Активно-импульсный телевизионный прибор вождения с помехозащищенным обзором в прямом и обратном направлениях

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к приборам ночного видения (ПНВ).
Известен принятый за аналог тепловизионный прибор вождения автотранспорта (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г., Видение и безопасность, М.: Новости, 2009, 840 с., с. 590-592, рис. 8.1.13, а также: тепловизионные приборы вождения Night Driver фирмы Raytheon, США (рис. 8.1.13а), Driver Thermal фирмы Viewer Kollsman Inc., США (рис. 8.1.13б, в), «Кобчик» ОАО ЦНИИ «Циклон» (рис. 8.1.13г-е). Тепловизионные приборы вождения состоят из тепловизионной камеры и телевизионного (ТВ) монитора. Тепловизионная камера содержит инфракрасный (ИК) объектив и тепловизионный модуль, состоящий из последовательно соединенных микроболометрической матрицы фотодетекторов и электронного блока, выход которого подключен к ТВ монитору.
Данные тепловизионные приборы вождения позволяют водить автотранспорт ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), а также в условиях световых помех от фар встречного транспорта.
Недостатками тепловизионных приборов вождения являются зависимость их дальности действия от значения природных температурных контрастов объекта наблюдения с окружающим его фоном (при низком температурном контрасте объект, например, лежащее поперек дороги бревно, можно и не увидеть), низкая геометрическая разрешающая способность, невозможность видения дорожных знаков, надписей и разметки, а также высокая стоимость. Эти приборы не обеспечивают защиту от световых помех, создаваемых фарами идущего сзади транспортного средства. Эти помехи воздействовают на зрение водителя через зеркала заднего вида.
Известен принятый за прототип Активно-импульсный телевизионный ПНВ (АИ ТВ ПНВ) вождения автотранспорта (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д., Техническое зрение. Инновации. М.: Техносфера, 2014, 840 с., модель ПАИН ОАО «Катод», с. 272, рис. 3.3.12 - внешний вид и с. 19, рис. 1.1.6 - блок-схема). АИ ТВ ПНВ содержит блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, узкополосного фильтра с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) с микроканальной пластиной (МКП), оптики переноса, ТВ камеры, причем первый линзовый компонент оптики переноса сфокусирован на экран ЭОП, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС ТВ камеры, подключенной к ТВ монитору.
АИ ТВ ПНВ содержит импульсный лазерный осветитель, состоящий из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя (ИЛПИ) и объектива формирования излучения (ОФИ). Выход блока накачки подключен к ИЛПИ, на излучающую поверхность которого сфокусирован ОФИ. АИ ТВ ПНВ содержит блок стробирования, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора импульсов, блока регулируемой задержки и формирователя стробирующих импульсов, выход которого подключен к МКП ЭОП, причем первый выход задающего генератора импульсов подключен к блоку накачки, а второй выход задающего генератора импульсов подключен ко входу блока регулируемой задержки.
АИ ТВ ПНВ обеспечивалет вождение ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы, при наличии световых помех от фар встречного транспорта, его дальность действия не зависит от уровня тепловых контрастов объекта и фона, геометрическая разрешающая способность АИ ТВ ПНВ значительно выше, чем у тепловизионного прибора вождения, в отличие от которого АИ ТВ ПНВ обеспечивает видение дорожных знаков, надписей и разметки, а также имеет меньшую стоимость.
Однако АИ ТВ ПНВ имеет тот же недостаток: неспособность обеспечить защиту от световых помех, создаваемых фарами идущего сзади транспортного средства и воздействующих на зрение водителя через зеркала заднего вида.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение видения водителем дорожной обстановки при воздействии световых помех от фар идущего сзади транспортных средств.
Указанная задача решается тем, что активно-импульсный телевизионный прибор вождения с помехозащищенным обзором в прямом и обратном направлениях, содержащий блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, узкополосного фильтра с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, оптики переноса, телевизионной камеры, причем первый линзовый компонент оптики переноса сфокусирован на экран электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС телевизионной камеры, подключенной к телевизионному монитору, импульсный лазерный осветитель, состоящий из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя и объектива формирования излучения, на излучающую поверхность импульсного лазерного полупроводникового излучателя сфокусирован объектив формирования излучения, блок стробирования, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора импульсов, блока регулируемой задержки и формирователя стробирующих импульсов, выход которого подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, причем первый выход задающего генератора импульсов подключен к блоку накачки, а второй выход задающего генератора импульсов подключен ко входу блока регулируемой задержки, отличающийся тем, что импульсный лазерный осветитель дополнительно содержит второй импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, подключенный к выходу блока накачки, на излучающую поверхность второго импульсного лазерного полупроводникового излучателя сфокусирован второй объектив формирования излучения, ориентированный в направлении обзора в обратном направлении, блок наблюдения дополнительно содержит блок обратного обзора, состоящий из правой и левой ветви обратного обзора, каждая из которых состоит из последовательно установленных плоского зеркала, объектива обратного обзора и дихроичного зеркала, располагающегося между объективом и узкополосным фильтром по разные стороны от оптической оси объектива, причем каждое плоское зеркало оптически сопряжено с соответственно правым и левым зеркалами обратного обзора автомашины.
