СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПОНИЖЕННОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G02B26/10 G02B23/12 G01S17/88 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности, к приборам оптической локации.

Известны способ наблюдения объектов при пониженной освещенности, по которому объект освещают импульсным источником света, принимают отраженный от объектов свет приемником оптического изображения, синхронизируя работу его управляемого затвора с излучением импульсов света, а также устройство для осуществления данного способа импульсный источник света с передающей оптикой, приемник оптического изображения с управляемым импульсным затвором (см. Европейский патент N 03263735). Регулируя задержку между моментом излучения света и моментом открывания затвора прибора, получают изображение объектов, расположенных в наиболее интересующей зоне.

Недостатком известных способа и устройства является то, что при использовании одного источника и одной камеры возможно получение информации об объектах, расположенных только в достаточно узкой зоне видимости. Для расширения зоны видимости возможно увеличение числа одновременно работающих источников (импульсов) или камер (каждый источник или камера работает на свою дальность) с последующим суммированием видеосигналов, что ведет к существенному возрастанию аппаратных затрат либо к неполному использованию мощности источника света. (см. Европейский патент N 0468175). Кроме того, в подобных устройствах не используется естественная освещенность объектов, которая позволяет получить дополнительную информацию о наблюдаемых объектах.

Наиболее близкими к предлагаемым способу и устройству являются способ и устройство по патенту Великобритании N 2212689. Способ включает в себя освещение объекта (объектов) импульсным источником света и дополнительным источником света, прием от объектов света приемником оптического изображения, синхронизацию работы его управляемого затвора с излучением импульсов света. Устройство для наблюдения объектов при пониженной освещенности содержит импульсный источник света с передающей оптикой, приемник оптического изображения с управляемым затвором, блок управления затвором, входом связанный с одним из выходов блока синхронизации, который другим входом связан с входом импульсного источника света.

В данном техническом решении частично устранены недостатки, отмеченные выше, и для получения дополнительной информации используется естественное или дополнительное освещение. Однако в данном случае, яркость объектов, расположенных на различном расстоянии от устройства и подсвеченных непрерывным источником будет различна, и при наличии большого числа объектов на переднем плане изображения последних будут маскировать изображения объектов на заднем плане. Аналогичный эффект будет проявляться при заботе в мутной среде (туман, снег, дым и т.д.).

В предлагаемых способе и устройстве решаются задачи по получению равнояркого изображения объектов, находящихся в поле зрения прибора на различном расстоянии от него как при использовании естественного освещения, так и при использовании собственного источника подсветки с возможностью выделения по яркости объектов, расположенных в наиболее интересующей зоне.

Благодаря тому, что, предлагаемые устройство и способ позволяют получить в условиях пониженной видимости равнояркое изображение объектов, расположенных на различных дальностях, возможна установка предлагаемого устройства, например, на транспортном средстве, где необходимо иметь изображение всех расположенных перед транспортным средством объектов одновременно, а не только на какой-либо дальности, что позволяет постоянно контролировать текущую ситуацию, а также прогнозировать ее, причем сохраняется возможность выделить в принимаемом изображении какие-либо объекты, расположенные на конкретной дальности.

Указанная задача решается за счет того, что при осуществлении способа после излучения светового импульса источником света непрерывно изменяют коэффициент усиления приемника оптического изображения между моментами прихода отраженного света соответственно от ближайших и наиболее удаленных объектов наблюдения так, чтобы получить равную яркость изображения подсвечиваемых объектов, и для приема изображения, обусловленного действием дополнительных источников света, устанавливают значение коэффициента усиления на фиксированном уровне до излучения следующего импульса света. Кроме того, для выделения конкретных объектов в подсвечиваемой зоне наблюдения производят мгновенное увеличение коэффициента усиления в момент прихода первого отраженного от них света на то время, пока отраженный свет от объектов в этой зоне приходит на приемник. В качестве дополнительного источника света используется естественное освещение.

Для достижения указанных задач в устройстве для осуществления способа приемник оптического изображения выполнен с возможностью непрерывного регулирования его коэффициента усиления в любой момент времени, а блок синхронизации и блок управления выполнены так, чтобы синхронно с распространением импульса излученного света управлять коэффициентом усиления приемника изображения таким образом, чтобы во время между моментами прихода отраженного света соответственно от ближайших и наиболее удаленных объектов подсвечиваемой зоны наблюдения коэффициент усиления приемника плавно увеличивался, компенсируя разницу в освещенности объектов, расположенных на различном расстоянии, и оставался на заданном уровне до момента излучения следующего импульса света. Кроме того, приемник оптического изображения может включать в себя телевизионные камеру и монитор.

