ОПТОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ ОПТИЧЕСКИМ ПОЛЕМ Российский патент 2018 года по МПК G02B27/64 

Настоящее изобретение относится к области приборов визуального наблюдения в дневное или ночное время и, в частности, к оптоэлектронной системе наблюдения в видимой области или в инфракрасной области.

Такую оптоэлектронную систему наблюдения используют, в частности, для наблюдения за окружающей средой транспортного средства, в частности наземного или морского транспортного средства, чтобы обнаруживать появление препятствия, другого транспортного средства или снаряда в наблюдаемой зоне. Для этого оптоэлектронная система наблюдения выполнена с возможностью передачи изображений наблюдаемого пространства оператору и с возможностью обработки изображений с целью автоматической подачи тревожного сигнала в случае появления препятствия в наблюдаемом пространстве.

Как правило, оптоэлектронная система наблюдения содержит съемочное устройство, содержащее по меньшей мере один датчик, установленный сзади вариообъектива, имеющего по существу горизонтальную линию визирования. Съемочное устройство установлено с возможностью вращения вокруг по существу вертикальной оси и связано с блоком управления, выполненным с возможностью управления съемочным устройством таким образом, чтобы снимать изображения в движении во время вращения съемочного устройства вокруг вертикальной оси. Затем изображения соединяют, чтобы получить панорамные изображения окружающей среды. Это позволяет сканировать горизонт на 360° вокруг съемочного устройства.

Эти системы являются тем более эффективными, чем выше скорость вращения съемочного устройства. Однако скорость вращения ограничена по причине времени интегрирования датчика, которое является временем, необходимым для считывания сигнала изображения сцены, и которое эквивалентно времени экспозиции в фотографии. Отсюда следует, что, если скорость вращения является слишком высокой, изображения будут получаться расплывчатыми. Это тем более относится к инфракрасным съемочным устройствам, используемым в холодных географических зонах.

Для преодоления этого недостатка, как известно, перед вариообъективом располагают отражающий оптический элемент, который устанавливают с возможностью вращения вокруг оси, параллельной оси вращения съемочного устройства. Отражающий съемочный элемент имеет форму многоугольника, стороны которого, параллельные оси вращения, являются отражающими, и который приводится во вращение в направлении, противоположном направлению вращения съемочного устройства. Таким образом, противоположные вращения отражающего элемента и съемочного устройства позволяют сохранять по существу неподвижной линию визирования в пространстве наблюдаемой сцены в течение времени, превышающего время интегрирования датчика. Эти устройства являются тяжелыми и громоздкими.

Изобретение призвано предложить альтернативную систему наблюдения, имеющую хорошие характеристики, оставаясь при этом легкой и компактной.

В связи с этим, объектом изобретения является оптоэлектронная система наблюдения, включающая в себя съемочное устройство, содержащее по меньшей мере один датчик, установленный сзади вариообъектива, имеющего спереди группу подвижных линз и сзади группу неподвижных линз, ограничивающую по меньшей мере первое пространство со сходящимися лучами, и блок управления, связанный со съемочным устройством и с вращающимся оптическим элементом, который установлен с возможностью вращения вокруг первой оси и жестко соединен с приводным блоком, управляемым блоком управления для изменения поля, воспринимаемого датчиком, независимо от движения съемочного устройства вокруг первой оси. Оптический элемент представляет собой первую прозрачную пластинку, установленную в первом пространстве с возможностью вращения вокруг первой оси, и приводной блок выполнен с возможностью приведения во вращение первой оптической пластинки в двух противоположных направлениях.

Группа подвижных линз образует оптическое устройство с переменным фокусным расстоянием, и группа неподвижных линз образует устройство воспроизведения изображений, коэффициент увеличения которого зависит от используемых линз. Оптический элемент представляет собой просто прозрачную пластинку с параллельными сторонами, расположенную в группе неподвижных линз таким образом, чтобы избегать соприкосновений между линзами и пластинкой. Изменение положения прозрачной пластинки относительно направления лучей приводит к передаче лучей, которые через нее проходят, и, следовательно, к угловому перемещению точки, на которую нацелены эти лучи, на датчике. Перемещение со стороны датчика усиливается относительно перемещения лучей в пластинке на коэффициент увеличения линз, находящихся между пластинкой и датчиком. Пластинка приводится во вращение для изменения поля, наблюдаемого датчиком, без движения съемочного устройства. Это позволяет компенсировать движение съемочного устройства вокруг первой оси и, следовательно, получить больше времени для съемки одного или нескольких изображений.

