Устройство визуализации световых сигналов Советский патент 1986 года по МПК H04N5/58 

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для наблюдения изображения пространстаенно распределенных импульсного и квази-постОянного световых сигналов при их независимом изменении по интенсивности в широком динамическом диапазоне, и может быть использовано, например, при иссле довании турбулентности атмосферы узконаправленным импульсным лазерным лучом.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности путем поддержания на постоянном уровне яркости и соответственно контраста изображения двух составляющих светового сигнала: квази-постоянной и импульсной при их независимом изменении по интенсивности в широком динамическом диапазоне, повышение чувствительности путем адаптивной синхронизации по световому импульсному сигналу,

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства визуализации световых сигналов; на фиг. 2 - структурная схема блока измерения амплитуды импульсного сигнала; на фиг, 3 - структурная схема блока формирования опережающего синхросигнала; на фиг.4- структурная схема управляемого по длительности импульсного источника питания.

Устройство визуализации световых сигналов содержит (фиг, 1) последовательно соединенные блок 1 временной выдержки, управляемый по длительности импульсный источник 2 питания с тремя входами: импульсным, аналоговым и фоточувствительным, оптиют- электронный преобразователь 3 изображения с .электронным затвором, блок 4 восстановле- ния видимого изображения, к которому подключен регулируемый блок 5 питания. Последовательно включенные блок 6 измерения амплитуды импульсных световых сигналов и блок 7 формирования опережающего синхросигнала подключены к входам блока 1, импульсного источника 2 питания и блока 5 питания.

Блок 6 измерения амплитуды импульсных сигналов содержит {фиг. 2) последовательно включенные фотодетектор 8, фильтр 9 верх- них частот, усилитель 10, выпрямитель 11 и резистивно-емкостную нагрузку 12, выход кбторой является выходом блока 6, вторым выходом которого является выход фильтра 9.

Блок 7 формирования опережающего сиа хросигнала содержит (фиг, 3) входной триггер 13, два одинаковых логических блока 14 и 15, к счетным входам которых подключен импульсный генератор 16 и выходной элемент ИЛИ 17, Каждый из логических блоков 14 и 15 содержит двоичный реверсивный счетчик 18, к разрядным выходам (р)

которого подключены первый элемент ИЛИ 19 и последовательно включенные второй . элемент ИЛИ 20 и одно вибратор 21. К уп- равляемому входу Вычитание (в) счетчика 18 подключен элемент И 22, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 19. Управляемый вход Сложение (с) счетчика 18 каждого из блоков 14 и 15 подключен к второму входу элемента И 22 дру.

гого блока 14 или 15 и соответственно к

прямому или инверсному выходам триггера 13, а выходы одновибраторов 21 блоков 14 и 15 подключены к разным входам элемента ИЛИ 17,. При- этом счетными входами

блоков 14 и 15 является счетный вход (т) счетчика 18.

Управляемый по длительности импульсный источник 2 питания содержит (фиг, 4) последовательно включенные регулируемый

источник 23 опорного напряжения, интегратор 24 со сбросом по второму входу, выпрямитель 25, резистивно-емкостную нагрузку 26 и блок 27 сравнения, к второму входу которого подключен фоточувствительный интегратор 28 со сбросом, а к выходу - коммутатор 29, к второму входу которого подключен источник 30 питания. Первым входом источника 2 являются импульсные входы интеграторов 24 и 28 и коммутатора

29, вторым входом - аналоговый вход регуг лируемого источника 23, а третьим входом - фоточувствительный вход интегратора 28.

Оптико-электронный преобразователь 3 . изображения содержит как минимум объектив, фотокатод, секцию переноса фотоэлектронного изображения на мишень, которая является составной частью блока 4 восстановления видимого изображения, и электронный затвор, В качестве электронного затвора может быть использован один из фокусирующих электродов секции переноса. Блок 4 может также содержать телевизионные устройства для работы узла считывания электронного изображения на мишени и работы приемной трубки. Преобразователь 3 и блок 4 обеспечивают возможность применения в устройстве визуализации как передающих ,

телевизионных трубок типа суперортикон или супервидикон, так и электронно-оптических преобразователей, В последнем случае блок 4 содержит только мишень в виде катодо-люминисцентного экрана, на котором

восстанавливается видимое изображение. Для плавного изменения чувствительности преобра зователя 3 к блоку 4 подключен регулируемый внешним напряжением блок 5 питания.

Устройство визуализации работает следующим образом.

