Прибор ночного вождения автотранспорта

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к приборам ночного видения для вождения транспортных средств.
Известен тепловизионные приборы (ТВП) ночного вождения автотранспорта Night Driver фирмы Raytheon (США), (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность, М: Новости, 2009, 840 с. 592, фото 8.1.13а - в)., «Кобчик» ЦНИИ «Циклон» (там же, с. 592, фото 8.1.13 г - е), Jade UC Cedip фирмы Infrared Systems SA (Франция) (там же, с. 593, рис. 8.1.1). Приборы содержат инфракрасную тепловизионную камеру, установленную в моторном отделении транспортного средства и телевизионный (ТВ) монитор, установленный в салоне. Все эти приборы обеспечивают возможность ночного вождения при пониженном уровне естественной ночной освещенности (ЕНО), как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), в присутствии в поле зрения прибора световых помех от встречного транспорта. Однако эти приборы не обеспечивают возможность видения водителю придорожных знаков и надписей, цвета свечения светофоров, имеют сравнительно низкую геометрическую разрешающую способность. Известен ТВ прибор вождения фирмы Car-Vision-System фирмы Mitsubishi (Япония) (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность, М.: Новости, 2009, 840 с. 593). ТВ прибор содержит низкоуровневую ТВ камеру, установленную в моторном отделении транспортного средства и ТВ монитор, установленный в салоне. Прибор обеспечивает возможность ночного вождения при пониженном уровне ЕНО, видение придорожных надписей и знаков, имеет более высокую разрешающую способность, чем ТВП, однако не обеспечивает видение при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.) и в присутствии в поле зрения прибора световых помех от встречного транспорта, а также не допускает видение в цвете дорожной обстановки и цвета свечения светофоров.
Известен принятый за прототип Активно-импульсный (АИ) ТВ прибор ночного вождения ПАИН филиала ОАО «Катод» (РФ), (Проспект ОАО «Катод». Прибор ночного вождения «ПАИН». М., 2013 г. или статья «АИ ТВ прибор: круглосуточное всепогодное видение». Системы безопасности, 2014, №3, www.opt-union.ru). Он обеспечивает возможность ночного вождения при пониженном уровне ЕНО, видение придорожных надписей и знаков, имеет более высокую разрешающую способность, чем ТВП, обеспечивает видение при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.) и в присутствии в поле зрения прибора световых помех от встречного транспорта. Прибор состоит из импульсного осветителя (ИО), блока стробирования (БС) и блока наблюдения (БН). ИО содержит импульсный блок питания, подключенный к импульсному излучателю, на который сфокусирован объектив формирования излучения (ОФИ). Однако АИ ТВ прибор ПАИН не обеспечивает возможности видения при спусках, подъемах и поворотах, одновременного наблюдения ближней и дальней зоны видения, цвета дорожных знаков, надписей и цвета свечения светофоров.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение видения водителю при спусках, подъемах и поворотах, одновременного наблюдения ближней и дальней зоны видения с возможностью видения цвета дорожных знаков, надписей и светофоров.
Указанный технический результат достигается за счет того, что благодаря введенному блоку управления, персональному компьютеру и других электронных блоков обеспечивается видение при вождении на спусках, подъемах и поворотах, а за счет введенного блока электронной обработки обеспечивается оптимальное видение глубины просматриваемого пространства, активно-импульсный телевизионный канал обеспечивает видение дальней зоны, этот канал, создавая цветное изображение, допускает видение в цвете дорожной обстановки, в том числе световых сигналов светофоров, а входящий в его состав введенный тепловизионный канал обеспечивает видение ближней зоны.
