УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛЯ ЗРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ ШАГА ЛИНИЙ МИРЫ ТЕСТ-ОБЪЕКТА
INSTALLATION TO MEASURE ANGULAR FIELD AND TO MONITOR STEP SIZE OF TEST-OBJECT MIRA LINES

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения параметров телевизионных (тепловизионных) камер.
Известна методика для определения поля зрения телевизионной камеры (Владо Дамьяновски CCTV "Библия видеонаблюдения". Цифровые и сетевые технологии, изд. - 2е. Перевод с англ. М. ООО "Ай-Эс-Эс Пресс". 2006 г. С.-79), согласно которой прямоугольный тест-объект форматом 4:3 должен быть вписан в растр телевизионной камеры (приемника излучения) и по формуле £=2arctg (W/2d) определен угол поля зрения по азимуту, где W-ширина тест-объекта, d-расстояние от телевизионной камеры до тест-объекта. Для определения величины поля зрения по углу места - β вместо W использовать h - высоту тест-объекта. Главным недостатком этого метода является необходимость вписания тест-объекта в растр телевизионной камеры, а это возможно сделать только на конечных расстояниях, на которых угловое поле зрения является условной характеристикой. Это объясняется тем, что лучи, приходящие из отдельно взятой точки поля зрения в центр зрачка объектива телевизионной камеры (главные лучи точек), составляют с оптической осью иной угол, чем лучи, приходящие из этой же точки в периферийные точки зрачка. Когда плоскость предметов находится в бесконечности, вопрос об угловом поле зрения становится определенным, т.к. главные лучи становятся параллельными к другим лучам из этой же точки поля зрения, идущими в любую точку зрачка, и угол между главным лучом и оптической осью остается неизменным при любом положении центра зрачка относительно плоскости предметов. Величина поля зрения определяется отношением размера полевой диафрагмы - D, расположенной в задней фокальной плоскости системы, к фокусному расстоянию - f этой системы (И.В. Сакин. "Инженерная оптика". Ленинград "Машиностроение" Ленинградское отделение 1976 г. С.84-85).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является установка для измерения поля зрения телескопических систем (Россия, авторское свидетельство №1654708 А1, МПК G01M 11/00, опубликовано 07.06.1991 г.), которая содержит источник света, конденсор и коллиматор, состоящий из объектива, в передней фокальной плоскости которого установлен непрозрачный экран с узкой вертикальной щелью (тест-объект), перемещающийся перпендикулярно оптической оси системы при помощи электродвигателя. За контролируемой телескопической системой расположен измерительный блок, состоящий из объектива, позиционно-чувствительного фотоприемника, блока обработки информации, блока индикации и цифропечатающего устройства. К недостаткам данного устройства относится отсутствие визуального контроля положения щели в границах поля зрения, ограниченность его функциональных возможностей таких, как измерение поля зрения по углу места в случае наличия прямоугольной диафрагмы в телескопической системе, невозможность определять поля зрения телевизионных камер.
Задача, стоящая перед предлагаемым техническим решением - это повышение эксплуатационных характеристик установки.
Технический результат - повышение достоверности измерений, увеличение информативности и точности контроля, а также возможность контроля параметров тест-объектов в виде мир с горизонтальными и вертикальными линиями.
Это достигается тем, что установка для измерения углового поля зрения и контроля величины шага линий миры тест-объекта, содержащая коллиматор с тест-объектом в фокальной плоскости, контролируемое изделие, содержащее объектив, и измерительный блок, включающий позиционно-чувствительный приемник излучения, в отличие от известного, тест-объект выполнен в виде перекрестия и жестко закреплен в фокальной плоскости коллиматора, контролируемое изделие, выполненное телевизионным (тепловизионным), приемник излучения, которого расположен в фокальной плоскости объектива, между коллиматором и контролируемым изделием установлено плоское зеркало с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, при этом выход коллиматора через плоское зеркало соединен с входом контролируемого изделия, а именно с объективом, а в измерительный блок введены пульт синхронизации и формирования импульса подсвета строки и двух граничных импульсов, двулучевой осциллограф, видеомонитор, при этом выход контролируемого изделия соединен с входом первого канала двулучевого осциллографа и с входом пульта синхронизации и формирования импульса подсвета строки и двух граничных импульсов, первый выход пульта синхронизации и формирования импульса подсвета строки и двух граничных импульсов соединен с входом видеомонитора, а второй выход этого же пульта соединен с входом второго канала двулучевого осциллографа.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок схема установки для измерения поля зрения. На фиг.2 изображен тест-объект, а на фиг.3 изображен тест-объект с вертикальными и горизонтальными линиями.
