УСТРОЙСТВО ИМИТАЦИИ ФОНО-ЦЕЛЕВОЙ ОБСТАНОВКИ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике в оптико-электронном приборостроении, предназначена для имитации фоно-целевой обстановки для исследования и оценки характеристик двухспектральных оптико-электронных систем (ОЭС), работающих в различных диапазонах длин волн, и может быть использована для отработки алгоритмов обнаружения, селекции и сопровождения объектов регистрации.
Аналогом является система имитации обстановки инфракрасного диапазона, содержащая генератор динамической сцены, включающий банк изображений тест-объектов, банк свойств подстилающих поверхностей, банк динамических параметров, блок геометрических преобразований, блок признаков внешнего вида объектов-целей, банк физических свойств объектов, банк физических свойств атмосферы, блок синтеза изображений, конвертор видимого изображения, включающий преобразователь, широкополосный источник инфракрасного излучения, блок управления спектром инфракрасного излучения, узел преобразования фазовой модуляции инфракрасной подсветки в амплитудную, блок распознавания и аттестации, включающий оптический узел переноса синтезированного изображения, исследуемое тепловизионное приемное устройство, блок метрологической аттестации, блок распознавания, блок выделения сигнатур (Патент RU 2713614, МПК G06G 7/48, опубликован 05.02.2020).
Прототипом является система имитации инфракрасной (ИК) обстановки для математического моделирования, характеризующаяся тем, что содержит блок управления, выполненный с возможностью загрузки данных об объекте в виде математической модели путем создания набора цифровых данных, и передачи этих данных через кабельный канал связи контроллеру, связанному с DMD-матрицей (Digital Micromirror Device), выполненной с возможностью отображения на поле этой матрицы в графической форме изображения математической модели объекта, устройство подсветки инфракрасным излучением указанного изображения на поле DMD-матрицы, с которой связана оптическая система передачи потока излучения в виде проекционного устройства для передачи этих данных из апертуры в апертуру исследуемого тепловизионного приемного устройства, работающего в инфракрасном спектре излучения (Патент RU 2513674, МПК G06G 7/48 опубликован 20.04.2014 г.).
Недостатками аналога и прототипа являются ограниченные функциональные возможности из-за работы только в одном инфракрасном диапазоне длин волн, что приводит к невозможности применения этой системы для исследования и оценки характеристик двухспектральных ОЭС.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства имитации за счет обеспечения формирования фоно-целевой обстановки в двух различных диапазонах длин волн.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройство имитации фоно-целевой обстановки, содержащее первый контроллер, подключенный к первой DMD-матрице, снабженной узлом подсветки излучением первого диапазона спектра, и первую оптическую систему передачи потока излучения от первой DMD-матрицы, согласно настоящей полезной модели, дополнительно введены второй контроллер, подключенный ко второй DMD-матрице, снабженной узлом подсветки излучением второго диапазона спектра, вторая оптическая система передачи потока излучения от второй DMD-матрицы и блок согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра, выполненный с возможностью их передачи на вход исследуемой оптико-электронной системы, при этом первая и вторая оптические системы передачи потоков излучения выполнены в виде коллимационных объективов соответствующих диапазонов спектра, имеющих одинаковые фокусные расстояния и оптически сопряженных с блоком согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазона спектра, а входы первого и второго контроллеров выполнены с возможностью подключения к внешнему блоку управления и формирования цифровой модели сцены.
А также тем, что блок согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра выполнен в виде дихроичного зеркала, установленного под углом 45° к оптическим осям коллимационных объективов.
А также тем, что блок согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра выполнен в виде треугольной оптической призмы с двумя отражающими боковыми катетными гранями и двух плоских зеркал, установленных параллельно соответствующим граням призмы и сопряженно с выходными зрачками соответствующих коллимационных объективов.
А также тем, что блок согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра выполнен в виде двух пар плоских зеркал, установленных в ходе лучей соответствующих коллимационных объективов под углом 45° к их оптическим осям и перпендикулярно относительно друг друга, при этом вторые по ходу лучей зеркала в парах установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси соответствующего потока излучения на участках между зеркалами в паре.
