Оптико-электронное устройство и способ юстировки параллельности оптических осей компонентов оптико-электронного устройства Российский патент 2019 года по МПК F41G3/06 G02B23/12 G01B11/27 

Изобретение относится к оптико-электронным устройствам, а именно к устройствам визуального контроля, и предназначено для мониторинга окружающей обстановки с возможностью автоматического обнаружения и сопровождения цели в дневное и ночное время суток. Заявляемое изобретение может применяться совместно с другим оборудованием в автоматических и автоматизированных комплексах стационарных наземных и корабельных охранно-обнаружительных системах, а также в пилотируемой и беспилотной авиации в качестве полезной нагрузки.

Известно «Многоканальное оптико-электронное устройство корабельного зенитного комплекса для обнаружения и сопровождения воздушных и наводных целей (варианты)» (патент №2406056, ОАО «МНИИРЭ «Альтаир», опубл. 10.12.2010), содержащее оптико-электронные информационные средства в виде телевизионной камеры, тепловизора и лазерного дальномера. Корпус устройства имеет защитные оптические окна. Для оперативного контроля положения фотооптических осей в состав информационных средств вводят светоделительные кубики с сопряженными тест-источниками оптического излучения, либо ориентируют направление клиновидности углов окон таким образом, чтобы минимизировать угловой параллакс между информационными средствами в пределах заданного интервала дальностей до цели. Недостатком устройства является то, что оно не позволяет в полной мере скорректировать рассогласования фотооптических осей и углового параллакса при использовании панкратических объективов, установленных на видеокамере и тепловизоре, т.к. данные объективы, в большинстве случаев, в зависимости от фокусного расстояния имеют переменные погрешности положения оптической оси. Конструкция механической настройки и контроля данного устройства рассчитана на использование объективов без изменяемого фокусного расстояния. Дополнительные элементы оперативного контроля усложняют конструкцию изделия и увеличивают его габаритные размеры. Устройство изделия не позволяет произвести оперативную поднастройку фотооптических осей изделия вследствие изменения внешних факторов (температурные деформации, сдвижки и деформации механики, связанные с внешними воздействиями и т.п.), только констатируют факт их наличия. Также наличие исключительно механической установки фотооптических осей тепловизора и видеокамеры не может обеспечить высокой точности их настройки.

Известен способ юстировки параллельности оптических осей информационного и визирного каналов, описанный в патенте «Прицел-прибор наведения и способ юстировки параллельности оптических информационного и визирного каналов» (патент №2255292, Государственное унитарное предприятие «Конструкторское бюро приборостроения», опубл. 27.06.2005). Данный способ включает подвижки на общей стойке компонентов информационного и визирного каналов до обеспечения параллельности их оптических осей путем совмещения сетки визирного канала и полосок излучателей по курсу и тангажу с перекрестием сетки-мишени, крепление и фиксацию компонентов крепежными элементами. Недостатком данного способа является сложность настройки сведения оптических осей визирного и информационного каналов вследствие использования только механического способа юстирования, что практически не дает возможности обеспечить требуемую высокую точность, предъявляемую к оптическим прицелам.

Заявляемое оптико-электронное устройство и способ юстировки параллельности оптических осей компонентов устройства позволяют обеспечить точное обнаружение, сопровождение и освещение цели, а также минимизировать рассогласование оптических осей компонентов устройства после окончательной сборки данного устройства.

Это достигается тем, что оптико-электронное устройство содержит установленные в корпусе оптико-электронные компоненты, а именно, видеокамеру, тепловизор и лазерный дальномер. Также в корпусе установлены два светодиодных излучателя, обеспечивающие освещение объекта наблюдения. Использование в заявляемом устройстве светодиодных излучателей значительно расширяют его функциональные возможности, например, обеспечение освещения автоматически замеченного объекта, обеспечение возможности использования видеокамеры в темное время суток и дублирования функции тепловизора при выходе его из строя, а также передачу свето-сигнальной информации.

