Способ наблюдения объектов
OBJECTS OBSERVATION METHOD

Изобретение относится к различным областям промышленности, где с помощью оптико-электронных систем производят обработку наблюдаемой информации, в частности к авиационной и морской технике (бортовые системы наблюдения и управления).
Практика наблюдения и регистрации изображений с помощью фототелекамер показывает, что при колебаниях объекта или устройства регистрации зафиксированное изображение получается размытым, т.к. за время отображения информации, и время экспозиции, происходит смещение устройства регистрации относительно объекта. Применение таких устройств, например, на летательных аппаратах серьезно затрудняет наблюдать объекты с помощью телекамер. Решение этой проблемы является актуальной задачей для обеспечения летательных аппаратов современными системами наблюдения.
В настоящее время разработан целый ряд способов и устройств, направленных на решение задачи уменьшения влияния колебаний устройства приема информации относительно объектов на качество изображения. Однако пока в полном объеме она не решена. Анализ решений наиболее близких, по технической сущности к предлагаемому техническому решению, приведен ниже.
Уменьшение времени экспозиции - времени, в течение которого изображение регистрируется фотоприемником.
Уменьшение времени экспозиции, в течение которого проводится регистрация изображения на фотоприемнике, при стандартном времени отображения на экране (примерно 40 мс) не дает положительных результатов, т.к. при этом не учитывается положение устройства стабилизации относительно объекта, как правило, положение стабилизированного зеркала относительно линии визирования. В настоящее время созданы высокочастотные телекамеры (частотой 500 и более Гц), но изображение в них также размыто при дрожании камеры относительно объекта.
Принципы построения телевизионных систем широко известны в технической литературе (Г.Н. Грязин, Оптико-электронные системы для обзора пространства. Системы телевидения. - Л.: Машиностроение, 1988).
Совершенствование систем стабилизации.
Применяемые системы и устройства стабилизации, также не позволяют в полной мере решить эту проблему, особенно при наблюдении объектов на значительных расстояниях. Даже при обеспечении устройствами стабилизации в заданном диапазоне частот колебаний отклонение стабилизированного зеркала на единицы угловых секунд, на расстояниях до объекта наблюдения более 3-х километров при скоростях движения более 100 км/час изображение получается размытым, и четко оценить положение и контуры объекта не представляется возможным.
Запоминание и задержка изображения на время обработки (автосопровождение).
Решение задачи за счет запоминания положения кадра и сдвиг его на величину ошибок стабилизации при смещении объекта наблюдения относительно устройства регистрации изображения, приводит к ошибке определения фактического положения объекта относительно устройства регистрации, т.к. за время задержки и обработки информации (это время значительно превышает стандартное время отображения) объект смещается на значительные расстояния. Кроме того, определить ошибки стабилизации и организовать сдвиг кадра с учетом этих поправок является сложной технической задачей.
Выше названные проблемы регистрации изображения объектов распространяются также и на управление объектами по результатам наблюдения.
Вместе с тем, способы и устройства данного направления являются близкими по технической сущности к предлагаемому техническому решению. Например, заявка на изобретение: «Система визирования цели» - RU G01C17/00 №95111968/28, дата опубликования 20.06.1997 г., «Система визирования объекта» (США, патент №5125595, МКИ F41G 7/20, 7/22, приоритет 1991.02.15, опубл. 1992.06.30).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является «Система визирования объекта» (Россия, патент №2315255 С1, МПК F41G 7/22, H04N 5/30, приоритет 31.05.2006, опубл. 2008.01.20). Данная система визирования с помощью оптики и стабилизированного в пространстве устройства формирует и направляет на фотоприемник изображение объекта. С помощью фотоприемника за установленное время экспозиции получают последовательный ряд видеоизображений, которые обрабатываются по определенному алгоритму и отображаются на экране.
К недостатком способа регистрации изображений, реализованном в данном техническом решении, относится появление ошибки определения положения объекта в конкретный момент времени, обусловленной изменением этого положения за время задержки кадров, вызванных их обработкой и сопоставлением с предыдущими.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности определения положения объекта по отношению к системе наблюдения за счет уменьшения влияния колебаний зоны наблюдения относительно объекта в реальном масштабе времени.
