Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения с дневным телевизионным каналом

Предлагаемое устройство относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения и прицеливания.
Известен активно-импульсный прибор ночного видения (АИ ПНВ) (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д. Техническое зрение. Инновации. М., Техносфера, 2014, 840 с., с. 407, рис. 4.4.1). Данное устройство реализуется в виде AT ПНВ ННП-130 (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М, Новости, 2009, 840 с., с. 292, рис. 4.1.4а.). Устройство содержит импульсный лазерный осветитель, содержащий блок накачки, подключенный к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован объектив формирования излучения, блок стробирования, состоящий из задающего генератора импульсов, первый выход которого подключен к блоку накачки, а второй выход через блок регулируемой задержки подключен к формирователю стробирующих импульсов, блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси ночного объектива, узкополосного фильтра, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, и окулярной системы. При этом выход формирователя стробирующих импульсов подключен к микроканальной пластине. Недостатком устройства является повышенное утомление оператора из-за необходимости наблюдать в окулярную систему, невозможность дистанционной передачи изображения и его дублирования, невозможность цифровой обработки изображения в реальном масштабе времени, невозможность наблюдения в дневных условиях, потери времени при переключении устройства из пассивного в активно-импульсный режим работы.
Известен наиболее близкий аналог предлагаемой полезной модели, принятый за прототип АИ телевизионный (ТВ) ПНВ (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д. Техническое зрение. Инновации. М., Техносфера, 2014, 840 с., с. 19, рис. 1.1.6). Данное устройство реализуется в виде АИ ТВ ПНВ ОАО «НПО «Геофизика-НВ» (см. Активно-импульсная оптико-телевизионная камера повышенной дальности действия. Проспект ОАО «НПО «Геофизика-НВ», РФ, М., 2018). Устройство содержит импульсный лазерный осветитель, содержащий блок накачки, подключенный к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на который сфокусирован объектив формирования излучения, блок стробирования, состоящий из задающего генератора импульсов, первый выход которого подключен к блоку накачки, а второй выход через блок регулируемой задержки подключен к формирователю стробирующих импульсов, блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси ночного объектива, узкополосного фильтра, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, оптики переноса, содержащей первый и второй линзовые компоненты и ТВ камеры, подключенной к ТВ монитору. При этом выход формирователя стробирующих импульсов подключен к микроканальной пластине. В данном устройстве благодаря применению ТВ канала снижается утомляемость оператора за счет наблюдения не через окулярную систему, а с экрана ТВ монитора. Благодаря ТВ каналу стало возможной цифровая обработка изображения в реальном масштабе времени и соответственно повышение его качества, обеспечивается дистанционная передача изображения и его дублирования. Однако по-прежнему сохраняется невозможность наблюдения в дневных условиях, потери времени при переключении устройства из пассивного в активно-импульсный режим работы.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение наблюдения в дневных условиях с возможностью снижения времени переключения устройства из пассивного в активно-импульсный режим работы.
Указанный технический результат достигается за счет дополнительного введения дневного телевизионного канала и ввода телевизионного видеосигнала в пороговое устройство, которое в случае обнаружения объекта наблюдения в пассивном режиме переключает устройство из пассивного режима работы в активно-импульсный режим без вмешательства оператора.
Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения, содержащий импульсный лазерный осветитель, содержащий блок накачки, подключенный к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, и сфокусированный на него объектив формирования излучения, блок стробирования, состоящий из задающего генератора импульсов, первый выход которого подключен к блоку накачки, а второй выход через блок регулируемой задержки подключен к формирователю стробирующих импульсов, блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси ночного объектива, узкополосного фильтра, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, к которой подключен выход формирователя стробирующих импульсов, оптики переноса, состоящей из первого линзового компонента, сфокусированного на экран электронно-оптического преобразователя, и второго линзового компонента, сфокусированного на матрицу прибора с зарядовой связью (ПЗС) телевизионной камеры, подключенной к телевизионному монитору, отличающийся тем, что дополнительно содержит дневной канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси дневного объектива, сетки, линзовой оборачивающей системы, содержащей первый и второй линзовые блоки, между которыми установлено плоское зеркало, причем первый линзовый блок сфокусирован на сетку, установленную в задней фокальной плоскости дневного объектива, а второй линзовый блок оптически сопряжен через дополнительно введенную куб-призму с первым линзовым компонентом оптики переноса, экран электронно-оптического преобразователя оптически сопряжен через куб призму и дополнительно введенную вторую оптику переноса с дополнительно введенной второй телевизионной камерой, подключенной через дополнительно введенное пороговое устройство ко входу задающего генератора, причем вторая оптика переноса содержит третий линзовый компонент, сфокусированный на экран электронно-оптического преобразователя, а четвертый ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС второй телевизионной камеры, перед ночным объективом установлена первая телескопическая насадка Галилея с возможностью ее вывода из хода лучей, перед дневным объективом установлена вторая телескопическая насадка Галилея с возможностью ее вывода из хода лучей, причем корпус первой телескопической насади Галилея кинематически связан с дополнительно введенным электромеханическим блоком, ко входу которого подключен первый выход задающего генератора импульсов.
