Устройство для контроля параметров видеосистем

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к системам измерения характеристик оптоэлектронных устройств, и может быть использовано для измерения характеристик оптических систем, фото- и телевизионных камер, тепловизионных систем.
Известно устройство для измерения предела разрешения информационно-измерительной оптико-электронной системы, основанный на формировании изображения штриховой миры, выделении части штриховой миры и определении предела разрешения, описанное в RU 2213335 [1]. Устройство для измерения предела разрешения снабжено штриховой мирой, оптически связанной с информационно-измерительной оптико-электронной системой, например, посредством объектива телевизионной камеры, и персональным компьютером, состоящим из системного блока и монитора. Световой поток от источника света (не показан), проходя через штриховую миру или отражаясь от нее, посредством исследуемой оптико-электронной системы преобразуется в электрический сигнал, который подают на системный блок. При этом формирование изображения штриховой миры, каждый элемент которой содержит три группы парных штрихов с коэффициентами заполнения от минимального до максимального, осуществляют на экране монитора компьютера. Наблюдая полученное изображение штриховой миры, визуально определяют диапазон элементов с полностью разрешенными и полностью неразрешенными группами штрихов. Посредством программного обеспечения выбирают группы штрихов с одинаковыми коэффициентами заполнения, расположенных в различных элементах, и производят их низкочастотную пространственную фильтрацию для уменьшения шумов и, следовательно, повышения точности определения величины яркостных провалов. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности определения чувствительности контролируемого устройства к излучению, освещающему объект, наблюдение которого ведется с помощью устройства. Кроме того, на результаты влияет субъективный фактор, поскольку разрешение определяется визуально.
Известно устройство для контроля частотно-контрастной характеристики оптических и оптико-электронных приборов наблюдения, содержащее линейку одинаковых непрозрачных элементов. При этом каждый элемент устройства выполнен в виде призмы с равносторонним треугольником в основании, закрепленной на общей раме с возможностью вращения относительно вертикальной оси. Коэффициенты отражения соседних граней каждой призмы различны, а расстояние между осями вращения соседних призм равно длине стороны треугольника в основании (SU 1478800 [2]). Недостатком известного устройства является длительность процесса определения предельного разрешения и отсутствие возможности определения чувствительности контролируемого устройства к излучению, освещающему объект, наблюдение которого ведется с помощью устройства.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является устройство для измерения параметров оптико-электронных приборов, известное из RU 2060487 [3]. Устройство содержит калиброванные по коэффициенту черноты источники излучения с регулируемой температурой, тест-объекты в виде двух штриховых мир, составленных из зеркальных элементов в виде двугранных углов с различной пространственной частотой, размещенных в поле зрения контролируемой видеосистемы. Первая мира выполнена как периодическая структура полос, являющихся гранями двухгранного угла, и служит для проведения измерений разрешающей способности и может выполняться с различной пространственной частотой. Вторая мира является фоновой и также выполнена из набора двухгранных углов, ребра которых перпендикулярны ребрам первой миры, а пространственная частота неразрешима для контролируемого прибора. В устройстве установлены четыре источника излучения, два из которых оптически связаны с одной мирой, а два других - со второй. Недостатками устройства являются длительность осуществления процедуры измерения параметров контролируемого прибора, поскольку для определения разрешающей способности необходимо последовательно устанавливать миры с различной пространственной частотой. Кроме того, основным «средством обработки получаемой информации» является оператор, который должен сначала «достоверно обнаружить тест-объект на известном фоне», а затем «достоверно обнаружить штрихи тест-объекта», что существенно влияет на достоверность получаемых результатов.
Заявляемое устройство для контроля параметров видеосистем направлено на ускорение процедуры аттестации и повышение достоверности.
Указанный результат достигается тем, что устройство для контроля параметров видеосистем содержит калиброванные по коэффициенту черноты источники излучения с регулируемой температурой, тест-объекты в виде группы штриховых мир, составленных из зеркальных элементов в виде двугранных углов, с различной пространственной частотой, размещенные в поле зрения контролируемой видеосистемы, и средства автоматической обработки получаемых сигналов. При этом ребра всех двугранных углов, составляющих миры, параллельны между собой, устройство содержит два источника излучения и они оптически связаны со всеми мирами, а средство обработки получаемых сигналов выполнено в виде компьютера, снабженного соответствующим программным обеспечением. Отличительными признаками заявляемого устройства являются:
- ребра всех двугранных углов, составляющих миры, параллельны между собой и все они служат для определения разрешающей способности контролируемого прибора;
- устройство содержит два источника излучения и они оптически связаны со всеми мирами;
- средство обработки получаемых сигналов выполнено в виде компьютера, снабженного соответствующим программным обеспечением.