На фигуре 1 представлена функциональная схема предложенного устройства имитации фоно-целевой обстановки.
На фигуре 2 (а, б, в) представлены оптические схемы исполнения блока согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра.
Устройство имитации фоно-целевой обстановки содержит первый контроллер 1, подключенный к первой DMD-матрице 2, снабженной узлом 3 подсветки излучением первого диапазона спектра, с которой связана первая оптическая система 4 передачи потока излучения 5 от первой DMD-матрицы 2.
Отличием предлагаемого устройства является то, что дополнительно введены второй контроллер 7, подключенный ко второй DMD-матрице 8, снабженной узлом 9 подсветки излучением второго диапазона спектра и формирующей соответствующий поток излучения, вторая оптическая система 10 передачи потока излучения 11 от второй DMD-матрицы 8 и блок 12 согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра, выполненный с возможностью передачи согласованного потока излучения 13 на вход исследуемой ОЭС 6.
Входы первого 1 и второго 7 контроллеров выполнены с возможностью подключения к внешнему блоку 14 управления и формирования цифровой модели сцены.
Блок 14 выполнен в виде управляющего устройства с установленным специальным программным обеспечением для загрузки и формирования имитируемой фоно-целевой обстановки.
Первый 1 и второй 7 контроллеры представляют собой DMD-контроллеры с разрешением обрабатываемого изображения 1920×1080 пикселей для управления широтно-импульсной модуляцией оптических потоков, соответственно 5 и 11.
Первая 2 и вторая 8 DMD-матрицы представляют собой блоки подвижных микрозеркальных модуляторов, управляемых посредством соответствующих контроллеров 1 и 7, с возможностью отображения на них в графической форме изображения математической модели сценариев фоно-целевой обстановки в оптическом диапазоне длин волн.
Модулируя излучение от узлов подсветки 3 и 9, микрозеркала создают заданное распределение энергии в конкретных точках фокальной плоскости оптических систем 4 и 10 передачи потоков излучения, имитируя тем самым, реальные оптические потоки оптического излучения объектов-целей и фона.
DMD-матрицы 2 и 8 выполнены в виде матрицы DLP 9500 с защитными окнами, прозрачными в рабочем диапазоне длин волн.
Узлы 3, 9 подсветки первой и второй DMD-матриц 2, 8 представляют собой оптические системы с источниками излучения в требуемом рабочем диапазоне спектра, обеспечивающие равномерное освещение DMD-матриц.
Первая 4 и вторая 10 оптические системы передачи, соответственно, потоков излучения первого и второго диапазонов спектра выполнены в виде коллимационных объективов, соответствующих диапазонов спектра, имеющих одинаковые фокусные расстояния для согласования потоков излучения первого и второго диапазонов спектра с одинаковым увеличением на входе и выходе блока 12 согласования.
Блок 12 согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра может быть выполнен в виде дихроичного зеркала, установленного под углом 45° к оптическим осям коллимационных объективов оптических систем 4 и 10 (фиг. 2а).
Блок 12 согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра может быть выполнен в виде треугольной оптической призмы 15 с двумя отражающими боковыми катетными гранями и двух плоских зеркал 16 и 17, установленных параллельно соответствующим граням призмы 15 и сопряженно с выходными зрачками соответствующих коллимационных объективов (фиг. 2б).
Блок 12 согласования оптических потоков излучения первого и второго диапазонов спектра может быть выполнен в виде двух пар плоских зеркал 16, 18 и 17, 19, установленных в ходе лучей соответствующих коллимационных объективов под углом 45° к их оптическим осям и перпендикулярно относительно друг друга, при этом вторые по ходу лучей зеркала 18 и 19 в парах установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси соответствующего потока излучения на участках между зеркалами в паре (фиг. 2в).
Зеркала 16 и 17 жестко закреплены и установлены под углом 45° к оптическим осям коллимационных объективов оптических систем 4 и 10.
Зеркала 16 и 17 направляют потоки излучения первого и второго диапазонов спектра от оптических систем (коллимационных объективов) 4 и 10 на зеркала 18 и 19, соответственно.