Предпочтительно съемочное устройство установлено с возможностью вращения вокруг второй оси, параллельной первой оси, во втором направлении вращения, и блок управления выполнен с возможностью управления съемочным устройством для съемки изображений в движении во время вращения съемочного устройства вокруг второй оси и приводным блоком для сохранения постоянным поля, воспринимаемого датчиком, в течение времени съемки по меньшей мере одного изображения.

Когда оси являются вертикальными, система наблюдения обеспечивает панорамное наблюдение. В этом варианте изменение поля определяют таким образом, чтобы обеспечивать либо относительно высокую скорость вращения съемочного устройства (чем больше поле, тем может быть выше скорость вращения), либо съемку нескольких изображений, чтобы затем сложить изображения и увеличить таким образом соотношение сигнал/шум.

Согласно частному варианту выполнения, группа неподвижных линз ограничивает по меньшей мере второе пространство со сходящимися лучами, в котором по меньшей мере одна вторая прозрачная пластинка установлена с возможностью вращения вокруг третьей оси, и пластика жестко соединена с приводным блоком, выполненным с возможностью приведения во вращение второй прозрачной пластинки в двух противоположных направлениях и управляемым блоком управления для изменения поля, воспринимаемого датчиком, независимо от движения съемочного устройства вокруг третьей оси, при этом третья ось по существу является перпендикулярной ко второй оси.

Использование второй пластинки представляет особый интерес, так как позволяет изменять поле в другом направлении, например, в случае панорамного наблюдения, чтобы компенсировать не вертикальное расположение второй оси или чтобы обеспечивать стабилизацию линии визирования.

Предпочтительно блок управления выполнен с возможностью управления вращением пластинки и датчиком для съемки по меньшей мере двух последовательных изображений одного и того же участка сцены и для сложения изображений с целью получения воспроизведенного изображения с таким же разрешением, что и разрешение последовательных изображений.

Сложение изображений позволяет увеличить отношение сигнала к шуму и, следовательно, повысить качество изображений.

В варианте блок управления выполнен с возможностью управления вращением пластинки и датчиком для съемки последовательных изображений одного и того же участка сцены.

При этом можно обрабатывать изображения таким образом, чтобы сложить пиксели этих изображений для получения воспроизведенного изображения с меньшим разрешением, чем у последовательных изображений. Это уменьшение разрешения не обязательно является нежелательным, так как во многих вариантах применения объем данных изображения является настолько большим, что требуется уплотнение данных для обеспечения их отображения. Следовательно, в любом случае происходит уменьшение разрешения.

Другие признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания частных не ограничительных вариантов выполнения изобретения.

Это описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе заявленной оптоэлектронной системы.

Фиг. 2 - заявленная оптоэлектронная система, вид сбоку перпендикулярно к оптической оси.

Как показано на фигурах, оптоэлектронная система наблюдения включает в себя съемочное устройство 1, содержащее по меньшей мере один датчик 2, установленный сзади вариообъектива 3, имеющего спереди группу 4 подвижных линз и сзади группу 5 неподвижных линз, ограничивающих по меньшей мере первое пространство 6 со сходящимися лучами и по меньшей мере второе пространство 7 со сходящимися лучами. Некоторые из линз группы 4 подвижных линз связаны, как известно, с приводным устройством 8 для регулирования увеличения и положения фокусной точки.

Съемочное устройство 1 установлено с возможностью поворота на опоре вокруг оси А1, в данном случае расположенной вертикально. Приводное устройство 9 установлено на опоре для приведения во вращение съемочного устройства 1 вокруг оси А1.

Система содержит блок 10 управления, соединенный с датчиком 2 и с приводными устройствами 8, 9 для их управления.

Система наблюдения содержит первую оптическую пластинку 11, установленную в первом пространстве 6 с возможностью вращения вокруг оси А2, и вторую оптическую пластинку 12, установленную во втором пространстве 7 с возможностью вращения вокруг оси A3. Ось A3 является по существу перпендикулярной к оси А2. Каждая оптическая пластинка 11, 12 жестко соединена с выходным валом приводного двигателя 13,14 для приведения во вращение оптической пластинки 11, 12 в двух противоположных направлениях вокруг оси А2, A3.

