для сканирования поля яркости, содержащая последовательно соединенные объектив, включающий установленные по ходу лучей входное окно, главное зеркало и корректирующую линзу, установленный в фокальной плоскости объектива ДМП и блок обработки сигналов с ДМП, отличающийся тем, что в объективе между главным зеркалом и корректирующей линзой установлена призма с приводом вращения, причем выход привода вращения соединен со вторым входом призмы, дополнительно установлен датчик угла вращения ДМП, причем между датчиком угла вращения ДМП и приводом вращения включен блок переноса сигнала на половинную частоту ДМП, привод вращения выполнен в виде последовательно соединенных фазового детектора, фильтра низких частот, двигателя постоянного тока и датчика угла вращения призмы, при этом первый вход фазового детектора связан с выходом блока переноса сигнала на половинную частоту ДМП, а второй вход - с выходом датчика угла вращения призмы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для получения с космических аппаратов спектрозональных изображений поверхности Земли и облачного покрова, а также для мониторинга тепловых аномалий.

Изобретение относится к лазерным системам обработки материалов. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и, в частности, к устройствам сканирования и стабилизации изображения окружающего пространства, сформированного оптической системой на матричных фотоприемных устройствах (МФПУ), в широком диапазоне угловых скоростей и может быть использовано при создании систем кругового обзора, сканирующих и следящих устройств в комплексах обнаружения и сопровождения объектов.

Изобретение относится к области оптоэлектронного приборостроения и лазерной техники и может быть использовано в технологических установках, техническом зрении, лазерной локации и т.п.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам диффузионной флуоресцентной томографии. .

Изобретение относится к многолучевым сканирующим устройствам и может быть использовано в устройстве формирования изображения, таком как лазерный принтер, проектор и т.п.

Изобретение относится к области приборостроения, измерительной и информационной техники и может быть использовано в системах кругового сканирования или секторного обзора.

Изобретение относится к системам формирования изображения, устанавливаемым на вращающемся основании на летательных аппаратах (ЛА), в комплексах вооружения для наведения ракет на наземные и воздушные цели. Способ сканирования поля яркости фотооптической системой (ФОС) с линейным матричным приемником (ЛМП) включает вращение изображения поля яркости, прием и преобразование ЛМП оптического излучения в электрические сигналы и их обработку. При вращении ЛМП со скоростью ωЛМП вращают изображение поля яркости вокруг визирной оси ФОС со скоростью ωВ=ωИ+ωЛМП, где ωИ - скорость вращения изображения поля яркости при ωЛМП=0. ФОС содержит последовательно соединенные объектив, главное зеркало, призму, корректирующую линзу, ЛМП, блок обработки сигналов с ЛМП, а также привод вращения корпуса призмы, содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр низких частот и двигатель постоянного тока, а также датчик угла вращения призмы. Изобретение позволяет расширить условия применения ФОС с ЛМП путем повышения чувствительности как в отсутствие, так и при вращении ЛМП. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования лазерного растра систем управления, лазерных прицелов и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов по сложным фарватерам, обнаружении оптикоэлектронных приборов по «блику», дистанционном управлении робототехническими устройствами. Способ формирования лазерного растра основан на последовательной дифракции лазерного пучка на двух последовательно установленных и развернутых на 90 градусов по отношению друг к другу акустооптических дефлекторах, на входы управления которых поданы высокочастотные сигналы управления f1(t) и f2(t), законы изменения которых задают в виде линейного изменения частот управления, а число N строк или (и) столбцов выбирают как целочисленное значение из условия N=k·Tс/τ, где k=1,0-2,5, Tс - время формирования строки, τ - постоянная времени дефлектора, вычисляемая из соотношения τ=d0/ν, d0 - световая апертура дефлекторов, ν - скорость акустических волн. Технический результат заключается в повышении равномерности интенсивности лазерного растра, повышении информативности лазерной системы и обеспечении возможности поворота лазерного растра относительно его центра. 6 ил.

Изобретение относится к лазерной сканирующей системе для сканирования при стрижке волос, к лазерному устройству стрижки волос, которое содержит указанную систему, и способу сканирования. Сканирующая система содержит лазерное сканирующее устройство для создания сканирующего движения лазерного луча и подвижное оптическое устройство для корректировки и/или фокусировки лазерного луча. Указанное лазерное сканирующее устройство содержит по меньшей мере один подвижный оптический элемент, который обеспечивает взаимосвязь положения подвижного оптического устройства и положения, в котором лазерный луч входит в оптическую систему, которая обеспечивает взаимосвязь упомянутого положения и по меньшей мере одного соответствующего положения, в котором лазерный луч входит в подвижное оптическое устройство. Технический результат заявленного решения заключается в повышении точности отслеживания хода подвижного оптического устройства с помощью лазерного излучения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электрофизике. Технический результат состоит в снижении момента инерции во время колебания. Исполнительный механизм включает подвижную часть, которая может колебаться вокруг оси колебания; соединительную часть, которая проходит от подвижной части и торсионно деформируется в соответствии с колебанием подвижной части. Опорная часть поддерживает соединительную часть. Подвижная часть образует крестообразную форму в виде сверху с направления толщины подвижной части. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ. Способ включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, представляющей рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n}. Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого. Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм. В случае если сооружение имеет сложную форму с закруглениями, то в качестве поверхности, относительно которой изучается отклонение от вертикали, выбирается касательная к закруглению, вертикальная плоскость с азимутом 0°. При этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей способа для оперативного определения степени деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму. 4 ил.

Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ. Способ включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, представляющей рой точек {Xi, Yi, Z, i=l, n}. Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости. По сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого. Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 5 мм. При этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей для оперативного определения степени деформации сооружения. 6 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к средствам дистанционного зондирования Земли. В многозональном сканирующем устройстве для дистанционного получения изображений полного диска Земли с геостационарной орбиты сформированы два независимых оптических информационных канала, объединенных общим корпусом и обслуживаемых общими электронными блоками: питания, телеметрии, терморегулирования и т.д., c раздельным формированием изображений в видимом и в инфракрасном диапазонах спектра. В инфракрасном диапазоне используются интерференционные фильтры. Технический результат - уменьшение времени получения изображений, увеличение частоты обновления информации, увеличение отношения сигнал/шум, повышение отказоустойчивости. 4 ил., 1 пр.
Наверх