Изображение объекта, состоящее из прос транственно распределенных импульсного и квази-постоянного световых сигналов, поступает через объектив на фотЬкатод оптико- электронного преобразователя 3 изображения с электронным затвором, где преобразуется в фотоэлектронное изображение. Это изображение в моменты времени, соответствующие открытому состоянию электронного затвора, переносится секцией переноса в Преобразователе 3 на электронную мишень блока 4, в котором происходит восстановление вид.и- мого изображения. Устройство осуществляет автоматическое регулирование интенсивности фотоэлектронного изображения обоих видов световых сигналов с целью поддержания яркости их изображения на экране блока 4 на постоянном уровне.

Регулироват1е осуществляется двумя спо- Х)бами. Яркость изображения импульсного сигнала регулируется плавным изменением выходного напряжения блока 5 питания, который этим напряжением изменяет чувст--%. вительность мишени блока 4. Регулирование блока 5 питания осуществляется выходным напряжением блока 6 измерения амплитуды импульсных световых сигналов. Это напряжение определяется интенсивностью светового импульсного сигнала, поступающего на вход блока 6. При этом соотнощение между чувствительностью мищени и амплитудой импульсных световых сигналов соответствует обратно пропорциональному закону, т. е. большей интенсивности импульсных сигналов соответствует меньшая чувствительность мишени и наоборот. Благодаря этому яркость изобрам ения этого сигнала на экране блока , 4 поддерживается на постоянном уровне.

Яркость изображения квази-постоянного светового сигнала при изменении ее интен- сивности поддерживается на постоянном уровне за счет изменения времени открытого состояния затвора преобразователя 3. При этом зависимость между интенсивностью сигнала и этим временем соответствует обратно пропорциональному закону, т. е. большей инстенсивности квази-постоянного игнала соответствует меньшее время открыго состояния затвора. Регулирование этого ремени осуществляется управляемым по лительности импульсным источником 2 пиания с тремя входами: первым - импульсым, вторым - аналоговым и третьим - фотоэлектрическим.

На первый вход источника 2 поступают мпульсы блока 1 временной выде15жки, под

действием которых источник 2 вырабатьгаает выходное импульсное напряжение, которое открывает электронный затвор преобразователя 3. Блок 1 выдерживает временные соотнош ния между импульсами, управляющими различными блоками, входящими в источник 2 питания. Время действия импульса питания источника 2 определяется тремя факторалли: выходным напряжением блока 6 измерения

амплитуды, которое поступает на аналоговый вход источника, уровнем интенсивности квазипостоянной составляющей изображения, посту, пающей на фоточувствительный вход источника 2, и частотой следования импульсов блока 1.

При этом длительность импульса питания или время открьггого состояния затвора изменяет- ся: по прямо пропорциональному закону в зависимости от изменения напряжения на аналоговом входе источника; по обратно пропорциональному закону в зависимости от изменения уровня интенсивности квази-постоянг ной составляющей изображения, поступающей на фоточувствительный вход источника 2, и частоты следования импульсов блока 1 временной выдержки.

Блок 7 формирования опережающего синхросигнала обеспечивает попадание светового импульсного сигнала на фотокатод преобразователя 3 в момент времени, соответствующей

открытому состоянию электронного затвора.

bjiOK формирования работает следующим образом.

Со второго выхода блока 6 измерения амплитуды импульсы, соответствующие импульсным световым сигналам, пост}Т1ают на вход блока 7 формирования, который, в свою очередь, вырабатывает выходной импульс, опережающий по времени световой импульсный сигнал, приходящий на фотокатод преобразователя. Выходной импульс блока , формирования запускает блок 1 временной выдержки, который, в свою очередь подает необходимые импульсы для запуска источника 2 питания.

Таким образом, автоматическое регулирование чувствительности устройства визуализации происходит в зависимости от изменения абсолютных величин и соотношения между импульсной и квази-постоянной составляющими изображения объекта. Например, увели- чение интенсивности светового импульсного сигнала приводит к снижению чувствительности мишени блока 4 и одновременно к увеличению времени открытого состояния элек

тронного затвора преобразователя 3, которое в исходном состоянии определяется уровнем интенсивности квази-постоянной составляющей изображения. В результате автоматического регулирования чувствительности поддерживается на постоянном уровне на экране блока 4 яркость изображения обеих составляющих сигна

Блок 6 измерения амплитуды световых импульсных сигналов (фиг. 2) работает следующим образом.