Сущность способа наблюдения объектов при пониженной освещенности и устройство для его осуществления поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 блок-схема блоков синхронизации и управления приемником оптического изображения; на фиг. 3 блок-схема приемника оптического изображения и блока управления объективом; на фиг. 4 временные диаграммы работы устройства для наблюдения объектов при пониженной освещенности.

Устройство для наблюдения объектов при пониженной освещенности включает в себя импульсный источник света 1 с передающей (формирующей) оптикой 2, блок 3 синхронизации, блок 4 управления приемником оптического изображения, приемник 5 оптического изображения с приемной оптикой (объективом) 6, блок 7 управления объективом.

Работа устройства для наблюдения объектов при пониженной освещенности поясняется функционированием входящих в него блоков.

Импульсный источник 1 света совместно с формирующей оптикой 2 используют для создания импульсной освещенности объектов наблюдения (на фиг. 1 не показаны), приемник 5 изображения с приемным объективом 6 предназначен для формирования изображения объектов наблюдения и может быть выполнен на основе электронно-оптического преобразователя (ЭОП) с микроканальной пластиной (МКП). Усиление приемника изображения задается с помощью блока 4 управления. Блок 3 синхронизации служит для синхронизации работы источника света и приемника изображения. Диафрагма и фокусировка приемного объектива устанавливаются автоматически с помощью блока 7 управления объективом.

Рассмотрим подробнее работу наиболее важных узлов устройства. Задающий генератор 8 (фиг. 2), входящий в устройство синхронизации, вырабатывает импульс запуска источника света. Излученный источником света световой импульс распространяется в сторону объектов наблюдения, отражается от них и возвращается на приемник изображения. Одновременно с запуском источника света задающий генератор 8 запускает одновибратор 9, который формирует импульс с длительностью, равной времени прохождения света до объектов, находящихся на максимальной дальности. Максимальная дальность определяется как дальность до объектов наблюдения, отраженный свет от которых еще может быть зарегистрирован приемником изображения. Импульс одновибратора 9 поступает на генератор линейно изменяющегося напряжения 10, который формирует импульс треугольной формы (фиг. 4), поступающий на аналоговый сумматор 11. Этот импульс служит для выравнивания яркости изображения освещенных источником света и находящихся на различной дальности объектов, а именно, решает задачу выравнивания яркости изображения объектов, находящихся в поле зрения прибора на различном расстоянии от него при использовании собственного источника.

Задающий генератор 8 также запускает одновибратор 12, длительность импульсов которого задается оператором и равна времени распространения света от источника света до начала зоны подсветки каких-либо конкретных объектов и обратно к приемнику излучения. Одновибратор 12 в свою очередь запускает одновибратор 13, длительность импульсов которого задается оператором и равна времени распространения света от начала зоны подсветки каких-либо конкретных объектов до ее конца и обратно. Импульс с одновибратора 13 регулируется оператором по амплитуде с помощью усилителя 14 и подается на аналоговый сумматор 11. Импульс с выхода усилителя 14 определяет дальность до начала зоны подсветки, ее ширину и яркость, то есть решает задачу выделения по яркости каких-либо конкретных, находящихся в наиболее интересующей зоне наблюдения. Сигнал с выхода сумматора подается на коммутатор 15, который пропускает на свой выход сигнал с сумматора 11 во время действия импульса на выходе одновибратора 9, что соответствует приему изображения обусловленного в основном освещением от импульсного источника. После окончания действия импульса на выходе одновибратора 9 на выход коммутатора 15 поступает задаваемый оператором сигнал постоянного уровня, служащий для регулирования яркости изображения, обусловленного прочими (в том числе естественными) источниками освещения и решается задача формирования изображения объектов, обусловленного естественным освещением.

Сформированный таким образом сигнал управления усилением ЭОПа после усиления усилителем 16 (фиг. 3) подается на МКП ЭОПа 17 и регулирует его усиление. Так как усиление МКП пропорционально квадрату напряжения, то линейный закон изменения управляющего напряжения будет компенсировать обратную квадратичную зависимость облученности объектов наблюдения от дальности во время приема изображения, обусловленного импульсной подсветкой и их изображения будут равнояркими.