Данная задача решается благодаря тому, что устройство содержит дополнительные оптические элементы, обеспечивающие проецирование изображения обратного обзора в блок наблюдения активно-импульсного телевизионного прибора ночного видения.
Блок схема предлагаемого устройства представлена на чертеже фиг. 1. Активно-импульсный телевизионный прибор вождения с помехозащищенным обзором в прямом и обратном направлениях (АИ ТВ ПНВ) 1 содержит блок наблюдения 2. Он состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива 3, блока обратного обзора 4, узкополосного фильтра 5 с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину 6, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 7 с микроканальной пластиной (МКП) 8, оптики переноса 9, первый линзовый компонент 10 которой сфокусирован на экран ЭОП 7, а второй ее линзовый компонент 11 сфокусирован на матрицу ПЗС телевизионной (ТВ) камеры 12, подключенной к ТВ монитору 13. Каждая правая и левая ветвь блока обратного обзора 4 состоит из последовательно установленных соответственно правого плоского зеркала 14 и левого плоского зеркала 15, правого объектива обратного обзора 16 и левого объектива обратного обзора 17, расположенных между объективом 3 и узкополосным фильтром 5, правого дихроичного зеркала 18 и левого дихроичного зеркала 19, расположенные по разные стороны от оптической оси объектива 3. При этом каждое плоское зеркало 14 (15) оптически сопряжено с соответствующим зеркалом 20 (21) обратного обзора автомашины Устройство содержит импульсный лазерный осветитель (ИЛО) 22. Он состоит из блока накачки 23, подключенного к первому импульсному лазерному полупроводниковому излучателю (ИЛПИ) 24 и ко второму ИЛПИ 25, а также из первого объектива формирования излучения (ОФИ) 26, сфокусированного на первый ИЛПИ 24 и второго ОФИ 27, сфокусированного на второй ИЛПИ 25. При этом второй ОФИ 27 ориентирован в направлении обратного обзора. Устройство содержит блок стробирования 28, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора импульсов (ЗГИ) 29, первый выход которого подключен к блоку накачки 23, блока регулируемой задержки (БРЗ) 30, ко входу которого подключен второй выход ЗГИ 29, формирователя стробирующих импульсов (ФСИ) 31, выход которого подключен к МКП 8 ЭОП 7.
Первый ИЛПИ 24 излучает на длине волны 0,85 мкм, второй ИЛПИ 25 излучает на дине волны 0,88 мкм. Фотокатод ЭОП 7 работает в области спектра 0,4-0,9 мкм, а его экран - в области спектра 0,53-0,56 мкм. Матрица ПЗС ТВ камеры 12 работает в области спектра 0,4-1,1 мкм. Узкополосный фильтр 5 пропускает на длинах волн 0,85 мкм и 0,88 мкм. При этом ширина полосы пропускания фильтра 5 на этих длинах волн равна спектральной полосе излучения соответственно первого ИЛПИ 24 и второго ИЛПИ 25. Правое 18 и левое 19 дихроичные плоские зеркала пропускают в области спектра 0,4-0,9 мкм, в том числе и на длине волны 0,85 мкм, и отражают на длине волны 0,88 мкм.
-3
Устройство работает следующим образом. При движении ночью по неосвещенной дороге в условиях нормированного уровня естественной ночной освещенности ЕНО≥3×10 лк, при нормальной прозрачности атмосферы и при отсутствии в поле зрения световых помех от фар встречного или движущегося сзади транспортного средства устройство работает в пассивном режиме. Излучение звезд и Луны, определяющее уровень ЕНО, отражается от дорожной обстановки, находящейся перед автомашиной и являющейся объектом наблюдения, и приходит в объектив 3. При этом в ход лучей вводится компенсирующая плоскопараллельная пластина 6. Излучение проходит через дихроичные зеркала 18, 19 и пластину 6 на фотокатод ЭОП 7, создавая на фотокатоде изображение дорожной обстановки. ЭОП 7 преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 8. Изображение с экрана ЭОП 7 с помощью оптики переноса 9 (ее первого линзового компонента 10 и второго линзового компонента 11) переносится на матрицу ПЗС ТВ камеры 12. Она преобразует изображение в видеосигнал, который поступает в ТВ монитор 13. С его экрана водитель наблюдает изображение передней дорожной обстановки, которое располагается в центральной части поля зрения ТВ монитора 13. Одновременно излучение звезд и Луны, определяющее уровень ЕНО, отражается от дорожной обстановки, находящейся за автомашиной, отражается от правого 20 и соответственно левого зеркала обратного обзора 21 и приходит в объектив 3. Далее устройство работает так, как это было описано выше. При этом водитель наблюдает дорожное пространство за автомашиной с правого и левого участка поля зрения ТВ монитора 13.
