ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СТАНЦИЯ КРУГОВОГО ОБЗОРА
OPTIC ELECTRONIC ALL-ROUND SURVEILLANCE STATION

Изобретение относится к области приборостроения, измерительной и информационной техники, а именно к оптико-электронным приборам, и может быть использовано в системах кругового сканирования или секторного обзора.
К оптико-электронным устройствам кругового сканирования или секторного обзора, работающим в пассивном режиме, предъявляются следующие требования:
- обеспечение достаточно широкого поля обзора по углу места (УМ);
- высокая точность определения координат источника излучения;
- высокая скорость обновления видеоинформации для минимизации времени обнаружения объекта;
- низкий уровень шума в устройствах преобразования оптического излучения в электрический сигнал.
В современных станциях кругового обзора пространства, обеспечивающих автоматическое обнаружение, сопровождение, распознавание и выдачу координат различных объектов, известен способ коррекции матричных фотоприемных устройств с микросканированием по патенту RU 2349053 С1, опубликованному 10.03.2009, заключающийся в смещении изображения вверх-вправо-вниз-влево в плоскости фотоприемного устройства (ФПУ) на величину полпикселя.
Недостатками устройства, реализующего такой способ увеличения разрешения, являются:
- невозможность формирования изображения при круговом сканировании поля обзора;
- необходимость использования двух устройств для микросканирования по двум координатам.
Известно также устройство кругового сканирования, обеспечивающее формирование изображения кругового поля (см. патент RU 2355005 С1, опубл. 10.05.2009 г.), которое по совокупности существенных признаков является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению и состоит из узла поворотного (сканирующего) зеркала, устройства разворота изображения, привода этих узлов, объектива, матричного ФПУ и электронного блока обработки сигналов.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая величина разрешения формируемого изображения,
- низкая вероятность обнаружения точечных объектов.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении разрешения формируемого изображения.
Технический результат настоящего изобретения заключается в улучшении передаточной функции оптического прибора и, как следствие, увеличении вероятности обнаружения целей.
Для достижения указанного технического результата в оптико-электронной станции кругового обзора, содержащей узел со сканирующим (поворотным) зеркалом, устройство компенсации разворота изображения, привод этих узлов, объектив, матричное ФПУ и электронный блок обработки сигналов,
- дополнительно по ходу движения лучей введено устройство микросканирования, осуществляющее смещение изображения в плоскости ФПУ на полпикселя или одно элементарное поле зрения (один чувствительный элемент (ЧЭ) матрицы ФПУ),
- в электронный блок обработки сигналов введена функция сшивки кадров для получения изображения с увеличенным по углу места и азимуту разрешением,
- устройство микросканирования выполнено в виде расположенной перпендикулярно оптической оси пластины из оптически прозрачного материала и привода микроподвижки (микроповорота) либо в виде зеркала, ломающего оптическую ось, и привода микроподвижки (микроповорота),
- электронный блок обработки сигналов выполнен в виде печатной платы на базе цифровой микросхемы ПЛИС с аппаратной реализацией алгоритма калибровки чувствительности ФПУ и сшивки кадров (формирования кадров с увеличенным разрешением).
В описанном устройстве указанный технический результат достигается всей совокупностью существенных признаков, в том числе:
- за счет ввода в оптическую схему дополнительного устройства микросканирования по УМ и реализации в электронном блоке обработки сигналов функции сшивки кадров увеличивается разрешение формируемого изображения по УМ, отпадает необходимость в использовании габаритного механизма переключения поля зрения по углу места,
- в результате непрерывного кругового движения сканирующего зеркала обеспечивается горизонтальное смещение изображения в плоскости ФПУ, благодаря чему появляется возможность формировать смещенные по азимуту кадры с их последующей сшивкой без задействования дополнительного механического устройства азимутального микросканирования. То есть функция сканирования и микросканирования по азимуту выполняется одним устройством - сканирующим зеркалом.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлена функциональная схема станции кругового обзора,
на фиг.2 представлена схема формирования полного кадра из отдельных кадров, формируемых ФПУ.