Для автоматического регулирования средней яркости изображения сигнал, пропорциональный току экрана ЭОПа, подается на вход порогового усилителя 18, порог срабатывания которого регулируется оператором для задания средней яркости изображения. Выходной сигнал усилителя 18 управляет средним коэффициентом усиления усилителя 16 и подается на сервопривод 19 управления диафрагмой приемного объектива.

Для автоматического регулирования фокусировки приемного объектива на подсвечиваемую зону напряжение, управляющее дальностью до этой зоны и используемое в одновибраторе 12, подается на усилитель 20 с нелинейной амплитудой характеристикой и далее на сервопривод 21 управления фокусировкой приемного объектива. Форма амплитудной характеристики усилителя 20 подбирается так, чтобы фокусировка приемного объектива была оптимальной для любой дальности.

Для преобразования изображения на экране ЭОПа 17 в телевизионный сигнал может использоваться телевизионная камера 22, видеосигнал с которой поступает на телевизионный монитор 23 или на прочие телевизионные устройства для дальнейшей обработки.

Предлагаемые способ наблюдения объектов при пониженной освещенности и устройство для его осуществления в настоящее время реализованы. Эксплуатация устройства показала его высокую эффективность, т.к. оно сохраняет все преимущества существующих аналогичных приборов и значительно облегчает, например, вождение транспорта в пургу, снег и т.п. снижается вредный эффект отражения света от пелены тумана, подающего снега, а также слепящее действие фар встречного транспорта.

Использование: оптическое приборостроение, в частности, приборы оптической локации. Сущность изобретения: устройство содержит импульсный источник света 1 с передающей оптикой 2, блок 3 синхронизации, блок 4 управления, приемник 5 оптического изображения с приемным объективом 6, блок 7 управления объективом. Работа устройства позволяет получить равнояркое изображение объектов, расположенных на различной дальности как с использованием естественного освещения зоны наблюдения, так и с использованием подсветки, а также выделить отдельные находящиеся в ней объекты. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ наблюдения объектов пониженной освещенности, по которому объект (объекты) освещают импульсным источником света и дополнительным непрерывным источником света, принимают отраженный от объектов свет приемником оптического изображения, синхронизируя его работу с излучением импульсов света, отличающийся тем, что при каждом импульсе света непрерывно изменяют величину коэффициента усиления приемника оптического изображения до момента прихода отраженного света от наиболее удаленных объектов выбранной зоны наблюдения так, чтобы получить равную яркость изображения подсвечиваемых объектов, выбранных для наблюдения, и сохраняют значение коэффициента усиления на заданном уровне до излучения следующего импульса. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выделения каких-либо конкретных объектов в зоне наблюдения после прихода первого отраженного от них света производят мгновенное увеличение коэффициента усиления, затем постоянное его увеличение и мгновенное уменьшение коэффициента усиления после прихода последнего отраженного от конкретных объектов света. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве дополнительного непрерывного источника света используется естественное освещение. 4. Устройство для наблюдения объектов при пониженной освещенности, содержащее импульсный источник света с передающей оптикой и дополнительный непрерывный источник света, приемник оптического изображения с регулируемым коэффициентом усиления, средствами для автоматического регулирования средней яркости изображения и блоком управления, причем вход последнего связан с одним из выходов блока синхронизации, который другим выходом связан с входом импульсного источника света, отличающееся тем, что блок синхронизации и блок управления выполнены с возможностью синхронизации каждого импульса излучения и увеличения коэффициента усиления приемника оптического изображения до момента прихода отраженного света от наиболее удаленных объектов выбранной зоны наблюдения и сохранения коэффициента усиления на постоянном уровне до излучения следующего импульса. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что приемник оптического изображения включает в себя электронно-оптический преобразователь (ЭОП) с управляемым коэффициентом усиления путем изменения управляющего напряжения на его микроканальной пластине. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок синхронизации и блок управления выполнены с возможностью мгновенного увеличения коэффициента усиления ЭОП, затем его постоянного увеличения и мгновенного его уменьшения для выделения каких-либо конкретных объектов в зоне наблюдения.