Устройство для формирования изображения при коническом сканировании Советский патент 1992 года по МПК H04N5/30 H04N5/33 

Изобретение относится к оптико-элект- ронике и может быть использовано в сканирующих оптико-электронных приборах видимого и инфракрасного диапазонов с конической разверткой пространства предметов, формирующих двумерное изображение.

Цель изобретение - повышение точности формирования изображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для формирования изображения при коническом сканировании; на фиг. 2,3- схемы конической развертки пространства предметов.

Устройство для формирования изображения при коническом сканировании содержит сканирующий блок 1 с приводом 2, объектив 3, фотоприемник 4, предусилитель 5, ключ 6, усилитель-преобразователь 7, регистратор 8, датчик 9 угла визирования, датчик 10 угла отклонения по крену, датчик 11 угла отклонения по тангажу 11, блок 12 сравнения, делитель 13, три регистра 14,15 и 16, семь сумматоров 17-23, четыре квадратора 24-27, блок 28 вычисления арксинуса, десять умножителей 29-37, блок 39 вычисления квадратного корня 39, четыре вычитателя 40-43. два блока 44, 45 вычисления функций синуса и косинуса.

Параметры объектива и фотоприемника выбирают такими, чтобы получить малую веvjсо

fcv

ГО iCO CJ

личину мгновенного угла поля зрения. Развертку по кадру, т.е. переход с одной строки на другую получают за счет перемещения оптико-электронного прибора (ОЭП), а развертку по строке - путем сканирования плоскости предметов с помощью сканирующего блока мгновенным углом поля зрения по образующей конуса, ось симметрии которого совмещена с оптической осью объектива ОЭП и приведена к геофизической вертикали места. За один цикл сканирования по строке может быть получена одна или одновременно несколько строк изображения в зависимости от того, какое количество элементарных мгновенных углов поля зрения формируется одновременно в ОЭП. Лучистый поток, собираемый объективом, направляется на фотоприемник, в котором он преобразуется в электрические сигналы. Изменения электрического сигнала позволяют получить информацию о пространственном распределении излучения на наблюдаемом участке плоскости предметов (см.фиг.2,3). При изменении угла р поворота сканирующего блока от до с постоянной угловой скоростью иь электрические сигналы записывают в регистраторе в виде двумерного изображения. При невозмущенном движении ОЭП траектория движения записывающего луча регистратора

синхронна и синфазна траектории визирующего луча ОЭП. Однако в процессе формирования изображения под воздействием возмущающих факторов изменяется случайным образом величина угла / крена ОЭП. Поэтому регистрация электрических сигналов начинается при повороте сканирующего блока на некоторый угол (рн, отличный от 0. При этом величина углами определяется

по результатам измерения текущего значения угла/3 крена ОЭП и известных значений нормированной координаты

15

YH г sin (p0

О)

где r HtgQ/2, и угла Q при вершине конуса сканирования по следующей формуле:

YH cos/ + sin/ ...

arcsinr(coS/YHSm/) И

Известно, что в процессе формирования изображения воздействие возмущающих факторов приводит к одновременному изменению случайным образом величины

угла/ крена и значения угла «тангажа. В этом случае необходимо дополнительно измерять текущее значение угла «тангажа, а величину угла рн определять, как показали исследования, по следующей формуле

Изобретение относится к оптико-элект- ронике и может быть использовано в сканирующих оптико-электронных приборах видимого и инфракрасного диапазонов с конической разверткой пространства предметов, формирующих двумерное изображение, Целью изобретения является повышение точности формирования изображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов. Устройство содержит сканирующий блок 1 с приводом 2, обьективЗ, фотоприемник 4, предусилитель 5, ключ 6, усилитель-преобразователь 7, регистратор 8, датчик 9 угла визирования, датчик 10 угла отклонения по крену, датчик 11 угла отклонения по тангажу, блок 12 сравнения, делитель 13, три регистра 14, 15, семь сумматоров 17-23, четыре квадратора 24-27, лок 28 вычисления арксинуса, десять умножителей 29-38, блок 39 вычисления квадратного корня, четыре вычитателя 40-43, два блока 44 и 45 вычисления функций синуса и косинуса. Цель достигается тем, что нерегулярные смещения строк, вызванные отклонением оптической оси объектива по углу крена и углу тангажа, устраняются за счет регистрации начала строки и привязки координаты точки пересечения визирующего луча с плоскостью предметов. 3 ил. СП с

sin в cos/( 1 - YЈ cos2 a) + YH cos a (2 cos2/ - 1 ) + YH sin a R ( r2 + 1 )- Y H - 1 рн arcsin - - к