Прибор ночного вождения автотранспорта, содержащий импульсный осветитель, блок стробирования и блок наблюдения, причем импульсный осветитель содержит импульсный блок питания, подключенный к импульсному излучателю, на который сфокусирован объектив формирования излучения, блок стробирования содержит задающий генератор импульсов, первый выход которого подключен ко входу импульсного блока питания, а второй выход через блок регулируемой задержки подключен к формирователю стробирующих импульсов, блок наблюдения состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, к которой подключен выход формирователя стробирующих импульсов, оптики переноса, первый линзовый компонент которой сфокусирован на экран электронно-оптического преобразователя, а второй линзовый ее компонент сфокусирован на матрицу приборов с зарядовой связью телевизионной камеры, подключенной к телевизионному монитору, дополнительно содержит тепловизионный канал, состоящий из последовательно установленных на оптической оси инфракрасного объектива и тепловизионного модуля, содержащего электрически последовательно соединенные микроболометрическую матрицу фотодетекторов и электронный блок, в состав прибора дополнительно введен блок управления положением прибора по азимуту и по углу места цели, кинематически связанный тягами управления с корпусом прибора, вход блока управления подключен к первому выходу дополнительно введенного блока электронной обработки, к первому входу которого подключен выход электронного блока, а ко второму его входу подключен выход телевизионной камеры, к третьему его входу подключен дополнительно введенный персональный компьютер, первый вход которого подключен через дополнительно введенную электронную карту маршрута ко входу дополнительно введенного запоминающего устройства, ко второму входу персонального компьютера подключен дополнительно введенный блок программного обеспечения, второй выход блока электронной обработки подключен к телевизионному монитору с цветным экраном, третий его выход подключен ко второму входу блока регулируемой задержки, четвертый его выход подключен к второму входу формирователя стробирующих импульсов, электронно-оптический преобразователь выполнен цветным, а импульсный излучатель выполнен в виде ксеноновой лампы белого цвета свечения.
Блок-схема полезной модели представлена на чертеже фиг. 1 Прибор ночного вождения автотранспорта содержит активно-импульсный (АИ) телевизионный (ТВ) канал 1. Он состоит из импульсного осветителя (ИО) 2, блока стробирования (БС) 3 и блока наблюдения 4. ИО 2 содержит импульсный блок питания (ИБП) 5. Он подключен к импульсному излучателю (ИИ) 6. Последний выполнен в виде ксеноновой лампы белого цвета свечения. На ИИ 6 сфокусирован объектив формирования излучения (ОФИ) 7. БС 3 содержит задающий генератор импульсов (ЗГИ) 8. Его первый выход подключен к ко входу ИБП 5, второй выход через блок регулируемой задержки (БРЗ) 9 - к формирователю стробирующих импульсов (ФСИ) 10. Блок наблюдения 4 состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива 11, цветного электронно-оптического преобразователя (ЭОП) 12 (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д. Достижения в технике видения. М.: Техносфера, 2019, т.1. 579 с, с. 242, рис. 3.7.13) с микроканальной пластиной 13, к которой подключен выход ФСИ 10, оптики переноса 14, первый линзовый компонент которой 15 сфокусирован на экран цветного ЭОП 12, а второй ее линзовый компонент 16 сфокусирован на матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС) ТВ камеры 17. АИ ТВ канал 1 содержит тепловизионный канал 18. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси инфракрасного (ИК) объектива 19 и тепловизионного модуля 20. Он содержит последовательно электрически соединенные микроболометрическую матрицу (МБМ) фото детекторов 21 и электронный блок (ЭБ) 22. Блок управления (БУ) 24 через тяги управления положением корпуса по азимуту 25 и по углу места цели 26 кинематически связан с корпусом 23. В состав устройства входит блок электронной обработки (БЭО) 27. К его первому входу подключен выход ЭБ 22, ко второму входу - выход ТВ камеры 17, к третьему входу - выход персонального компьютера (ПК) 28. Первый выход БЭО 27 подключен ко входу БУ 24, второй выход - ко входу ТВ монитора с цветным экраном 29, третий выход - ко второму входу БРЗ 9, четвертый выход - ко второму входу ФСИ 10. В состав устройства входит запоминающее устройство (ЗУ) 30, которое через электронную карту маршрута 31 подключен к первому входу ПК 28, ко второму входу которого подключен блок программного обеспечения (ПО) 32.
