Изобретение относится к пассивной оптической локации, в частности к высокочувствительным телевизионным системам регистрации удаленных объектов.
Известен способ регистрации изображения объектов, основанный на накоплении в течение нескольких кадров потенциального рельефа на фотомишени передающей телевизионной трубки (ЛТТ) с накоплением, построчном считывании накопленного рельефа в течение одного кадра с формированием и усилением видеосигнала [1] .
Недостатком этого способа является ограниченность диапазона освещенностей входного оптического сигнала в условиях действия распределенного яркостного фона, что обусловлено ограниченным динамическим диапазоном ПТТ.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ регистрации изображения объектов, включающий формирование оптического изображения объектов, преобразование его в распределение электрических зарядов, накопление зарядов и преобразование их в видеосигнал, осуществляемое путем однократного прерываемого считывания потенциального прерываемого считывания потенциального рельефа, накопленного в течение нескольких кадров, с фотомишени сканирующим электронным лучом, и последующее преобразование видеосигнала в оптическое техническое изображение объекта. При этом накопление на мишени осуществляется при неполностью запертом токе считывающего луча, величина которого остается достаточной для компенсации фоновой компоненты потенциального рельефа [2] .
Недостатком прототипа является низкая точность из-за малого контраста изображения.
Способ, принятый в качестве прототипа, может быть осуществлен с помощью устройства, являющегося наиболее близким по технической сущности к предлагаемому из известных устройств для регистрации изображения объектов.
Устройство содержит последовательно расположенные объектив, электронно-оптический элемент, передающую телевизионную трубку с накоплением, соединенную через усилитель с приемной телевизионной трубкой, а также фокусирующе-отклоняющую систему ПТТ, подключенную входами к выходам генераторов строчной и кадровой разверток, и генератор ступенчатого напряжения, первый вход которого связан с управляющими электродами электронно-оптического элемента, а второй - с управляющими входами генераторов строчной и кадровой разверток.
Недостатком данного устройства является низкая точность из-за малого контраста изображения.
Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения контраста изображения.
Цель достигается тем, что по способу регистрации изображения объектов, включающему формирование оптического изображения объектов, преобразование его в распределение электрических зарядов, накопление зарядов и преобразование их в видеосигнал, осуществляют преобразование оптического изображения объектов в распределение электрических зарядов одновременно с их накоплением путем непрерывного формирования видеосигнала из одной группы распределенных электрических зарядов и накопления другой группы распределенных электрических зарядов, пространство связанных с электрическими зарядами первой группы, с одновременной компенсацией фоновой компоненты распределенных электрических зарядов.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Накопление потенциального рельефа от светового фона и объектов является непрерывным процессом. Учитывая, что распределение плотности тока по сечению считывающего электронного луча у мишени является гауссовым ("колоколообразным") или близким к этому, при достаточно близком расположении строк возникает их взаимное перекрытие при помощи одного электронного луча.
Для полного считывания потенциального рельефа необходимо, чтобы интенсивность считывающего луча (в точке максимума распределения плотности тока) была достаточной для компенсации максимальной глубины потенциального рельефа. При этом за счет конечной величины апертуры считывающего электронного луча возникает перекрытие соседних строк, степень которого зависит от интенсивности считывающего луча и расстояния между строками, что приводит к уменьшению потенциального рельефа соседних строк на постоянную величину, не зависящую от записанной информации. Поскольку распределенный яркостный фон дает постоянную по всей поверхности фотомишени добавку к потенциальному рельефу, то один и тот же считывающий луч можно использовать одновременно как для полного считывания потенциального рельефа, так и для компенсации распределенного яркостного фона. За счет перекрытия считывающим электронным лучом соседним строкам добавляется заряд, величина которого позволяет компенсировать фоновую компоненту потенциального рельефа, что позволяет увеличить контраст изображения.
Сканирование электронным лучом осуществляется следующим образом. Считывающий луч, двигаясь по строкам одного поля, представляющего собой исходный телевизионный кадр, осуществляет полное считывание потенциального рельефа на этих строках. Строки следующего поля находятся между строк первого поля при разбиении на два поля или смещены на 1/3 расстояния между строками одного поля при разложении на три поля.
