Изобретение относится к области спектрозонального телевидения и включает совместное использование средств теле-тепловизионной и лазерной техники. Оно предусматривает формирование сигналов телевизионных и тепловизионных изображений объектов, путем регистрации и преобразования лучистого потока в видимой и тепловой инфракрасной областях спектра, а также получение сигналов изображений лазерной индикации объектов слежения, путем регистрации и преобразования лучистого потока, отраженного от объекта в ближней инфракрасной области спектра. Может быть использовано в системах дистанционного зондирования поверхности Земли, а также применяться в системах видеонаблюдения и селекции объектов с использованием спектрозональных систем технического зрения.
Для видеонаблюдения объектов земной поверхности с летательных аппаратов (ЛА) используют различные оптико-электронные системы (ОЭС), каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки, определяемые используемыми способами и устройствами регистрации и преобразования отраженного или излученного лучистого потока от объектов в сигналы изображений и их алгоритмами последующей обработки. Количество отраженной или излученной от земной поверхности лучистой энергии, в первую очередь, зависит от количества энергии, поступившей от Солнца, являющегося естественным базовым источником излучения.
Спектрозональное телевидение базируется на возможности регистрации отраженного и излученного лучистого потока в нескольких спектральных участках или зонах, которые включают ультрафиолетовую (УФ), видимую (ВИ) или инфракрасную (ИК) области спектра [1]. Поэтому для полноценного решения задач наблюдения объектов, их обнаружения, селекции и распознавания необходимо осуществлять регистрацию лучистого потока объектов подстилающей поверхности Земли в различных областях оптического спектра, куда могут входить:
- ВИ область спектра, с длиной волны от 0,38 мкм до 0,76 мкм;
- ближняя ИК1 область спектра, с длиной волны от 0,76 мкм до 2,5 мкм;
- средняя ИК2 область спектра, с длиной волны от 3,0 мкм до 5,0 мкм;
- дальняя ИК3 область спектра, с длиной волны от 8,0 мкм до 14,0 мкм.
В этой связи, для селекции и видеонаблюдения объектов с использованием ОЭС, работающими в ТВ формате, предпочтительней использовать регистрацию отраженного и излученного лучистого потока в приведенных выше областях спектра.
Естественно, что для наблюдения состояния и контроля тех или иных объектов земной поверхности и их перемещения используют различные виды телевизионных (ТВ) и тепловизионных (ТПВ) систем и устройств. Принципы формирования видеосигналов с помощью отдельных черно-белых, цветных или спектрозональных ТВ камер, а также с использованием ТПВ камер для визуального анализа изображений объектов и их сопровождения нашли отражение в работе [1].
Использование разных спектральных участков (зон) регистрации, включающих ВИ и ИК области спектра в визирных системах наблюдения, позволяет обеспечить их круглосуточность применения. В этой связи, способы и схемы построения входного звена спектрозональных ТВ камер, осуществляющих регистрацию лучистого потока в различных спектральных участках, включающих ВИ и ИК области спектра, могут быть разными.
Различают одноканальные, двухканальные и многоканальные схемы входного оптико-электронного звена ОЭС для регистрации и последующего преобразования лучистого потока и формирования сигналов спектрозональных ТВ изображений [2,3], которые отражают расщепление входного лучистого потока на несколько составляющих. Также известны патентные источники, отражающие способы устройства расщепления входного лучистого потока для этих целей с использованием зеркально-линзовых объективов [4,5].
Так, например, в патенте [4] рассмотрен двухканальный зеркально-линзовый объектив, который расщепляет входной лучистый поток на два потока. В своем составе он содержит зеркально-линзовый канал для ВИ области спектра и линзовый канал для ИК области спектра. За счет использования дихроического зеркала обеспечивается улучшение габаритно-массовых характеристик и повышение эффективного относительного отверстия зеркально-линзового канала, приводящего к улучшению качества формируемого изображения.
Согласно описанию, патент [5] отражает двухканальную ОЭС, которая может быть использована для систем наведения, обнаружения, распознавания и автосопровождения, в частности, в составе бортовой аппаратуры различных ЛА.
Система содержит первый канал и второй, соосный первому и установленный перед ним. Отличительной особенностью данного патента является то, что на выпуклую поверхность вторичного зеркала нанесено спектроделительное покрытие, отражающее спектральное излучение в спектральном участке ИК области спектра Δλ1=8-12,5 мкм и пропускающее отраженный световой поток в ВИ области спектра Δλ2=0,4-0,7 мкм. Достигаемый результат - повышение качества изображения, упрощение конструкции и уменьшение габаритно-массовых характеристик.
