ДЕТЕКТОР ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в качестве системы сбора данных о микрометеорном и пылевом окружении космических аппаратов.
Известно устройство для регистрации частиц (патент РФ RU 2027144 C1, G 01 C 3/00, 20.01.1995), содержащее оптико-механический тракт, блок регистрации, совмещенный с приемной плоскостью, блок пороговой обработки, блок вычитания изображений, блок разделения разностного изображения, блок определения параллактического смещения, процессор.
Данное устройство имеет следующие недостатки: при большом количестве наблюдаемых объектов быстродействие системы снижается из-за операций определения центров большого количества областей.
Прототипом полезной модели является детектор орбитальных космических частиц, устанавливаемый на космическом аппарате (патент французской республики FR 2814816, G 01 C 3/00, 04.05.2002 г.). Детектор, содержит две камеры на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) с установленными на них фотоусилителями и подключенные к блоку обработки информации. Фотоусилители применяются в качестве электронных затворов, обеспечивающих частоту несколько килогерц. Блок обработки информации служит для расчета размера, положения и скорости по полученным изображениям. Положение частиц определяется триангуляцией по данным двух камер.
К недостаткам детектора можно отнести большое время поиска в двух изображениях изображений одной и той же частицы. Эта операция необходима для определения положения частицы в пространстве.
При создании полезной модели поставлена задача повышения скорости обработки информации и, благодаря этому, увеличения частоты наблюдений за движением частиц, то есть повышение точности измерений.
Это достигается тем, что в детекторе, содержащем две камеры на основе ПЗС-матриц, с установленными на них фотоусилителями, и блок обработки информации, согласно полезной модели, в него дополнительно введены осветитель, подключенный к системе управления и одна камера детектора, с установленной на ней фотоусилителем, при этом камеры установлены в одной плоскости на равном расстоянии друг от друга таким образом, что оптические оси камер параллельны, а одноименные строки ПЗС-матриц лежат на одной прямой, выходы матриц соединены с блоком обработки информации.
При произвольном положении камер координаты изображений одной и той же частицы на плоскостях изображений камер зависит от ее объемных координат (x,y,z), которые заранее не известны. В связи с этим, процесс совмещения двух изображений одной и той же частицы выглядит следующим образом. Определяются массивы координат плоских положений частиц в обоих изображениях, а затем, используя уравнение пучка двух прямых, последовательно перебираются все элементы массивов. То есть для совмещения изображения каждой частицы из первой камеры с изображением во второй камере необходимо перебрать весь массив изображений частиц второй камеры, что требует больших вычислительных затрат обрабатывающего компьютера.
На фиг.1 изображена общая схема устройства.
Детектор содержит систему управления 1, подключенную к осветителям 2, камеры, установленные в одной плоскости на равном расстоянии друг от друга таким образом, что оптические оси камер параллельны, а одноименные строки ПЗС-матриц 3 лежат на одной прямой, выходы матриц соединены с блоком обработки информации 4.
Устройство работает следующим образом.
Система управления 1 выдает импульс зажигания ламп-вспышек 2. Свет ламп падает на частицу, рассеивается на ней и падает через объективы
на ПЗС-матрицы 3. ПЗС-матрицы установлены таким образом, что изображение частиц на разных матрицах падает на одноименные строки. Информация с матриц 3 поступает в блок обработки 4, в котором сигналы выделяются на фоне шумов и рассчитываются трехмерные координаты частиц, а также их скорость.
После записи информации с камер в систему обработки информации и определения координат частиц в изображениях производится поиск изображений одной частицы в разных камерах, для чего к координатам изображения частицы в первой камере и координатам изображений частиц в той же строке третьей камеры применяется условие пучка двух прямых. Если условие верно, значит эти два изображения принадлежат одной частице, далее производится расчет положения данной частицы в пространстве по данным полученного стереоизмерения и удаление информации о ней из исходного массива. Если условие неверно, то оно применяется к изображениям первой и второй камер для исключения потери частиц, изображения которых наложились в третьей камере.
Техническим результатом применения системы является массивы данных о реальном движении объектов (в частности частиц пыли). Эти данные могут дать информацию о силах, воздействующих на космические аппараты, для которых важны низкие уровни гравитации. Предлагаемая система содержит три видеокамеры, работающие синхронно, и блок обработки информации.