Блок 10 управления соединен с приводными двигателями 13, 14 для их управления.

Блок 10 управления выполнен с возможностью управления съемочным устройством 1 с целью съемки изображений в движении во время вращения съемочного устройства 1 вокруг оси А1.

Блок 10 управления выполнен с возможностью управления приводным блоком 13 таким образом, чтобы изменять поле, воспринимаемое датчиком 2, независимо от движения съемочного устройства 1 вокруг оси А2. В данном случае блок 10 управления выполнен, в частности, с возможностью управления приводным двигателем 13 для сохранения постоянным поля, воспринимаемого датчиком, в течение времени съемки по меньшей мере одного изображения и во время вращения съемочного устройства 1 вокруг оси А1.

Блок 10 управления выполнен с возможностью изменения поля, воспринимаемого датчиком 2, независимо от движения съемочного устройства 1 вокруг оси A3. В частности, когда ось A3 является не совсем вертикальной (например, транспортное средство, на котором установлена оптоэлектронная система, наклонено) и необходимо произвести горизонтальное сканирование, блок 10 управления может регулировать линию визирования по целевому месту таким образом, чтобы линия визирования перемещалась по существу по горизонтальной плоскости.

Во время нормальной работы приводным двигателем 13 пластинки 11 управляют таким образом, чтобы заблокировать визирование в фиксированном пространственном положении во время съемки изображения (при этом пластинка 11 приводится в движение в направлении вращения, противоположном направлению вращения съемочного устройства 1), и затем опять позиционировать пластинку 11 для съемки следующего изображения (при этом пластинка 11 приводится в движение в том же направлении вращения, что и съемочное устройство 1, но быстрее).

Если транспортное средство наклонено, необходимо нацелить камеру относительно определенной оси поднятия, чтобы компенсировать наклон во время вращения по курсовому углу относительно оси А1. Первой пластинкой 11 управляют для вращения вокруг оси А2, чтобы компенсировать движение линии визирования относительно оси А1. Второй пластинкой 12 управляют для поворота относительно оси A3, чтобы компенсировать движение линии визирования относительно определенной оси поднятия.

Блок 10 управления выполнен также с возможностью осуществления операций обработки изображений для сложения снятых изображений с целью формирования ленты изображений, которая соответствует панораме на 360° вокруг оси А1 и может быть затем выведена на соответствующий экран. Изображения снимаются с частотой, которая может привести к граничному перекрыванию изображений между собой, таким образом, чтобы блок 10 управления мог обнаруживать перекрывание и использовать его для соединения изображений друг с другом за один оборот съемочного устройства 1.

В первом варианте осуществления изобретения блок 10 управления выполнен с возможностью управления вращением пластинки 11 и датчика 2 для съемки по меньшей мере двух последовательных изображений одного участка сцены и сложения этих изображений для получения воспроизведенного изображения с таким же разрешением. Эти операции последовательных съемок осуществляют за полный оборот съемочного устройства 1, чтобы получить достаточное количество воспроизведенных изображений. Затем из воспроизведенных изображений формируют ленту изображений. Таким образом, осуществляют накопление кадров, позволяющее улучшить отношение сигнала к шуму.

Во втором варианте осуществления изобретения блок 10 управления выполнен с возможностью управления вращением пластинки 11 и датчика 2 для съемки по меньшей мере двух последовательных изображений одного и того же участка сцены и сложения пикселей этих изображений для получения воспроизведенного изображения с меньшим разрешением. Например, благодаря операции обработки после съемки, каждый пиксель воспроизведенного изображения является результатом сложения четырех пикселей последовательных изображений. Эти операции осуществляют за полный оборот съемочного устройства 1, чтобы получить достаточное количество воспроизведенных изображений. Затем из воспроизведенных изображений формируют ленту изображений (речь идет о процессе E-bining).

Предпочтительно блок 10 управления выполнен с возможностью работать в этих двух вариантах осуществления и выбирает вариант в зависимости от условий съемки. Эти варианты применяются, когда время интегрирования является длительным, например, в инфракрасной области, когда температура является низкой.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и охватывает любую версию в объеме изобретения, определенном формулой изобретения.