На вход фотодетектора 8 поступают им пульсные световые сигналы, которые после детектирования проходят через фштьтр 9 верх них частот к усилителю 10 и на второй вы- ход измерителя. При зтом фильтр 9 отделяет импульсные сигналы от квази-постоянной составляющей изображения обьекта, попадающей на приемную площадку фотодетектора 8, например фотодиода, С выхода усилителя 10 импульсы I через выпрямитель 11 заряжают резистивно-eMKOCTHjTo нагрузку 12, которая является первым выходом измерителя. Таким образом, на зтом выходе присутствует напряжение, величина которого прямо про- порциональна величине интенсивности световых импульсных сигналов.

Блок 7 формирования опережающего синх роимпульса (фиг. 3) работает следующим образом,

Входные импульсы, соответствующие импульсным световым сигналам, поступают на вход триггера 13, поочередно меняя потенциал его прямого и инверсного выходов, Напряжения с этих выходов управляют ре- жимом работы двух одинаковых логических блоков 14 и 15, счетчики 18 которых работают поочередно в режимах Сложение и Вычитание счетных импульсов генератора 16

Логический блок 14 работает следующим образом, (Последовательность работы другого блока 15 аналогична и только сдвинута во времени на период следования входных импульсов).

Под действием высокого потенциала (логическая 1) прямого выхода триггера 13, который поступает на вход с двоичного реверсивного счетчика 18, начинается режим Сложения счетных импульсов генератора 16, С приходом следующего входного импульса состояние выходов триггера 13 меняется на противоположное. Под действием низкого потенциала на входе с счетчик Г8 останавливается и в следующее мгновение начинает работать в режиме Вычитание вследствие того, что высокий потенциал с инверсного выхода триггера через элемент И 22 постзшает на вход b счетчика 18. При этом на другом входе элемента И 22 поступает на вход b счетчика 18, При этом на. другом входе элемента И 22 поддерживаете потенциал с выхода элемента ИЛИ 19, который изменяется на низкий только в

ю tS 20

5

о

5

5

случае, когда в счетчике 18 отсутствует информация о количестве подсчитываемых и . затем вьгаитаемых счетных импульсов, т. е, выходы всех его разрядов обнулены. Такой режим работы элемента ИЛИ 19 обеспечивается тем, что входы этой схемы подключены ко всем разрядным выходам счетчика 18, Поэтому в режиме Вычитание счетчик при обнулении всех разрядов останавливается и ждет команды на режим Сложение, кото. . рая приходит в виде высокого потенциала на вход С с прямого выхода триггера 13 пост ле прихода следующего входного импульс1 Этот импульс при стабильной частоте следования входных импульсов меняет состояние триггера в момент остановки счеэтика. Поэтому счетчик 18 все время работает поочередно в режимах Сложение и Вычитание, Элемент ИЛИ 20 подключен только к стар- щим разрядам счетчика 18, В результате этого, при обнулении разрядов в режима Вычитание, на выходе схемы происходит изменение выходного потенциала с высокого на низкий. Из этого перепада напряжения одновибратор 21 формирует синхросигнал, который опережает по времени следующий входной импульс, переводящий счетчик в режим Сложение, Время опережения определяется произведением периода следования счетных импульсов генератора 16 и числа два в степени количества младщих разрядов счетчика 18, которые не подключены к элементу ИЛИ 20, Количество разрядов счетчика 18 определяется по указанной формуле, степень числа которой равна общему количеству разрядов счетчика, В этом случае период следования входных импульсов меньще времени, которое определяется по этой формуле.

1

Таким образом, логический блок 14 вырабатывает синхросигнал, который опережает во времени каждый второй входной импульс. Логический блок 15, работающий аналогично блоку 14, вырабатывает синхросигнал, опережающий каждый входной импульс из остав- щихся. Такой режим работы обеспечивается тем, что последовательность работы этого блока сдвинута по отношению к работе блока 14 на период следования входных импульсов. Синхросигналы с выходов блоков 14 и 15 обьединяются на выходе формирователя выходным элементом ИЛИ 17, Интервал времени опережения синхросигнала по отно- щению к световому импульсному сигналу складывается из времени задержки прохожде- ния этого сигнала с входа блока 6 измерения амплитуды до смены команды управления на счетчике 18, времен срабатывания блока 1. временной выдержки, импульсного источника

2 питания и электронного затвора оптико- электронного преобразователя 3.

Отличительной особенностью схемы блока 7 формирования является малое время пе-

рестройки работы при смене частоты следования входных импульсов. Это время составляет два периода следования входных импуль- сю в, т. е. достаточно принять только два световых импульса с новой частотой следо- вания для перестройки работы формирователя.

