СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ЧЕРЕЗ РАССЕИВАЮЩУЮ СРЕДУ Российский патент 1995 года по МПК G01S13/06 G01S17/06 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при визуальном наблюдении или наблюдении с помощью приборов объектов, расположенных за прозрачной для электромагнитного излучения, но рассеивающей средой.

Известно, что возможность четкого обнаружения объекта зависит в первую очередь от способности прибора различать раздельно изображения элементов поверхности этого объекта или минимального угла между разрешаемыми на пределе точками в плоскости изображения [1]
Известны способы обнаружения объектов поиска, воспроизведения изображений объектов наблюдения в определенном масштабе с целью последующей его регистрации с помощью фотографических, тепловизионных или других приборов [2]
Теоретическая разрешающая способность или разрешающий угол для таких приборов как постоянная характеристика определяется без учета среды, за которой находится объект обнаружения. Разрешающая способность фотографических систем ограничивается оптикой или зернистостью фоточувствительного слоя, разрешающая способность сканирующих приборов определяется мгновенным углом охвата чувствительного элемента приемника. При наблюдении за объектом через рассеивающую среду четкость изображения ухудшается, так как излучение от объекта теряет свою направленность и преобразуется в направленно-рассеченное излучение, изображение объекта размывается, его детали сливаются друг с другом и объект определенным прибором с ранее используемых расстояний становится невидимым.

Целью изобретения является повышение четкости изображения объекта, скрытого рассеивающей средой, имеющей по крайней мере одну выраженную границу со стороны наблюдателя.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения объекта, включающем наблюдение и регистрацию изображения объекта прибором, наблюдение ведут с расстояния, при котором теоретический разрешающий угол превышает угловые размеры размытия изображения деталей объекта на видимой границе рассеивающей среды. Это расстояние численно определяется из соотношения L ≥ где L расстояние наблюдения, Δ l линейный размер размытия изображения детали объекта, 2 β разрешающий угол прибора. Кроме того, при регистрации изображения с фиксированного расстояния изменяют разрешающий угол 2 β прибора. Причем этот разрешающий угол может изменяться по-разному в зависимости от типа используемого прибора:
при регистрации изображения на фоточувствительный материал может изменяться фокусное расстояние объектива прибора или зернистость чувствительного слоя,
при регистрации изображения с помощью сканирующего электронно-оптического прибора можно изменять увеличение афокальной насадки или размер чувствительного элемента приемника,
при визуальном наблюдении можно использовать оптический наблюдательный прибор с переменным фокусным расстоянием.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа; на фиг.2 схема формирования изображения точки.

На поверхности 1 (фиг.1) расположен объект 2, например полутороидальное образование с деталью 3. Рассеивающая среда 4 (например, вода или облако) не дает возможности обнаружить объект 2 прибором 5, так как прямое излучение 6 детали 3 частичками среды 4 многократно рассеивается в различных направлениях и выйдя за границу 7 рассеивающей среды, достигает прибора 5 сильно ослабленным, зависящим по величине от яркости детали 3 объекта 2, протяженности и рассеивающих свойств среды. На выходе из среды, на границе 7 излучение распределяется в пределах индикатрисы 8. Но от детали 3 исходят излучения и в других направлениях (фиг.2) и также рассеиваются средой 4, и на границе 7 каждый луч имеет свою индикатрису рассеяния. От каждой индикатрисы в направлении прибора 5 пройдет не только прямое излучение 6 от детали 3 объекта, но и излучение 9, составляющая часть интегрального излучения, которое формирует изображение точки А. При этом величина излучения 9 в направлении прибора 5 будет уменьшаться с удалением от прямого излучения 6. Условно ограничив относительную величину излучения 9 от периферийных индикатрис, определяем величину Δ l размытия детали 3, размером b. На практике минимальное периферийное излучение фиксирует прибор 5, имеющий определенную чувствительность по контрасту.

