УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРУГОВОГО СКАНИРОВАНИЯ

Устройство для кругового сканирования предназначено для использования в оптических системах обзора местности и обнаружения объектов, в частности в системах ввода в ЭВМ изображений и других пространственных распределений светового потока.
Устройства для кругового сканирования известны (см. №.2024941 (РФ) / В.М.Игнатьев, Е.В.Ларкин, Н.И.Савин. Устройство для считывания информации с фотоносителя. - G06К 11/00/ - 15.12.94. - Бюл. №23). В известное устройство входит многоэлементный фоточувствительный прибор, имеющий оптическую связь через объектив и узел оборачивания изображений с источником видеосигнала, узел оборачивания изображений через первую механическую передачу подсоединен к приводу, подключенному к одному из выходов блока управления.
К недостаткам известного устройства относится наличие узла оборачивания изображений, реализованного в виде призмы Дове, которая дает повышенные аберрации в сходящихся пучках света, что не позволяет применять длиннофокусные объективы без увеличения габаритов устройства, а следовательно ограничивает разрешающую способность устройства при сканировании изображений.
Из известных наиболее близким по технической сущности заявляемому (прототипом) является устройство для кругового сканирования. - №2007128502/28(031035) от 24.07.2007 - G02B 26/10 (2006.01) / Живов Е.А., Ларкин Е.В., Летяго А.Г., Прядко В.И., Стоналов С.В., Утехин А.Н., Цудиков М.Б. В известное устройство входит объектив, узел оборачивания изображений, первая механическая передача, привод, имеющий кинематическую связь через вторую механическую передачу с узлом оборачивания изображений, и подключенный к первому выходу блока управления, второй выход и первый вход которого подключены, соответственно, к входу и выходу многоэлементного фоточувствительного прибора, а третий вход подключен к выходу первого датчика положения, поворотное зеркало и второй датчик положения. Поворотное зеркало расположено под углом к источнику видеосигнала и главной оптической оси объектива, расположенного между поворотным зеркалом и узлом оборачивания изображений, содержащим первое, второе и третье зеркала, жестко закрепленные во вращающемся корпусе таким образом, что второе зеркало расположено параллельно оси вращения корпуса узла оборачивания изображений, а первое и третье зеркала расположены под равными углами к оси вращения корпуса и ко второму зеркалу, при этом прямая пересечения плоскостей первого и третьего зеркал параллельна второму зеркалу и перпендикулярна оси вращения корпуса, проходящей через центры первого и третьего зеркал и совпадающей с осью вращения первого зеркала и главной оптической осью объектива, выходы первого и второго датчиков положения подключены к третьему и четвертому входам блока управления, а входы имеют кинематическую связь, соответственно, с корпусом блока оборачивания изображений и поворотным зеркалом, имеющим кинематическую связь через первую механическую передачу с приводом, причем первая и вторая механические передачи имеют взаимное передаточное отношение плюс 2:1.
Недостатком прототипа является невысокая технологичность и большие габаритные размеры устройства.
Задача изобретения - повышение технологичности, уменьшение габаритов устройства для кругового сканирования.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для кругового сканирования, содержащее многоэлементный фотоэлектронный преобразователь, поворотное зеркало, имеющее оптическую связь с объективом и кинематическую связь через механическую передачу с приводом, подключенным к первой группе выходов блока управления, вторая группа выходов блока управления подключена к интерфейсу, а первая группа входов блока управления подключена к датчику положения поворотного зеркала, введен блок электронной компенсации поворота изображения, выходы которого подключены ко второй группе входов блока управления, а входы к выходам многоэлементного фотоэлектронного преобразователя, оптический вход которого имеет оптическую связь непосредственно с объективом.
Сущность изобретения поясняется рисунками:
на фиг.1 приведена функциональная схема устройства;
на фиг.2 показана структура изображения, формируемая многоэлементным фотоэлектронным преобразователем при повороте;
на фиг.3 показан расчет яркости пикселя α;
на фиг.4 показан расчет яркости пикселя β.
Устройства состоит из следующих элементов: поворотное зеркало 1, вставленное в оправку 2, оптически связано с объективом 3,кинематически связано через механическую передачу 4 с приводом 5 при помощи подшипника 6 и оптически связано с многоэлементным фотоэлектронным преобразователем 7, имеющим связь с электронным блоком компенсации поворота изображения 8, подключенным к блоку управления 9, на вход которого подается сигнал с датчика положения 10, а выходы подключены к интерфейсу ЭВМ 11 и приводу.
На фиг.2 в структуре изображения, формируемого многоэлементным фотоэлектронным преобразователем при повороте показаны: 12, 13 - оси исходной системы координат; 14, 15 - оси формируемой системы координат; 16 - пиксель в исходной системе координат; 17 - пиксель в формируемой системе координат.
