Теплотелевизионная стереоскопическая система
THERMOVISION STEREOSCOPIC SYSTEM

Предлагаемое изобретение относится к технике телевизионных систем наблюдения, в частности, к стереотелевизионным системам.
Известна принятая за аналог одноканальная стереотелевизионная система (см. Г.В. Мамчев, Стереотелевидение, М.: Энергия, 1079, 64 с., с..21, рис..13). Она содержит две одинаковые телевизионные (ТВ) камеры, на выходе которых установлен электронный коммутатор. Он поочередно с периодом полей коммутирует сигнал от двух ТВ камер на вход промежуточного видеоусилителя, где видеосигнал обрабатывается в реальном масштабе времени и передается в ТВ монитор. Синхронизация работы всех указанных блоков осуществляется с помощью синхрогенератора. Для наблюдения с экрана ТВ монитора стереоскопического изображения используются очки эклипсного типа, состоящие из двух обтюрационных ячеек (например, с жидким кристаллом). Достоинством такой системы является относительная простота. Однако система имеет ряд недостатков. К ним относятся отсутствие цветного изображения, удвоенная ширина полосы пропускания (около 12 МГц) видеотракта по сравнению со стандартными ТВ системами формирования черно-белого ТВ изображения, невозможность работы ночью и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), а также отсутствие встроенной системы контроля качества изображения.
Известна принятая за прототип стереотелевизионная система (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д. Достижения в технике видения. М.: Техносфера, книга 1, 579 с., с..383, рис..4.6.4.). Она содержит последовательно соединенные блок цветных ТВ камер, кодирующую матрицу, линию связи, декодирующую матрицу и приемник (блок ТВ мониторов). Блок цветных ТВ камер содержит две идентичные цветные ТВ камеры, на каждую из которых сфокусирован одинаковый объектив. R, G, В видеосигналы с выходов ТВ камер подаются на вход кодирующей матрицы, R, G, В выходы синхронизации которых подключены к блоку цветных ТВ камер. Выход кодирующей матрицы подключен ко входу декодирующей матрицы. Ее R, G, В выходы подключены к блоку ТВ мониторов, R, G, В выходы которого подключены к декодирующей матрице. Блок ТВ мониторов состоит из двух идентичных цветных ТВ мониторов, изображения с экранов которых объединены с помощью светоделительного зеркала. Перед экраном ТВ мониторов установлены поляроидные пленки со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Кодирующая матрица подвергает кодированию информацию с каждого элемента изображения. При этом кодовый сигнал должен нести информацию о яркости элемента изображения и его цвете. Система связи для замкнутой ТВ системы необходима, если блок ТВ мониторов удален от блока ТВ камер на некоторое расстояние, например, от одного метра до нескольких десятков метров. Эти условия диктуются особенностями применения ТВ системы. Декодирующая матрица преобразует кодовые сигналы в сигналы первичной информации. На выходе декодирующей матрицы получаются первичные сигналы основных цветов R, G, В для правого и левого изображений. В блоке ТВ мониторов происходит синтез изображение - превращение первичной информации в модель передаваемого объекта. Достоинствами такой системы являются формирование цветного ТВ изображения и стандартная полоса пропускания. Однако недостатками системы по-прежнему являются невозможность работы ночью и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), а также отсутствие встроенной системы контроля качества изображения.
Задачей предлагаемым изобретением является обеспечение работы ночью и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), с возможностью наличия встроенной системы контроля качества изображения.
Указанная задача решается тем, что стереотелевизионная система, содержащая две идентичные правую и левую цветные телевизионные камеры, на матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС) каждой из которых сфокусирован соответствующий одинаковый правый и левый объектив, R, G, В выходы каждой цветной телевизионной камеры подключены к соответствующим R, G, В входам кодирующей матрицы, выход которой через линию связи подключен к декодирующей матрице, R, G, В выходы которой подключены к соответствующим R, G, В входам первого и второго цветных телевизионных мониторов, перед экранами которых установлены поляроидные пленки со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, причем экраны телевизионных мониторов взаимно сопряжены с помощью светоделительного зеркала, отличающаяся тем, что между каждым объективом и каждой цветной телевизионной камерой дополнительно установлены соответствующее правое и левое дихроичное плоское зеркало, которое оптически сопряжено через соответствующий идентичный инфракрасный линзовый компонент с дополнительно введенными соответственно правой и левой тепловизионной камерой, выходы каждой из которых подключены соответственно к правому и левому входам тепловизионной кодирующей матрицы, дополнительно введена испытательная телевизионная таблица, оптически сопряженная со светодиодным излучателем, подключенным к регулируемому источнику тока, на светодиодный излучатель сфокусирован первый линзовый компонент, оптически сопряженный через первое положение переключаемого на девяносто градусов центрального дихроичного плоского зеркала, оптически сопряженного со вторым линзовым компонентом, оптически сопряженным через правое дихроичное плоское зеркало с правой телевизионной камерой, через второе положение переключаемого на девяносто градусов центрального дихроичного плоского зеркала, первый линзовый компонент оптически сопряжен с третьим линзовым компонентом, оптически сопряженным через левое дихроичное плоское зеркало с левой цветной телевизионной камерой.
