Устройство формирования изображения подводных объектов

Авторы патента:

Устройство относится к области оптической локации и может быть использоваться для обнаружения и получения изображения подводных объектов в системах воздушно-космической разведки. Техническим результатом полезной модели является повышение разрешающей способности системы для обнаружения и распознавания объектов на цифровом изображении через границу возмущенного слоя воздух-вода с помощью фильтрации, основанной на методе минимизации среднего квадратического отклонения. Технический результат достигается тем, что в известное устройство формирования изображения подводных объектов, в приемный канал дополнительно введен блок фильтрации цифрового изображения, включенный между выходом блока обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера и индикатором.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство формирования изображения подводных объектов (см. патент РФ на полезную модель 69647 от 22 августа 2007 года, МПК G01S 17/00). Устройство позволяет формировать изображение удаленных объектов, находящихся в толще воды, в условиях наличия в ней неоднородностей различной природы, за счет регистрации отраженного от объекта когерентного светового излучение в виде видеосигналов пространственной частоты.

Устройство включает в себя следующие элементы: передающий канал, состоящий из лазера, вход которого соединен с модулятором излучения по интенсивности на радиочастоте и размещенная на его выходе выходная оптическая система, приемный канал, состоящий из матрицы фотоприемников, вход которой соединен с входной оптической системой и размещенный на ее выходе блок обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера, выход которого соединен с входом индикатора, блок управления, соединенный с входом модулятора излучения по интенсивности на радиочастоте и со вторыми входами управления лазера, матрицы фотоприемников, блока обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера и индикатора.

Недостатком устройства-прототипа является низкая разрешающая способность обнаружения и распознавания объектов на цифровом изображении через границу возмущенной среды воздух-вода, обусловленная наличием нескомпенсированных внешних и внутренних шумов.

Техническим результатом полезной модели является повышение разрешающей способности системы для обнаружения и распознавания объектов на цифровом изображении через границу возмущенного слоя воздух-вода за счет фильтрации, основанной на методе минимизации среднего квадратического отклонения.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство формирования изображения подводных объектов, содержащее передающий канал, состоящий из лазера, вход которого соединен с модулятором излучения по интенсивности на радиочастоте и размещенная на его выходе выходная оптическая система, приемный канал, состоящий из матрицы фотоприемников, вход которой соединен с входной оптической системой и размещенной на ее выходе блок обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера, выход которого соединен с входом индикатора, блок управления, соединенный с входом модулятора излучения по интенсивности на радиочастоте и со вторыми входами лазера, матрицы фотоприемников, блока обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера и индикатора, в приемный канал дополнительно введен блок фильтрации цифрового изображения, включенный между выходом блока обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера и индикатором.

На фигуре изображена структурная схема устройства формирования изображения подводных объектов.

Данное устройство включает в себя следующие элементы: 1 - передающий канал; 2 - лазер; 3 - выходная оптическая система; 4 - модулятор излучения по интенсивности на радиочастоте; 5 - приемный канал; 6-матрица фотоприемников; 7 - входная оптическая система; 8 - блок обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера; 9 - блок фильтрации цифрового изображения; 10 - индикатор; 11 - блок управления.

Из названия блока фильтрации цифрового изображения 8 следует его предназначение. Известно, (смотри, например: Долин Л.С., Левин И.М. «Справочник по теории подводного видения». - Л.: Гидрометеоиздат, 1991 г.

Стр. 60) что отраженный сигнал, поступающий на вход системы, подвержен сильному искажению. Основными причинами, влияющими на искажение сигнала, являются его поглощение и рассеивание слоем воды, концентрация взвеси и степень взволнованности поверхности воды. Чтобы устранить эти искажения, необходимо отфильтровать сигнал. Эффективным, для устранения таких искажений, является фильтр, основанный на методе минимизации среднего квадратического отклонения (смотри, например: Р.Гонсалес. Цифровая обработка изображений. М: Техносфера, 2005 г. Стр. 390).

Устройство работает следующим образом.

С борта воздушного судна в направлении объекта, излучается сигнал в оптическом диапазоне с гармонической модуляцией по интенсивности на радиочастоте, формируемый в передающем канале 1 лазером 2, модулируемый с помощью модулятора 4. В приемном канале 5 отраженный от объекта сигнал принимается матрицей фотоприемников 6, сигнал с которой поступает в блок 8, который формирует изображение объекта с помощью двумерного обратного преобразования Фурье (по двум координатам) на частоте модуляции лазера 2 (радиочастоте) измеренных амплитуд и фаз огибающей модулированного оптического сигнала. Далее, искаженное внешними и внутренними шумами цифровое изображение поступает в блок фильтрации цифрового изображения 9. После обработки, цифровое реконструированное изображение выводится на индикатор 10, позволяющий с высокой достоверностью, в реальный момент времени на цифровом изображении распознать оператору тот или иной объект.

Промышленная применимость предлагаемой полезной модели не вызывает сомнений, так как она может быть реализована с использованием известных оптических и радиотехнических устройств.

Устройство формирования изображения подводных объектов, содержащее передающий канал, состоящий из лазера, вход которого соединен с модулятором излучения по интенсивности на радиочастоте, и размещенной на его выходе выходной оптической системы, приемный канал, состоящий из матрицы фотоприемников, вход которой соединен со входной оптической системой, и размещенного на ее выходе блока обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера, выход которого соединен со входом индикатора, блок управления, соединенный со входом модулятора излучения по интенсивности на радиочастоте и со вторыми входами лазера, матрицы фотоприемников, блока обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера и индикатора, отличающееся тем, что в приемный канал дополнительно введен блок фильтрации цифрового изображения, основанный на методе минимизации среднеквадратичного отклонения, включенный между выходом блока обратного преобразования Фурье на частоте модуляции лазера и индикатором.