α
α
β
β
На фиг.3, фиг.4 представлен пересчет яркости пикселей в исходной системе координат в яркости пикселей изображения в формируемой системе координат и показаны: 18 - пиксель α с координатами (I, J); 19 - пиксель β с координатами (I, J); 20 - пиксель с координатами (i, j); 21 - пиксель с координатами (i+Δ, j); 22 - пиксель с координатами (i+Δ, j+Δ); 23 - пиксель с координатами (i, j+Δ). При этом считается, что пиксели исходной системы координат расположены в узлах квадратной сетки, а пиксели формируемой системы координат занимают произвольное положение на плоскости.
Устройство работает следующим образом.
Оптико-механический узел работает в старт-стопном режиме. В начальный момент времени с помощью датчика 10 зеркало 1 устанавливают в положение, при котором горизонталь земной системы координат параллельна короткой стороне кадра. Производится сканирование пространства, в результате которого световой пучок от объекта, отразившись от поворотного зеркала 1, попадает во входной зрачок объектива 3, после чего преобразуется в сходящийся световой пучок, который фокусируется на оптических входах многоэлементного фотоэлектронного преобразователя 7. В частности, многоэлементный фотоэлектронный преобразователь 7 может быть выполнен в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью, использованного в АС №1726989. На управляющий вход многоэлементного фотоэлектронного преобразователя 7 с блока управления 9 подаются управляющие сигналы. Под действием входных сигналов на выходе многоэлементного фотоэлектронного преобразователя формируется видеосигнал, который через блок управления 9 и интерфейс 11 передаются во внешнюю ЭВМ.
После этого через блок управления с внешней ЭВМ подается сигнал на вход привода 5, который через механическую передачу 4 осуществляет вращение поворотного зеркала. Механическая передача 4 сконструирована таким образом, что обеспечивает вращение поворотного зеркала 2 в разные стороны.
При этом производится поворот изображения в плоскости многоэлементного фотоэлектронного преобразователя 7 (фиг.2), который подает сигнал на входы электронного блока компенсации поворота 8, осуществляющего программный поворот изображения.
Программный поворот изображения осуществляется следующим образом. Разобьем каждый квадрат сетки пикселей, лежащий между координатами i и i+Δ, на два треугольника диагоналями, ведущими, например, из левого нижнего в правый верхний пиксель. Левый нижний пиксель 23 имеет координаты (i, j+Δ), правый верхний пиксель 21 имеет координаты (i+Δ, j). Местоположение пикселей относительно треугольников определяется следующими системами неравенств:
α
α
α
α
I≥i, J≥j, I+J-i-j-Δ≤0;
β
β
β
β
I≤i+Δ, J≤j, I+J-i-j-Δ≥0.
1
1
2
2
3
3
1
1
1
2
2
2
3
3
3
1
1
1
2
2
2
3
3
3
Рассчитаем яркость пикселя, лежащего внутри треугольника с координатами (i, j), (i, j), (i, j). Пусть пиксель с координатами (i, j) имеет яркость η, пиксель с координатами (i, j) имеет яркость η, а пиксель с координатами (i, j) имеет яркость η. Тогда в пространстве (i, j, η) координаты/яркость через три точки (i, j, η), (i, j, η), (i, j, η) можно провести плоскость
В рассматриваемом пространстве пиксель, лежащий внутри треугольника, принадлежит также рассматриваемой плоскости. Тогда яркость этого пикселя будет определяться выражением:
В контексте данной задачи местоположение начального пикселя несущественно, поэтому можно считать координаты пикселя, лежащего в вершине прямого угла, равными (0, 0). С учетом этого выражение для пикселя α будет иметь вид:
α
α
β
β
где при расчете яркости пикселя α считается, что первый пиксель 20 лежит в вершине прямого угла, второй пиксель 21 лежит вправо по горизонтали от первого, а третий пиксель 23 лежит вниз по вертикали от первого; при расчете яркости пикселя β считается, что первый пиксель 22 лежит в вершине прямого угла, второй пиксель 23 лежит влево по горизонтали от первого, а третий пиксель 21 лежит вверх по вертикали от первого; при расчете яркости пикселя α отсчет координаты i идет от первого пикселя 20 вправо, отсчет координаты j идет от первого пикселя 20 вниз; при расчете яркости пикселя β отсчет координаты i идет от первого пикселя 22 влево, отсчет координаты j идет от первого пикселя 22 вверх.
Таким образом, для пересчета значения яркости одного пикселя нужно выполнить три операции умножения, четыре операции сложения и одну операцию деления. Общая вычислительная сложность алгоритма будет определяться объемом формируемого изображения.
Предлагаемое устройство просто в эксплуатации и способно производить сканирование пространства при обеспечении неподвижности многоэлементного фотоэлектронного преобразователя, что позволяет применять его в качестве средства наблюдения местности в широком диапазоне углов, вплоть до 360 градусов.