В заявляемом техническом решении поставленную задачу предлагается решить за счет выполнения операций по непрерывному фиксированию параметров колебаний гиростабилизирующего устройства, например, путем регистрации колебаний гиростабилизированного зеркала относительно его нулевого положения и введения определенных условий регистрации и отображения информации.
Колебания гиростабилизированного устройства 3 (фиг. 2) относительно положения равновесия (относительно линии визирования) целесообразно регистрировать с помощью акселерометра, расположенного на этом устройстве и формирующем изменение электрического сигнала (тока или напряжения) при отклонении системы относительно нулевого положения. Например, пьезоакселерометры серийных виброметров (типа ВМ-08) вырабатывают напряжение разного знака при колебании зоны установки этого акселерометра относительно состояния покоя (в предложенном техническом решении относительно положения линии визирования). На фиг. 1 эти колебания проиллюстрированы в верхней части рисунка.
На фотоприемном устройстве 4 (фиг. 2) за каждое время экспозиции фиксируется излучение от объекта 1, зарегистрированное с помощью оптического устройства 2. В качестве фотоприемного устройства 4 предлагается использовать фотодиоды, телевизионные или тепловизионные камеры и пр., построенные с использованием, например, приборов с зарядовой связью (ПЗС-матриц). Каждое, из зафиксированных за время экспозиции излучений, запоминается специальным устройством регистрации 5. Время экспозиции выбирается намного меньше времени его отображения на экране. Как правило, время отображения составляет 40 мс (частота 25 Гц).
Целесообразно время экспозиции при этом устанавливать около 5 мс. Телекамеры с частотой работы 200 Гц (время экспозиции 5 мс) выпускаются серийно.
При наблюдении на экране предлагается отображать в течение каждого времени отображения (40 мс) не все кадры, полученные за все экспозиции в течение времени отображения, а только один кадр, зафиксированный в момент перехода колебаний стабилизированной системы через нулевое положение, либо при минимальном значении уровня сигнала с акселерометра за конкретное время отображения.
Предложенное техническое решение поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1 и фиг. 2.
Фиг. 1. Схема регистрации изображений объекта с учетом колебаний устройства регистрации: А - амплитуда сигнала с устройства регистрации колебаний гиростабилизированного зеркала (акселерометра); U - амплитуда импульсов управления, появляющихся при нулевом (либо минимальном за время экспозиции)) уровне сигнала с акселерометра; Е - уровень сигнала на фотоприемнике, управляемого объекта; t - время. Фиг.2. Блок-схема устройства для наблюдения за объектами и их управлением с помощью гиростабилизированной оптики: 1 - объект; 2 - оптическое устройство; 3 - гиростабилизированное устройство; 4 - фотоприемное устройство; 5 - устройство регистрации.
На временной диаграмме (фиг. 1) показаны времена, соответствующие двум полным временам отображения, а также по 9 времен экспозиций за каждое время отображения.
На экране в соответствие с предложенным техническим решением будут отображены: за первое время отображения кадр соответствующий 4-ой экспозиции, а за второе время отображения кадр, соответствующий 8-ой экспозиции.
После каждого времени отображения память устройства фиксации кадров очищается и запоминает кадры следующего цикла, равного времени отображения.
На фиг. 2 представлена схема, на которой указаны названные выше устройства и их соединение между собой.
При малой частоте колебаний стабилизированного устройства 3 (фиг. 2) предлагается выполнять вынужденные колебания этого устройства. Вынужденные колебания можно осуществлять, например, за счет моментных реверсивных двигателей, установленных на осях стабилизированного устройства.
Целесообразно осуществлять вынужденные колебания с частотой 25 Гц. Проведя синхронизацию, можно регистрировать только один кадр за время отображения, который фиксируется в момент перехода стабилизированной системы через нулевое положение. При такой реализации предложенного технического решения запоминать изображения кадров не нужно и можно использовать стандартные телекамеры.
Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.