Известна также двухканальная ОЭС [6], в которой каждый из каналов содержит объектив и установленный на его оптической оси матричный фотоприемник (МФП), при этом объектив первого оптико-электронного канала выполнен зеркально-линзовым с центральным экранированием, а второй оптико-электронный канал установлен перед первым, имея с ним общую оптическую ось, отличающаяся тем, что диаметр каждого из компонентов второго оптико-электронного канала не превышают диаметра зоны центрального экранирования объектива первого оптико-электронного канала.
Отличительная особенность данного патента заключается в том, что:
- оба оптико-электронных канала могут быть ТВ;
- оба оптико-электронных канала могут быть ТПВ;
- первый оптико-электронный канал может быть ТВ, а второй может быть ТПВ.
Известен также патент [7] в котором отражена система слежения, которая содержит корпус, внутри которого установлены ТВ и ТПВ каналы с МФП и объективами, модуль электронной обработки изображений и координатор в виде лазерного индикатора-координатора с объективом.
Модуль электронной обработки изображений выполнен с возможностью распознавания как стационарных объектов путем сравнения их контурных и текстурных признаков, так и малоразмерных объектов путем анализа вектора признаков объекта, полученных в ВИ и ИК диапазонах, а также с возможностью сопровождения объекта.
Недостатком данной системы по патенту [7] является то, что для ее надежной работы необходимо при предполетной подготовке данных закладывать эталонное изображение (ЭИ) объекта слежения как в ВИ области спектра (0,38-76 мкм), так и в тепловой ИК области спектра (8-14 мкм) для решения задачи селекции и распознавания объектов, что не всегда возможно, из-за отсутствия актуальных ЭИ по объекту слежения. Кроме того, данный процесс предполетной подготовки в своей основе требует организационных и временных затрат, что снижает оперативность применения системы для решения поставленных задач наведения.
Известна также двухспектральная система видеонаблюдения [8], где использование двух разных спектральных участков для регистрации лучистого потока в ВИ и ИК области спектра позволит обеспечить круглосуточность ее применения. Вместе с тем, использование в данной системе только двух спектральных участков, включающих ВИ и тепловую ИК области спектра не всегда позволяет обеспечить решение вопросов, связанных с наблюдением объектов в условиях мешающих факторов, таких как некоторые виды дымки, пыли и тумана, влияющие на качество ТВ изображений ВИ области спектра.
Известен патент [9], отражающий трехспектральную систему видеонаблюдения где использование трех разных спектральных участков для регистрации лучистого потока в ВИ, ближней ИК и тепловой ИК области спектра позволит обеспечить круглосуточность ее применения. Она содержащая в общей конструкции зеркально-линзовый объектив, включающий первый и второй оптико-электронные каналы с матричным фотоприемниками для регистрации лучистого потока в Δλ1 зоне видимой и Δλ3 зоне тепловой ИК областях спектра, а также третий оптико-электронный приемный канал для регистрации лучистого потока внешнего лазерного излучения в Δλ2 зоне ближней ИК области спектра, с доминирующей длиной волны Δ0.
Вместе с тем, в данной системе, для третьего оптико-электронного канала предусмотрена регистрация излученного лучистого потока или только в средней или только в дальней ИК областях спектра путем замены ОФ и МФП. Это не всегда позволяет обеспечить оперативное и достоверное решение задач, связанных с селекцией и наблюдением нагретых объектов различных классов и фоновых объектов, особенно в условиях мешающих факторов, что является недостатком данного патента.
В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности основных признаков и операций над сигналами, принята четырехспектральная система видеонаблюдения [10], где использование трех разных спектральных участков для регистрации лучистого потока в ВИ, средней и дальней ИК области спектра позволяют осуществить расширение функциональных возможностей системы видеонаблюдения, но месте с тем, имеющийся оптико-электронный канал ближней ИК области спектра предназначен только для приема отраженного сигнала лазерного излучения от объекта слежения и не может формировать сигналы ТВ изображений в ближней ИК области, что является недостатком данной системы.
Технический результат - расширение функциональных возможностей с системы видеонаблюдения с увеличением достоверности и эффективности с наблюдения и сопровождения объектов за счет формирования сигналов ТВ изображений в ближней ИК области спектра.