Блок-схема предлагаемого устройства представлена на чертеже фиг. 1. Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения (АИ ТВ ПНВ) содержит импульсный лазерный осветитель (ИЛО) 1. Он состоит из блока накачки 2, выход которого подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю (ИЛПИ) 3. На него сфокусирован объектив формирования излучения (ОФИ) 4. В состав устройства входит блок стробирования 5.Он содержит задающий генератор импульсов (ЗГИ) 6, первый выход которого подключен ко входу блока накачки 2, а второй выход подключен через блок регулируемой задержки (БРЗ) 7 к формирователю стробирующих импульсов (ФСИ) 8. Устройство содержит блок наблюдения 9. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси телескопической (ТС) первой насадки Галилея 10 с возможностью ее вывода из хода лучей, кинематически связанной с выходом электромеханического блока 11, ко входу которого подключен первый выход ЗГИ 6, ночного объектива 12, узкополосного фильтра 13, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) 14 с микроканальной пластиной (МКП) 15, куб-призмы 16 с гипотенузной гранью 17, первой оптики переноса 18, содержащей первый линзовый компонент 19 и второй линзовый компонент 20, телевизионной (ТВ) камеры 21, подключенной к ТВ монитору 22. При этом первый линзовый компонент 19 сфокусирован на экран ЭОП 14, а второй линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС ТВ камеры 21. Устройство содержит дневной канал 23, состоящий из последовательно установленных на оптической оси второй ТС насадки Галилея 24 с возможностью ее вывода из хода лучей, дневного объектива 25, сетки 26, оборачивающей системы 27, содержащую первую линзовую сборку 28 и вторую линзовую сборку 29, между которыми установлено плоское зеркало 30. При этом первая линзовая сборка 28 сфокусирована на сетку 26, находящуюся в задней фокальной плоскости дневного объектива 25, а вторая линзовая сборки 29 оптически сопряжена через гипотенузную грань 17 куб-призмы 16 и через первую оптику переноса 18 с первой ТВ камерой 21. Экран ЭОП 14 оптически сопряжен через гипотенузную грань 17 куб-призмы 16 и вторую оптику переноса 31 со второй ТВ камерой 34. При этом третий линзовый компонент 32 сфокусирован на экран ЭОП 14, а четвертый линзовый компонент 33 сфокусирован на матрицу ПЗС второй ТВ камеры 34. Ее выход через пороговое устройство 35 подключен ко входу ЗГИ 6.
Фотокатод ЭОП 14 работает в области спектра 0,4-0,9 мкм. Узкополосный фильтр пропускает излучение на длине волны 0,85 мкм, а ИЛПИ 3 излучает на этой длине волны. Дневной канал работает в области спектра 0,38-0,78 мкм, а матрицы ПЗС первой 21 и второй 34 ТВ камер работают в области спектра 0,4-1,1 мкм. Гипотенузная грань 17 куб-призмы 16 отражает 50% излучения в области спектра 0,38-0,78 мкм и пропускает 50% излучения в той же области спектра.
х
х
Устройство работает следующим образом. При его функционировании днем солнечный свет, отражаясь от объекта наблюдения и окружающего его фона, приходит в дневной объектив 25 дневного канала 23. При этом вторая ТС насадка Галилея 24 выведена из хода лучей. Дневной объектив 25 создает перевернутое изображение объекта и фона в своей задней фокальной плоскости, совпадающей с первой по ходу лучей оптической поверхности сетки 26. Она служит для визирования на объект и для грубого измерения дальности до него. Далее изображение с помощью оборачивающей системы 27, ее первой 28 и второй 29 линзовой сборок, а также плоского зеркала 30 переносится в заднюю фокальную плоскость второй линзовой сборки 29. Она с помощью гипотенузной грани 17 куб-призмы 16 совмещена с передней фокальной плоскостью первого линзового компонента 19 первой оптики переноса 18. Ее второй линзовый компонент 20, сфокусированный на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 21, создает на этой матрице изображение объекта и фона. ТВ камера 21 преобразует изображение в видеосигнал. Он поступает в ТВ монитор 22, с экрана которого оператор наблюдает изображение. При этом оператор осуществляет поиск и обнаружение объекта в широком угле поля зрения, например, 15×10°. Для распознавания объекта в ход лучей дневного канала 23 перед дневным объективом 25 вводится вторая ТС насадка Галилея 24. Она позволяет повысить увеличение дневного канала 23 в число крат, равное увеличению второй ТС насадки Галилея 24, например, Г=5. Тогда соответственно увеличится дальность действия дневного канала при одновременном сокращении его угла поля зрения. Например, если Г=5, то угол поля зрения будет равен 3×2°.