Установка для измерения углового поля зрения и контроля величины шага линий миры тест-объекта, (фиг.1) содержит коллиматор 1, в фокальной плоскости которого жестко закреплен тест-объект (фиг.2), плоское зеркало 2, контролируемое изделие 3 в виде телевизионной камеры, содержащей объектив, в фокальной плоскости которого размещен приемник излучения телевизионного (тепловизионного) типа (на фиг. не показаны), двулучевой осциллограф 4, пульт синхронизации и формирования импульса подсвета строки и граничных импульсов (ПСИПГИ) 5, видеомонитор 6, при этом выход коллиматора 1 через плоское зеркало 2 соединен с входом контролируемого изделия 3, а именно с объективом, а выход контролируемого изделия 3 тепловизионного (телевизионногой) типа соединен с входом ПСИПГИ 5 и с входом первого канала двулучевого осциллографа 4, первый выход ПСИПГИ 5 соединен с входом видеомонитора 6, второй выход ПСИПГИ 5 - с входом второго канала двулучевого осциллографа 4. В зависимости от типа приемника излучения (телевизионный или тепловизионный) определяется и тип коллиматора. Введение ПСИПГИ 5 в блок схему установки позволяет сформировать два граничных импульса и импульс подсвета строки, выбранной оператором на экране видеомонитора 6 или на осциллограмме, которая необходима для контроля нужного параметра. Эти импульсы вводятся в выходной видеосигнал приемника излучения телевизионного (тепловизионного) типа, а импульсом подсвета строки, поданным на вход второго канала двулучевого осциллографа 4, засинхронизировать его. При этом для однозначного определения принадлежности видеосигнала на осциллограмме первого канала двулучевого осциллографа 4 к видеосигналу выделенной строки на экране видеомонитора 6 необходимо, чтобы видеосигнал выделенной строки и импульс подсвета этой строки на осциллограммах двух каналов двулучегого осциллографа 4 были один под другим. Величина поля зрения приемника излучения телевизионной (тепловизионной) камеры определяется углом разворота плоского зеркала 2 вокруг его вертикальной оси.
На фиг.2 изображен тест-объект в виде креста в формате 4:3 с точкой О в месте пересечения его линий, который используется для определения величины поля зрения приемника излучения телевизионных (тепловизионных) камер.
На фиг.3 изображен тест-объект с вертикальными и горизонтальными линиями, часто применяемый для определения разрешающей способности приемников излучения. Рассчитываются такие тест-объекты с учетом фокусного расстояния и поля зрения контролируемой телевизионной (тепловизионной) камеры и фокусного расстояния коллиматора.
Видеосигнал на первом выходе пульта синхронизации и формирования импульса подсвета строки и двух граничных импульсов 5 состоит из телевизионного видеосигнала, сформированного приемником излучения телевизионного (тепловизионного) типа и импульсов подсвета строки и граничных импульсов. Положение граничных импульсов относительно начала и конца каждой строки полукадра (кадра) изменяется с помощью ручек управления, расположенных на верхней панели пульта 5. На этой же панели находятся переключатели для выбора номера подсвечиваемой строки. Предлагаемая установка позволяет с большой точностью измерять поле зрения контролируемого изделия 3 телевизионного (тепловизионного) типа, которая определяется шагом шкалы поворота плоского зеркала 2 вокруг своей вертикальной оси. А также позволяет в процессе испытаний проконтролировать параметры (шаг вертикальных и горизонтальных линий миры в угловой мере) используемого тест-объекта (фиг.3) и получить достоверные значения разрешающей способности испытываемого приемника излучения телевизионного (тепловизионного) типа, несмотря на то, что параметры используемого до испытаний тест-объекта были неизвестны или в установке для измерения разрешающей способности приемников излучения телевизионного типа не была обеспечена сопряженность плоскости тест-объекта, расположенного в фокальной плоскости коллиматора, с плоскостью фоточувствительного элемента (матрицы) приемника излучения телевизионного (тепловизионного) типа.
