ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, более конкретно - к телевизионным системам наблюдения, работающим в дневное время суток или в сумерках.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является телевизионная система наблюдения [1], содержащая установленные последовательно на одной оси объектив, виньетирующий элемент и расположенный в его фокальной плоскости матричный приемник оптического излучения, например, на основе ПЗС-матрицы, с электронным устройством формирования видеосигнала, имеющим выход для подключения к монитору.
Основными недостатками известной телевизионной системы наблюдения являются невозможность во многих случаях получения высококачественного изображения малоконтрастных удаленных объектов, расположенных на земной поверхности, например, при наличии ярких (бликующих) объектов в поле зрения или при наличии солнца вблизи от угла поля зрения телевизионной системы, что обусловлено отсутствием элементов подавления негативных факторов, таких как рассеянное излучение, блики от поверхностей оправ объектива, линз и др. Виньетирующий элемент в виде шторки позволяет частично решить задачу повышения контраста цели в случае яркого неба, но не обеспечивает повышение контраста в случаях произвольного расположения ярких объектов относительно поля зрения. Кроме того, практическое применение данной телевизионной системы ограничено многими внешними условиями, например, она может работать только в условиях ограниченного диапазона освещенностей, так как не имеет элементов регулировки освещенности. Также отсутствует возможность повышения контраста наблюдаемой цели в зависимости от особенностей фона, на котором она наблюдается (песок, трава, лес и т.д.). Указанные недостатки во многих практических случаях снижают дальность обнаружения и распознавания наблюдаемых объектов и ограничивают возможность использования телевизионной системы.
Задачами полезной модели являются увеличение дальности обнаружения и распознавания объектов путем повышения контраста изображения в плоскости матричного приемника оптического излучения, а также обеспечение возможности использования телевизионной системы в условиях сложной фоно-целевой обстановки.
Для решения указанной задачи в телевизионную систему наблюдения, содержащую установленные последовательно и оптически связанные объектив, виньетирующий элемент и расположенный в фокальной плоскости объектива матричный приемник оптического излучения с электронным устройством формирования видеосигнала, имеющий выход для подключения к монитору, введен комбинированный ослабитель света, расположенный перед матричным приемником оптического излучения или перед виньетирующим элементом и включающий, по меньшей мере, два светофильтра, установленных с возможностью поочередного ввода каждого из них в оптический тракт, при этом все светофильтры имеют одинаковую оптическую толщину, а виньетирующий элемент выполнен в виде диафрагмы с отверстием, площадь которого меньше площади сечения рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы.
Комбинированный ослабитель света может включать три светофильтра, первый из которых имеет широкую область спектрального пропускания в пределах области спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения, второй выполнен в виде широкополосного ослабителя света, а третий обладает ограниченной областью спектрального пропускания, сдвинутой в длинноволновую область кривой спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения.
Отверстие в диафрагме может иметь круглую или прямоугольную форму.
Введение в телевизионную систему наблюдения комбинированного ослабителя света, расположенного перед матричным приемником оптического излучения или перед виньетирующим элементом и включающего, по меньшей мере, два светофильтра, установленных с возможностью поочередного ввода каждого из них в оптический тракт и имеющих одинаковую оптическую толщину, позволило добиться повышения контраста изображения в условиях конкретной сложной фоно-целевой обстановки и, следовательно, увеличить дальность обнаружения и распознавания объекта.
Выполнение виньетирующего элемента в виде диафрагмы с отверстием круглой или прямоугольной формы, площадь которого меньше площади сечения рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы, уменьшает количество бликов и рассеянного света в плоскости матричного приемника оптического излучения, в том числе от солнца, расположенного вблизи угла поля зрения телевизионной системы, тем самым повышая контраст изображения.
Введение в оптический тракт телевизионной системы наблюдения первого светофильтра, который имеет широкую область спектрального пропускания в пределах области спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения, позволяет повысить контраст изображения при низких и нормальных условиях освещенности объекта.
Введение в оптический тракт телевизионной системы наблюдения второго светофильтра, выполненного в виде широкополосного ослабителя света, позволяет повысить контраст изображения при высокой освещенности местности (яркий солнечный день) и появлении в поле зрения пересветов и бликующих зон, затрудняющих наблюдение объекта.
Введение в оптический тракт телевизионной системы наблюдения третьего светофильтра, обладающего ограниченной областью спектрального пропускания, сдвинутой в длинноволновую область кривой спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения, обеспечивает максимальный контраст изображения при нормальных и высоких уровнях освещенности в сложной фоно-целевой обстановке: в условиях дымки, запыленности, выпадаемых (дождь) и конденсированных (инея и росы) осадков, соляного (морского) тумана.
Таким образом, применение соответствующего фильтра комбинированного ослабителя света позволило добиться повышения контраста изображения объекта в условиях конкретной сложной фоно-целевой обстановки, и следовательно, увеличить дальность обнаружения и распознавания объекта.
Принципиальная схема телевизионной системы наблюдения представлена на фигуре.
Телевизионная система наблюдения включает установленные последовательно и оптически связанные объектив 1, виньетирующий элемент 2 и расположенный в фокальной плоскости объектива 1 матричный приемник 3 оптического излучения с электронным устройством 4 формирования видеосигнала, имеющий выход для подключения к монитору 5, а также комбинированный ослабитель света 6, расположенный перед матричным приемником 3 оптического излучения или перед виньетирующим элементом 2 и включающий в конкретном исполнении три светофильтра 7, 8, 9, установленных с возможностью поочередного ввода каждого из них в оптический тракт. Виньетирующий элемент 2 выполнен в виде диафрагмы с отверстием, площадь которого меньше площади сечения рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы.
