Способ построения высокоточной прицельной системы с переменным полем зрения

Способ построения высокоточной прицельной системы с переменным полем зрения основан на определении текущего положения оптической оси объектива и текущего оптического увеличения. Для построения системы используют панкратический объектив с матричным приемником и последующую цифровую обработку изображений в реальном масштабе времени. В прицельную систему вводят коллиматор, формирующий тестовое изображение на фоне изображений, регистрируемых матричным приемником, и осуществляют цифровую обработку в реальном масштабе времени тестового изображения для определения текущего положения оптической оси объектива и текущего оптического увеличения, по которому осуществляют коррекцию ошибок при прицеливании. Технический результат: вычисление динамических ошибок положения оптической оси канала в реальном масштабе времени, контроль функционирования канала без применения отдельной контрольно-поверочной аппаратуры, установка требуемого увеличения канала и реализация автофокусировки в случае наблюдения за малоконтрастным изображением. 6 ил.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам с переменным полем зрения для видимой и инфракрасной области спектра, и может быть использовано в оптических высокоточных системах слежения и прицеливания. Рассмотрен способ построения высокоточной прицельной системы на основе матричного приемника и панкратического объектива с плавным изменением углового поля зрения. Для вычисления поправок текущего положения линии визирования предложено использовать встроенный коллиматор и тестовое изображение с последующей цифровой обработкой в реальном масштабе времени.

При построении высокоточной прицельной системы существует проблема определения текущего положения оптической оси объектива, а также текущего увеличения. Дело в том, что подвижные компоненты объектива с переменным фокусным расстоянием имеют люфт, причем переменный и зависящий от температуры и степени износа механических деталей. Кроме того, часто важно также знать и текущее фокусное расстояние, а значит - оптическое увеличение. Встроенные в объектив датчики не позволяют определять указанные величины с требуемой точностью (единицы угловых секунд). В результате, при движении компонентов объектива линия визирования описывает в пространстве случайную кривую, причем с довольно большим среднеквадратическим отклонением (вплоть до десятков пикселей в эквиваленте). С этой целью предлагается дополнить оптический канал на основе матричного приемника 4 и панкратического объектива 3 внутренним коллиматором!, формирующим специальное тестовое изображение с помощью зеркала 2 по команде встроенной системы управления. Функциональная схема доработанного канала представлена на Фиг. 1.

Фиг. 1 Функциональная схема канала со встроенным коллиматором: 1 - коллиматор, 2 - зеркало или пластина, 3 - панкратический объектив, 4 - матричный фотоприемник Фиг. 2 Вид тестового изображения: 5 - фрагмент столбца ув(n), 6- фрагмент строки хв(m)

Фиг. 3 (а,б) Изображения, полученные в широком угловом поле с включенным (а) и выключенным (б) коллиматором

Фиг. 4 (а,б) Изображения, полученные в узком угловом поле с включенным (а) и выключенным (б) коллиматором

У такого решения есть следующие преимущества:

1. Вычисление динамических ошибок положения оптической оси канала в реальном масштабе времени.

2. Контроль функционирования канала без применения отдельной контрольно-поверочной аппаратуры.

3. Установка требуемого увеличения канала и реализация автофокусировки в случае наблюдения за малоконтрастным изображением.

При реализации алгоритма вычисления положения оптической оси канала используются как датчики, входящие в состав объективов, так и встроенные коллиматоры.

Первичная грубая обработка осуществляется по сигналам датчиков объективов. Для этого датчики предварительно калибруются. Датчики положения являются недостаточно точными, что требует вторичной, более точной синхронизации.

Вторичная синхронизация основана на использовании сигнала коллиматора. Коллиматор формирует изображение креста (наиболее удобная для обработки форма тестового изображения Фиг. 2) на фоне регистрируемых изображений. Положения центра креста хк и ук указывает на положение оптической оси приемного канала, а ширина линий креста Δхк и Δук - на текущее увеличение (оптический ZOOM).

Данная процедура содержит две стадии:

- выделение изображения креста и преобразование его в бинарный вид;

- вычисление параметров (хк, ук) и (Δхк, Δук);

Процесс определения заканчивается формированием результирующих кадров, например xтв(m,n), отличающегося от исходного несколько меньшими размерами по обеим координатам и смещенного на (хк, ук) относительно центра исходного кадра.

Выделение изображения креста коллиматора основано на сравнении фрагментов двух кадров: активного xA(m,n) (светодиод коллиматора включен) и пассивного хП(m,n) (светодиод выключен). Для упрощения расчетов, в обоих кадрах выбираются одни и те же фрагменты: центральная часть строки xв(m) и центральная часть столбца yв(n) (Фиг. 2).

При этом размеры фрагментов по строке и столбцу одинаковые и на небольшую величину превышающие предельную толщину формируемого креста (ориентировочно 50 пикселей для оптимального случая в режиме максимального увеличения - узкого поля зрения). При этом величина оптического увеличения определяется по формуле:

где ƒо - текущее фокусное расстояние панкратического объектива, ƒо - фокусное расстояние коллиматора.