Для достижения технического результата предлагается многоспектральная система видеонаблюдения, содержащая в общей конструкции зеркально-линзовый объектив, включающий первый, третий и четвертый оптико-электронные каналы с матричным фотоприемниками для регистрации лучистого потока в Δλ1 зоне видимой области спектра, Δλ3 зоне средней и Δλ4 зоне дальней ИК областях спектра и их преобразования в сигналы изображения наблюдаемого пространства, а также второй оптико-электронный канал для регистрации лучистого потока внешнего лазерного излучения в Δλ2 зоне ближней ИК области спектра, с доминирующей длиной волны λ0, который включает в своем составе между первым выходом зеркально-линзового объектива и первым оптическим фильтром для ВИ области спектра введенный светорасшепляющий фильтр, далее оптический фильтр и фотоприемники лазерного излучения ближней ИК области спектра, а также имеющий в своем составе между вторым объективом и третьим оптическим фильтром введенный светорасшепляющий фильтр, далее отражательное зеркало, оптический фильтр, пропускающий в Δλ4 зоне лучистый поток дальней ИК области спектра, где каждый матричный фотоприемник, а также фотоприемники лазерного излучения установленные на автономном неподвижном креплении конструкции зеркально-линзового объектива, где выходы матричных фотоприемников первого, третьего и четвертого оптико-электронных каналов, а также выходы фотоприемников лазерного излучения ближней ИК области спектра, через блок цифровой обработки сигналов соединены со входами видеопроцессора, выходы которого через коммутатор сигналов соединены со входом видеоконтрольного устройства, где выходы матричных фотоприемников первого, третьего и четвертого оптико-электронных каналов, а также выходы фотоприемников лазерного излучения ближней ИК области спектра, установленные на автономном неподвижном креплении конструкции зеркально-линзового объектива имеют блок механической регулировки для изменения их положения относительно друг друга в трех основных направлениях - вдоль осей координат X, У, Z, а также их поворота вокруг этих трех осей, кроме того между выходами блока обработки сигналов матричных фотоприемников и фотоприемников лазерного излучения и входами видеопроцессора имеется блок пространственного совмещения отдельных элементов изображения видимой и ИК областей спектра электронным путем, в которую дополнительно введен пятый оптико-электронный канал для регистрации лучистого потока в Δλ5 зоне ближней ИК области спектра и его преобразовании в сигнал изображения наблюдаемого пространства, имеющий в своем составе между первым объективом и вторым оптическим фильтром введенный светорасшепляющий фильтр, далее отражательное зеркало, оптический фильтр, пропускающий в Δλ5 зоне лучистый поток ближней ИК области спектра, матричный фотоприемник установленный на автономном неподвижном креплении конструкции зеркально-линзового объектива, который имеет блок механической регулировки для изменения его положения относительно общей оптической оси, выход матричного фотоприемника соединен со входом блока цифровой обработки сигналов, выход последнего соединен со входом видеопроцессора, а выходы видеопроцессора соединены через коммутатор сигналов со входом отображающего устройства, а также с вычислительным устройством, имеющего соединение с коммутатором сигналов для формирования сигналов об угловом отклонении объекта слежения по углу рыскания и тангажа относительно общей оптической оси системы видеонаблюдения.
Надо отметить, что достоинствами ближней ИК области спектра (0,76-2,5 мкм) для ведения наблюдения в ночное время суток, являются:
- высокий уровень естественной ночной освещенности,
- увеличенная контрастность фоно-целевых объектов,
- повышенная прозрачность атмосферы и ряд других факторов.
В диапазоне длин волн 1,4-1,7 мкм существенно повышается прозрачность атмосферы и, более чем на порядок (по сравнению с ВИ областью спектра), снижается яркость атмосферной дымки. Поэтому лучистый поток в этом диапазоне длин волн проходит лучше через некоторые виды дымов, пыль и туман, что позволяет обеспечить большую вероятность обнаружения, селекции и идентификации объектов.
Для разрешения этих вопросов необходимо регистрировать лучистый поток и использовать ближнюю ИК область спектра (0,76-2,5 мкм) для формирования ТВ изображений наблюдаемого пространства, ведения видеонаблюдения в вечернее и ночное время суток, к которым относятся: высокий уровень естественной ночной освещенности, высокий уровень контраста цели, повышенная прозрачность атмосферы и ряд других факторов.
При реализации многоспектральной системы видеонаблюдения будет видеоинформация об объектах наблюдения и слежения в ТВ формате в спектральных участках ВИ, ближней, средней и дальней ИК областей спектра, а также информация ближней ИК области спектра, в виде отраженного сигнала лазерного излучения от объекта слежения. Ширина участка (зоны) регистрации лучистого потока Δλ5, и ее местоположение в ближней ИК области спектра определяется используемым оптическим фильтром в пятом оптико-электронном канале.