(3)

где R YH2+ cos2 /3(1 - YH2cos2 a)-2YHcos a

Г Sin p0 -

H r (cos (po sin Oo + sin p0 cos Oo sin flo ) + cos «o

где GO ,p0 - соответственно средние значения угла тангажа и угла крена ЭОП.

Предварительно для прогнозируемых значений углов «о и/30 по формуле (4) рассчитывают и записывают значение Ун. Кроме того, на основании известной величины угла Q по приведенной выше формуле рассчитывают и записывают значение г. Развертку плоскости предметов по кадру получают за счет поступательного движения ОЭП. Развертку по строке получают путем сканирования плоскости предметов с помощью сканирующего блока, сканирующее зеркало которого вращается с постоянной угловой скоростьюйЈ вокруг оптической оси объектива ОЭП, мгновенным углом поля зрения по образующей конуса, ось симметрии которого совмещена с оптической осью объектива ОЭП. Наблюдение ведется в пе(4)

реднем секторе обзора, начиная с угла рн поворота сканирующего зеркала. Лучистый поток, собираемый объективом, направляется на фотоприемник, в котором он преобразуется в электрические сигналы. Изменения электрического сигнала позволяют получить информацию о пространственном распределении излучения на

наблюдаемом участке плоскости предметов. Одновременно измеряют текущие значения угла а тангажа и угла/ крена ОЭП. На основе известных постоянных величин и результатов измерения углов аи/ определяют по формуле (3) величину угла рн. Постоянно измеряют текущее значение угла р поворота сканирующего блока и сравнивают его по величине с полученным значением угла . Регистрацию видеосигналов

каждой строки сканирования начинают в

момент равенства значений р (р и ведут в течение постоянной длительности строки изображения 2 р0/Шг- Видеосигналы записывают в регистраторе в виде двумерного изображения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 6 разомкнут, т.е. выход предусилителя 5 разъединен со входом блока 7, в первом регистре 14 записано значение г, во втором регистре 15 - значение YH, в третьем регистре 16 - значение 1. При включении устройства привод 2 приводит в движение сканирующий блок 1, который осуществляет коническую развертку пространства предметов, принимает лучистый поток в мгновенном угле поля зрения и направляет его через объектив 3 на фотоприемник 4. Фотоприемник 4 преобразует лучистый поток в электрический сигнал, который поступает на вход предусилителя 5, где предварительно усиливается. При этом сканирующее зеркало блока 1 вращается вокруг оптической оси объектива 3 с постоянной угловой скоростью оъ. . Одновременно текущее значение угла р поворота сканирующего зеркала в цифровом виде поступает с выхода датчика 9 угла визирования на первый вход блока 12 сравнения. С выхода датчика 10 угла отклонения по крену текущее значение угла/3 в цифровом виде поступает на вход вычислительного блока 45. С выхода датчика угла отклонения по тангажу 11 текущее значение угла ел. в цифровом виде поступает на вход вычислительного блока 44. По формуле (3) определяют значение угла рн, которое поступает на второй вход блока 12 сравнения. В момент равенства углов р(р блок 12 сравнения начинает генерировать управляющий импульс, который подводится к управляющим входам ключа 6 и регистратора 8. Этот импульс открывает ключ 6 и включает регистратор 8 на время, равное длительности строки. Тогда видеосигнал с выхода пред- усилителя 5 проходит через открытый ключ 6 на вход усилителя-преобразователя 7. который усиливает видеосигнал и преобразует его к виду, удобному для регистрации, например в цифровой вид, и посылает его на информационный вход регистратора 8, где осуществляется построчная запись видеосигналов и формируется изображение наблюдаемой поверхности. При обратном ходе развертки регистрация видеосигналов не производится.