Работает данная установка следующим образом. Коллиматор 1 формирует оптический сигнал тест-объекта (фиг.2), который расположен в фокальной плоскости коллиматора 1. Этот сигнал, отражаясь от плоского зеркала 2, под прямым углом поступает на вход контролируемого изделия 3, в котором из оптического сигнала формирует телевизионный видеосигнал тест-объекта (фиг.2). Этот сигнал одновременно поступает на вход ПСИПГИ 5 и на вход первого канала двулучевого осциллографа 4. Для синхронизации двулучевого осциллографа 4 на вход его второго канала поступает с второго выхода ПСИПГИ 5 импульс подсвета строки, выделенной оператором на экране видеомонитора 6. С первого выхода ПСИПГИ 5 видеосигнал поступает на вход видеомонитора 6, который отличается от видеосигнала на выходе контролируемого изделия 3 только тем, что в него введены импульс подсвета строки и два граничных импульса. Выбор номера выделяемой строки осуществляется оператором путем переключения трех галетных переключателей, расположенных на передней панели ПСИПГИ 5. На этой же панели расположены два переменных резистора, с помощью которых производится перемещение граничных импульсов вдоль активной части строк, длительность которой соответствует угловому размеру поля зрения приемника излучения по азимуту.
Для иллюстрации работы данной установки ниже рассматривается метод определения поля зрения контролируемого изделия 3, выполненного в виде телевизионных (тепловизионных) камер, а также метод контроля шага мир на изображении тест-объектов (фиг.3) с вертикальными и горизонтальными линиями, разработанных для телевизионных (тепловизионных) камер, имеющих различные фокусные расстояния, а также в случае, если не обеспечено сопряжение плоскости расположения тест-объекта с плоскостью расположения фоточувствительного элемента (матрицы) приемника излучения телевизионного (тепловизионного) типа.
л
п
л
п
Измерение поля зрения контролируемого изделия 3 по азимуту производится следующим образом. На коллиматоре 1 устанавливают величину разности температур (освещенности), обеспечивающую четкое наблюдение видеоимпульса точки О на осциллограмме выделенной строки, проходящей через эту точку. Собирают схему измерения (фиг.1). Плоское зеркало 2 и контролируемое изделие 3 с приемником излучения устанавливают таким образом, чтобы плоскость расположения фоточувствительной матрицы приемника излучения и плоскость расположения тест-объекта (фиг.2) в фокальной плоскости коллиматора 1 были сопряжены. При этом стрелка отсчета угла поворота плоского зеркала 2 должна стоять на нулевой отметке, которая расположена по середине шкалы поворота плоского зеркала 2. На экране видеомонитора 6 получают изображение тест-объекта (фиг.2), устанавливают стрелку поворота плоского зеркала 2 на нулевое деление шкалы, затем поворотом всей конструкции плоского зеркала 2 получают изображение точки О тест-объекта (фиг.2) в центральной части экрана видеомонитора 6, выделяют строку, проходящую через точку О, и поворотом корпуса плоского зеркала 2 устанавливают на осциллограмме видеоимпульс точки О по середине выделенной строки, при этом стрелка поворота плоского зеркала 2 должна быть на отметке ноль. Затем поворотом самого плоского зеркала 2 вокруг вертикальной оси смещают видеосигнал точки О на осциллограмме выделенной строки влево до совпадения его с началом активной части выделенной строки и отмечают по шкале поворота плоского зеркала 2 величину угла £. Таким же образом определяют угол поворота плоского зеркала 2 £, необходимый до совмещения видеоимпульса точки О от нулевого значения шкалы поворота плоского зеркала 2 до совпадения с концом активной части выделенной строки. Угол поля зрения приемника излучения по азимуту будет равен £=(£+£)·2.
в.
