Устройство обнаружения скрытых объектов
Изобретение относится к области спецтехники и может быть использовано для обнаружения и опознавания скрытых объектов по тепловому излучению в полевых условиях как в дневное, так и в ночное время. Сущность: устройство содержит объектив, модулятор, генератор развертки и соединенные последовательно с сигнальной пластиной предусилитель, видеоусилитель и процессор кадра. При этом модулятор выполнен с возможностью вращения и расположен между объективом и пироконом, помещенным в фокусирующе-отклоняющую систему. Вход генератора развертки соединен с системой синхронизации, а выход - с фокусирующе-отклоняющей системой. Кроме того, в устройство введено плоское зеркало, установленное перед объективом под углом к его оптической оси. Зеркало выполнено с возможностью синхронизированного с кадровой разверткой вращения относительно оси. Причем ось составляет с плоскостью зеркала угол, определяемый по формуле: 
=
/2-1/2arctg n
/f', где n - ширина линии, выделяющей контур, приведенная к мишени пирокона и выраженная в телевизионных строках, - ширина телевизионной строки в растре пирокона, f' - фокусное расстояние объектива. Технический результат: повышение вероятности обнаружения и опознавания объектов в полевых условиях путем выделения их контуров. 2 ил. 
Изобретение относится к области спецтехники и может быть использовано для обнаружения и опознавания скрытых объектов, например танков, самоходных орудий и т.п., по тепловому излучению в полевых условиях как в дневное, так и в ночное время.
Известно тепловизионное устройство [1], позволяющее обнаруживать скрытые объекты по тепловому излучению, содержащее объектив, двухкоординатное сканирующее оптико-механическое устройство, расположенное между объективом и точечным приемником инфракрасного излучения, устройство синхронизации, оптически связанное со сканирующим устройством, соединенные последовательно с выходом приемника предусилитель и усилитель. Устройство формирует на выходе импульсы синхронизации и электрический сигнал, который может быть визуализирован на экране видеоконтрольного устройства.
Известно также тепловизионное устройство [2] аналогичного назначения, которое содержит объектив, однокоординатное сканирующее оптико-механическое устройство, расположенное между объективом и линейкой приемников инфракрасного излучения, устройство синхронизации, оптически связанное со сканирующим устройством, выход которого электрически соединен с коммутирующим устройством, входы которого соединены с выходами линейки приемников, а выход - с усилителем. Устройство формирует на выходе импульсы синхронизации и электрический сигнал, который может быть визуализирован на экране видеоконтрольного устройства.
Указанные устройства имеют следующие недостатки, связанные с использованием в них оптико-механических сканирующих устройств:
- сложность реализации высоких скоростей сканирования,
- сложность формирования развертки изображения с хорошей линейностью,
- механические шумы,
- значительные габариты устройств.
Недостатком описанных устройств является также то, что в них не предусмотрено выделение признаков изображения (в частности, выделение контуров объектов), что существенно снижает вероятность обнаружения и опознавания скрытых объектов.
Наиболее близким техническим решением из известных является пироэлектрическая тепловизионная камера [3], позволяющая обнаруживать скрытые объекты по тепловому излучению, содержащая объектив, модулятор, выполненный с возможностью вращения от электродвигателя и расположенный между объективом и пироконом, помещенным в фокусирующе-отклоняющую систему, генератор развертки, вход которого соединен с системой синхронизации, а выход - с фокусирующе-отклоняющей системой, соединенные последовательно с сигнальной пластиной пирокона предусилитель, видеоусилитель и процессор кадра. Устройство вырабатывает на выходе видеосигнал, который может быть визуализирован на экране видеоконтрольного устройства.
Указанное устройство свободно от недостатков, присущих ранее описанным устройствам с оптико-механическими системами сканирования, но так же, как и в этих устройствах, в нем не предусмотрено выделение признаков изображения (в частности, выделение контуров объектов), что существенно снижает вероятность обнаружения и опознавания скрытых объектов. Выделение признаков изображения может быть осуществлено с помощью цифровой обработки информации. Однако это требует применения сложного комплекса аппаратуры, включающего в себя устройства электронно-вычислительной техники, что делает затруднительным использование такой аппаратуры в полевых условиях.
Целью настоящего изобретения является повышение вероятности обнаружения и опознавания скрытых объектов, например танков, самоходных орудий и т.п., в полевых условиях путем выделения контуров объектов.