Далее, производится вычитание фрагмента пассивного кадра из соответствующего фрагмента активного с последующей пороговой обработкой:

где Bx(m) и By(n) - бинарные изображения выбранных фрагментов, Uпор - пороговые значения. Теоретически можно принять Uпор=3σш, где σш - среднеквадратичное отклонение шума.

Далее, методами бинарной морфологии вычисляются размер (Δхк, Δук) и серединные координаты (xк, ук) полученных бинарных одномерных множеств Вх(m) и Ву(n). Именно они и являются искомыми параметрами креста. По величине (Δxк, Δук) определяется требуемое увеличение и с помощью итерационного алгоритма путем управлением двигателями объективов подбираются требуемые значения. Координаты (хк, ук) позволяют определить линейные смещения оптической оси.

Необходимо отметить, что данный алгоритм выполняется однократно после каждого изменения фокусного расстояния.

Необходимые ресурсы вычислителя - только арифметические и логические операции. Внешний буфер памяти не требуется. Отдельные параметры алгоритма (размер и положение фрагментов строки 6 и столбца 5, пороговое значение) подбираются экспериментальным путем.

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно повысить точность определения положения оптической оси панкратического объектива, а значит, точность определения координат наблюдаемого объекта и точность прицеливания. При этом его практическая реализация является достаточно простой.

В ОАО «ЦНИИ «Циклон» был практически реализован вышеописанный способ в составе приемного канала как видимого диапазона, так и ИК диапазона, содержащего объектив-трансфокатор.

На Фиг. 3(а, б) и 4(а, б) показаны изображения, формируемые изготовленным телевизионным каналом.

Анализ изображений позволяет заключить, что даже при небольшой мощности светодиода коллиматора отображение коллиматорного креста выделяется достаточно уверенно. Кроме того, при изменении фокусного расстояния изображение креста меняет свой масштаб и положение в кадре, что, как было показано выше, позволяет определить текущее оптическое увеличение с высокой точностью, а также положение оптической оси.

Таким образом, проведенные в ОАО «ЦНИИ «Циклон» практические исследования полностью подтвердили работоспособность и эффективность коллиматорной схемы коррекции ошибок при прицеливании с использованием объектива-трансфокатора.

Способ построения высокоточной прицельной системы с переменным полем зрения, основанный на определении текущего положения оптической оси объектива и текущего оптического увеличения, в котором для построения системы используют панкратический объектив с матричным приемником и последующую цифровую обработку изображений в реальном масштабе времени, отличающийся тем, что в прицельную систему вводят коллиматор, формирующий тестовое изображение на фоне изображений, регистрируемых матричным приемником, и осуществляют цифровую обработку в реальном масштабе времени тестового изображения для определения текущего положения оптической оси объектива и текущего оптического увеличения, по которому осуществляют коррекцию ошибок при прицеливании.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано, например, в лазерных дальномерах. Телескопическая оптическая система типа Галилея состоит из объектива и окуляра.

Узел для крепления и расфиксации подвижных элементов конструкции космического аппарата относится к оптическому приборостроению, космической технике и астрономии и может быть использован при разработке узлов крепления, в частности, крышек телескопов, предназначенных для наблюдения астрономических объектов в рентгеновском диапазоне спектра электромагнитного излучения.

Оптический прицел может быть использован в охотничьих и спортивных оптических прицелах постоянного увеличения с увеличенным полем зрения. Оптический прицел состоит из двухкомпонентного объектива, оборачивающей системы, состоящий из двух положительных компонентов, двухкомпонентного окуляра, плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами, перемещаемой перпендикулярно оптической оси и размещенной в плоскости действительного изображения оборачивающей системы, полевой диафрагмы, Между фокусными расстояниями объектива, окуляра, первого и второго компонентов объектива и оборачивающей системы, первого компонента окуляра, удалением выходного зрачка прицела от последней поверхности окуляра выполняются соотношения, приведенные в формуле изобретения.

Зеркально-линзовый объектив содержит установленные последовательно по ходу луча главное вогнутое с центральным отверстием гиперболоидальное зеркало, вторичное выпуклое гиперболоидальное зеркало и линзовую систему с оптической силой ϕл.с., выполненную из одиночных линзовых компонентов и установленную позади главного зеркала.

Способ борьбы с засветкой астрономических приборов светом уличных осветительных приборов включает разделение периодов работы осветительных приборов и астрономических приборов по времени.
Катадиоптрический телескоп может быть использован для обнаружения и каталогизации космических объектов в области спектра 400-850 нм. Катадиоптрический телескоп содержит главное вогнутое сферическое зеркало 1, корректирующий элемент 2 и установленный перед фокальной плоскостью телескопа линзовый компенсатор внеосевых аберраций 3, состоящий из афокальной 3(1) и силовой 3(2) частей.

