УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКОРОСТНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Полезная модель относится к телевизионной технике и может использоваться в системах скоростной цифровой видеосъемки для передачи и обработки видеосигналов быстропротекающих процессов.
Известно устройство для скоростной регистрации изображений [1], содержащее корпус с несущими конструктивными элементами, в корпусе размещены электронный блок обработки видеоинформации, связанный через соединительный разъем с кабелем связи, входной объектив, оптический вход которого связан с изображением регистрируемого объекта, а выход - с каналом обработки видеоинформации, содержащим оптически связанные фокусирующий объектив и электронно-оптический преобразователь, а также модуль управления, коллимирующий объектив, вход которого оптически связан с выходом входного объектива, разделительную призму, два зеркала, распорный элемент и второй канал обработки видеоинформации с соответствующими фокусирующим объективом, электронно-оптическим преобразователем и модулем управления, при этом выходы модулей управления каналов обработки информации подключены к входам электронного блока обработки видеоинформации, разделительная призма установлена на оптической оси коллимирующего объектива, отражательные грани разделительной призмы оптически связаны с зеркалами, установленными под углом 45° к продольной оси устройства и связанными с оптическими входами фокусирующих объективов каналов обработки видеоинформации, несущие конструктивные элементы выполнены в виде двух опорных плит, установленных ортогонально продольной оси устройства и закрепленных на верхней и нижней стенках корпуса, при этом распорный элемент закреплен между упомянутыми опорными плитами, разделительная призма и зеркала установлены на первой опорной плите со стороны коллимирующего объектива, фокусирующие объективы расположены между указанными плитами, электронно-оптические преобразователи установлены на задней стороне второй опорной плиты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для скоростной регистрации изображений [2], содержащее электронный блок обработки видеоинформации, входной объектив, оптический вход которого связан с изображением регистрируемого объекта, а выход - со входом коллимирующего объектива, выход которого связан через разделительную призму и зеркала с каналами обработки видеоинформации, каждый из которых содержит модуль управления, выход которого подключен к входам электронного блока обработки видеоинформации, и оптически связанные фокусирующий объектив и электронно-оптический преобразователь, причем устройство выполнено четырехканальным, а разделительная призма, установленная на оптической оси коллимирующего объектива, выполнена с четырьмя симметрично расположенными отражательными гранями, оптически связанными с четырьмя зеркалами, установленными под углом 45° к продольной оси устройства и связанными с оптическими входами фокусирующих объективов каналов обработки видеоинформации.
Разделительная призма и зеркала образуют оптический узел деления изображения.
Известные устройства [1,2] обладают недостаточным быстродействием, обусловленным малым числом каналов обработки видеоинформации, что ограничивает возможности при видеосъемке процессов, протекающих в наносекундном диапазоне.
Кроме того, в известных устройствах каждый из каналов обработки информации содержит дополнительный фокусирующий объектив, что усложняет техническую реализацию, юстировку оптической системы и настройку оборудования.
Технический результат, заключающийся в повышении быстродействия при регистрации быстропротекающих процессов в наносекундной области, а также в упрощении юстировки и настройки оптической системы устройства, достигается в предлагаемом устройстве для скоростной регистрации изображений, содержащем входной объектив, оптически связанный с изображением регистрируемого объекта, оптический узел деления изображения на п каналов, оптические выходы которого связаны с оптическими входами блоков преобразования изображений в видеосигналы, каждый из которых содержит электронно-оптический преобразователь и электронные модули формирования управляющих и информационных сигналов, тем, что оно содержит проекционный объектив, расположенный между входным объективом и узлом деления изображения, причем устройство выполнено с числом каналов n≥8, при этом плоскости сфокусированных проекционным объективом п изображений совмещены с фотокатодами электронно-оптических преобразователей блоков преобразования изображений в видеосигналы, выходы которых связаны через волоконно-оптическую линию связи с п-канальным интерфейсным модулем с обеспечением информационной связи с электронной вычислительной машиной.
При этом в предлагаемом варианте реализации оптический узел деления изображения содержит разделительную призму с n≥8 симметрично расположенными боковыми отражающими гранями и зеркала, оптически связанные с боковыми гранями разделительной призмы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана функциональная схема устройства;
на фиг. 2 приведена схема блоков преобразования изображений в видеосигналы;
на фиг. 3 изображено устройство в собранном виде со снятым защитным кожухом и частичным вырезом по оси объективов.
Устройство (фиг. 1) содержит последовательно расположенные на одной оптической оси входной объектив 1, проекционный объектив 2, оптический узел 3 деления изображения на n каналов, блоки 4 преобразования изображений в видеосигналы, п-канальную волоконно-оптическую линию 5 связи и интерфейсный модуль 6, предназначенный для информационной связи с ЭВМ 7.
Оптический узел 3 деления изображения (фиг. 1) содержит разделительную призму 8 с симметрично расположенными боковыми отражающими гранями и зеркала 9, оптически связанные с боковыми гранями разделительной призмы.
На фиг. 1 пунктирной линией обозначена плоскость фокусировки 10 входного объектива 1 и плоскость 11 фокусировки проекционного объектива 2, имеющего удлиненный задний фокальный отрезок.