Кроме того, в корпусе имеется электронный блок видеообработки, предназначенный для компенсации погрешностей механической настройки оптико-электронного устройства и формирования видеокадров с прицельным перекрестием с учтенными величинами отклонений от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера.

Лазерный дальномер установлен жестко на общем основании, размещенном в корпусе, а видеокамера, тепловизор и светодиодные излучатели установлены на этом же основании с возможностью вращения вокруг собственных осей. Видеокамеру, тепловизор и светодиодные излучатели крепят к основанию посредством регулировочной системы, состоящей из несущих плит, пластинчатых пружин и подпружиненных юстировочных винтов.

Также поставленная задача решается тем, что способ юстировки параллельности оптических осей компонентов оптико-электронного устройства включает подвижки оптико-электронных компонентов в виде видеокамеры, тепловизора, светодиодных излучателей до обеспечения параллельности их оптических осей с оптической осью излучающего канала лазерного дальномера и стопорение оптико-электронных компонентов крепежными элементами. Для осуществления заявляемого способа на определенном расстоянии от оптико-электронного устройства помещают миру с нанесенными метками, расположение которых соответствует межосевым расстояниям оптических осей компонентов оптико-электронного устройства. С помощью регулировки пластинчатых пружин и юстировочных подпружиненных винтов достигается предельно-возможное наименьшее отклонение от параллельности оптических осей видеокамеры, тепловизора и светодиодных излучателей относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера. Далее величины отклонения от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера по горизонтали, вертикали определяются и сохраняются в энергонезависимую память блока видеообработки, блок видеообработки учитывает величины отклонения от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера, формирует видеокадр с прицельным перекрестием с учетом величины отклонения от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера и выдает обработанный видеокадр на видеовыход блока видеообработки.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 - общий вид,

Фиг. 2 - вид сверху,

Фиг. 3 - разрез Б-Б,

Фиг. 4 - изображение миры,

Фиг. 5 - видеоизображение при настройки видеокамеры,

Фиг. 6 - видеоизображение при настройке тепловизора,

Фиг. 7 - вид Б.

Заявляемое устройство содержит основание 1, устанавливаемое в корпусе (на фигуре не показан), видеокамеру 2, тепловизор 3, светодиодные излучатели 4, лазерный дальномер 5, у которого имеется в свою очередь приемный канал 6 и излучающий канал 7. Видеокамеру 2, тепловизор 3 и светодиодные излучатели 4 крепят к основанию 1 посредством регулировочной системы, состоящей из несущих плит 8, пластинчатых пружин 9 и пяти подпружиненных юстировочных винтов 10 для видеокамеры 2 и тепловизора 3 соответственно, и четырех подпружиненных юстировочных винтов 11 для каждого светодиодного излучателя 4. При этом видеокамера 2, тепловизор 3 и светодиодные излучатели 4 установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей. Лазерный дальномер 5 устанавливается жестко на основании 1. В корпусе устройства также устанавливается блок видеообработки 12.

Для осуществления способа юстировки параллельности оптических осей компонентов устройства на определенном расстоянии от оптико-электронного устройства помещают миру, на которой нанесены метки, расположение которых соответствует межосевым расстояниям оптических осей компонентов заявляемого устройства. По центру миры имеется отверстие либо визуализатор лазерного излучения 13, служащие для базирования миры относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера. При работе лазерного дальномера 5 лазерное излучение вызывает свечение визуализатора, информирующее о базировании миры. В случае применения миры с отверстием используются показания дистанции, полученные с лазерного дальномера. В случае попадания лазерного луча в отверстие миры лазерный дальномер 5 фиксирует дистанцию до объекта, находящегося за мирой, что информирует о базировании миры, в противном случае дальномер фиксирует дистанцию до самой миры. В левом верхнем углу миры нанесено перекрестие 14 для юстировки оптической оси видеокамеры. Межосевые расстояния х`1 и у`1 миры (см. фиг. 4) совпадают с соответствующими межосевыми расстояниями x1 и y1 оптико-электронного устройства (см. фиг. 1). В верхнем правом углу имеется перекрестие 15, сформированное светодиодами либо тепловыми излучателями для юстировки оптической оси тепловизора. Межосевые расстояния х`2 и у`1 миры (см. фиг. 4) совпадают с соответствующими межосевыми расстояниями х2 и y1 оптико-электронного устройства (см. фиг. 1). В нижних углах миры нанесены перекрестия 16 для юстировки оптических осей светодиодных излучателей. Межосевые расстояния х`3, х`4 и у`2 миры (см. фиг. 4) совпадают с соответствующими межосевыми расстояниями х3, х4 и у2 оптико-электронного устройства (см. фиг. 1).