Оптико-электронная станция кругового обзора содержит узел сканирующего поворотного зеркала 1 (фиг.1), компенсатор разворота изображения 2, привод 3, объектив 4, матричное ФПУ 5 и электронный блок обработки сигналов 6. Дополнительно по ходу оптических лучей введено устройство микросканирования 7. Устройство микросканирования 7 осуществляет смещение изображения в плоскости ФПУ на одно элементарное поле зрения по УМ (фиг.2). В электронный блок обработки сигналов 6 кроме алгоритма калибровки чувствительности ФПУ дополнительно введена функция сшивки кадров от ФПУ для формирования полного кадра с увеличенным по углу места и азимуту разрешением.
Устройство микросканирования 7 (фиг.1) выполнено в виде пластины из оптически прозрачного материала, которая установлена перпендикулярно оптической оси, и привода микроподвижки (микроповорота). Возможно исполнение устройства микросканирования 7 в виде зеркала, ломающего оптическую ось, и привода микроподвижки (микроповорота).
Функция сшивки кадров реализуется аппаратно в ПЛИС. Электронный блок обработки сигналов выполнен в виде печатной платы на базе цифровой микросхемы ПЛИС с аппаратной реализацией алгоритма калибровки чувствительности ФПУ и сшивки кадров (формирования кадров с увеличенным разрешением).
Работает устройство следующим образом.
Сканирующее зеркало 1 (фиг.1) вращается вокруг вертикальной оси станции, направляя излучение обозреваемого по азимуту поля через объектив 4, компенсатор разворота изображения 2 и устройство микросканирования 7 в ФПУ 5. Чтобы изображение не вращалось относительно плоскости ФПУ 5, привод 3 вращает компенсатор 2 со скоростью в 2 раза меньше, чем скорость вращения сканирующего зеркала 1.
Изображение движется в плоскости чувствительных элементов ФПУ 5 (не показано) вдоль короткой стороны матрицы ФПУ 5, соответственно размер поля зрения по УМ определяется большей стороной матрицы ФПУ 5. Периодически сигналы с матрицы считываются с ФПУ 5 и подаются на дальнейшую обработку в электронный блок обработки сигналов 6.
Чтобы получить увеличенное разрешение поля обзора по углу места используется микроповорот исполнительного органа (пластины или ломающего зеркала) устройства микросканирования 7 (не показаны). При этом создается периодическое смещение изображения в плоскости ФПУ 5 на величину, равную размеру ЧЭ, вдоль длинной стороны матрицы ФПУ 5 (см. фиг.2).
Для увеличения разрешения по азимуту используется непрерывное движение СЗ, но период выборки сигналов из ФПУ при этом меняется и условно подразделяется на короткий период и увеличенный период.
Сначала следует короткий период для обеспечения требуемой величины смещения изображения в плоскости ФПУ на величину в один ЧЭ, затем увеличенный период и снова короткий период и т.д.
Увеличенный период может принимать значение, равное от одного короткого периода до величины, при которой изображение в плоскости ФПУ смещается на величину не более b/2, где b - размер короткой стороны матрицы.
Каждая из выборок дает кадры изображения поля обзора, в которых изображения смещены относительно друг друга на определенные величины таким образом, что при наложении кадров друг на друга с учетом смещения получается изображение поля обзора с удвоенным (по сравнению с вариантом без микросканирования) значением разрешения по азимуту и углу места.
Сортировка кадров, считанных из ФПУ, и формирование изображения поля обзора с повышенным разрешением выполняется в электронном блоке обработки сигналов 6.
Предлагаемое компоновочное решение оптико-электронной станции кругового обзора позволяет изготавливать изделия с уменьшенными массогабаритными показателями и стоимостью. При этом улучшается передаточная функция оптического прибора, а также увеличивается вероятность обнаружения целей при повышенной надежности работы станции.