При движении ночью в условиях пониженного уровня ЕНО, пониженной прозрачности атмосферы и при наличии световых помех от фар встречных и находящихся сзади транспортных средств устройство переводится в АИ режим работы. При этом включается ИЛО 22 и блок стробирования 28. Перед фотокатодом ЭОП 7 устанавливается узкополосный фильтр 5. ЗГИ 29 со своего первого выхода подает синхроимпульсы на вход блока накачки 23. Он преобразует синхроимпульсы в импульсы тока накачки, которые поступают в первый ИЛПИ 24 и во второй ИЛПИ 25. Они генерируют импульсы излучения на длинах волн соответственно 0,85 мкм и 0,88 мкм. Первый ОФИ 26 коллимирует излучение первого ИЛПИ 24 и направляет его вперед по ходу движения автомашины на переднюю дорожную обстановку, подсвечивая ее. Аналогично второй ОФИ 27 коллимирует излучение второго ИЛПИ 25 и направляет импульсы излучения назад, подсвечивая дорожную обстановку за автомашиной. Импульсы излучения первого ИЛПИ 24, отраженные от передней дорожной обстановки, приходит в объектив 3, проходят через правое 18 и левое 19 дихроичные зеркала и через узкополосный фильтр 5 на фотокатод ЭОП 7. При этом узкополосный фильтр 5 осуществляет спектральную селекцию дорожной обстановки на фоне световых помех от фар встречного транспорта. Импульс излучение создает на фотокатоде ЭОП 7 изображение передней дорожной обстановки. До прихода на фотокатод ЭОП 7 этого импульса МКП 8 заперта напряжением постоянного смещения, поступающим с выхода ФСИ 31. Одновременно с подачей синхроимпульсов со своего первого выхода ЗГИ 29 подает со своего второго выхода синхроимпульсы на вход БРЗ 30. В нем вводится задержка, равная времени прохождения импульсом излучения расстояния от устройства до передней дорожной обстановки и обратно. Задержанные таким образом синхроимпульсы поступают на вход ФСИ 31. Он создает на своем выходе соответствующие импульсы напряжения, которые подаются на МКП 8. Амплитуда этих импульсов равна амплитуде напряжения постоянного смещения и противоположна ему по знаку. Благодаря этому МКП 8 открывается на время, равное длительности этого импульса напряжения (длительности импульса строба). При этом ЭОП 7 открывается, преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 8. Изображение передней дорожной обстановки с экрана ЭОП 7 с помощью оптики переноса 9 (ее первого линзового компонента 10 и второго линзового компонента 11) переносится на матрицу ПЗС ТВ камеры 12. Она преобразует изображение в видеосигнал, который поступает в ТВ монитор 13. С его экрана водитель наблюдает изображение передней дорожной обстановки, которое располагается в центральной части поля зрения ТВ монитора 13.
Одновременно с первым ИЛПИ 24 второй ИЛПИ 25 генерирует импульсы излучения, которые коллимируются вторым ОФИ 27 и направляются для подсвета дорожной обстановки, находящейся за автомашиной. Импульсы излучения, отраженные от задней дорожной обстановки, возвращаются обратно, отражаются от правого 20 и левого 21 зеркал заднего вида автомашины и приходят в блок наблюдения 2. Излучение, отраженное от правого зеркала обратного обзора 20, отражается от правого плоского зеркала 14, приходя в правый объектив обратного обзора 16, отражается от правого дихроичного зеркала 18, проходят через узкополосный фильтр 5 и создает изображение задней дорожной обстановки на фотокатоде ЭОП 7. Аналогично излучение, отраженное от левого зеркала обратного обзора 21, отражается от левого плоского зеркала 15, приходит в левый объектив заднего обзора 17, отражается от левого дихроичного зеркала 19, проходит через узкополосный фильтр 5 и создает изображение на фотокатоде ЭОП 7. Далее устройство работает так, как это было описано выше. Благодаря этому водитель на экране ТВ монитора 13 видит изображение задней дорожной обстановки, наблюдаемое с правой и левой части поля зрения экрана ТВ монитора 13.
За счет спектральной селекции дорожной обстановки с помощью узкополосного фильтра 5 и временной селекции дорожной обстановки на фоне световых помех от фар встречного и находящегося сзади транспортных средств водитель наблюдает изображение дорожной обстановки, которое не засвечивается от излучения фар постороннего транспорта и не утомляет водителя.
В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.
Таким образом, благодаря тому, что устройство содержит дополнительные оптические элементы, обеспечивающие проецирование изображения обратного обзора в блок наблюдения активно-импульсного телевизионного прибора вождения, обеспечивается видение водителем дорожной обстановки при воздействии световых помех от фар идущего сзади транспортных средств.