На фиг. 1 представлена структурная схема многоспектральной системы видеонаблюдения. Она содержит в общей конструкции зеркально-линзовый объектив 1, куда входят:
- сферический обтекатель 2;
- сферические зеркала 3, состоящие из двух разнесенных зеркал 31 и 32;
- объектив для ВИ и ближней ИК1 области спектра 41;
- объектив для тепловой ИК области спектра 42;
- светорасщепляющее устройство (дихроичное зеркало) для расщепления входного лучистого потока на два потока 51;
- светорасщепляющее устройство (дихроичное зеркало) для расщепления поступающего лучистого потока на два потока 52;
- устройство для расщепления входного лучистого потока на два потока 53;
- отражающее зеркало 54;
- отражающее зеркало 55;
- оптический фильтр для ВИ области спектра 61;
- оптический узкополосный фильтр для ближней ИК1 области спектра 62;
- оптический фильтр для средней ИК2 области спектра 63 с зоной регистрации Δλ3;
- оптический фильтр для дальней ИК3 области спектра 64 с зоной регистрации Δλ4;
- оптический фильтр для ближней ИК1 области спектра 65 с зоной регистрации Δλ5;
- первый преобразователь «свет-сигнал» для ВИ области спектра (МФП) 71;
- второй преобразователь «лучистый поток-сигнал» (набор из четырех фотодиодов) для приема лазерного излучения в ближней ИК1 области спектра 72;
- третий преобразователь «свет-сигнал» (МФП) для средней ИК2 области спектра 73;
- четвертый преобразователь «свет-сигнал» (МФП) для дальней ИК3 области спектра 74;
- пятый преобразователь «свет-сигнал» (МФП) для ближней ИК1 области спектра 75;
- блоки механической регулировки 81, 82, 83, 84 и 85 положения первого, второго третьего, четвертого и пятого преобразователя «лучистый поток-сигнал» в шести степенях свободы и имеющих общую оптическую ось в зеркально-линзовом объективе 1.
Кроме того система (фиг. 1), содержит пять блока цифровой обработки сигналов 91, 92, 93, 94 и 95, синхрогенератор 10, блок пространственного совмещения сигналов разноспектральных изображений электронным путем 11, видеопроцессор 12, блок коммутации сигналов 13, блок отображения видеоинформации 14, вычислительное устройство с формированием сигналов об угловом отклонении объекта слежения по углу рыскания и тангажа относительно общей оси оптической системы 15, блок управления 16, блоки оптических фильтров 171, 172, 173, 174 и 175.
Синхрогенератор 10 формирует необходимые строчные, кадровые и управляющие импульсы заданной длительности и частоты, которые используются для развертки (считывания) сигналов изображений в преобразователях 71, 72, 73, 74 и 75 для цифровой обработки сигналов в блоках 91, 92, 93, 94 и 95 и других блоков системы 11, 12 и 15. В качестве датчиков сигналов ТВ и ТПВ изображений 71, 73, 74 и 75 могут быть использованы ПЗС матрицы, КМОП фотоприемники, неохлаждаемые или охлаждаемые МФП или другие преобразователи лучистого потока в сигналы изображений, в качестве лазерного датчика сигналов-фотодиоды лазерного излучения 72.
В многоспектральной системе видеонаблюдения (фиг. 1), общий входной лучистый поток F(λ), отраженный или излученный от объектов с длиной волны от λ1 до λn, куда входят ВИ, ближняя и тепловая ИК области спектра, пройдя сферический обтекатель 2 зеркально-линзового объектива 1, проходит обработку по пяти оптико-электронным каналам.
Это по первому каналу регистрации светового потока и формирования сигнала ТВ изображения U1{t) для ВИ области спектра, по второму каналу регистрации лучистого потока и формирования сигнала лазерного излучения U2(t) для ближней ИК1 области спектра, по третьему каналу регистрации лучистого потока и формирования сигнала ТПВ изображения U3{t) для средней ИК2 области спектра и по четвертому каналу регистрации лучистого потока формирования сигнала ТПВ изображения U4(t) для дальней ИК3 области спектра, а также по пятому каналу формирования сигнала ТВ изображения U5(t) для ближней ИК1 области спектра.
В первом оптико-электронном канале входной лучистый поток F(λ) через объектив 41 проходит светорасщепляющее устройство (дихроичное зеркало) 51 и поступает на первый оптический фильтр (ОФ1) 61 и проецируется на рабочую поверхность первого МФП 71. Спектральная характеристика (СХ) первого ОФ1 в общем случае охватывает весь спектральный участок ВИ области спектра Δλви от 0,38 до 0,76 мкм. Надо отметить, что может использоваться и меньшая ширина зоны регистрации и при этом возможно ее другое местоположение в ВИ области спектра, когда Δλ1<Δλви. В результате преобразования светового потока на выходе МФП 71 формируется первый сигнал ТВ изображения U1{t) для ВИ области спектра.
Во втором оптико-электронном канале, входной лучистый поток F(λ) отраженного лазерного излучения от объекта слежения, после светорасщепляющего устройства 51 и 52 пройдя второй оптический фильтр (ОФ2) 62, проецируется на рабочую поверхность датчиков сигналов-фотодиодов 72 (число используемых фотодиодов может быть равным величине n=(3, 4, …, Р) на выходе которых формируется электрический сигнал лазерного излучения.