Каждый из блоков 4 преобразования изображений в видеосигналы (фиг. 2) содержит электронно-оптический преобразователь 12, высоковольтный источник 13 питания, микропроцессорный контроллер 14 управления и формирователь 15 управляющих сигналов.
Оптические выходы узла 3 деления изображения связаны с оптическими входами блоков 4 преобразования изображений в видеосигналы.
Устройство выполнено с числом каналов n≥8.
Плоскость 11 сфокусированных проекционным объективом n изображений совмещены с фотокатодами 15 (фиг. 3) электронно-оптических преобразователей 12. Выходы блоков 4 преобразования изображений в видеосигналы связаны через волоконно-оптическую линию связи 5 с п-канальным интерфейсным модулем 6 с обеспечением информационной связи с электронной вычислительной машиной 7.
Устройство работает следующим образом.
После включения устройства и запуска программы управления, производится установка параметров каждого канала (длительность затвора ЭОП, задержка его срабатывания, коэффициент усиления ЭОП и др.).
Изображение поступает на входной объектив 1 с плоскостью фокусировки 10 и через проекционный объектив переносится на оптический узел 3 деления изображения, где посредством призмы 8 и зеркал 9 разделяется и подается в плоскости 11 на фотокатоды 15 электронно-оптических преобразователей (ЭОП) 12 с ПЗС-матрицей (на чертежах не показана).
При съемке быстропротекающего процесса в предлагаемом устройстве реализуется метод синхронной высокоскоростной съемки по n≥8 каналам, которые работают попеременно и переключаются с помощью программируемых микропроцессорных контроллеров 14 блоков 4. В то время, когда происходит обработка предыдущего кадра видеоинформации в одном канале, другой канал может начать принимать и обрабатывать следующий кадр видеоинформации.
Источник 13 питания обеспечивает необходимые энергетические параметры ЭОП 12. Формирователь 15 управляющих сигналов обеспечивает формирование сигналов считывания и стробирования ПЗС-матрицы по заданной временной диаграмме. Программируемый микропроцессорный контроллер 14 обеспечивает импульсное управление затвором ЭОП 12 и управление временными параметрами экспозиции и ее задержки относительно пускового сигнала, а так же регулировку коэффициента усиления ЭОП 12.
-8
ЭОП 12 с наносекундным затвором обеспечивают преобразование изображения процесса или движущегося с большой скоростью объекта (снаряда, пули или другого объекта) с временем экспозиций до 10 с.
Объем буферной памяти ПЗС-матрицы позволяет обеспечить покадровую запись изображений объектов с необходимой дискретностью и качеством.
Регистрируемое изображение в каждом из каналов фокусируется на фотокатоде 13 ЭОП 12. В момент прихода пускового импульса (ПУСК) через установленное время задержки открывается затвор ЭОП 12 на установленное время. Одновременно формируется импульс, переводящий ПЗС-матрицу в режим накопления. На выходе (СИНХР) блока 4 формируется импульс, фронт которого упреждает на 15-20 не момент открытия затвора ЭОП.
Каждый из n блоков 4 регистрирует кадры регистрируемого изображения, которые запоминаются на кристалле ПЗС. Передача данных осуществляется через линию 5 связи и интерфейсный модуль 6, предназначенный для информационной связи через волоконно-оптический кабель (на чертежах не показан) в удаленную ЭВМ 7 для обработки изображений динамических процессов.
При числе каналов n=8 каждый из блоков 4 регистрирует два последовательных независимых кадра с интервалом от 2 мкс. Таким образом, при последовательном срабатывании каналов от первого до восьмого с интервалом 250 не, повторное срабатывания первого канала произойдет как раз через 2 мкс.
Увеличение числа каналов до n=16 позволяет обеспечить съемку еще более быстропротекающих динамических процессов.
Предлагаемая полезная модель позволяет регистрировать быстропротекающие процессы за более короткое время, чем в прототипе [2], а также улучшить юстировку оптической системы и настройку оборудования, поскольку в отличие от прототипа не требуется наличие в каждом из каналов фокусирующих объективов, а передача регистрируемого изображения осуществляется проекционным объективом непосредственно на фотокатоды ЭОП в каждом канале.
Устройство представляет собой компактную переносную конструкцию с защитным кожухом (на фиг. 3 не показан).
Оптические узлы (объективы 1, 2, призма 8, зеркала 9) являются стандартными и изготавливаются на предприятиях оптической промышленности.
Электронно-оптические преобразователи 12 являются матричными твердотельными фоточувствительными приборами, которые изготавливаются на предприятиях электронной техники. Электронные узлы и элементы устройства для скоростной регистрации изображений реализованы на элементах цифровой вычислительной техники, находящихся в серийном изготовлении.
Устройство прошло промышленные испытания, может быть многократно воспроизведено и соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники информации:
1. Патент РФ на полезную модель №63153, М. Кл. H04N, 5/235, опублик. 10.05.2007.
2. Патент РФ на полезную модель №81613, М. Кл. H04N, 5/235, опублик. 20.03.2009 г.