СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ НАЗЕМНОЙ ТЕХНИКИ К СТОРОНЕ-УЧАСТНИЦЕ ВОЕННЫХ ДЕЙСТВИЙ Российский патент 2015 года по МПК G01S17/74 

Способ предназначен для автоматического опознавания по принципу «свой», «союзник» или «чужой» любой наземной техники, находящейся в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента.

Из изобретения RU 2449314 С2, 2010, известен способ определения принадлежности наземной техники к стороне-участнице военных действий по ее изображению на экране тепловизора.

Поверхность техники класса «свой» и класса «союзник» оснащается покрытиями, исключающими ИК-излучение в окружающее пространство техники этих классов в определенных для этих классов, отличных друга от друга, интервалах длин волн, в отличие от техники класса «чужой», излучающей в окружающее пространство в этих волновых интервалах. Абонент, определяющий принадлежность техники к классам: «свой», «союзник» или «чужой», оснащается либо двумя тепловизорами: первым, принимающим излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в котором исключается покрытием поверхности техники класса «свой», и вторым, принимающим излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в котором исключается покрытием поверхности техники класса «союзник», либо одним тепловизором, объектив которого оснащен двумя сменяющими друг друга оптическим фильтрами, первым, пропускающим ИК-излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в котором исключается покрытием поверхности техники класса «свой», и вторым, пропускающим ИК-излучение только в интервале длин волн возможность излучения в котором исключается покрытием поверхности техники класса «союзник».

Поток ИК-фотонов от исследуемой абонентом области пространства проецируется оптической системой на матрицу тепловизионной камеры тепловизора, светочувствительные элементы которой преобразуют попадающий на них поток фотонов в электрические сигналы, воспроизводящиеся на экране тепловизора в виде светящихся точек. Яркость каждой точки на экране при этом зависит от интенсивности ИК-излучения области пространства, спроецированной на светочувствительный элемент, преобразующий излучение этой области пространства в электрический сигнал.

В отсутствие попадания ИК-излучения на какой-либо светочувствительный элемент матрицы от проецируемой на него области пространства электрический сигнал светочувствительным элементом не генерируется, и соответствующая область пространства отображается на экране тепловизора в виде точки, не имеющей свечения.

Отображение поверхности техники класса «свой», находящейся в поле зрения объектива тепловизора, принимающего излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором обеспечивается покрытием поверхности техники класса «свой», как и отображение поверхности техники класса «союзник», находящейся в поле зрения объектива тепловизора, принимающего излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором обеспечивается покрытием поверхности техники класса «союзник», формируется на экране тепловизора точками, не имеющими свечения, в виде не имеющих свечения силуэтов техники этих классов, на фоне свечения с той или иной яркостью, в виде тепловых сигнатур, отображения на экране тепловизора излучающих в принимаемом тепловизором волновом интервале как отображения поверхности техники класса «чужой», так и отображения любых других поверхностей, включая местность, на которой находится исследуемая техника.

Различие в отображении техники классов «свой», «союзник» и «чужой» на экране тепловизора позволяет абоненту визуально определить принадлежность исследуемой им наземной техники к одному из трех классов: «свой», «союзник» или «чужой».

Недостаток данного способа заключается в необходимости участия человека в определении принадлежности исследуемой наземной техники к классам «свой», «союзник» или «чужой», принимающего решение о принадлежности исследуемой им наземной техники к одному из трех классов, исходя из субъективного восприятия человеком объективного фактора - отображения исследуемой единицы техники на экране тепловизора.

Задача состоит в нахождении автоматического способа определения принадлежности любой находящейся в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента наземной техники классов «свой», «союзник» или «чужой» к своим классам.

Наличие и отсутствие генерации электрического сигнала светочувствительным элементом ИК-приемника тепловизионной камеры - объективный, регистрируемый приборами фактор.