СХ второго узкополосного интерференционного ОФ2 обычно охватывает спектральный участок ближней ИК1 области спектра с шириной Δλ2 не более 100 нм с центральной длиной волны лазерного источника излучения, например, равной Δ0=1,06 мкм. Для другого случая, значение центральной длины волны λ0 и ширина зоны регистрации Δλ2 могут быть иными, с учетом того, что спектральный участок имеет длину волны от 0,76 мкм до 2,5 мкм.
В результате преобразования лучистого потока, на выходе датчика сигналов 72 формируется второй сигнал U2(t) за счет регистрации на соответствующей длине волны отраженного лазерного излучения от объекта интереса в ближней ИК области спектра.
В третьем оптико-электронном канале входной лучистый поток F(λ) отражаясь от сферических зеркал 3, расположенных определенным образом, проходит объектив 42 и третий оптический фильтр (ОФ3) 63, после чего он проецируется на рабочую поверхность третьего МФП 73. СХ третьего ОФ3 охватывает спектральный участок средней ИК области спектра с шириной Δλ3=(3,0-5,0 мкм). В результате преобразования лучистого потока на выходе МФП 7з формируется сигнал ТПВ изображения U3(t) для средней ИК2 области спектра.
В четвертом оптико-электронном канале входной лучистый поток F(λ) отражаясь от сферических зеркал 3, расположенных определенным образом, проходит объектив 42 и расщепляется на два потока с помощью расщепляющего устройства 53 и отражающего зеркала 54 пройдя четвертый оптический фильтр (ОФ4) 64, проецируется на рабочую поверхность МФП 74.
СХ четвертого ОФ4 охватывает спектральный участок дальней ИК области спектра с шириной Δλ4=(8,0-14,0 мкм). В результате преобразования лучистого потока на выходе МФП 1а формируется сигнал ТПВ изображения U4(t) для дальней ИК3 области спектра.
В пятом оптико-электронном канале, входной лучистый поток F(λ) после светорасщепляющих устройств 51 и 52 и отражающего зеркала 55 пройдя пятый оптический фильтр (ОФ5) 65, проецируется на рабочую поверхность МФП 75. СХ пятого ОФ5 охватывает спектральный участок ближней ИК1 области спектра с шириной Δλ.5=(0,76-2,5 мкм). В результате преобразования лучистого потока на выходе МФП 75 формируется сигнал ТВ изображения U5(t) для ближней ИК1 области спектра.
После осуществления указанных операций, сформированные видеосигналы U1(t), U2(t), U3(t), U4(t) и U5{t) преобразуются в цифровую форму в блоках обработки сигналов 91, 92, 93, 94 и 95. В этих блоках проходит предварительное усиление сигналов, их преобразование в цифровую форму с формированием двоичных сигналов в многоразрядном коде. Осуществляется цифровая коррекция сигналов (гамма-коррекция, апертурная коррекция) и другие виды цифровой обработки видеосигналов.
С выхода блоков 91, 92, 93,94 и 95. сигналы поступают на входы видеопроцессора 12 для цифровой обработки сигналов по принятому алгоритму их раздельной и совместной обработки, формирования сигнала синтезированного изображения, осуществление операций захвата объектов слежения и их автосопровождение, а также другие операции при совместной обработке формируемых ТВ, ТПВ и лазерных сигналов.
Видеопроцессор 12 может реализовывать различные алгоритмы раздельной и совместной обработки сигналов разноспектральных изображений. При раздельной обработке сигналов может учитываться тот факт, что по количеству получаемой общей различительной информации в изображениях могут быть две характерные ситуации, в которых для дневного времени суток выделяется приоритет для формирования ТВ изображений ВИ области спектра, а для ночного времени суток - приоритет для ТПВ изображений ИК областей спектра, с учетом сигнала от приемного канала, осуществляющего регистрацию и формирование сигнала внешнего лазерного источника излучения, который характеризует местоположение объекта слежения в наблюдаемом пространстве в ТВ, ТПВ или синтезированном изображении, которые более удобны с точки зрения восприятия/анализа человеком/автоматом, а также для решения дальнейших задач обработки изображений, таких как сегментация и селекция объектов, их захват, измерение параметров и т.д.
С выходов видеопроцессора образованные сигналы поступают на входы блока коммутации видеосигналов 13 и далее поступают на входы блока отображения видеоинформации 14 и на вход вычислительного устройства 15 с формированием сигналов об угловом отклонении объекта слежения по углу рыскания и тангажа относительно общей оси оптической системы.
Наиболее важным вопросом, при необходимости синтеза двух разноспектральных изображений, является формирование объединенного (результирующего) изображения. Полезная информация, необходимая для принятия решения наблюдателем (оператором), может быть распределена между изображениями двух спектральных участков. В этом случае оператор вынужден анализировать изображения ВИ и ИК областей спектра и сопоставлять их между собой, что может приводить к задержкам в принятии решения.