На первом и втором выходах блока 45 формируются соответственно текущие значения sin ft и cos ft . На первом и втором

выходах блока 44 формируются соответственно текущие значения sin а и cos a . Значение sin а поступает на первый вход

третьего умножителя 31. Значение cos се поступает на первый вход пятого умножителя 33. Значение sin/З поступает на первый вход восьмого умножителя 36. Значение cos ft поступает на вход второго квадратора 25 и второй вход восьмого умножителя 36, с выхода которого полученное произведение поступает на вторые входы седьмого 35 и девятого 37 умножителей. Выходной сигнал седьмого умножителя 35 одновременно поступает на первый и второй входы третьего сумматора 19. Удвоенное произведение с выхода третьего сумматора 19 поступает на второй вход первого вычитателя 40. Значение cos2/3 с выхода второго квадратора 25

поступает на первый вход десятого умножителя 38 и на первый и второй входы пятого сумматора 21, где удваивается. В выхода пятого сумматора 21 сигнал поступает на первый вход третьего вычитателя 42. Значение 1 постоянно поступаете выхода третьего регистратора 16 на первые входы первого 17 и шестого 22 сумматоров, второго 41 и третьего 42 вычитателей. Сигнал функции (2cos2 ft - 1) с выхода третьего вычитателя 42 поступает на второй вход шестого умножителя 34. Значение YH постоянно поступает с выхода второго регистра 16 на вторые входы пятого 33 и третьего 31 умножителей и на вход четвертого квадратора

выхода шестого умножителя 34 поступает на второй вход четвертого сумматора 20. Значение (YHcos«)2 с выхода первого квадратора 24 поступает на первый вход второго вычитателя 41. С его выхода полученная

разность (1-YH cos cc) поступает на вторые входы девятого 37 и десятого 38 умножителей. Полученное произведение с выхода девятого умножителя 37 поступает на второй вход четвертого сумматора 20, с выхода которого полученная сумма проходит на второй вход второго сумматора 18. Полученное произведение с выхода десятого умножителя 38 поступает на первый вход седьмого сумматора 23. Значение YH с выхода четвертого квадратора 27 поступает на первые входы шестого 22 и седьмого 23 сумматоров. Полученная сумма с выхода седьмого сумматора 23 поступает на первый вход первого вычитатепя 40. Полученная сумма с

выхода шестого сумматора 22 поступает на

второй вход четвертого вычитателя 43. С выхода первого вычитателя 40 полученная разность

YH2+cos2/3(1-YH2cos2a)-

- 2 YH2cos« sin/ cos/3

поступает на первые входы первого 29 и второго 30 умножителей. Значение г с выхо- да первого регистра 14 поступает на вход третьего квадратора 26 и второй вход первого умножителя 29, с выхода которого полученное произведение поступает на второй вход делителя 13. Значение г2 с выхода третьего квадратора 26 поступает на первый вход первого сумматора 17, с выхода которого полученная сумма поступает на второй вход второго умножителя 30. Полученное произведение с выхода второго ум- ножителя 30 поступает на первый вход четвертого вычитателя 43, с выхода которого полученная разность - подкоренное выражение из формулы (3) - поступает на вход блока вычисления квадратного корня 39,вы- ходной сигнал которого поступает на второй вход четвертого умножителя 32. Полученное произведение с выхода третьего умножителя 31 поступает на первый вход четвертого умножителя 32, с выхода которого получен- ное произведение поступает на первый вход второго сумматора 18. С его выхода полученная сумма поступает на первый вход делителя 13, с выхода которого полученное частное поступает на вход блока 28 вычисления арксинуса. Значение угла рн с выхода блока 28 поступает на второй вход блока сравнения 12.