Для измерения поля зрения приемника излучения контролируемого изделия 3 по углу места β надо контролируемое изделие 3 повернуть на 90° против часовой стрелки относительно положения при измерении угла поля зрения по азимуту и закрепить контролируемое изделие 3 на кронштейне в этом положении. Установить стрелку шкалы поворота плоского зеркала 2 на ноль и поворотом всей конструкции плоского зеркала 2 добиться размещения изображения точки О в центральной части экрана видеомонитора 6, выделить строку, расположенную в самом начале экрана видеомонитора 6, и поворотом плоского зеркала 2 вокруг своей оси совместить изображение точки О с выделенной строкой. На осциллограмме выделенной строки должен быть виден видеосигнал точки О. Уменьшая номер выделенной строки и изменяя длительность развертки двулучевого осциллографа 4, получить на осциллограмме видеосигнал переднего гасящего импульса полукадра и следующих за ним начальных строк. Продолжить поворот плоского зеркала 2 в прежнем направлении до тех пор, пока видеосигнал точки О не исчезнет с осциллограммы выделенной строки. Угол поворота плоского зеркала 2, при котором в последний раз был виден видеосигнал точки О, принять за верхнюю границу угла поля зрения по углу места β
н
в
в
н
в
н
Для определения нижней границы угла поля зрения контролируемого изделия 3 с приемником излучения по углу места β необходимо, как и в случае определения β, установить стрелку на шкале поворота плоского зеркала 2 на ноль, проконтролировать размещение изображения точки О в центральной части экрана видеомонитора 6, выделить строку, проходящую в самом конце экрана видеомонитора 6, и поворотом плоского зеркала 2 вокруг своей оси совместить изображение точки О с выделенной строкой, при этом на осциллограмме выделенной строки должен быть виден видеосигнал точки О. Увеличивая номер выделенной строки и изменяя длительность развертки двулучевого осциллографа 4, получить на осциллограмме видеосигнал заднего гасящего импульса того же, как и в случае при определении β, полукадра и находящихся перед ним последних строк этого же полукадра. Продолжить поворот плоского зеркала 2 в прежнем направлении до тех пор, пока видеосигнал точки О не исчезнет на осциллограмме выделенной строки. Угол поворота плоского зеркала 2, при котором в последний раз был виден видеоимпульс точки О, принять за нижний угол поля зрения по углу места β. Величина угла поля зрения приемника излучения по углу места будет равна β=(β+β)·2.
эл
эп.
э
эл
эп
в
эв
Данная установка позволяет определить величину уменьшения поля зрения телевизионных (тепловизионных) систем при наблюдении за обстановкой по экрану видеомонитора по сравнению с полем зрения приемника излучения этих же систем. Для этого надо на ПСИПГИ 5 включить формирователь граничных импульсов и с помощью переменных резисторов на верхней панели ПСИПГИ 5 установить граничные линии на левой и правой границах экрана видеомонитора 6. В процессе измерения поля зрения приемника излучения контролируемого изделия 3 по углу азимута в момент достижения изображения точки О тест-объекта (фиг.2) левого края экрана видеомонитора 6 отметить величину угла £ по шкале поворота плоского зеркала 2, то же самое сделать при достижении изображения точки О правого края экрана видеомонитора отметить по шкале поворота зеркала значение угла £Величина угла поля зрения по азимуту телевизионной (тепловизионной) системы равна £=(£+£)·2. В самом начале определения величины поля зрения приемника излучения по углу места β, когда уже выделена крайняя сверху строка на экране видеомонитора 6, поворачивать плоское зеркало 2 вокруг своей оси влево до тех пор, пока изображение точки О совместится с верхней строкой на экране видеомонитора 6, отметить угол β по шкале поворота плоского зеркала 2.
н
эн
э
эв
эн
э
э
В самом начале определения величины поля зрения приемника излучения контролируемого изделия 3 по углу места β, когда уже выделена крайняя снизу строка на экране видеомонитора 6, поворачивают плоское зеркало 2 вокруг своей оси вправо до тех пор, пока изображение точки О совместится с нижней строкой на экране видеомонитора, отметить величину угла β по шкале поворота плоского зеркала 2. Величина поля зрения тепловизионной (телевизионной) системы по углу места равна β=(β+β)·2. Уменьшение величины поля зрения телевизионной (тепловизионной) системы по сравнению с полем зрения ее приемников излучения по углу азимута равно Δ£=£-£, а по углу места Δβ=β-β.