Указанная цель достигается тем, что в устройство обнаружения скрытых объектов, содержащее объектив, модулятор, выполненный с возможностью вращения от электродвигателя и расположенный между объективом и пироконом, помещенным в фокусирующе-отклоняющую систему, генератор развертки, вход которого соединен с системой синхронизации, а выход - с фокусирующе-отклоняющей системой, соединенные последовательно с сигнальной пластиной пирокона предусилитель, видеоусилитель и процессор кадра, введено плоское зеркало, установленное перед объективом под углом к его оптической оси и выполненное с возможностью синхронизированного с кадровой разверткой вращения относительно оси, составляющей с плоскостью зеркала заданный угол, отличный от /2, при неподвижном открытом модуляторе.
Угол между плоскостью зеркала и осью вращения выбирается таким образом, чтобы смещение изображения объектов по плоскости мишени пирокона за половину периода вращения соответствовало n телевизионным линиям (рекомендуется 3...5), и определяется из выражения
где - угол между осью вращения и плоскостью зеркала,
n - ширина линии, выделяющей контур, приведенная к мишени пирокона и выраженная в телевизионных строках,
- ширина телевизионной строки в растре пирокона,
f' - фокусное расстояние объектива.
Авторам не известны источники патентной и научно-технической информации, содержащие сведения о технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемого решения. Описанное выполнение устройства обеспечивает получение видеосигнала, переменная составляющая которого отлична от нуля только в областях, где имеет место ступенчатое изменение облученности в плоскости мишени, следствием чего является выделение на экране видеоконтрольного устройства контуров объектов. Поэтому авторы считают, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, позволяющими при его практическом осуществлении повысить вероятность обнаружения и опознавания скрытых объектов.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2.
На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства обнаружения скрытых объектов, на фиг.2 - графики, поясняющие принцип выделения контуров объектов.
Устройство обнаружения скрытых объектов (см. фиг.1) содержит плоское зеркало 1, установленное перед объективом 2 на оси электродвигателя 3 под углом, отличным от /2, модулятор 4, установленный на оси электродвигателя 5 и расположенный между объективом 2 и пироконом 6, помещенным в фокусирующе-отклоняющую систему 7, генератор развертки 8, вход которого соединен с системой синхронизации, включающей в себя источник излучения 9 и фотодатчик 10, расположенные друг против друга с противоположных сторон вблизи края плоского зеркала 1, и источник излучения 11 и фотодатчик 12, расположенные друг против друга с противоположных сторон вблизи края модулятора 4, а выход генератора развертки 8 соединен с фокусирующе-отклоняющей системой, соединенные последовательно с сигнальной пластиной пирокона 6 предусилитель 13, видеоусилитель 14 и процессор кадра 15.
Устройство работает следующим образом. Поток излучения, испускаемого объектом, после отражения от плоского зеркала 1 проходит объектив 2 и при открытом модуляторе 4 создает на мишени пирокона 6 изображение объекта. Угол между плоскостью зеркала 1 и оптической осью объектива 2 определяется исходя из следующих соображений: конструктивного выполнения устройства в целом, требуемых максимальных размеров плоского зеркала 1, расположения устройства на объекте-носителе, например танке, командном пункте и т.п., требуемого направления оси визирования по отношению к объекту-носителю. При этом поток излучения, исходящий от объектов, должен полностью заполнять входной зрачок объектива 2, а экранировка потока элементами конструкции прибора должна отсутствовать. Вращение зеркала 1 электродвигателем 3 синхронно с кадровой разверткой вызывает перемещение изображения по мишени пирокона с частотой кадров с амплитудой n телевизионных линий, если угол между зеркалом 1 и осью электродвигателя 3 определен из приведенной ранее формулы. В результате пироэлектрический ток, снимаемый с пирокона, отличен от нуля только в областях мишени, где имеет место резкий перепад облученности мишени, то есть осуществляется выделение контуров объектов.