Юстировка параллельности оптических осей компонентов устройства осуществляется следующим образом.

Компоненты оптико-электронного устройства (видеокамера 2, тепловизор 3, светодиодные излучатели 4) устанавливают на общее основание 1. Также на основании 1 жестко устанавливают лазерный дальномер 5. На определенное расстояние от устройства помещают миру. По излучающему каналу лазерного дальномера 5 осуществляют базирование миры.

Юстировку параллельности оптических осей видеокамеры 2, тепловизора 3, светодиодных излучателей 4 относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера 5 осуществляют по очереди.

На экране дисплея регулировочного устройства, например, мониторе пульта дистанционного управления, компьютера (на фигуре не показано), соединенного с оптико-электронным устройством посредством коммуникационного канала, выводится изображение, получаемое видеокамерой или тепловизором. При юстировке видеокамеры 2 на видеоизображении видна часть миры с нанесенным на ней перекрестием 14 (фиг. 5), а при юстировке тепловизора 3 - часть миры с нанесенным на ней перекрестием 15 (фиг. 6). С помощью регулировочной системы достигается наиболее точное совмещение перекрестия миры с указателем прицельного перекрестия 17. Использование в регулировочной системе видеокамеры 2 и тепловизора 3 пластинчатых пружин 9 и пяти подпружиненных юстировочных винтов 10, расположенных на несущих плитах 8 и основании 1 позволяет достигнуть более точную юстировку по всем степеням свободы. Посредством регулировочной системы механически достигается предельно-возможное наименьшее отклонение от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера 5.

После достижения предельно-возможного наименьшего отклонения от параллельности оптической оси видеокамеры 2 относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера 5 производится механическое стопорение и фиксация юстировочных винтов 10, посредством которых осуществлялась подвижка видеокамеры 2. Для тепловизора 3 механическое стопорение производится аналогично.

Оставшееся отклонение по горизонтали и вертикали прицельного перекрестия видеокамеры 2 и тепловизора 3 относительно перекрестия миры, компенсируется программным способом, с помощью блока видеообработки 12 следующим образом.

Видеокадр с видеокамеры 2 или тепловизора 3 поступает на вход блока видеообработки. Первоначально положение прицельного перекрестия 17, которое требуется прорисовать блоком видеообработки 12 на видеокадре, соответствует центру видеокадра. Величины отклонений от параллельности оптических осей видеокамеры 2 и тепловизора 3 относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера 5 определяется и сохраняется в энергонезависимой памяти блока видеообработки 12. На полученном видеокадре блок видеообработки 12 прорисовывает прицельное перекрестие 17 на расстоянии от центра видеокадра, соответствующее сохраненным в блоке видеообработки 12 величинам отклонений от параллельности оптических осей видеокамеры 2 или тепловизора 3 относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера 5. В результате прицельное перекрестие 17 должно совпасть с изображением перекрестия на мире, соответствующего для видеокамеры 2 или тепловизора 3. Подготовленный видеокадр с прицельным перекрестием 17 выдается на видеовыход блока видеообработки 12 и далее поступает на дисплей пульта дистанционного управления, либо на дисплей компьютера.