В частности, оптоэлектронная система может содержать только одну вращающуюся пластинку.

Изобретение можно применять для любой оптоэлектронной системы наблюдения при любых длинах волны, например, в видимой области или в инфракрасной области.

Предпочтительно пластинки используют также для оптической стабилизации вариообъектива.

Вариообъектив может иметь более сложную или более простую оптическую формулу, чем вариообъектив, показанный на фиг. 2.

Изобретение относится к области приборов визуального наблюдения в дневное или ночное время и, в частности, к оптоэлектронной системе наблюдения в видимой области или инфракрасной области. Заявленная оптоэлектронная система наблюдения содержит съемочное устройство, включающее по меньшей мере один датчик, установленный сзади вариообъектива, имеющего спереди группу подвижных линз и сзади группу неподвижных линз, ограничивающую по меньшей мере первое пространство со сходящимися лучами, и блок управления, связанный со съемочным устройством и с вращающимся оптическим элементом, который установлен с возможностью вращения вокруг первой оси и жестко соединен с приводным блоком, управляемым блоком управления для изменения поля, воспринимаемого датчиком, относительно первой оси, независимо от движения съемочного устройства. Оптический элемент представляет собой первую оптическую пластинку, установленную в указанном первом пространстве с возможностью вращения вокруг первой оси, и приводной блок выполнен с возможностью приведения во вращение первой оптической пластинки в двух противоположных направлениях. При этом съемочное устройство установлено с возможностью вращения вокруг второй оси, параллельной первой оси, во втором направлении вращения, и блок управления выполнен с возможностью управления съемочным устройством для съемки изображений в движении во время вращения съемочного устройства вокруг второй оси, и с возможностью управления приводным блоком для сохранения постоянным поля, воспринимаемого датчиком, в течение времени съемки по меньшей мере одного изображения. Технический результат – улучшение характеристик системы наблюдения при одновременном уменьшении габаритов и веса. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптоэлектронная система наблюдения, содержащая съемочное устройство, содержащее по меньшей мере один датчик, установленный сзади вариообъектива, имеющего спереди группу подвижных линз и сзади группу неподвижных линз, ограничивающую по меньшей мере первое пространство со сходящимися лучами, и блок управления, связанный со съемочным устройством и с вращающимся оптическим элементом, который установлен с возможностью вращения вокруг первой оси и жестко соединен с приводным блоком, управляемым блоком управления для изменения поля, воспринимаемого датчиком, относительно первой оси, независимо от движения съемочного устройства, отличающаяся тем, что оптический элемент представляет собой первую оптическую пластинку, установленную в указанном первом пространстве с возможностью вращения вокруг первой оси, и приводной блок выполнен с возможностью приведения во вращение первой оптической пластинки в двух противоположных направлениях, при этом съемочное устройство установлено с возможностью вращения вокруг второй оси, параллельной первой оси, во втором направлении вращения, и блок управления выполнен с возможностью управления съемочным устройством для съемки изображений в движении во время вращения съемочного устройства вокруг второй оси, и с возможностью управления приводным блоком для сохранения постоянным поля, воспринимаемого датчиком, в течение времени съемки по меньшей мере одного изображения.

2. Система по п. 1, в которой первая и вторая оси являются по существу вертикальными.

3. Система по п. 1 или 2, в которой группа неподвижных линз ограничивает по меньшей мере второе пространство со сходящимися лучами, в котором по меньшей мере одна вторая оптическая пластинка установлена с возможностью поворота относительно третьей оси и жестко соединена с приводным блоком, выполненным с возможностью приведения во вращение второй оптической пластинки в двух противоположных направлениях, и управляемым блоком управления для изменения поля, воспринимаемого датчиком, относительно третьей оси, независимо от движения съемочного устройства, при этом третья ось по существу является перпендикулярной к второй оси.

4. Система по п. 1, в которой блок управления выполнен с возможностью управления вращением первой оптической пластинки и датчиком для съемки по меньшей мере двух последовательных изображений одного и того же участка сцены и для сложения изображений, с тем чтобы получить воспроизведенное изображение с таким же разрешением, что и разрешение указанных последовательных изображений.

5. Система по п. 1, в которой блок управления выполнен с возможностью управления вращением первой оптической пластинки и датчиком для съемки последовательных изображений одного и того же участка сцены.