Сущность выделения контуров объектов заключается в следующем (см. фиг.2). Допустим, в начальный момент времени t=to , соответствующий началу перемещения изображения по мишени пирокона, зависимость температуры мишени пирокона Т(х)|t=t о вдоль некоторой оси Х имеет вид, представленный на соответствующем графике. За время 
, равное половине периода вращения зеркала 1, изображение температурного поля перемещается по мишени пирокона на величину 
=n. Зависимость температуры мишени пирокона Т(х)|t=t о+ вдоль оси Х имеет вид, представленный на соответствующем графике. Как видно из сравнения кривых Т(х)|t=t о и Т(х)|t=tо+, в точках x1 и x 2, соответствующих границам изображения обнаруживаемого объекта, происходит заметное изменение температуры мишени пирокона, а в точках x3 и x4 , соответствующих изображениям объекта и фона, изменение температуры мишени пирокона практически не просходит. Как известно, пироэлектрический ток ip при считывании информации с мишени пирокона возникает только тогда, когда температура мишени меняется во времени. При считывании информации с мишени пирокона в точках x1 и x2, где имеет место заметное изменение температуры, пироэлектрический ток отличен от нуля, а в точках x3 и x 4, где изменение температуры практически отсутствует, равен 0. Зависимость пироэлектрического тока ip (x) при считывании информации вдоль оси Х показана на соответствующем графике. Таким образом, прием инфракрасного излучения устройством, содержащим пирокон 6, одновременно с перемещением изображения по мишени пирокона за счет расположения и вращения зеркала 1 указанным ранее образом обеспечивает выделение контуров объектов поиска на фоне. Угол между плоскостью зеркала 1 и осью электродвигателя 3 определяет амплитуду перемещения изображения по мишени пирокона 6 и влияет на ширину линии, выделяющей контур объекта поиска, которая при определении угла по приведенной в описании формуле составляет n телевизионных строк. Чем больше указанный угол отличается от /2, тем шире линия, выделяющая контур. Практически рекомендуется выбирать n=3...5. Синхронизация вращения зеркала 1 с кадровой разверткой обеспечивает постоянство пироэлектрического тока, соответствующего выделяемому контуру, во времени при постоянстве температур объекта поиска и фона.
Считывание информации с мишени пирокона 6 осуществляется электронным лучом, формируемым фокусирующе-отклоняющей системой 7, управляемой генератором развертки 8. Генератор развертки 8 запускается синхроимпульсами, поступающими от фотодатчика 10 в момент облучения его потоком от источника 9, попадающим на фотодатчик через отверстие в плоском зеркале 1. Снимаемый с пирокона 6 сигнал в виде пироэлектрического тока усиливается в предусилителе 13, а затем в видеоусилителе 14 и поступает в процессор кадра 15, который формирует выходной сигнал в результате вычитания двух последовательных полукадров.
Устройство может работать также в режиме тепловизионной камеры. При этом зеркало 1 неподвижно. Модулятор 4, представляющий непрозрачный диск с прорезями, приводимый во вращение электродвигателем 5, обеспечивает периодическое перекрывание потока излучения для создания на мишени пирокона 6 температурного рельефа переменного во времени. При этом генератор развертки 8 запускается синхроимпульсами, поступающими с фотодатчика 12, в момент облучения его потоком от источника 11, попадающим на фотодатчик через прорези в диске модулятора 4.
Описанное устройство обнаружения скрытых объектов по сравнению с прототипом обеспечивает выделение контуров объектов, тем самым повышается вероятность их обнаружения и опознавания. Так как вероятность обнаружения и опознавания объектов является одной из наиболее важных характеристик рассматриваемого класса приборов, то достижение указанного эффекта позволяет существенно повысить результативность разведки. Предлагаемое устройство может найти применение в специальных целях для осуществления разведки в полевых условиях, а также при решении ряда других задач, где необходимо обнаружение замаскированных объектов.
Источники информации
1. Техническое описание "Thermovision AGA-680" (фирма AGA, Швеция).
2. Дж. Ллойд. Системы тепловидения. М.: Мир, 1978, с. 308-314.
3. Техническое описание "Thermocam CF-200 JR" (фирма Sofretec, Франция).
Формула изобретения
Устройство обнаружения скрытых объектов, содержащее объектив, модулятор, выполненный с возможностью вращения и расположенный между объективом и пироконом, помещенным в фокусирующе-отклоняющую систему, генератор развертки, вход которого соединен с системой синхронизации, а выход - с фокусирующе-отклоняющей системой, соединенные последовательно с сигнальной пластиной пирокона предусилитель, видеоусилитель и процессор кадра, отличающееся тем, что, с целью повышения вероятности обнаружения и опознавания объектов в полевых условиях путем выделения их контуров, в него введено плоское зеркало, установленное перед объективом под углом к его оптической оси и выполненное с возможностью синхронизированного с кадровой разверткой вращения относительно оси, составляющей с плоскостью зеркала угол, определяемый по формуле
где n - ширина линии, выделяющей контур, приведенная к мишени пирокона и выраженная в телевизионных строках,
- ширина телевизионной строки в растре пирокона,
f' - фокусное расстояние объектива.
РИСУНКИ