При юстировке параллельности оптических осей светодиодных излучателей 4 с помощью юстировочных винтов 11 регулировочной системы достигается положение светодиодных излучателей 4, соответствующее наиболее точной параллельности оптической оси лазерного дальномера 5 и оптических осей светодиодных излучателей 4, обеспечивающих освещение объекта наблюдения. Далее производится механическое стопорение и фиксация юстировочных винтов 11.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет производить юстировку параллельности оптических осей компонентов устройства с высокой точностью и обеспечить точное обнаружение, сопровождение и освещение цели, а также минимизировать рассогласование оптических осей компонентов устройства после его окончательной сборки и тем самым повысить эффективность устройства.

Изобретение предназначено для мониторинга окружающей обстановки с возможностью обнаружения и сопровождения цели в дневное и ночное время. Оптико-электронное устройство содержит видеокамеру, тепловизор, лазерный дальномер, блок видеообработки. Лазерный дальномер жестко установлен на основании, размещенном в корпусе, а видеокамера и тепловизор установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей и крепятся к основанию посредством пластинчатых пружин и юстировочных подпружиненных винтов. Способ юстировки параллельности оптических осей включает размещение миры, на которой нанесены метки, расположение которых соответствует межосевым расстояниям оптических осей компонентов, осуществление подвижек видеокамеры, тепловизора, светодиодных излучателей с помощью пластинчатых пружин и юстировочных подпружиненных винтов, достигая наименьшего отклонения от параллельности оптических осей, и стопорение компонентов крепежными элементами. Величины отклонения от параллельности сохраняются в памяти блока видеообработки, который с учетом этих величин формирует видеокадр с прицельным перекрестием и выдает его на видеовыход блока видеообработки. Технический результат – обеспечение точного обнаружения, сопровождения и освещения цели, а также минимизация рассогласования оптических осей после окончательной сборки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Оптико-электронное устройство, содержащее установленные в корпусе оптико-электронные компоненты в виде видеокамеры, тепловизора и лазерного дальномера, отличающееся тем, что в корпусе дополнительно установлен блок видеообработки, при этом лазерный дальномер жестко установлен на основании, размещенном в корпусе оптико-электронного устройства, а видеокамера и тепловизор установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей и крепятся к основанию посредством пластинчатых пружин и юстировочных подпружиненных винтов.

2. Оптико-электронное устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе на основании дополнительно установлены светодиодные излучатели с возможностью вращения вокруг собственных осей, при этом светодиодные излучатели крепятся к основанию посредством пластинчатых пружин и юстировочных подпружиненных винтов.

3. Способ юстировки параллельности оптических осей компонентов оптико-электронного устройства, включающий подвижки оптико-электронных компонентов в виде видеокамеры, тепловизора, светодиодных излучателей до обеспечения параллельности их оптических осей с оптической осью излучающего канала лазерного дальномера и стопорение оптико-электронных компонентов крепежными элементами, отличающийся тем, что на определенном расстоянии от оптико-электронного устройства помещают миру, на которой нанесены метки, расположение которых соответствует межосевым расстояниям оптических осей компонентов оптико-электронного устройства, с помощью пластинчатых пружин и юстировочных подпружиненных винтов достигается предельно-возможное наименьшее отклонение от параллельности оптических осей видеокамеры, тепловизора и светодиодных излучателей относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера, величины отклонения от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера по горизонтали и вертикали определяются и сохраняются в энергонезависимую память блока видеообработки, блок видеообработки учитывает величины отклонения от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера, формирует видеокадр с прицельным перекрестием с учетом величины отклонения от параллельности оптических осей видеокамеры и тепловизора относительно оптической оси излучающего канала лазерного дальномера и выдает обработанный видеокадр на видеовыход блока видеообработки.

4. Способ юстировки параллельности оптических осей компонентов оптико-электронного устройства по п. 3, отличающийся тем, что стопорение оптико-электронных компонентов осуществляется после достижения предельно-возможного наименьшего отклонения от параллельности оптических осей видеокамеры, тепловизора и светодиодных излучателей относительно оптической оси лазерного дальномера посредством регулировки пластинчатых пружин и юстировочных подпружиненных винтов.