Пусть используется чересстрочная развертка с разложением на два поля. Тогда при полном считывании строк одного поля за счет перекрытия соседних строк электронным лучом осуществляется компенсация фона по строкам другого поля. Перекрытие обеспечивается без дополнительной расфокусировки электронного луча за счет уменьшения расстояния между строками обоих полей вдвое, при этом точную компенсацию величины фоновой компоненты осуществляют изменением интенсивности считывающего луча по результатам измерения величины фоновой составляющей в видеосигнале. При этом компенсация фоновой компоненты осуществляется один раз за время исходного кадра, т. е. время накопления фона составляет величину, равную длительности исходного телевизионного кадра, а время накопления полезного сигнала равна длительности двух исходных телевизионных кадров. Частота выдачи несущих видеоинформацию телевизионных кадров (частота считывания потенциального рельефа) равна частоте исходной кадровой развертки, в то же время полезный сигнал накапливается за время двух исходных телевизионных кадров. Это обеспечивает преимущество по сравнению со способом-прототипом, где при накоплении полезного сигнала за время двух исходных телевизионных кадров осуществлялось однократное полное считывание видеоинформации.
При использовании трехзаходовой (чересстрочной с разложением на три поля) развертки полное считывание потенциального рельефа одного поля сопровождается компенсацией фона строк двух других полей. При разложении на три поля увеличивается степень компенсации фона, так как уменьшение расстояния между строками соседних полей приводит к увеличению степени перекрытия строк считывающим электронным лучом. Компенсация фоновой компоненты потенциального рельефа по-прежнему осуществляется один раз за время исходного кадра, а время накопления полезного сигнала составляет величину, равную длительности трех телевизионных кадров. Повышение степени компенсации фона с одновременным увеличением времени накопления полезного сигнала позволяет увеличить контраст изображения, что позволяет повысить точность в условиях действию распределенного яркостного фона по сравнению с разложением на два поля. Использование предлагаемого способа с разложением на три поля позволяет осуществить непрерываемое считывание потенциального рельефа электронным лучом, причем полезный сигнал от объекта накапливается в течение трех исходных телевизионных кадров.
Осуществление непрерываемого считывания потенциального рельефа позволяет в 2-3 раза повысить частоту съема информации об объекте, что позволяет повысить точность регистрации изображения объектов за счет увеличения контраста изображения в условиях действия равномерного яркостного фона. Так, в случае использования для распознавания кривой блеска объекта (временной зависимости блеска объекта) увеличение частоты выдачи информации об объекте приводит к увеличению точности построения кривой блеска. (Использование способа-прототипа приводило к усреднению кривой блеска, что отрицательно сказывалось на процессе распознавания объекта).
Дополнительным положительным эффектом является улучшение условий наблюдения объекта оператором на экране телевизионного индикатора изображений. Действительно, при накоплении потенциального рельефа за время 2-3 исходных телевизионных кадров и однократной выдаче видеоинформации частота мелькания изображенная на экране телевизионного индикатора изображений становилась менее критической, что отрицательно влияло на работу оператора при использовании способа-прототипа.
Также дополнительным положительным эффектом заявляемого способа является увеличение разрешающей способности по вертикали из-за того, что количество строк, образующих новый кадр, при использовании заявляемого способа возросло в 2 (при разбиении на три поля - в 3) раза.
Следует отметить, что поскольку скорость движения считывающего луча остается неизменной, реализация данного способа не приводит к увеличению полосы частот считанного видеосигнала.
Заявляемый способ позволяет накапливать полезный сигнал за время, не превышающее длительность трех исходных телевизионных кадров. Однако и для способа-прототипа возможности по накоплению также ограничены несколькими телевизионными кадрами из-за эффекта растения заряда по поверхности фотомишени.
Кроме того, дробовый шум неполностью запертого тока электронного прожектора, многократно суммируясь, приводит к увеличению флуктуационной составляющей потенциального рельефа и снижению отношения сигнал/шум при накоплении большого числа кадров, что накладывает ограничение на количество накапливаемых кадров.
Таким образом, предлагаемый способ регистрации изображения объектов при том же времени накопления полезного сигнала, что и у прототипа, позволяет в 2-3 раза повысить частоту выдачи несущих видеоинформацию телевизионных кадров и достичь цели изобретения - повышения точности за счет увеличения контраста изображения.