х
При работе ночью в пассивном режиме включается блок наблюдения 9. При этом ТС насадка Галилея 10 выведена из хода лучей с помощью электромеханического блока 11. Излучение от звезд и луны, определяющее уровень естественной ночной освещенности (ЕНО), отражается от объекта и фона и приходит в ночной объектив 12. При этом узкополосный фильтр 13 выведен из хода лучей. Ночной объектив 12 создает изображение цели и фона на фотокатоде ЭОП 14. Он преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 15. Изображение с экрана ЭОП 14 передается через куб-призму 16 и первую оптику переноса 18 на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 21. Она преобразует изображение в видеосигнал, который поступает в ТВ монитор 22. С его экрана оператор наблюдает изображение, осуществляя поиск и обнаружение объекта в широком угле поля зрения, например, 15×10°. Одновременно изображение с экрана ЭОП 14 с помощью отражения от гипотенузной грани 17 куб-призмы 16 и второй оптики переноса 31 с ее третьим линзовым компонентом 32 и четвертым линзовым компонентом 33 передается на матрицу ПЗС второй ТВ камеры 34. Она преобразует изображение в видеосигнал, который поступает в пороговое устройство 35. В случае обнаружения объекта видеосигнал превышает некоторый пороговый уровень порогового устройства 35. Оно срабатывает и выдает соответствующий сигнал на вход ЗГИ 6. При этом включается активно-импульсный (АИ) режим работы устройства. ЗГИ 6 с первого своего выхода выдает сигнал на вход электромеханического блока 11. Он срабатывает и устанавливает первую ТС насадку Галилея 10 в ход лучей блока наблюдения 9, тем самым повышая его увеличение в число крат, равное увеличению этой же насадки 10, например, Г=5 для обеспечения распознавания объекта, обнаруженного в пассивном режиме работы устройства. При этом угол поля зрения уменьшится до 3×2°, равному углу подсвета ИЛО.
1. Одновременно с первого выхода ЗГИ 6 подает синхроимпульсы на вход блока накачки.
2. Он создает на выходе соответствующий импульсы тока накачки, которые подаются в ИЛПИ 3. При этом ИЛПИ 3 генерирует импульсы излучения на длине волны 0,85 мкм. Излучение ИЛПИ 3 коллимируется с помощью ОФИ 4, создавая на объекте пятно подсвета. Импульсы излучения, отраженные от объекта, приходят на вход первой ТС насадки 10, которая передает их на вход ночного объектива 12. При этом узкополосный фильтр 13 с рабочей длиной волны 0,85 мкм и полушириной спектра, равной полуширине спектра ИЛПИ 3 вводится в ход лучей. На фотокатоде ЭОП 14 создается импульсное изображение объекта. Одновременно с подачей синхроимпульсов с первого выхода ЗГИ 6 со второго его выхода подаются синхроимпульсы на вход БРЗ 7, в котором оператором вводится плавно регулируемая задержка. С выхода БРЗ 7 сигнал подается в ФСИ 8. Он обеспечивает до момента прихода импульса излучения на фотокатод ЭОП 14 запирание МКП 15 напряжением постоянного смещения. В момент прихода импульса излучения на фотокатод ЭОП 14 ФСИ 8 отпирает МКП 15 на время, равное или несколько превышающее длительность импульсов излучения подсвета. При этом ЭОП 14 преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 15. Изображение объекта с экрана ЭОП 14 передается с помощью первой оптики переноса 18 на матрицу ПЗС первой ТВ камеры 21, а затем в ТВ монитор 22 так, как это было описано выше. Как только величина задержки между моментом запуска блока накачки 2 и моментом прихода импульса излучения подсвета, отраженного от объекта, на фотокатод ЭОП 14, окажется равной времени прохождения импульсом излучения от устройства до объекта и обратно, оператор увидит изображение и распознает его.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, за счет дополнительного введения дневного телевизионного канала и ввода телевизионного видеосигнала в пороговое устройство, которое в случае обнаружения объекта наблюдения в пассивном режиме переключает устройство из пассивного режима работы в активно-импульсный режим без вмешательства оператора, обеспечивается наблюдение в дневных условиях с возможностью снижения времени переключения устройства из пассивного в активно-импульсный режим работы.