Зеркала 18 и 19 установлены с возможностью перемещения вдоль оптических осей соответствующих потоков излучения на участках между зеркалами в парах 16-18 и 17-19, что обеспечивает регулирование расстояния между выходящими из устройства оптическими потоками излучения первого и второго диапазонов спектра для оптимального согласования с входами оптических каналов исследуемой ОЭС 6.
Предложенное устройство имитации фоно-целевой обстановки предназначено для воспроизведения графической формы изображения математической модели сценариев фоно-целевой обстановки в виде оптического потока 13 в двух различных оптических диапазонах на входе исследуемой двухспектральной ОЭС 6 и может применяться для исследования двухспектральных ОЭС, работающих в различных сочетаниях диапазонов спектра: видимого, ближнего ИК, коротковолнового ИК, среднего ИК, длинноволнового ИК-диапазонов, преимущественно, в видимом и среднем ИК, видимом и длинноволновом ИК-диапазонах.
Устройство имитации фоно-целевой обстановки работает следующим образом.
В блок 14 управления и формирования цифровой модели сцены загружаются данные об объектах-целях и фоне в виде математической модели путем создания набора входных цифровых данных сценариев фоно-целевой обстановки, которые передаются через кабельные каналы связи контроллерам 1 и 7, которые управляют DMD-матрицами, соответственно 2 и 8, и задают элементам DMD-матриц различные частоты модуляции излучения в соответствии с частотно-контрастной характеристикой изображения.
Узлы 3, 9 подсветки подсвечивают излучением первого и второго рабочих диапазонов спектра соответствующие DMD-матрицы 2, 8.
Излучение первого рабочего диапазона спектра, отразившись от элементов DMD-матрицы 2, имеющих различные частоты модуляции, воспроизводит контрастное изображение фоно-целевой обстановки в первом диапазоне спектра, а излучение второго диапазона спектра, отразившись от элементов DMD-матрицы 8, имеющих различные частоты модуляции, воспроизводит контрастное изображение фоно-целевой обстановки во втором диапазоне спектра.
Через оптическую систему 4 передачи потока излучения, представляющую собой коллимационный объектив, графическая форма изображения фоно-целевой обстановки в виде оптического потока 5 излучения первого диапазона спектра переносится в блок 12 согласования оптических потоков излучения.
Через оптическую систему 10 передачи потока излучения, представляющую собой также коллимационный объектив, графическая форма изображения фоно-целевой обстановки в виде оптического потока излучения второго диапазона спектра 11 переносится в блок 12 согласования излучения.
За счет выполнения коллимационных объективов оптических систем 4, 10 передачи потоков излучения с одинаковыми фокусными расстояниями достигается согласование потоков излучения первого и второго диапазонов спектра с одинаковым увеличением на входе и выходе блока 12 согласования.
Блок 12 согласования излучения с оптических систем 4 и 10 передачи потоков 5, 11, соответственно первого и второго диапазонов спектра, направляет эти оптические потоки на вход исследуемой тепло-телевизионной ОЭС 6.
Исполнение блока 12 согласования излучения по варианту, представленному на фигуре 2а, позволяет применять устройство для исследования тепло-телевизионных систем 6 с общим входным зрачком для ее оптических каналов.
Исполнение блока 12 согласования излучения по варианту, представленному на фигуре 2б, позволяет применять устройство для исследования тепло-телевизионных систем 6 с оптическими каналами, расположенными друг от друга на фиксированном расстоянии.
Исполнение блока 12 согласования излучения по варианту, представленному на фигуре 2в, за счет перемещения вторых по ходу лучей зеркал 18 и 19 вдоль оптической оси соответствующего потока излучения на участках между зеркалами 16-18 и 17-19 в соответствующих парах позволяет применять устройство для исследования двухспектральных систем 6 с оптическими каналами, расположенными друг от друга на различных расстояниях.
Таким образом, выполнение устройства имитации фоно-целевой обстановки в соответствии с предложенным техническим решением, позволяет расширить его функциональные возможности за счет обеспечения формирования фоно-целевой обстановки в двух требуемых диапазонах спектра для исследования характеристик двухспектральных оптико-электронных систем.