Управляемый по длительности импульсный источник 2 питания (фиг. 4) с тремя вхо- дами: импульсным, аналоговым и фоточувствительным работает . следующим образом.

Импульсом с блока 1 временной выдержки поступающим на импульсный вход источника 2, включаются фоточувствительный интегратор 28, интегратор 24 и коммутатор 29, который подключает источник 30 литания к электронному затвору преобразователя 3 изоб- ражекия. Интегратор 24 интегрирует сигнал с источника 23 опорного питания и через выпрямитель 26 заряжает резистивно-емкостную нагрузку 26 до максимальной величины потенциала на ее входе, откуда сигнал поступает н на вход блока 27 сравнения. Сигнал с интегратора 28, соответствующий интенсивности светового потока квази-постоянной составляющей изображения, поступает на второй вход блока 27 сравнения, который в мо- мент совпадения величин сигналов с интегратора 28 и нагрузки 26 выключает коммутатор 29, отключающий, в свйю очередь, электронный затвор преобразователя 3 от источника 30 питания. Следующим импульсом блока 1 стираются ранее накопленные сигналы на интеграторах 24 и 28 и осуществляется запуск этих интеграторов и коммутатора 29, после чего весь цикл повторяется. При этом изменение напряжения на аналоговом входе источника 2 питания и частоты следования импульсов с блока 1 временной выдержки . приводит к изменению длительности импульса выходного напряжения источника 2 по прямо пропорциональному закону. Изменение интен- сивности светового потока по фоточувствительному входу источника 2, которым является фоточувствительный вход интегратора 28, измняет длительность выходного импульса напряжения по обратно пропорвдональному закону.

Формула изобретения

Устройство визуализации световых сигналов, состоящее из последовательно соединенных блока временной выдержки, управляемог по длительности импульсного источника питания с тремя входами -импульсным, аналоговым и фоточувствительным, оптико-электронного преобразователя изображения с электронным затвором и блока восстановления видимого изображения, к которому подключен регулируемый блок питания, отличающееся тем, что, с целью повыщения разрещающей способности и чувствительности, в него введены блок измерения амплитуды импульсных световых сигналов, первый выход которого подключен к аналоговому входу управляемого по длительности импульсного источника питания и входу регулируемого бло ка питания, и блок формирования опережающего синхросигнала, который включен между вторым выходом блока измерения амплитуды импульсных световых сигналов и входом блока временной выдержки.

2.Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что блок измерения амплитуды импульсных световых сигналов состоит из последовательно соединенных фотодетектора, фильтра верхних частот, усилителя, выпрямителя и резистивно-емкостной нагрузки, выход которой является первым выходом блока измерения амплитуды импульсных световых сигналов, вторым выходом которого является выход фильтра верхних частот.

3.Устройство поп. 1,отличающееся тем, что блок формирования опережающего синхросигнала содержит входной триггер,

Два логических блока, импульсный генератор и выходной элемент ИЛИ, при этом каждый логический блок состоит из двоичного реверсивного счетчика, к разрядным выходам которого подключены первый элемент ИЛИ и последовательно включенные второй элемент ИЛИ и одновибратор, а к управляющему входу Вычитание счетчика подключен элемент И, первый вход которого подключен к,вы- ходу первого элемента ИЛИ, кроме того, управляемый вход Сложение счетчиков каждого логического блока подключен к второму входу элемента И другого логического блока и, соответственно к прямому или инверсному выходу входного триггера, причем счетные входы счетчиков подключены к выходу импульсного генератора, а выходы одновиб- раторов подключены к входам выходного чпемента ИЛИ.

т. 2

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано, например, при наблюдении изображения пространственно распределенных импульсного и квази-постоянного световых сигналов прн их независимом изменении по интенсивности в широком динамическом, диапазоне. Устройство содержит блок 1 временной выдержки, управляемый по длительности импульсный источник 2 питания с тремя входами: импульсным, аналоговым и фоточувствительным, оптико-электронный преобразователь 3 изображения с электронным затвором, блок 4 восстановления видимого изображения с регулируемым блоком 5 ния, последовательно включенные блок 7 формирования опережающего синхросигнала и блок 6 измерения амплитуды импульсных световых сигналов. В описании представлены структурные схемы блока измерения амплитуды импульсного сигнала, блока формирования опережающего синхросигнала и управляемого по длительности нмпульсного источника питания. 2 З.П. ф-лы, 4 ил. Q S (Л Фоточувств. Вход h ъ. Ю О5 4 2ffxffd wx (риг