СВЕТОДИОДНЫЙ ОСВЕТИТЕЛЬ С КОМБИНИРОВАННЫМ СПЕКТРОМ ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к светодиодным средствам освещения, используемым совместно с телевизионными камерами в системах наблюдения, поиска и связи, работающим в оптических средах с разными спектральными характеристиками и условиями распространения излучения, например, в атмосфере, воде, органических жидкостях. Особую сложность при разработке упомянутых систем вызывает обнаружение малоконтрастных объектов, контраст которых снижен аддитивной помехой, образующейся рассеянием света (излучения) осветителя перед объектом. Она называется помехой обратного рассеивания (ПОР).
К методам подавления ПОР относится метод комбинирования спектральных каналов, в которых должна работать телевизионная система.
Известно «Устройство с широкой цветовой палитрой на основе светоизлучающих светодиодов», патент RU 2639733 (опубл. 22.12.2017, МПК H01L).
Устройство включает в себя источник синего цвета, источник зеленого цвета и два источника красного цвета.
Недостатком излучателя является несоответствие спектрального состава излучения спектральной чувствительности телевизионной камеры, в частности, отсутствуют длины волн от 650 нм до 900 нм, что не позволяет реализовать метод комбинирования спектральных каналов.
Известна серия осветителей для подводных телевизионных систем, описанных в (Multiray™ LED SeaLite: Do More, See More. // ROV planet. - Q3/2017, p. 36. (http://www.deepsea.com/knowledgebase/underwater-imaging/multiray-led-sealite-see/)).).
Осветители выполнены из светодиодных независимо управляемых матриц белого света с разными телесными углами излучения и Осветители выполнены из светодиодных независимо управляемых матриц белого света с разными телесными углами излучения и светодиодов другого цвета, например ультрафиолетового диапазона. Такое решение не позволяет оперативно выделять из спектра белых светодиодов и анализировать спектральные каналы, содержащие информацию об оптических характеристиках среды, оставляя затем те, которые позволяют применить метод их комбинирования для повышения достоверности и увеличения дальности наблюдения малоконтрастных объектов.
Наиболее близким к заявляемому устройству является светодиодное осветительное устройство полного спектра (патент на изобретение №2607645 (опубл. 10.01.2017, МПК F21V), состоящий из множества твердотельных светоизлучающих источников, оптических элементов коллимирования излучения, теплоотвода, на который непосредственно установлены светоизлучающие источники.
Недостатком этого осветителя является отсутствие возможности оперативного выбора спектральных характеристик осветителя, так как его излучение имеет полный спектральный состав, что не позволяет применить осветитель для реализации метода комбинирования спектральных каналов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение достоверности и дальности обнаружения (наблюдения) малоконтрастных объектов за счет применения метода комбинирования спектральных каналов в сформированном спектральном составе излучения.
Метод комбинирования спектральных каналов подробно представлен в (Чиркунова А.А. «Методы и аппаратно-программные средства оптимизации и адаптации телевизионных систем обнаружения малоконтрастных объектов», диссертация на соискание кандидата технических наук, СПбГЭТУ, СПб, 2017).
Это достигается тем, что светодиодный осветитель с комбинированным спектром излучения, содержащий множество светодиодных источников, оптические элементы коллимирования, теплоотвод, на который непосредственно установлены светодиодные источники, отличается тем, что светодиодные источники сгруппированы в пять групп, независимых по управлению, с максимумами ближайших длин волн излучения, отличающихся друг от друга в 1,2 раза, а именно 402 нм, 480 нм, 580 нм, 720 нм и 870 нм, со световыми потоками, обратнопропорциональными спектральной чувствительности телевизионной камеры на указанных длинах волн.
Существо полезной модели пояснено чертежами: на фиг. 1 показано устройство светодиодного осветителя; на фиг. 2 показаны нормированные спектры пяти указанных групп светодиодов;
на фиг. 3 показана комбинация состава спектра излучения светодиодного осветителя для среды с малым рассеянием, например, для чистой морской воды;
на фиг. 4 показана комбинация состава спектра светодиодного осветителя для среды с превалированием рассеяния над поглощением, например, в пресноводных водоемах;
на фиг. 5 показана комбинация состава спектра светодиодного осветителя в атмосфере с туманом или снежной метелью.
Светодиодный осветитель (фиг. 1) состоит из теплоотвода 1, элементов питания и подключения (на фиг. 1 не показаны), светодиодных источников 2, коллимирующей оптики, состоящей из коллимирующих линз 3 и фоконов 4. Светодиодные источники 2 образуют пять групп (5, 6, 7, 8, 9) с независимым управлением и максимумами длин волн излучения, отличающимися друг от друга в 1,2 раза, а именно 402 нм, 480 нм, 580 нм, 870 нм, коллимирующей оптики, состоящей из коллимирующих линз 3 и фоконов 4. На фиг. 2 показаны нормированные спектры пяти групп светодиодов. Световые потоки их излучения обратнопропорциональны спектральной чувствительности телевизионной камеры на перечисленных длинах волн.
Осветитель в составе телевизионной системы наблюдения работает под управлением телевизионной камеры следующим образом. Поочередно в любой последовательности включаются на излучение названные спектральные каналы 5, 6, 7, 8, 9. По каждому из них процессор телевизионной камеры измеряет отношение сигнал/шум и определяет канал с наихудшим значением. Причем световые потоки, излучаемые каждой группой должны быть обратнопропорциональны спектральной чувствительности телевизионной камеры на упомянутых длинах волн. В противном случае, сравнение каналов по сотношению сигнал/шум будет некорректно. После чего выбранный канал и два ближайшие к нему с большей длиной волны постоянно включаются и телевизионная камера своим процессором реализует алгоритм подавления ПОР. Информация о величине ПОР поступает по каналу с наихудшим значением сигнал/шум, а два других канала с большим отношением сигнал/шум дают информацию о малоконтрастных объектах наблюдения. При этом имеется ввиду, что ПОР образуется в результате рассеяния по Релею, и значит, увеличение длины волны в 1,2 раза приводит к уменьшению ПОР в 2 раза. При изменении внешней среды, или изменении ее оптических характеристик процедура поиска спектрального канала с наихудшим отношением сигнал/шум должна быть повторена.
На фиг. 3 показана комбинация состава спектра излучения осветителя для среды с малым рассеянием, например для чистой морской воды.
На фиг. 4 показана комбинация состава спектра осветителя для среды с превалированием рассеяния над поглощением, например, в пресноводных водоемах.
На фиг. 5 показана комбинация состава спектра осветителя в атмосфере с туманом или снежной метелью.
Разработка, изготовление и исследование макета предлагаемой полезной модели показали ее работоспособность, а наличие и доступность светодиодных источников излучения с требуемыми длинами волн позволяют утверждать о возможности ее промышленной реализации.