Регистрация при нахождении в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента наземной техники класса «свой» отсутствия электрических сигналов от некоторой части светочувствительных элементов ИК-приемника тепловизионной камеры анализатором, связанным через устройство считывания электрических сигналов со светочувствительными элементами ИК-приемника тепловизионной камеры, принимающей излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором наземной техники класса «свой» обеспечивается специальным покрытием поверхности техники этого класса, вследствие проецирования на эти светочувствительные элементы ИК-приемника объективом тепловизионной камеры поверхности техники класса «свой», с одновременной регистрацией анализатором электрических сигналов от другой, оставшейся части светочувствительных элементов ИК-приемника тепловизионной камеры, на которые объективом тепловизионной камеры проецируется окружающее наземную технику класса «свой» пространство, излучающее в интервале длин волн, воспринимаемых тепловизионной камерой, фактор позволяющий автоматизировать определение принадлежности находящейся в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента наземной техники класса «свой» к своему классу.

Кроме того, нахождение каждого светочувствительного элемента (СЧЭ) в определенном ряду и определенном столбце фокального ИК-приемника (матрицы) тепловизионной камеры, проецирование объективом тепловизионной камеры на каждый СЧЭ матрицы в определенный момент съемки определенной области пространства в поле зрения объектива тепловизионной камеры дает возможность путем математического расчета на основе оптических характеристика объектива, законов геометрической оптики, свойств кардинальных точек оптической системы (объектива) определить угловое положение техники класса «свой» в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента.

При нахождении наземной техники класса «союзник» в поле зрения второй тепловизионной камеры абонента, принимающей излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором обеспечивается покрытием поверхности техники класса «союзник», анализатором аналогично осуществляется определение принадлежности техники класса «союзник» к своему классу и определение углового положения техники класса «союзник» в пространстве объектов объектива второй тепловизионной камеры абонента.

ИК-излучение наземной техники класса «чужой», находящейся в поле зрения как тепловизионной камеры абонента, принимающей изучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором обеспечивается покрытием поверхности техники класса «свой», так и в поле зрения тепловизионной камеры абонента, принимающей изучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором обеспечивается покрытием поверхности техники класса «союзник», излучающей в волновых интервалах, воспринимаемых этими камерами, как и ИК-излучение окружающего ее пространства, также излучающего в волновых интервалах, воспринимаемых этими камерами, вызовет генерацию электрических сигналов во всех светочувствительных элементах матрицы тепловизионных камер абонента.

Технический результат заключается в автоматическом определении абонентом принадлежности любой находящейся в поле зрения его тепловизионной камеры наземной техники классов «свой», «союзник» или «чужой» к своим классам и в автоматическом определении абонентом углового положения наземной техники классов «свой» и «союзник» в пространстве объектов объектива его тепловизионной камеры.

Определение абонентом принадлежности наземной техники классов «свой», «союзник», «чужой» к своим классам осуществляется следующим образом.

Признаком, различающим наземную технику классов: «свой», «союзник», «чужой», является наличие или отсутствие ИК-излучения техники этих классов в определенных интервалах длин волн.

Наземная техника класса «свой» оснащена покрытием поверхности со специальными оптическими свойствами, исключающим возможность ИК-излучения в окружающее пространство техники этого класса в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором определено для любой техники класса «свой» в качестве универсального отличительного признака техники данного класса.

Наземная техника класса «союзник» оснащена покрытием поверхности со специальными оптическими свойствами, исключающим возможность ИК-излучения в окружающее пространство техники этого класса в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором определено для любой техники класса «союзник» в качестве универсального отличительного признака техники данного класса, несовпадающем с отличительным волновым интервалом, установленным как отличительный признак для техники класса «свой».

Наземная техника, излучающая в окружающее пространство в интервалах длин ИК-волн, излучение в окружающее пространство в которых техники классов «свой» и «союзник» исключается наличием покрытий поверхности техники этих классов, определяется как техника, относящаяся к классу «чужой».

«Особенность наблюдения в ИК-области спектра состоит в отсутствие темного фона - все окружающие тела испускают тепловое излучение…» (Физический энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохорова. Москва, 1983 г., стр.745).