Данная задача решается благодаря тому, что в состав системы дополнительно вводятся правая и левая тепловизионные камеры, в состав системы дополнительно включена телевизионная испытательная таблица, которая вводится с помощью соответствующей оптики в поле зрения телевизионных камер.
Блок-схема предлагаемого изобретения представлена на чертеже фиг. 1. Правый объектив 1 оптически сопряжен через правое дихроичное плоское зеркало 2 с матрицей ПЗС правой ТВ камеры 3. Ее R, G, В выходы подключены к соответствующим одноименным входам кодирующей матрицы 4. Правый объектив 1 оптически сопряжен через правое дихроичное плоское зеркало 2 и правый инфракрасный (ИК) линзовый компонент 5 с фоточувствительной площадкой микроболометрической матрицы фотодетекторов правой тепловизионной камеры 6, выход которой подключен к тепловизионному входу декодирующей матрицы 4. Левый объектив 7 оптически сопряжен через левое дихроичное плоское зеркало 8 с матрицей ПЗС левой ТВ камеры 9. Ее R, G, В выходы подключены к соответствующим одноименным входам кодирующей матрицы 4. Левый объектив 7 оптически сопряжен через левое дихроичное плоское зеркало 8 и левый ИК линзовый компонент 10 с фоточувствительной площадкой микроболометрической матрицы фотодетекторов левой тепловизионной камеры 11, выход которой подключен к одноименному входу кодирующей матрицы 4. Ее выход через линию связи 12 подключен к декодирующей матрице 13, R, G, В выходы которой подключены к соответствующим R, G, В входам первого 14 и второго 15 ТВ мониторов. Перед их экранами установлены соответственно первая 16 и вторая 17 поляроидные пленки со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Экраны первого 14 и второго 15 ТВ мониторов взаимно сопрягаются с помощью установленных на выходе поляроидных пленок 16 и 17 светоделительного зеркала 18. В состав устройства входит ТВ испытательная таблица 19. Она оптически сопряжена со светодиодным излучателем 20, подключенным к регулируемому источнику тока 21. На ТВ испытательную таблицу 19 сфокусирован первый линзовый компонент 22. Он оптически сопряжен через первое положение (на фиг. 1 - сплошная линия) переключаемого на 90° центрального дихроичного плоского зеркала 23 со вторым линзовым компонентом 24, оптически сопряженным через правое дихроичное плоское зеркало 2 с матрицей ПЗС первой ТВ камеры 3. При втором положении центрального дихроичного плоского зеркала 23, отличающегося от первого положения поворотом на 90° (пунктирная линия на фиг.1) первый линзовый компонент 22 оптически сопряжен через это зеркало 23 с третьим линзовым компонентом 25, оптически сопряженным через левое дихроичное плоское зеркало 8 с матрицей ПЗС левой ТВ камеры 9.
Правая ТВ камера 3 и левая ТВ камера 9 работают в области спектра 0,4-1,1 мкм. Правая тепловизионная камера 6 и левая тепловизионная камера 11 работают в области спектра 8-12 мкм. Светодиодный излучатель 20 светит в области спектра 0,4 - 0,9 мкм. Правое 2 и левое 8 дихроичные плоские зеркала пропускают в области спектра 0,4-1,1 мкм (90% излучения) и отражает в области спектра 0,4-0,9 мкм (10% процентов излучения), а также отражают в области спектра 8-12 мкм. Экраны первого 14 и второго 15 ТВ мониторов излучают в видимой области спектра 0,38-0,78 мкм. Светоделительное плоское зеркало 18 также работает в области спектра 0,38 - 0,78 мкм, пропуская по 50% света с экрана каждого ТВ монитора 14 и 15.