Цель изобретения также достигается тем, что в устройство для регистрации изображения объектов, содержащее оптически связанные объектив и телевизионный датчик изображений с накоплением, выход которого через усилитель видеосигнала соединен с входом телевизионного индикатора изображений, блок управления, введены источник опорного напряжения, фильтр нижних частот, пороговый блок, интегратор, согласующий усилитель, управляемый источник напряжения, причем выход усилителя видеосигнала подключен к входу фильтра нижних частот, выход которого соединен с первым входом порогового блока, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход порогового блока подключен к входу интегратора, выход которого через согласующий усилитель соединен с входом управляемого источника напряжения, выход которого соединен с первым управляющим входом телевизионного датчика изображений, второй управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом телевизионного индикатора изображений. При этом блок управления содержит два фокусирующе-отклоняющих элемента, соответствующие входы которых подключены к выходам генераторов строчной и кадровой разверток, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго делителей частоты, входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, причем выходы фокусирующе-отклоняющих элементов являются первым и вторым выходами блока управления.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1; структурная схема блока управления - на фиг. 2.
Устройство содержит (фиг. 1) объектив 1, телевизионный датчик 2 изображений с накоплением, усилитель 3 видеосигнала, телевизионный индикатор 4 изображений, фильтр 5 нижних частот, источник 6 опорного напряжения, пороговый блок 7, интегратор 8, согласующий усилитель 9, управляемый источник 10 напряжения, блок 11 управления.
Блок управления (фиг. 2) содержит два фокусирующе-отклоняющих элемента 12 и 13, генераторы кадровой 14 и строчной 15 разверток, первый и второй делители 17 и 17 частоты, генератор 18 опорной частоты.
Объектив 1 оптически связан с телевизионным датчиком 2 изображений с накоплением, выход которого через усилитель 3 видеосигнала соединен с входом телевизионного индикатора 4 изображений и входом фильтра 5 нижних частот. Выход фильтра нижних частот соединен с первым входом порогового блока 7, второй вход которого соединен с выходом источника 6 опорного напряжения. Выход порогового блока 7 через последовательно соединенные интегратор 8, согласующий усилитель 9 и управляемый источник 10 напряжения подключен к входу телевизионного датчика 2 изображений с накоплением. Блок управления содержит два фокусирующе- отклоняющих элемента 12 и 13, соответствующие входы которых подключены к выходам генераторов строчной 15 и кадровой 14 разверток, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго делителей 16 и 17 частоты, входы которых подключены к выходу генератора 18 опорной частоты, причем выходы фокусирующе-отклоняющих элементов 12 и 13 являются первым и вторым выходами блока управления.
Устройство работает следующим образом.
Объектив 1 формирует изображение наблюдаемой области пространства и проецирует его на фотомишень телевизионного датчика 2 изображений. На фотомишени происходит накопление потенциального рельефа. При считывании информации образуется временной видеосигнала, соответствующий пространственному распределению потенциала на фотомишени, который затем усиливается в усилителе 3 видеосигнала и поступает на вход телевизионного индикатора 4 изображений.
В телевизионном индикаторе изображений временной сигнал преобразуется в пространственный оптический сигнал, соответствующий распределению потенциала на фотомишени ПТТ.
Низкочастотная составляющая видеосигнала, амплитуда которой пропорциональна уровню внешнего фона с выхода фильтра 5 нижних частот поступает на первый вход порогового блока 7, на второй вход которого поступает опорное напряжение от источника 6 опорного напряжения. После сравнения с опорным напряжением сигнал поступает на интегратор 8, сигнал на выходе которого пропорционален среднему уровню фона за предыдущий период кадровой развертки. С выхода интегратора 8 сигнал через согласующий усилитель 9 поступает на вход управляемого источника 10 напряжения, выход которого соединен с управляющим входом телевизионного датчика 2 изображений с накоплением, и позволяет управлять интенсивностью считывающего луча. Интенсивность считывающего луча должна быть достаточна для полной компенсации рельефа считываемой строки (т. е. повышать максимальную глубину потенциального рельефа), а точное значение интенсивности выставляется по результатам измерения фоновой компоненты таким образом, чтобы компенсировать фоновую компоненту потенциального рельефа по строкам следующего поля при использовании чересстрочной развертки с разложением на два поля одновременно со считыванием информации при сканировании этим же лучом по строкам данного поля. Интенсивность считывающего луча выставляется прямо пропорционально измеренной величине фоновой компоненты.