Использование группы мир для определения разрешающей способности контролируемого прибора позволяет существенно ускорить определение разрешающей способности контролируемого прибора, поскольку в поле зрения камеры размещаются одновременно все штриховые миры, и по результатам анализа кадра сразу можно определить предельное разрешение. Установка всех мир так, чтобы ребра всех двугранных углов, составляющих миры, были параллельны между собой, позволяет одновременно их «видеть» в поле зрения контролируемого прибора и обеспечить их оптический контакт с источниками излучения, при этом для успешного функционирования достаточно всего двух источников.
Использование в качестве средства обработки получаемых сигналов компьютера, снабженного соответствующим программным обеспечением, позволяет, с одной стороны, существенно ускорить процесс определения параметров контролируемого прибора путем обработки одного кадра, записанного в память компьютера, а с другой стороны исключить влияние субъективного фактора в лице оператора. Кроме того, это позволяет снизить квалификационные требования к персоналу, обслуживающему предлагаемое устройство.
Предлагаемое устройство позволяет формировать штриховую миру в широком диапазоне оптического спектра, от ультрафиолета до среднего ИК-диапазона, с заданными параметрами пространственного распределения (шагом штрихов), с заданным и регулируемым контрастом в широком диапазоне средней энергетической освещенности.
Миры из зеркальных элементов с различным наклоном поверхности обеспечивают наблюдение контролируемой видеосистемой излучающей поверхности двух регулируемых источников излучения.
Спектральный диапазон, в котором используется устройство, определяется параметрами источника излучения и ограничивается отражательными свойствами зеркальных элементов.
Конструкция штриховой миры позволяет формировать требуемую геометрическую конфигурацию из участков с различной заданной яркостью, определяемой параметрами источника излучения, на который ориентированы отдельные зеркальные элементы.
Высокая отражательная способность современных зеркальных покрытий (более 0,97) позволит количественно оценивать яркость элементов объекта наблюдения и определять чувствительность видеосистемы.
Создание штриховых мир с различным пространственным шагом штрихов обеспечит возможность определения углового разрешения видеосистем при различных значениях контраста и различных средних значениях яркости объекта.
Сущность заявляемого устройства поясняется примером реализации и чертежом, на котором представлено упрощенное изображение устройства. Устройство для контроля параметров видеосистем содержит корпус (не показан), калиброванные по коэффициенту черноты источники излучения 1 и 2 с регулируемой температурой, тест-объекты 3 в виде группы штриховых мир, составленных из зеркальных элементов в виде двугранных углов с различной пространственной частотой, размещенных в поле зрения контролируемой видеосистемы 4, и средства 5 обработки получаемых сигналов в виде компьютера, снабженного соответствующим программным обеспечением. При этом ребра всех двугранных углов, составляющих миры 4, параллельны между собой. Устройство используется следующим образом:
Контролируемая видеосистема 4 располагается против блока штриховых мир 3 таким образом, чтобы изображение штриховых мир находилось в центральной области поля зрения видеосистемы; изображение мир фокусируется органами управления объектива видеосистемы.
В программное обеспечение компьютера 5 вводятся все необходимые для расчетов данные:
- температура или яркость каждого источника излучения;
- пространственные частоты штриховых мир;
- расстояние от контролируемой видеосистемы до блока штриховых мир;
- полоса пропускания видесигнала (определяется частотой кадров).
Протяженные источники излучения 1 и 2 располагаются так, чтобы видеосистема через «правые» (условно) зеркальные грани мир «видела» излучающую поверхность источника 2, а через «левые» грани - излучающую поверхность источника 1.
По команде оператора производится регистрация нескольких (число задается оператором) последовательных кадров изображения блока штриховых мир в цифровом формате.
Объектив видеосистемы закрывается светонепроницаемой крышкой, и по команде оператора производится регистрация нескольких «темных» кадров в цифровом формате (для расчета шума).
По данным регистрации «темных» кадров в цифровом формате программа компьютера рассчитывает величину шума видеосистемы методом преобразования Фурье или расчетом среднеквадратичного отклонения - по выбору оператора.
По данным регистрации изображения кадров изображения блока штриховых мир в цифровом формате программа определяет амплитуду сигналов от каждой миры, разделяя их по пространственной частоте. Зависимость амплитуды от пространственной частоты - частотно-контрастная характеристика, выводится на экран монитора в табличной и/или графической форме.
По амплитуде сигнала от штриховой миры с наименьшей пространственной частотой, результатам расчета уровня шума видеосистемы и введенным оператором данным, программа рассчитывает пороговую чувствительность видеосистемы.
Расчеты программа производит для всех зарегистрированных кадров; на монитор выводятся усредненные результаты. Это повышает точность измерения за счет многократности процесса измерения.