Система работает следующим образом. Днем при нормальной прозрачности атмосферы работают правая 3 и левая 9 ТВ камеры. Свет от Солнца, отраженный от объекта наблюдения и окружающего его фона, приходит в правый объектив 1, проходит через правое дихроичное плоское зеркало 2 и фокусируется на матрице ПЗС первой ТВ камеры 3, создавая на матрице ПЗС изображение объекта и фона. Правая ТВ камера 3 преобразует изображение в видеосигналы R, G, В, которые поступают на соответствующие R, G, В входы кодирующей матрицы 4. Одновременно аналогичным образом свет от Солнца, отраженный от объекта и фона, приходит в левый объектив 7, проходит через левое дихроичное плоское зеркало 8 и фокусируется на матрице ПЗС левой ТВ камеры 9, создавая на ее матрице ПЗС изображение объекта и фона. Левая ТВ камера 9 преобразует изображение в видеосигналы R, G, В, которые поступают на соответствующие R, G, В входы кодирующей матрицы 4. Она кодирует видеосигналы и через линию связи 12 передает их в декодирующую матрицу 13. Она декодирует видеосигналы и подает их на соответствующие R, G, В входы первого 14 и второго 15 ТВ мониторов. Изображение с их экранов подвергается поляризации с помощью первого 16 и второго 17 поляроидов, а затем суммируется с помощью светоделительного зеркала 18. Полученное цветное стереоскопическое изображение наблюдается оператором.
При пониженной прозрачности атмосферы днем и ночью работают правая 6 и левая 11 тепловизионные камеры. Собственное тепловое излучение объекта и фона приходит в правый объектив 1. Он совместно с правым ИК линзовым компонентом 5 создает тепловое изображение объекта и фона на фоточувствительной площадке микроболометрической матрицы фотодетекторов правой тепловизионной камеры 6. При этом ИК излучение отражается от правого дихроичного зеркала 2. Правая тепловизионная камера 6 преобразует изображение в тепловизионный видеосигнал, который поступает на тепловизионный вход кодирующей матрицы 4. Тепловое излучение объекта и фона приходит также в левый объектив 7. Он совместно с левым ИК линзовым компонентом 10 создает тепловое изображение объекта и фона на фоточувствительной площадке микроболометрической матрицы фотодетекторов левой тепловизионной камеры 11. При этом ИК излучение отражается от левого дихроичного плоского зеркала 8. Левая тепловизионная камера 11 преобразует тепловое изображение в тепловизионный видеосигнал, который поступает на другой тепловизионный вход кодирующей матрицы 4. Далее система работает так, как это было описано выше. Полученное черно-белое стереоскопическое изображение наблюдается оператором. В принципе система допускает получение и цветного изображения от правой 6 и левой 11 тепловизионных камер. Однако оно будет получено не в естественных цветах, а в условных цветах, когда каждый цвет соответствует определенной градации температуры объекта. Такое псевдоцветное изображение может быть использовано в медицине и в промышленности, где оператора интересует прежде всего не естественный цвет объекта и фона, а распределение температуры по поверхности объекта.
При необходимости контроля качества изображения ТВ камер используется встроенная система контроля этого качества. Для оценки качества изображения, создаваемой правой 3 и левой 9 ТВ камерами, используется светодиодный излучатель 20. Его запускает регулируемый источник тока 21. В нем осуществляется плавная регулировка выходного тока, которая позволяет регулировать мощность излучения светодиодного излучателя 20 для получения оптимальной для оператора яркости изображения. Свет от светодиодного излучателя 20 подсвечивает телевизионную испытательную таблицу 19. Она проецируется с помощью первого линзового компонента 22 и второго линзового компонента 24 на матрицу ПЗС правой ТВ камеры 3. При этом центральное дихроичное плоское зеркало 23 находится в положении, показанном на чертеже фиг. 1 сплошной линией. Благодаря этому свет светодиодного излучателя 20 отражается от зеркала 23, затем от дихроичного плоского зеркала 2. Далее система работает так, как это было описано выше. Это позволяет контролировать качество изображения, создаваемого правой ТВ камерой 3. Для оценки качества изображения, создаваемого левой ТВ камерой 9, центральное дихроичное плоское зеркало 23 переводится во второе положение, показанное на чертеже фиг. 1 пунктиром. При этом работают совместно первый линзовый компонент 22 и третий линзовый компонент 25, которые проецируют ТВ испытательную таблицу 19 на матрицу ПЗС левой ТВ камеры 9. При этом свет последовательно отражается от центрального дихроичного плоского зеркала 23 и левого дихроичного зеркала 8. Далее система работает так, как это было описано выше. Это позволяет контролировать качество изображения, создаваемого левой ТВ камерой 9.
В настоящее время разработана принципиальная схема системы и выполнено ее макетирование.
Таким образом, благодаря тому, что в состав системы дополнительно вводятся правая и левая тепловизионные камеры, в состав системы дополнительно включена телевизионная испытательная таблица, которая вводится с помощью соответствующей оптики в поле зрения телевизионных камер, обеспечивается работа тепло-телевизионной стереоскопической системы ночью и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), с возможностью наличия встроенной системы контроля качества изображения.