По этой причине целесообразно выводить на экран отображающего устройства также и объединенное изображение, синтезированное из двух исходных разноспектральных изображений, полученных в ВИ и ИК областях спектра.
С блока 16 управляющие сигналы поступают на входы блоков 7, 8, 10-14, которые задают алгоритм обработки видеосигналов, а также различные варианты подачи сформированных видеосигналов на входы блока отображения видеоинформации, а также на вход блока 15. Сигналы с выхода блока 15 могут поступать на входы исполнительного устройства. Наличие блока 15 позволяет решать специальные задачи, связанные с формированием управляющих сигналов для слежением за объектом.
Совмещение изображений в системе (фиг. 1) вначале проводится механическим путем, за счет использование блоков 81, 82 ,83, 84 и 85 и изменения положения каждого датчика сигналов относительно друг друга по трем осям X, У, Z, осуществлении возможного поворота каждого МФП по осям X и У, а также возможного их поворота вокруг общей оптической оси Z.
Окончательное совмещение разноспектральных изображений проводиться электронным путем, за счет использования блока 11, где осуществляется сдвиг растра одного изображения относительно другого в горизонтальном и вертикальном направлениях и поэлементное совмещение изображений.
Блоки оптических фильтров 171, 172, 173, 174 и 175 используются при необходимости изменения спектральных характеристик ОФ механическим или электрическим путем в каждом оптико-электронном канале многоспектральной системы видеонаблюдения.
На фиг. 2 показана общая компоновка конструкции зеркально-линзового объектива и ход лучей при регистрации лучистого потока в ВИ, ближней ИК1 и тепловой ИК2 и ИК3 областях спектра. Обозначения входного звена, элементов и узлов зеркально-линзового объектива, такие же, как показано на фиг. 1.
Компоновка зеркально-линзового объектива предусматривает использование общего сферического обтекателя 2 и соосно расположенных линзового объектива 4i, расщепляющего устройства (дихроичного зеркала) 51 с ОФ 61 и МФП 71 для оптико-электронного канала ВИ области спектра, оптико-электронного канала ближней ИК1 области спектра, включающего элементы 52, 62 и 72 за счет регистрации на соответствующей длине волны отраженного лазерного излучения от объекта, а также оптико-электронного канала для всей ближней ИК области спектра, включающего элементы 52, 55, 65 и 75, а также зеркально-линзового объектива 3, включающего объектив 42 с ОФ 63 и МФП 73 для оптико-электронного канала средней ИК3 области спектра и зеркально-линзового объектива 3, 42 с 53, 54 и ОФ 64 и МФП 74 для оптико-электронного канала дальней ИК3 области спектра.
Такая схема зеркально-линзового объектива позволяет обеспечить совмещение оптических осей для каналов ВИ, ближней и тепловой ИК областей спектра, а также получить хорошие оптические характеристики при достаточно компактной конструкции. Конструктивно оптико-электронный каналы ВИ и ближней ИК областей спектра расположены с внешней стороны сферического зеркала (контрзеркала) 31.
Наличие отдельных объективов 41 и 42 в каждом оптико-электронном канале позволяет подбирать характеристики МФП и объективов таким образом, чтобы обеспечить равенство мгновенных полей зрения в каналах ВИ и ИК областей спектра.
Юстировка изображений с точностью до элемента изображения (пикселя), формируемых в каналах ВИ и тепловой ИК областей спектра, обеспечивается за счет соосности конструкции, а также предварительной юстировки положения датчиков сигнала 71, 73,74 и 75 и приемника внешнего лазерного излучения 72, с использованием блоков 81, 82, 83, 84 и 84 путем изменения положения каждого датчика сигнала относительно друг друга в трех основных направлениях - вдоль осей координат X, У, Z, а также вокруг этих трех осей. Кроме того, в системе предусмотрено дополнительное электронное совмещение растров с точностью до пикселя для двух разноспектральных изображений в блоке электронного совмещения 11 (фиг. 1).
Наличие коммутатора 12 позволять выбирать необходимые сигналы изображений, полученные путем регистрации лучистого потока в ВИ и ИК областях спектра, а также в процессе формирования синтезированного разноспектрального изображения для решения поставленных задач визуального или автоматического анализа видеоинформации, формируемой с использованием многоспектральной системы видеонаблюдения с приемным каналом регистрации внешнего лазерного излучения и его преобразовании в сигнал для целеуказания местоположения объекта на ТВ или ТПВ изображении наблюдаемого пространства.
