АКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ КОМПЛЕКС НОЧНОГО ВИДЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H04N5/33 G03B15/05 

Изобретение относится к средствам наблюдения в условиях пониженной прозрачности атмосферы из-за наличия аэрозольных помех: дождя, снегопада, задымления или тумана и может быть использовано в судовождении, при поисково-спасательных работах, для целей охраны и т.д.

Известен активно-импульсный ПНВ [1], выбранный в качестве прототипа, в котором для повышения контраста изображения наблюдаемого объекта и, соответственно, дальности действия ПНВ используется в качестве источника подсветки объекта импульсный излучатель, а прием изображения производится электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) с импульсной модуляцией коэффициента усиления, причем момент включения максимального усиления ЭОП регулируется относительно момента излучения импульса, что обеспечивает отсечку приема изображения прилегающего к ПНВ участка пространства, рассеяние света в котором дает наибольший вклад в фон, и возможность просматривания участков пространства, находящихся на различных расстояниях от ПНВ. Подсветка обеспечивает высокий коэффициент изображения объектов в условиях низкой освещенности и в абсолютной темноте, управление моментом включения максимального усиления ЭОП позволяет устранить помеху обратного рассеяния излучения подсветки на прилегающем к ПНВ участке атмосферы, а импульсное включение ЭОП резко снижает чувствительность к посторонним ярким фоновым засветкам.

Недостаток этого решения - возможность «паразитной» засветки при одновременной работе нескольких ПНВ в одном направлении. Например, при частоте следования импульсов импульсного излучателя 5.2 кГц и дальности распознавания 2000 м [2], каждый импульс подсветки будет давать отражённый от аэрозольной помехи сигнал в течение ≈13 мкс, при общем интервале между импульсами 185 мкс. То есть для работы других активно-импульсных ПНВ остаётся 172 мкс. При отсутствии синхронизации между ПНВ вероятность засветки одного ПНВ импульсным излучателем другого ПНВ составляет: при одновременной работе 2-х ПНВ - 14.0 %, при одновременной работе 2-х ПНВ - 37.6 %, при одновременной работе 4-х ПНВ - 62.6 %. Данный недостаток может проявить себя при работе группы поисково-спасательных средств.

Таким образом, из анализа уровня существующих активно-импульсных ПНВ понятно, что в известных устройствах не решена задача использования данных приборов в группе.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Решается задача совместного использования нескольких активно-импульсных ПНВ, с возможностью одновременной работы нескольких активно-импульсных ПНВ в одном направлении.

Технический результат - отсутствие канала синхронизации между ЭОП и системой импульсной подсветки.

Этот технический результат достигается тем, что в известном активно-импульсном ПНВ, содержащем в качестве источника подсветки объекта импульсный излучатель, а в качестве приемника изображения ЭОП с импульсной модуляцией коэффициента усиления момент включения максимального усиления ЭОП регулируется с помощью независимого генератора импульсов, частота следования импульсов которого отличается от частоты следования импульсов импульсного излучателя.

Данный комплекс работает следующим образом. Зона наблюдения освещается короткими световыми импульсами, длительностью t_{импульса}, с интервалом между импульсами T_{прожектора}. Длительность t_{импульса} должна быть значительно меньше времени распространения света до объекта и обратно. Интервал между импульсами T_{прожектора} должен превышать время прихода самого дальнего отражения, для того, чтобы гарантированно обеспечить временной интервал с полным отсутствием подсветки и наложение отражений друг на друга. При этом объект наблюдается в действующей независимо от прожектора ЭОП с импульсной модуляцией коэффициента усиления, обеспечивающей время экспозиции - t_{экспозиции}. Изображение, полученное с ЭОП в течение времени экспозиции далее будем называть кадром. В том случае, когда временная задержка между моментом излучения импульса и началом кадра равна удвоенному времени, необходимому для прохождения светом расстояния до объекта и обратно, наблюдатель будет видеть только сам объект и участок пространства, непосредственно его окружающий. Глубина этого пространства определяется максимальной из двух длительностей t_{импульса} и t_{экспозиции}:

∆d=2C·∆t,

где ∆d - диапазон дистанций (в направлении распространения света), отражённый свет с которых фиксируется одним кадром, C - скорость света, а ∆t=max.

Расстояние от ЭОП до наблюдаемого пространства в каждом следующем кадре будет изменяться на величину:

∆D=2C·∆T,

где ∆D - шаг изменения расстояния до пространства наблюдаемого в двух соседних кадрах, C - скорость света, а ∆T - остаток от деления T_ЭОП на T_{прожектора}.

Значение ∆D<∆d позволит получать развёртку перекрывающихся по дальности кадров. Скорость изменения расстояния от ЭОП до наблюдаемого пространства регулируется соотношением периодов T_ЭОП и T_{прожектора}.

Если t_{импульса} < t_{экспозиции} - уменьшается энергия импульса подсветки и повышаются требования к чувствительности ЭОП.

Увеличение t_{импульса} относительно t_{экспозиции} приводит к снижению разрешающей способности.

Оптимальными является соотношение длительностей t_{импульса} = t_{экспозиции}.

В качестве ЭОП с независимой импульсной модуляцией коэффициента усиления может быть использована высокоскоростная видеокамера со временем экспозиции, сравнимым с длительностью импульса подсветки.

Использование в качестве системы импульсной подсветки не лазерного (монохроматического), а светодиодного (ахроматического) прожектора обеспечит дополнительное повышение видимости/контрастности за счёт цветоразличения.

Источники информации

1. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М., Воениздат, 1989, с. 115-118.

2. В.М. Белоконев, В.Г. Волков, В.Л. Саликов Лазерный осветитель для приборов ночного видения. Успехи прикладной физики, 2013, том 1, № 3.

Активно-импульсный ПНВ содержит в качестве источника подсветки объекта импульсный излучатель, а в качестве приемника изображения ЭОП с импульсной модуляцией коэффициента усиления. При этом момент включения максимального усиления ЭОП регулируют с помощью независимого генератора импульсов, причём частота следования импульсов которого отличается от частоты следования импульсов импульсного излучателя. Технический результат состоит в отсутствии канала синхронизации между ЭОП и системой импульсной подсветки, что обеспечивает возможность одновременной работы нескольких активно-импульсных ПНВ в одном направлении.

Активно-импульсый комплекс ночного видения, содержащий в качестве источника подсветки объекта импульсный излучатель, а в качестве приемника изображения ЭОП с импульсной модуляцией коэффициента усиления, отличающийся тем, что момент включения максимального усиления ЭОП регулируется с помощью независимого генератора импульсов, частота следования импульсов которого отличается от частоты следования импульсов импульсного излучателя.