Комплекс может быть использован для наблюдения небесных тел в ясную, пасмурную и дождливую погоду. Комплекс содержит наземный телескоп с блоком управления, его защитное укрытие с его блоком управления, наземный пункт управления комплексом.

Голографический коллиматорный прицел с синтезированным зрачком содержит лазерный диод, коллимирующий объектив, дифракционную решетку пропускающего типа, голографический формирователь неподвижной метки в виде объемной пропускающей голограммы, стеклянную пластинку, выполняющую роль световода.

Оптическая система прицела состоит из расположенных по ходу лучей объектива, плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами, оборачивающей системы, полевой диафрагмы и окуляра.

Оптическое устройство относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах, предназначенных для внешнетраекторных измерений в космической геодезии и полигонных измерениях.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических прицелах с целью увеличения скорости и точности прицельной стрельбы. Бифокальный прицел с двумя полями зрения содержит в одном корпусе коллиматорный канал с широким полем зрения без оптического увеличения и оптико-электронный канал с узким полем зрения и выводом увеличенного изображения на дисплей, имеющий угол обзора не менее 10-ти градусов, для возможности одновременного наблюдения двух изображений с разным увеличением.

Оптический прицел может быть использован в охотничьих и спортивных оптических прицелах постоянного увеличения с увеличенным полем зрения. Оптический прицел состоит из двухкомпонентного объектива, оборачивающей системы, состоящий из двух положительных компонентов, двухкомпонентного окуляра, плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами, перемещаемой перпендикулярно оптической оси и размещенной в плоскости действительного изображения оборачивающей системы, полевой диафрагмы, Между фокусными расстояниями объектива, окуляра, первого и второго компонентов объектива и оборачивающей системы, первого компонента окуляра, удалением выходного зрачка прицела от последней поверхности окуляра выполняются соотношения, приведенные в формуле изобретения.

Изобретение относится к устройствам для крепления прицелов на стрелковое оружие. Устройство состоит из корпуса (1), одной или двух поджимных планок, коромысла (3), при этом для закрепления устройства на оружии коромысло (3) установлено с возможностью отжиматься от корпуса (1) или от поджимной планки посредством эксцентрика с рычагом или винта с рычагом (6), установленного на коромысле (3) с обеспечением при этом прижатия элементов поджимных планок к планке на оружии (7).

Изобретение относится к приспособлению для установки, позиционирования и фиксации оптического прицела или любого другого прицельного приспособления на пневматическом ружье или огнестрельном оружии.

Изобретение относится к устройству для монтажа прицела на ручном огнестрельном оружии. Устройство (1) содержит по меньшей мере две соединяемые друг с другом монтажные детали (2, 3), одна из которых соединена или выполнена с возможностью соединения с ручным огнестрельным оружием (4), а другая - с прицелом.

Изобретение относится к военной технике, в частности к устройствам, применяемым для крепления на оружии приспособлений различных типов. Устройство для закрепления и регулировки прицельного приспособления на оружии содержит опорную балку (1) с осью.

Оптическая система прицела состоит из расположенных по ходу лучей объектива, плоскопараллельной пластинки с прицельной маркой и шкалами, оборачивающей системы, полевой диафрагмы и окуляра.

Визирная система содержит низкосветосильный и высокосветосильный объективы и головную часть, которая содержит призму-куб, установленную над низкосветосильным объективом, и головное отражающее зеркало, установленное над высокосветосильным объективом, оптическая ось которого наклонена относительно вертикальной оси, совпадающей с оптической осью низкосветосильного объектива.

Изобретение относится к оружейной технике. Стрелковое легкое оружие с автоматизированной электронно-оптической системой прицеливания содержит цевье с прикладом, ствол, установленный на цевье с возможностью углового изменения его положения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством пьезоэлектрического исполнительного механизма, расположенного между стволом и цевьем в средней зоне цевья, и механизма крепления ствола к цевью к передней зоне цевья.

Изобретение относится к области огнестрельного оружия, более конкретно к устройству крышки ствольной коробки для закрепления вспомогательных устройств, таких как оптические прицелы.

Способ построения высокоточной прицельной системы с переменным полем зрения основан на определении текущего положения оптической оси объектива и текущего оптического увеличения. Для построения системы используют панкратический объектив с матричным приемником и последующую цифровую обработку изображений в реальном масштабе времени. В прицельную систему вводят коллиматор, формирующий тестовое изображение на фоне изображений, регистрируемых матричным приемником, и осуществляют цифровую обработку в реальном масштабе времени тестового изображения для определения текущего положения оптической оси объектива и текущего оптического увеличения, по которому осуществляют коррекцию ошибок при прицеливании. Технический результат: вычисление динамических ошибок положения оптической оси канала в реальном масштабе времени, контроль функционирования канала без применения отдельной контрольно-поверочной аппаратуры, установка требуемого увеличения канала и реализация автофокусировки в случае наблюдения за малоконтрастным изображением. 6 ил.

Наверх