Поток фотонов ИК-излучения от находящейся в поле зрения объектива тепловизионной камеры области пространства через объектив поступает на светочувствительные элементы (СЧЭ) матричного ИК-приемника (матрицы) тепловизионной камеры (Матричные ИК-приемники для малогабаритных тепловизионных камер. Е. Певцов, В. Чернокожин. Электронные компоненты, №1, 2001). Светочувствительный элемент (СЧЭ) матрицы (пиксель) представляет собой датчик фотонов, преобразующий интенсивность светового потока (т.е. число фотонов, падающих на его площадь) в электрический сигнал, при этом каждый СЧЭ матрицы, через устройство считывания электрических сигналов СЧЭ связан с анализатором, регистрирующим количество СЧЭ, сгенерировавших электрический сигнал при поступлении на матрицу тепловизионной камеры ИК-излучения от области пространства в поле зрения объектива тепловизионной камеры.

Для определения принадлежности любой наземной техники, находящейся в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента, по принципу «свой»-«чужой» применяется тепловизионная камера, принимающая излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором определено как отличительный признак наземной техники класса «свой». Для обеспечения поступления на матрицу тепловизионной камеры ИК-излучения только в том интервале длин волн, возможность излучения в котором исключается специальным покрытием наземной техники класса «свой», объектив тепловизионной камеры, принимающей излучение в широком диапазоне длин волн, может быть оснащен оптическим фильтром, пропускающим излучение только в том интервале длин волн, излучение в котором исключается специальным покрытием поверхности техники класса «свой».

Поток фотонов от области пространства, находящейся в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента, проектируется объективом на СЧЭ матрицы тепловизионной камеры. Электрический сигнал генерируется только теми СЧЭ матрицы, на которые поступают фотоны ИК-излучения, СЧЭ, на которые фотоны ИК-излучения не поступают, электрический сигнал не генерируют.

Количество СЧЭ матрицы величина известная и постоянная. Регистрация анализатором генерации электрических сигналов только частью СЧЭ матрицы тепловизионной камеры означает, что в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента находится объект, поверхность которого не имеет излучения в интервале длин волн, воспринимаемом тепловизионной камерой, каковым может являться только наземная техника класса «свой», отсутствие излучения поверхности которой в волновом интервале, воспринимаемом тепловизионной камерой, является признаком техники данного класса.

При поступлении на анализатор электрических сигналов только от части СЧЭ матрицы тепловизионной камеры анализатор подает сигнал о нахождении в поле зрения тепловизионной камеры абонента техники класса «свой».

Угловое положение техники классов «свой» и «союзник» в пространстве объектов тепловизионной камеры абонента может быть определено следующим образом.

Исходя из того, что каждый СЧЭ находится в определенном ряду и столбце матрицы тепловизионной камеры (Фотограмметрия. Назаров А.С. Минск, ТетраСистемс, 2006, стр.257), из известности линейных размеров матрицы, а также известности точки прохождения оптической оси объектива сквозь матрицу тепловизионной камеры перпендикулярно плоскости матрицы, анализатор определяет расстояние между СЧЭ, неподавшим электрический сигнал (точка А), либо центром группы СЧЭ, неподавших электрический сигнал (точка А), и точкой прохождения оптической оси объектива сквозь плоскость матрицы (точка В), которая совпадает с точкой заднего фокуса объектива.

Отрезок оптической оси объектива от точки заднего фокуса, точки В, до задней главной точки объектива (точка С), являющийся задним фокусным расстоянием объектива, известной линейной величиной, характеризующей объектив, и отрезок AB линейной величины, определенной анализатором, образуют два катета AB и BC прямоугольного треугольника ABC, гипотенузой которого является отрезок АС, соединяющий точку нахождения неподавшего электрический сигнал СЧЭ (точка А), и заднюю главную точку оптической оси объектива.

По известным длинам двух катетов прямоугольного треугольника анализатором вычисляется величина угла с вершиной в точке C, которая при данном использовании объектива, когда значения показателей преломления первой и последней сред одинаковы, совпадает с задней узловой точкой оптической оси объектива. Преломленный луч, проходящий через заднюю узловую точку оптической оси объектива, образует с оптической осью угол α тот же угол α, какой луч образовывал с оптической осью до своего преломления в передней узловой точке оптической оси объектива (Физическая энциклопедия. А.М. Прохоров. Москва, 1988, стр.242).

