УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Полезная модель относится к технике формирования и передачи изображений, а точнее к тепловидению и предназначена для использования в бортовых системах видеонаблюдения.
Известен тепловизор на основе "смотрящей" матрицы формата 256×256, состоящий из объектива, матрицы фотоприемников, микрокриогенной системы (МКС), блока управления МКС, двух АЦП, блока управления МФПУ, общего блока управления, блока вторичной обработки, ЦАП, телевизора, блока цифровой обработки, аналогового и цифрового выходов видеосигналов, в котором с целью увеличения быстродействия за счет уменьшения задержки выходных данных относительно входных, передача данных осуществляется по стандартному интерфейсу Cameralink (RU №2454022, H04N 5/33, 2011).
Данное устройство имеет недостаточное разрешение из-за малоразмерного формата матрицы, ограниченные показатели качества изображения, содержит микрокриогенную систему.
Известно устройство электронной обработки тепловизионных изображений (RU №185693, H04N 5/33, 14.12.18), которое совместно с модулем фотоприемным матричным формата 640×512 фоточувствительных элементов на спектральный диапазон 3,7-4,8 мкм и микрокриогенной системой выполняет преобразование теплового изображения объектов, сформированного в плоскости ФЧЭ, в стандартный аналоговый видеосигнал для отображения на телевизионном мониторе и в цифровой видеосигнал для использования в аппаратуре. При этом повышение качества изображения достигается за счет увеличения размера матрицы, разрядности АЦП, дополнительной цифровой обработки.
Недостатком устройства является необходимость использования микрокриогенной системы, отсутствие электронной стабилизации изображения.
Наиболее близким по техническому решению является, принятое за прототип, устройство для получения тепловизионного изображения (RU №82979, H04N 5/33, 10.05.2009), содержащее объектив, выход которого оптически соединен со входом микроболометрической матрицы, а также блоки считывания и обработки сигнала, блок питания.
Использование болометрической матрицы позволяет отказаться от криогенной системы и, в некоторых случаях, расширить спектральный диапазон чувствительности тепловизоров.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой ПМ, являются: объектив, микроболометрическая матрица, блоки считывания и обработки сигнала, блок питания.
Недостатками являются ограниченные возможности коррекции и повышения качества видеосигнала, отсутствие форматирования и цифровой стабилизации кадра изображения.
В бортовых системах видеонаблюдения качество изображения определяется не только параметрами телевизионных средств, но и зависит от внешних условий, в частности, от вибраций, как отдельных частей, так и телевизионной камеры в целом. В результате воздействия вибраций на объективы и матрицы на изображениях появляются искажения, называемые смазом. С увеличением разрешения цифровых телекамер смаз на изображениях увеличивается при прочих равных условиях.
С целью компенсации этого явления используются разные способы, такие как электронная стабилизация, оптическая стабилизация, применение особых гироскопических кронштейнов или гиростабилизированных платформ.
Наиболее простым видом стабилизации, не требующим никаких отдельных модулей и механических деталей, считается электронная или цифровая, для ее реализации необходимы лишь программные алгоритмы и небольшое превышение (запас) формата матрицы. Во время видеосъемки кадр считывания перемещается по матрице, компенсируя смещение изображения при колебаниях.
Задачей полезной модели является повышение качества изображения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение качества изображения за счет электронной стабилизации кадра изображения.
Результат достигается тем, что в устройстве для получения и стабилизации тепловизионного изображения, содержащем объектив, выход которого оптически соединен со входом микроболометрической матрицы, а также блок считывания, блок обработки сигнала, блок питания, причем многоканальный выход микроболометрической матрицы соединен с N входами блока считывания, выход которого подключен к информационному входу блока обработки сигнала, а управляющий выход блока считывания подключен к управляющему входу микроболометрической матрицы, к выходу блока обработки подключен блок коррекции и форматирования видеоизображения (БКФ), в котором реализованы функции повышения локального контраста, сжатия динамического диапазона, и электронной стабилизации положения кадра изображения, при этом первый выход БКФ подключен ко второму входу блока коррекции, второй выход БКФ соединен с N+1м входом блока считывания, через который осуществляется управление элементом Пельтье, третий, четвертый и пятый выходы используются для вывода цифрового видеосигнала CameraLink, полного аналогового видеосигнала TVPAL и сигналов управления бортовой аппаратурой по интерфейсу RS422.
Устройство для получения тепловизионного изображения содержит объектив, выход которого оптически соединен со входом микроболометрической матрицы, а также блоки считывания и обработки сигнала, блок питания, дополнительно содержит блок коррекции и форматирования видеоизображения на основе микропроцессора, в котором реализованы функции регулировки контраста и наложения графических меток, формирования цифрового и полного аналогового телевизионного сигнала, управления элементом Пельтье, а также функции повышения локального контраста, сжатия динамического диапазона, уменьшения формата до 640×512 и электронной стабилизации кадра изображения.
Структурная схема устройства приведена на фигуре 1, где:
1- объект наблюдения,
2- объектив,
3- микроболометрическая матрица,
4 - блок считывания,
5 - блок обработки сигналов,
6 - блок коррекции и масштабирования видеоизображения,
7 - блок питания.
Устройство работает следующим образом.
Инфракрасное излучение от объекта наблюдения 1 проецируется с помощью объектива 2 на микроболометрическую матрицу 3. Матрица представляет собой набор болометров малого размера (пикселей), которые изменяют свое сопротивление под действием падающего на них излучения в диапазоне длин волн от 3 до 12 мкм. Величина этого изменения пропорциональна потоку излучения, поглощенного элементом матрицы. Далее происходит считывание сигналов с болометрической матрицы блоком считывания 4. Информация с блока считывания поступает в блок обработки сигналов 5. В блоке обработки сигналов выполняются операции вычитания фона, среднения кадров, коррекции дефектных пикселей, текущей калибровки. Далее информация поступает в блок коррекции и масштабирования видеоизображения 6, где микропроцессор Nios-II со специализированным программным обеспечением выполняет функции гамма-коррекции, регулировки контраста, сжатия динамического диапазона, наложения графических меток и масштабирования изображения, а также электронной стабилизация положения кадра видеоизображения. Процедура электронной стабилизации включает несколько операций:
- оценку смещения кадра из-за вибрации;
- выбор первой строки (начало считывания);
- формирование команды считывания для блока 4.
В блоке коррекции и масштабирования тепловое изображения объектов преобразуется в стандартный аналоговый видеосигнал TVPAL для отображения на телевизионном мониторе и в цифровой видеосигнал CameraLink для использования в бортовой аппаратуре, а также осуществляется управление элементом Пельтье путем приема и передачи команд с использованием интерфейса RS485. Интерфейс RS422 предназначен для управления элементами бортовой аппаратуры. Блок питания 7 формирует стабилизированные напряжения для блоков считывания, обработки сигналов, коррекции и масштабирования видеоизображения.
В предлагаемой полезной модели отсутствует криогенная система, добавлены функции форматирования и цифровой стабилизации кадра изображения.