Таким образом, за счет одновременного формирования ТВ и ТПВ изображений в видимой, ближней, средней и дальней ИК областях спектра расширяются функциональные возможности многоспектральной системы видеонаблюдения и увеличиваются достоверность и эффективность наблюдения и слежения за объектами, за счет особенностей ближней ИК области спектра, в получении дополнительной различительной информации об объектах при сложной фоно-целевой обстановке (атмосферная дымка, плохая освещенность, туман) и т.д.
Источники
1. Сагдуллаев Ю.С., Ковин С.Д. Спектральная селекция объектов в системах технического зрения. М.: "Спутник+", 2023. - 470 с.
2. Патент РФ №2546982.Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений/ Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. - опубл. 10.04.2015 г. Бюл.№1
3. Патент РФ на изобретение №2543985. Способ формирования сигналов телевизионных изображений различных участков спектра / Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. - опубл. 10.03.2015 г. Бюл .№7
4. Патент РФ на изобретение №2256205. Двухканальный зеркально-линзовый объектив (варианты)/Журавлев П.В., Косолапое Г.И., Хацевич Т.Н. - опубл. 10.07.2005 г. Бюл. №19
5. Патент РФ на изобретение №2606699. Двухканальная оптико-электронная система / Сокольский М.Н., Ефремов В.А., Лапо Л.М. - опубл. 10.01.2017 г. Бюл. №1
6. Патент РФ на полезную модель №44836. Двухканальная оптико-электронная система / Тарасов В.В., Здобников А.Е., Сухорученко А.Н. - опубл. 27.03.2005 г. Бюл .№9
7. Патент РФ на изобретение №2756170. Оптико-электронная многоканальная головка самонаведения / Бондаренко В.А., Колосов Г.Г., Королев А.К. и др. - опубл. 28.09.2021 г. Бюл. №28
8. Патент РФ на изобретение №2786356. Двухспектральная система видеонаблюдения / Ковин С.Д., Панков В.А., Сагдуллаев Ю.С, Шапиро Б.Л. - опубл. 20.12.2022 г. Бюл. №35
9. Патент РФ на изобретение №2808963. Трехспектральная система видеонаблюдения/ Жуковский К.Г.,. Ковин С.Д., Панков В.А., Перчаткин Н.А., Сагдуллаев Ю.С, Селявский Т.В., Шапиро Б.Л., Щавелев П.Б. - опубл. 05.12.2023 г. Бюл. №34
10. Заявка в Роспатент №2023113192 от 22.05.2023 г. Четырехспектральная система видеонаблюдения / Жуковский К.Г.,. Ковин С.Д., Панков В.А., Перчаткин Н.А., Сагдуллаев Ю.С, Селявский Т.В., Шапиро Б.Л., Щавелев П.Б. Решение о выдаче патента от 22.04.2024 г.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ЧЕТЫРЕХСПЕКТРАЛЬНАЯ СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ | 2023 |
|
RU2820168C1 |
| ТРЕХСПЕКТРАЛЬНАЯ СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ | 2022 |
|
RU2808963C1 |
| ДВУХСПЕКТРАЛЬНАЯ СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ | 2021 |
|
RU2786356C1 |
| Способ формирования сигналов разноспектральных изображений | 2021 |
|
RU2767607C1 |
| СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ОТОБРАЖЕНИЯ СИГНАЛОВ ЦВЕТНЫХ, СПЕКТРОЗОНАЛЬНЫХ И ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ | 2013 |
|
RU2546982C2 |
| СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ | 2018 |
|
RU2697062C1 |
| Способ обработки и отображения сигналов разноспектральных изображений | 2021 |
|
RU2767606C1 |
| Спектрозональная обзорно-поисковая система дистанционного видеонаблюдения объектов | 2023 |
|
RU2838137C1 |
| СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ И ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ РАЗНОСПЕКТРАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ | 2017 |
|
RU2674411C1 |
| СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКОВ СПЕКТРА | 2013 |
|
RU2543985C1 |
Изобретение относится к области спектрозонального телевидения и включает совместное использование средств телетепловизионной и лазерной техники и может быть использовано в системах дистанционного зондирования поверхности объектов, а также применяться в системах видеонаблюдения и селекции объектов с использованием спектрозональных систем технического зрения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы видеонаблюдения с увеличением достоверности и эффективности наблюдения с обеспечением сопровождения объектов за счет формирования сигналов ТВ-изображений в ближней ИК-области спектра. Результат достигается тем, что многоспектральная система видеонаблюдения предусматривает формирование телевизионных и тепловизионных сигналов изображений объектов путем регистрации и преобразования лучистого потока в видимой, ближней, средней и дальней ИК-областях спектра, а также получение сигналов изображений лазерной индикации объектов слежения путем регистрации и преобразования лучистого потока, отраженного от объекта в ближней инфракрасной области спектра. При этом система видеонаблюдения содержит в общей конструкции зеркально-линзовый объектив, включающий первый, третий, четвертый и пятый оптико-электронные каналы с