Таким образом, каждая строка изображения начинает регистрироваться при постоянном значении координаты у точки пересечения визирующего луча с плоскостью предметов, т.е. начала всех строк в плоскости предметов по указанной координате совмещены, и нерегулярные смещения строк, вызванные отклонением оптической оси объектива одновременно по углам крена и танжага, устраняются.

Изобретение позволяет улучшить качество получаемых изображений путем умень- шения искажений изображения, обусловленных смещением строк сканирования относительно друг друга из-за разворотов прибора по углам крена и тангажа. Кроме того, улучшается зрительное восприятие получаемых изображений и повышаются их измерительные свойства., Расчеты величины угла р показывают (см.табл.), что даже небольшие изменения углов ft приводят

5

0 5 0 5 0 5

0 5

0

5

к заметным изменениям угла рн, т.е. к большим смещениям строк изображения. Поэтому автоматический учет изменений условий съемки позволяет существенно снизить искажения изображения. Расчеты проведены для случая (р0 40°, 9 20°, «о 0°.

Зависимость значения угла рн (в градусах) от величины углов/ и а проиллюстрирована таблицей. Формула изобретения Устройство для формирования изображения при коническом сканировании, содержащее последовательно соединенные сканирующий блок с приводом, объектив, фотоприемник, предусилитель, ключ, усилительно-преобразовательный блок, регистратор, а также датчик угла визирования, вход которого механически соединен с выходом привода, делитель, первый сумматор, первый и второй умножитель, первый и второй регистр, первый вычитатель, первый блок вычисления функции синуса и косинуса, блок вычисления арксинуса, датчик угла отклонения по крену и датчик угла отклонения по тангажу, блок сравнения, причем выход блока сравнения соединен с управляющим входом ключа и регистратора, выход датчика угла визирования подключен к первому входу блока сравнения, выход первого вычитателя соединен с первыми входами первого и второго умножителей, второй вход второго умножителя подключен к выходу первого сумматора, выход первого регистра соединен со вторым входом первого умножителя, выход которого подключен через последовательно соединенные делитель и блок вычисления арксинуса к второму входу блока сравнения, отличающее - с я тем, что, с целью повышения точности формирования изображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов, введены шесть сумматоров, четыре квадратора, восемь умножителей, третий регистр, блок вычисления квадратного корня, три вычитателя, второй блок вычисления функций синуса и косинуса, при этом выход датчика угла отклонения по крену подключен к входу второго блока вычисления функций синуса и косинуса, выход датчика угла отклонения по тангажу соединен с входом первого блока вычисления функций синуса и косинуса, первый выход которого подключен через последовательно соединенные третий, четвертый умножители и второй сумматор к первому входу делителя, второй выход первого блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с первым входом пятого умножителя, выход которого подключен к первому входу

шестого умножителя, к первому входу седьмого умножителя и через первый квадратор к первому входу второго вычитателя, первый выход второго блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с первым входом восьмого умножителя, выход которого подключен к второму входу седьмого умножителя и к первому входу девятого умножителя, выход седьмого умножителя соединен с первым и вторым входами третьего сумматора, выход девятого умножителя соединен с первым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, второй выход второго блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с вторым входом восьмого умножителя и входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу десятого умножителя и к первому и второму входам пятого сумматора, выход которого соединен через последовательно соединенные третий вычитатель и шестой умножитель с вторым входом четвертого сумматора, выход первого регистра подключен к входу третьего квад-

ратора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход второго умножителя подключен через последовательно соединенные четвертый вычитатель и блок вычисления квадратного корня к второму входу четвертого умножителя, второй вход четвертого вычитателя соединен с выходом шестого сумматора, выход второго регистра соединен с вторым входом пятого умножителя, вторым входом третьего умножителя и с входом четвертого квадратора, выход которого подключен к первому входу шестого и седьмого сумматоров, выход третьего регистра соединен с вторыми входами первого и шестого сумматоров, второго и третьего вычитателей, выход второго вычитателя подключен к вторым входам девятого и десятого умножителей, выход десятого умножителя соединен через седьмой сумматор с первым входом первого вычитателя, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, второй выход первого блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с вторым входом третьего умножителя

см

ЧX

/