гв
Контроль параметров тест-объекта (фиг.3), используемого для определения разрешающей способности контролируемого изделия 3, производится по его изображению следующим образом. Сначала с высокой точностью определяется величина поля зрения приемника излучения контролируемй телевизионной (тепловизионной) камеры, а также угловая величина части поля зрения, приходящаяся на группу вертикальных (горизонтальных) линий изображения миры тест-объекта (фиг.3), по которой определяется разрешающая способность приемника излучения по углу азимута (по углу места). Угловая величина группы вертикальных линий Δ£ на изображении миры определяется по формуле
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mtext>£</mtext><mrow><mtext>гв</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>£</mtext><mo>⋅</mo><msub><mtext>t</mtext><mrow><mtext>гв</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mtext>t</mtext><mrow><mtext>az</mtext></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
где £ - угол поля зрения приемника излучения тепловизионной (телевизионной) системы по азимуту;
az
t- длительность активной части строки;
гв
t- длительность группы вертикальных линий миры тест-объекта, которая измеряется на экране осциллографа 4 в режиме выделения строки.
гв
Угловая величина одного периода (шага) изображения вертикальных линий для используемой группы тест-объекта равна Δ£/n=Δм.в,
где n - число периодов в группе вертикальных линий миры тест-объекта.
г.г.
Угловая величина Δβгруппы горизонтальных линий тест-объекта определяется по формуле
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>β</mi><mrow><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>β</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mi>г</mi><mi>к</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>а</mi><mi>к</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где
β - угол поля зрения приемника излучения телевизионной (тепловизионной) камеры по углу места;
ак
Т - длительность активной части полукадра (кадра);
гк
z
н
в
t=t (N N) - длительность вдоль кадра группы горизонтальных линий миры тест-объекта, используемого для определения разрешающей способности приемника излучения телевизионной (тепловизионной) камеры вдоль кадра;
z
t- период строчной развертки приемника излучения;
н
в
N,N - номера строк, совпадающих, соответственно, с нижним и верхним краями выбранной группы линий миры тест-объекта.
н
н
Для определения Nнадо выделить строку, на которой заканчивается выбранная группа горизонтальных линий, уточнить по осциллограмме положение выделенной строки относительно нижнего края выбранной группы горизонтальных линий тест-объекта (последняя из строк видеосигнала на выходе приемника излучения, на которой есть видеосигнал от горизонтальной линии миры, должна быть по расположению синхронна с импульсом подсвета строки на осциллограмме второго канала двулучевого осциллографа 4) и заметить на ПСИПГИ 5 номер этой строки N.
в
в
Для определения N надо выделить строку, с которой начинается выбранная группа горизонтальных линий тест-объекта, по осциллограмме уточнить положение выделенной строки относительно верхнего края выбранной группы горизонтальных линий тест-объекта (первая из строк видеосигнала на выходе приемника излучения, на которой есть видеосигнал от выбранной группы горизонтальных линий, должна быть по расположению синхронна с импульсом подсвета строки на осциллограмме второго канала двулучевого осциллографа 4) и заметить на ПСИПГИ 5 номер этой строки N.
шг.
гг.
Угловая величина одного периода (шага) горизонтальных линий используемой группы тест-объекта равна Δ=Δβ/n, где n - число периодов в группе горизонтальных линий миры тест-объекта.
Таким образом, получен технический результат в части достоверности и точности измерений за счет возможности сопоставлять наблюдаемое на экране видеомонитора изображение тест-объекта и его элементов с соответствующими частями видеосигнала тест-объекта, а используя возможности двулучевого осциллографа (диапазоны изменения длительности и усиления), повысить точность измерения. Предлагаемая установка позволяет измерять в двух направлениях величину поля зрения как отдельно приемников излучения телевизионного (тепловизионного) типа, так и с учетом использования в телевизионной системе видеомонитора.
С помощью предлагаемого устройства можно контролировать и определять величину углового шага полос линейчатых мир тест-объектов, если значение этого параметра неизвестно или в установке для измерения разрешающей способности приемников излучения телевизионного типа не обеспечена сопряженность плоскости тест-объекта, расположенного в фокальной плоскости коллиматора, с плоскостью фоточувствительного элемента (матрицы) приемника излучения телевизионного типа.