Матричный приемник 3 оптического излучения в конкретном исполнении может быть выполнен на основе ПЗС или КМОП-матрицы.
Электронное устройство 4 формирования видеосигнала представляет собой электронную плату, обеспечивающую управление считыванием зарядов с фотоприемников матрицы и преобразование полученной информации в видеосигнал требуемого формата.
Светофильтры 7, 8 и 9 имеют одинаковую оптическую толщину. Первый из светофильтров 7 имеет широкую область спектрального пропускания в пределах области спектральной чувствительности матричного приемника 3 оптического излучения и предназначен для наблюдения при низких и нормальных условиях освещения. Второй из светофильтров 8 выполнен в виде широкополосного ослабителя света и предназначен для наблюдения при высоких уровнях освещенности (яркий солнечный день) и появлении в поле зрения пересветов и бликующих зон, затрудняющих наблюдение цели. Светофильтр 8 может представлять собой нейтральный светофильтр с малым коэффициентом пропускания (например, τ=0,01), который устраняет избыток освещенности на матричном приемнике 3 оптического излучения и существенно улучшает видимость цели. Третий светофильтр 9 обладает ограниченной областью спектрального пропускания, сдвинутой в длинноволновую область спектральной чувствительности матричного приемника 3 оптического излучения и предназначен для наблюдения при нормальных и высоких уровнях освещенности в сложной фоно-целевой обстановке: в условиях дымки, запыленности, выпадаемых (дождь) и конденсированных (инея и росы) осадков, соляного (морского) тумана, так как в этих условиях в силу минимального рассеяния света, зависящего от длины волны излучения, он обеспечивает максимальный контраст изображения.
Конструктивно комбинированный ослабитель света 6 может быть выполнен в виде турели (на фигуре не показана), представляющей собой обойму, с установленными на ней двумя и более светофильтрами. С помощью электродвигателя или вручную осуществляется поочередное введение светофильтров в оптический тракт с центрировкой относительно оси объектива 1 и дальнейшая фиксация выбранного положения. В зависимости от решаемой задачи выбирается количество и оптические свойства светофильтров.
При расположении диафрагмы 2 вблизи объектива 1 ее отверстие будет иметь круглую форму, которая наиболее эффективно подавляет рассеянное излучение ярких источников, отраженное от цилиндрических поверхностей линз и оправ объектива 1. Отверстие диафрагмы 2 для достижения оптимального контраста изображения имеет диаметр, меньший по сравнению с сечением рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы 2. При расположении диафрагмы 2 ближе к матричному приемнику 3 оптического излучения для обеспечения более высокого контраста изображения объектов отверстие диафрагма 2 может иметь прямоугольную форму, подобную рабочей зоне матричного приемника 3 оптического излучения.
Работает телевизионная система наблюдения следующим образом.
Оптическое излучение от объекта наблюдения падает на объектив 1, формирующий изображение в плоскости чувствительной площадки матричного приемника 3 оптического излучения, который преобразует оптический сигнал в стандартный телевизионный сигнал. Посредством электронного устройства 4 формирования видеосигнала телевизионный сигнал преобразуется в видеосигнал, который с выхода электронного устройства 4 формирования видеосигнала передается на монитор 5. На экране монитора 5 оператор наблюдает изображение объектов, находящихся в поле зрения телевизионной системы наблюдения.
Излучение, вошедшее в объектив 1, проходит также через виньетирующий элемент - диафрагму 2 с отверстием и комбинированный ослабитель 6, включающий светофильтры 7, 8 и 9. Ослабление света происходит благодаря действию диафрагмы 2 с отверстием, положение и размер отверстия которой рассчитаны из условий уменьшения яркости изображения небесного свода и максимального подавления бликов от поверхностей оптических элементов и оправ линз объектива телевизионной системы наблюдения, возникающих в плоскости матричного приемника 3 оптического излучения, от солнца и других ярких источников вблизи от угла поля зрения телевизионной системы наблюдения. При этом достигается оптимальное перераспределение освещенности в плоскости матричного приемника 3 оптического излучения, что обеспечивает повышение контраста наблюдаемого изображения интересующего объекта на фоне земли или неба, а также благодаря различной спектральной фильтрации или широкополосному ослаблению света различными светофильтрами 7, 8 или 9, что также в зависимости от условий освещения или фоно-целевой обстановки обеспечивает повышение контраста наблюдаемого изображения, а следовательно, повышение дальности обнаружения и распознавания целей.
В зависимости от фоно-целевой обстановки и от изменяющихся условий наблюдения оператор последовательным введением в оптический тракт светофильтров 7, 8 или 9 выбирает светофильтр, обеспечивающий наилучшие условия наблюдения выбранной цели, когда достигается максимальный контраст наблюдаемого на экране монитора 5 изображения интересующего объекта.
Таким образом, новая телевизионная система наблюдения обеспечивает увеличение дальности обнаружения и распознавания объектов путем повышения контраста изображения в плоскости матричного приемника оптического излучения, а также обеспечение возможности использования телевизионной системы в условиях различной сложной фоно-целевой обстановки.
Источник информации
1. BY №4544 U (ОАО «ПЕЛЕНГ») 2008.08.30, весь документ - прототип.