Для обеспечения перекрытия одним и тем же электронным лучом строк двух полей применяется чересстрочная развертка с разложением на два поля. Формирование чересстрочного растра обеспечивается формированием кадровых и строчных синхроимпульсов от общего генератора 18 опорной частоты, вырабатывающего импульсы двойной строчной частоты, при этом выбор коэффициента деления первого делителя 16, равного 2К+1, где К - целое число строк одного поля, равное числу строк исходного кадра, обеспечивает нечетное число строк в кадре, равное 2К+1, а следовательно, в одном поле будет К + 1/2 строк, что означает, что строки одного поля находятся точно между строк другого поля, поля обеспечивает взаимное частичное перекрытие строк двух полей одним и тем же лучом. Кадровые синхроимпульсы с выхода делителя 16 на 2К + 1 поступают на вход генератора 14 кадровой развертки, с выхода которого сигнал поступает на кадровые входы фокусирующе-отклоняющих элементов 12 и 13, а строчные синхроимпульсы с выхода второго делителя 17, имеющего коэффициент деления, равный 2, поступают на вход генератора 15 строчной развертки, с выхода которого сигнал поступает на строчные входы фокусирующе-отклоняющих элементов 12 и 13.
При использовании трехзаходной (чересстрочной с разложением на три поля) развертки за счет уменьшения расстояния между строками считываемого поля и соседними строками двух других полей увеличивается степень перекрытия считывающим электронным лучом соседних строк других полей. Это позволяет компенсировать большую величину фоновой компоненты, что позволяет обеспечить работу устройства в области больших освещенностей внешнего фона, чем при разложении на два поля. Кроме того, накопление полезного сигнала осуществляется в течение трех исходных телевизионных кадров. Это позволяет увеличить контраст изображения, что позволяет повысить точность регистрации изображений объектов в условиях действия внешнего фона за счет увеличения времени накопления сигнала от объекта и повышения степени компенсации фона. При формировании чересстрочного растра с разложением на три поля генератор 18 опорной частоты вырабатывает импульсы тройной строчной частоты, первый делитель 16 частоты выполнен в виде делителя частоты на 3К + 1, где К - целое число строк одного поля. При этом в одном поле будет К + 1/3 cтрок, что обеспечивает смещение строк следующего поля на 1/3 расстояния между строками предыдущего поля. Синхроимпульсы с выходов делителей 16 и 17 поступают соответственно на входы генераторов 14 и 15. (56) 1. Телевизионная астрономия. Под ред. В. Б. Никонова. - М. : Наука, 1983, с. 90-92.
2. Авторское свидетельство СССР N 312240, кл. G 06 К 9/00, 1971.
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для пассивной локации космических объектов. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается тем, что при формировании изображения и преобразовании его в распределение электрических зарядов их накопление осуществляют одновременно по разным группам с одновременной компенсацией электрических зарядов, соответствующих фоновой засветке. Цель достигается также тем, что в устройство, содержащее объектив и телевизионный датчик с накоплением, вводятся источник опорного напряжения, фильтр нижних частот, пороговый блок, интегратор, усилитель, управляемый источник напряжения. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
1. Способ pегистpации изобpажения объектов, включающий фоpмиpование оптического изобpажения объектов, пpеобpазование его в pаспpеделение электpических заpядов, накопление заpядов, и пpеобpазование их в видеосигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения контpаста изобpажения, пpеобpазование оптического изобpажения объектов в pаспpеделение электpических заpядов и их накопление осуществляют одновpеменно путем непpеpывного фоpмиpования видеосигнала из одной гpуппы pаспpеделенных электpических заpядов и накопления дpугой гpуппы pаспpеделенных электpических заpядов, пpостpанственно связанных с электpическими заpядами пеpвой гpуппы, с одновpменной компенсацией фоновой компоненты pаспpеделенных электpических заpядов.