Устройство работает следующим образом. Тепловизионный канал 18, работающий в области спектра 8-12 мкм, создает черно-белое изображение ближней зоны дороги непосредственно перед транспортным средством. АИ ТВ канал 1 создает изображение дальней зоны с конечной величиной глубины просматриваемого пространства. Ее положение определяется задержкой, вводимой в БРЗ 9, а глубина - длительностью строба, создаваемого в ФСИ 10. В тепловизионном канале 18 ИК объектив 19 создает тепловое изображение сцены на МБМ фото детекторов 21 тепловизионного модуля 20. Сигнал с выхода МБМ фото детекторов 21 поступает в ЭБ 22. Здесь происходит усиление сигнала и его обработка. Сигнал с выхода ЭБ 22 поступает на первый вход БЭО 27. ИК объектив 19 сфокусирован на ближнюю зону дороги. Для наблюдения дальней зоны включены ИО 2, БС 3 и блок наблюдения 4. ЗГИ 8 со своего первого выхода подает синхроимпульсы на вход ИБП 5. Он формирует импульсы напряжения, которые обеспечивают работу ИИ 6. Последний формирует в видимой области спектра 0,38-0,78 мкм импульсы света, которые коллимируются ОФИ 7 и направляются вдоль дороги, подсвечивая ее в дальней зоне в пределах глубины просматриваемого пространства. При этом ближняя зона наблюдения отсекается задержкой в БРЗ 9. Импульсы излучения, отраженные от элементов сцены, приходят в объектив 11 блока наблюдения 4 и создают изображение на фотокатоде цветного ЭОП 12, работающего в области спектра 0,4-0,9 мкм. Его МКП 13 до момента прихода отраженного импульса подсвета на фотокатод ЭОП 12 заперта напряжением постоянного смещения с выхода ФСИ 10. В момент прихода на фотокатод импульса подсвета с выхода ФСИ 10 на МКП 13 подается импульс напряжения, компенсирующий напряжение постоянного смещения и тем самым отпирающий МКП 13 на время действия импульса напряжения (т.е. на время действия импульса строба). МКП 13 отпирается, и изображение воспринимается цветным ЭОП 12. Он усиливает изображение по яркости. Фотокатод ЭОП 12 работает в области спектра 0,4-0,9 мкм. Цветное изображение с экрана ЭОП 12 с помощью первого 15 и второго 16 линзовых компонентов оптики переноса 14 передается на цветную матрицу ПЗС ТВ камеры 17. Сигнал с ее выхода поступает на второй вход БЭО 27. Тот формирует на основе сигналов, полученных от ЭБ 22 и ТВ камеры 17 единое интегрированное изображение, воплощающее в себе лучшие информационные признаки составляющих изображений. Достигается это с помощью встроенного в БЭО 27 микропроцессора, работающего в реальном масштабе времени по определенной программе. Сигнал, несущий в себе это изображение, поступает в цветной ТВ монитор 29. С его цветного экрана водитель наблюдает дорожную обстановку в виде цветного изображения за исключением ближней зоны, наблюдаемой в черно-белом цвете. Одновременно наблюдаются и ближняя, и дальняя зона. Цветное изображение для ближней зоны видеть необязательно, т.к. вся дорожная обстановка (надписи, знаки и др.) и цветовые сигналы светофора наблюдаются только в дальней зоне. Работой БЭО 27 управляет ПК 28, который функционирует благодаря ПО с блока ПО 32. В ЗУ 30 хранятся самые разные маршруты движения. По сигналу с ЗУ 30 в электронную карту маршрута 31 поступает информация о конкретном выбранном маршруте. Электронная карта 31 формирует соответствующий сигнал, который обеспечивает работу ПК 28 в соответствии с этим маршрутом. ПК 28 управляет работой БЭО 27, а он, в свою очередь, управляет работой БУ 24 в соответствии с принятым маршрутом движения транспортного средства. БУ 24 управляет поворотом устройства по азимуту и по углу места цели с помощью соответствующих тяг 25 и 26. В зависимости от наличия спуска или подъема, от необходимости поворота устройству придается нужное положение по азимуту и по углу места цели. БЭО 27 вносит соответствующие изменения в задержку через второй вход БРЗ 9. Задержка в зависимости от маршрута движения меняется так, чтобы положение глубины просматриваемого пространства соответствовало маршруту движения. БЭО 27 вносит также корректировку в длительность строба через второй вход ФСИ 10. Эта длительность определяет оптимальную глубину просматриваемого пространства в зависимости от заданного маршрута движения.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и проведено его макетирование.
Таким образом, благодаря введенному блоку управления, персональному компьютеру и других электронных блоков обеспечивается видение при вождении на спусках, подъемах и поворотах, а за счет введенного блока электронной обработки обеспечивается оптимальное видение глубины просматриваемого пространства, активно-импульсный телевизионный канал обеспечивает видение дальней зоны, этот канал, создавая цветное изображение, допускает видение в цвете дорожной обстановки, в том числе световых сигналов светофоров, а входящий в его состав введенный тепловизионный канал обеспечивает видение ближней зоны.