Объектив создает на матрице тепловизионной камеры изображение, повернутое относительно объекта на 180° (Физическая энциклопедия. A.M. Прохоров. Москва, 1988, стр.392), и, следовательно, направление геометрического луча, находящегося в плоскости треугольника ABC, с началом луча в передней узловой точке оптической оси объектива, противоположного по направлению геометрическому лучу, совпадающему с гипотенузой треугольника ABC, с началом луча в точке C, укажет угловое положение наземной техники класса «свой» в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента, в трехмерной пространственной прямоугольной системе координат с началом системы координат в точке заднего фокуса объектива, в точке В.

Генерация электрических сигналов всеми СЧЭ матрицы тепловизионной камеры указывает на нахождение в поле зрения объектива тепловизионной камеры только объектов, имеющих ИК-излучение в волновом интервале, воспринимаемом тепловизионной камерой, анализатор подает сигнал о нахождении в поле зрения тепловизионной камеры техники класса «чужой».

Для поступления на матрицу тепловизионной камеры, принимающей излучение в широком диапазоне длин волн, излучения только в том интервале длин волн, излучение в котором исключается специальным покрытием техники класса «свой», объектив тепловизионной камеры может быть оснащен оптическим фильтром, пропускающим излучение только в том интервале длин волн, возможность излучения в котором исключается специальным покрытием техники класса «свой».

Для деления опознаваемой наземной техники на три класса: «свой», «союзник» и «чужой», в случае генерации электрических сигналов всеми СЧЭ матрицы тепловизионной камеры, принимающей излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором определено как отличительный признак техники класса «свой», применяется вторая тепловизионная камера, воспринимающая излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором определено как отличительный признак техники класса «союзник».

Анализатор при генерации электрических сигналов только частью СЧЭ матрицы второй тепловизионной камеры подает сигнал о нахождении в поле зрения тепловизионной камеры абонента наземной техники класса «союзник», кроме того, анализатор, определив каким СЧЭ либо группой каких СЧЭ матрицы не сгенерирован электрический сигнал, аналогично определению углового положения наземной техники класса «свой» в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента осуществляет расчет углового положения в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента наземной техники класса «союзник» и подает сигнал об угловом положении техники класса «свой» в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента.

Генерация электрических сигналов всеми СЧЭ матрицы второй тепловизионной камеры указывает на нахождение в поле зрения объектива тепловизионной камеры абонента только объектов, имеющих ИК-излучение в волновом интервале, воспринимаемом тепловизионной второй камерой, анализатор подает сигнал о нахождении в поле зрения тепловизионной камеры абонента наземной техники класса «чужой».

Объектив тепловизионной камеры абонента может оснащаться двумя сменяющими друг друга фильтрами: первым, пропускающим излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором обеспечивается покрытием поверхности техники класса «свой», и вторым, пропускающим излучение только в интервале длин волн, отсутствие излучения в котором обеспечивается покрытием поверхности техники класса «союзник».

При одновременном нахождении в поле зрения тепловизионной камеры наземной техники трех классов: «свой», «союзник» и «чужой», и попеременном использовании двух сменяющих друг друга фильтров анализатор подает сигналы: о нахождении в поле зрения тепловизионной камеры техники класса «свой», и сигнал об угловом положении техники класса «свой» в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента, о нахождении в поле зрения тепловизионной камеры техники класса «союзник», и сигнал об угловом положении техники класса «союзник» в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента, и о нахождении в поле зрения тепловизионной камеры абонента техники класса «чужой».

Заявленное техническое решение предоставляет возможность создания средств для поражения наземной техники противника автоматическими средствами без участия человека, разрешает проблему «дружественного огня», предоставляет дополнительные возможности при решении задач по сбору разведывательной информации.