Таким образом, если величина Δ l размытия детали 3, видимая со стороны прибора 5 в пределах угла 2 α, не выйдет за пределы разрешающего угла 2 β, то все излучение от пятна диаметром Δ l будет сформировано прибором 5 в точку, а множество сформированных точек позволит четко видеть весь объект. При неизменных Δ l и 2β величина угла 2 α зависит от удаления прибора 5 от границы 7 рассеивающей среды 4.

Учитывая, что обнаружение объектов поиска производят со значительных расстояний, а величина разрешающего угла 2 β прибором оценивается долями градуса, то для получения равенства 2 α 2β справедливо записать tg2β sin2β 2β· или L . Нo в случае 2 α < 2 β все излучение от Δ l попадает в пределы разрешающего угла 2 β. Следовательно, условие четкого обнаружения объекта через рассеива- ющую среду можно записать L ≥ Например, если деталь 3 объекта 2 размывается на границе 7 рассеивающей среды 4 в пятно диаметром 100 м ( Δl 100 м), а разрешающий угол 2 β прибора 5 составляет 10', то четкое изображение объекта 2, расположенного за рассеивающей средой 4, можно получить с расстояния
L ≥ 34,2 км
Для того чтобы четко обнаружить этот же объект с космического носителя, в котором установлен прибор с разрешающим углом 2β около 1', необходимо наблюдение и регистрацию изображения производить с высоты более 340 км.

Увеличение толщины рассеивающей среды или ее рассеивающих свойств приводит к увеличению дальности четкого обнаружения того же объекта. Применение для обнаружения прибора с худшей разрешающей способностью или расположение объекта за более прозрачной рассеивающей средой ведет к уменьшению дистанции наблюдения. Увеличение яркости деталей объекта при неизменной чувствительности прибора по контрасту ведет к увеличению пятна размытия и, следовательно, к увеличению дальности четкого обнаружения объекта.

Предложенный способ можно использовать для обнаружения объектов любых размеров, расположенных за рассеивающей средой. Однако при этом необходимо учитывать, что в наземных условиях, где дистанции наблюдения невелики, можно обнаружить наиболее яркие малые объекты через рассеивающую среду, например очаги пожаров, облака или дым, но на практике рассеивающие среды достаточно сильно размывают детали объекта и требуется увеличение дальности наблюдения, что, в свою очередь, ведет к уменьшению масштаба изображения, мелкие детали становятся невидимыми. Поэтому наиболее целесообразно предложенный способ использовать для обнаружения крупногабаритных объектов, расположенных за облаками или в воде, и в первую очередь для обнаружения таких объектов из космоса.

Использование: при визуальном наблюдении или наблюдении с помощью приборов, расположенных за прозрачной для электромагнитного излучения, но рассеивающей средой. Сущность изобретения: наблюдение и регистрацию объекта ведут с расстояния, при котором теоретический разрешающий угол прибора превышает размеры размытия изображения детелей объекта на видимой границе рассеивающей среды. При регистрации изображения объекта с фиксированного расстояния изменяют разрешающий угол прибора. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ЧЕРЕЗ РАССЕИВАЮЩУЮ СРЕДУ, заключающийся в наблюдении определенной области пространства, воспроизведении в определенном масштабе изображения объекта при заданных угловых координатах и дальности до объекта и в последующей регистрации изображения прибором, отличающийся тем, что величину расстояния наблюдения прибором устанавливают большей отношения линейного размытия изображения детали объекта и разрешающему углу прибора в радианах при превышении разрешающим углом прибора угловых размеров размытия изображения на видимой границе рассеивающей среды, а при регистрации изображения с фиксированного расстояния изменяют разрешающий угол прибора. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при регистрации изображения на фоточувствительный материал изменяют фокусное расстояние объектива прибора или зернистость чувствительного слоя. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регистрации изображения с помощью сканирующего электронно-оптического прибора изменяют увеличение афокальной насадки или размер чувствительного элемента приемника в приборе.