матричным фотоприемниками для регистрации лучистого потока в Δλ1 зоне ВИ-области спектра, Δλ3 зоне средней и Δλ4 зоне дальней ИК-областей и Δλ5 зоне ближней ИК-области, а также второй оптико-электронный канал для регистрации лучистого потока внешнего лазерного излучения в Δλ2 зоне ближней ИК-области спектра, с доминирующей длиной волны λ0, с фотоприемниками лазерного излучения ближней ИК-области спектра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Многоспектральная система видеонаблюдения, содержащая в общей конструкции зеркально-линзовый объектив, включающий первый, третий и четвертый оптико-электронные каналы с матричными фотоприемниками для регистрации лучистого потока в Δλ1 зоне видимой области спектра, Δλ3 зоне средней и Δλ4 зоне дальней ИК-областях спектра и их преобразования в сигнал изображения наблюдаемого пространства, а также второй оптико-электронный канал для регистрации лучистого потока внешнего лазерного излучения в Δλ2 зоне ближней ИК-области спектра, с доминирующей длиной волны λ0, который включает в своем составе между первым выходом зеркально-линзового объектива и первым оптическим фильтром для ВИ-области спектра введенный светорасщепляющий фильтр, далее оптический фильтр и фотоприемники лазерного излучения ближней ИК-области спектра, а также имеющий в своем составе между вторым объективом и третьим оптическим фильтром введенный светорасщепляющий фильтр, далее отражательное зеркало, оптический фильтр, пропускающий в Δλ4 зоне лучистый поток дальней ИК-области спектра, где каждый матричный фотоприемник, а также фотоприемники лазерного излучения, установленные на автономном неподвижном креплении конструкции зеркально-линзового объектива, где выходы матричных фотоприемников первого, третьего и четвертого оптико-электронных каналов, а также выходы фотоприемников лазерного излучения ближней ИК-области спектра через блок цифровой обработки сигналов соединены со входами видеопроцессора, выходы которого через коммутатор сигналов соединены со входом видеоконтрольного устройства, где выходы матричных фотоприемников первого, третьего и четвертого оптико-электронных каналов, а также выходы фотоприемников лазерного излучения ближней ИК-области спектра, установленные на автономном неподвижном креплении конструкции зеркально-линзового объектива, имеют блок механической регулировки для изменения их положения относительно друг друга в трех основных направлениях - вдоль осей координат X, У, Z, а также их поворота вокруг этих трех осей, кроме того, между выходами блока обработки сигналов матричных фотоприемников и фотоприемников лазерного излучения и входами видеопроцессора имеется блок пространственного совмещения отдельных элементов изображения видимой и ИК-областей спектра электронным путем, отличающаяся тем, что дополнительно введен пятый оптико-электронный канал для регистрации лучистого потока в Δλ5 зоне ближней ИК-области спектра и его преобразования в сигнал изображения наблюдаемого пространства, имеющий в своем составе между первым объективом и вторым оптическим фильтром введенный светорасщепляющий фильтр, далее отражательное зеркало, оптический фильтр, пропускающий в Δλ5 зоне лучистый поток ближней ИК-области спектра, матричный фотоприемник, установленный на автономном неподвижном креплении конструкции зеркально-линзового объектива, который имеет блок механической регулировки для изменения его положения относительно общей оптической оси, выход матричного фотоприемника соединен со входом блока цифровой обработки сигналов, выход последнего соединен со входом видеопроцессора, а выходы видеопроцессора соединены через коммутатор сигналов со входом отображающего устройства, а также с вычислительным устройством, имеющим соединение с коммутатором сигналов для формирования сигналов об угловом отклонении объекта слежения по углу рыскания и тангажа относительно общей оптической оси системы видеонаблюдения.
2. Многоспектральная система видеонаблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что ширина участка (зоны) регистрации лучистого потока Δλ5, и ее местоположение в ближней ИК-области спектра определяется используемым оптическим фильтром в пятом оптико-электронном канале.
3. Многоспектральная система видеонаблюдения по п. 2, отличающаяся тем, что максимальная ширина участка (зоны) регистрации лучистого потока Δλ5 соответствует спектральному участку с длиной волны от 0,76 до 2,5 мкм, используемому в пятом оптико-электронном канале.
| ТРЕХСПЕКТРАЛЬНАЯ СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ | 2022 |
|
RU2808963C1 |
| US 7149366 B1, 2006.12.12 | |||
| ПРОИЗВОДНЫЕ 3-ГИДРОКСИПИПЕРИДИНА И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ИХ ОСНОВЕ | 2001 |
|
RU2272027C2 |
| US 10057509 B2, 2018.08.21 | |||
| US 8018647 B2, 2011.09.13. | |||