Способ включает оснащение поверхности наземной техники класса «свой» или «союзник» покрытием, исключающим возможность ИК-излучения в окружающее пространство техники этого класса в определенном интервале длин волн, в котором излучает наземная техника класса «чужой». Тепловизионная камера принимает излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в котором наземной техники класса «свой» или союзник» в окружающее пространство исключается покрытием поверхности техники. Светочувствительные элементы ИК-приемника тепловизионной камеры через устройство считывания электрических сигналов, генерируемых светочувствительными элементами ИК-приемника тепловизионной камеры, связаны с анализатором, подающим сигнал «свой», при отсутствии поступления на анализатор электрического сигнала хотя бы от одного светочувствительного элемента ИК-приемника тепловизионной камеры. Технический результат - автоматическое определение принадлежности любой находящейся в поле зрения тепловизионной камеры наземной техники классов «свой», «союзник» или «чужой» к своим классам и определение ее углового положения в пространстве объектов тепловизионной камеры. 8 з.п. ф-лы.

1. Способ автоматического определения принадлежности наземной техники к стороне-участнице военных действий, включающий оснащение поверхности наземной техники класса «свой» покрытием, исключающим возможность ИК-излучения в окружающее пространство техники этого класса в определенном интервале длин волн, в отличие от наземной техники класса «чужой», излучающей в окружающее пространство в этом волновом интервале, абонента, оснащенного ИК-принимающим устройством, тепловизионная камера которого принимает излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в котором наземной техники класса «свой» в окружающее пространство исключается покрытием поверхности техники класса «свой», отличающийся тем, что светочувствительные элементы ИК-приемника тепловизионной камеры абонента через устройство считывания электрических сигналов, генерируемых светочувствительными элементами ИК-приемника тепловизионной камеры, связаны с анализатором, подающим сигнал «свой», при отсутствии поступления на анализатор электрического сигнала хотя бы от одного светочувствительного элемента ИК-приемника тепловизионной камеры абонента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализатор дополнительно подает сигнал об угловом положении наземной техники класса «свой» в пространстве объектов объектива тепловизионной камеры абонента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализатор подает сигнал «чужой» при поступлении на него электрических сигналов от всех светочувствительных элементов ИК-приемника тепловизионной камеры абонента.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что объектив тепловизионной камеры абонента оснащен оптическим фильтром, пропускающим ИК-излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в окружающее пространство в котором исключается покрытием поверхности наземной техники класса «свой».

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность наземной техники класса «союзник» также оснащается покрытием, исключающим возможность ИК-излучения в окружающее пространство техники этого класса в определенном интервале длин волн, в отличие от наземной техники классов «свой» и «чужой», излучающей в окружающее пространство в этом волновом интервале, а абонент дополнительно оснащен второй тепловизионной камерой, принимающей излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в котором в окружающее пространство наземной техники класса «союзник» исключается покрытием поверхности техники класса «союзник», светочувствительные элементы ИК-приемника которой через устройство считывания электрических сигналов, генерируемых светочувствительными элементами ИК-приемника тепловизионной камеры, связаны с анализатором, подающим сигнал «союзник» при отсутствии поступления на анализатор электрического сигнала хотя бы от одного светочувствительного элемента ИК-приемника второй тепловизионной камеры абонента.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что анализатор дополнительно подает сигнал об угловом положении наземной техники класса «союзник» в пространстве объектов объектива второй тепловизионной камеры абонента.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что анализатор подает сигнал «чужой» при поступлении на него электрических сигналов от всех светочувствительных элементов ИК-приемника второй тепловизионной камеры абонента.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что объектив второй тепловизионной камеры абонента оснащен оптическим фильтром, пропускающим ИК-излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в окружающее пространство в котором исключается покрытием поверхности наземной техники класса «союзник».

9. Способ по пп.4 или 8, отличающийся тем, что объектив тепловизионной камеры абонента оснащен двумя попеременно сменяющими друг друга оптическими фильтрами: первым фильтром, пропускающим ИК-излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в окружающее пространство в котором исключается покрытием поверхности наземной техники класса «свой», и вторым фильтром, пропускающим ИК-излучение только в интервале длин волн, возможность излучения в окружающее пространство в котором исключается покрытием поверхности наземной техники класса «союзник».