Система скоростной регистрации изображений

Использование: В телевизионной технике, а именно - в системах скоростной цифровой видеосъемки для передачи и обработки видеосигналов быстропротекающих процессов.

Существо: Система содержит электронно-оптический блок, блок приема и обработки информации, импульсную лампу-вспышку и оптически связанные лазерный излучатель и фотодатчик, установленные на линии, пересекающей траекторию движения регистрируемого объекта, при этом электронно-оптический блок содержит видеокамеру, входной и проекционный объективы, соединительные разъемы, интерфейсный модуль, источник электропитания и электронно-оптический преобразователь, оптический вход которого связан через входной объектив с изображением регистрируемого объекта, а выход - через проекционный объектив с оптическим входом видеокамеры, соединенной через кабель связи с контроллером блока приема и обработки информации, программируемый высоковольтный источник электропитания и последовательно соединенные программируемый формирователь временных интервалов задержки, программируемый формирователь импульсов многократной экспозиции, программируемый формирователь длительности затворного импульса и формирователь высоковольтного наносекундного затворного импульса, вход интерфейсного модуля связан через соответствующий соединительный разъем с кабелем связи, а выход - с информационными входами программируемого высоковольтного источника электропитания, программируемого формирователя временных интервалов задержки, программируемого формирователя импульсов многократной экспозиции и программируемого формирователя длительности затворного импульса, причем выход программируемого высоковольтного источника электропитания подключен к управляющему входу формирователя высоковольтного наносекундного затворного импульса, выход которого подключен к затвору электронно-оптического преобразователя, а запускающий вход программируемого формирователя временных интервалов задержки подключен к входу «ПУСК», соединенному с одним из выходов фотодатчика, другой выход которого подключен к входу синхронизации импульсной лампы-вспышки, управляющий вход которой соединен через кабель связи с контроллером блока приема и обработки информации.

Полезная модель относится к телевизионной технике и может использоваться в системах скоростной цифровой видеосъемки для передачи и обработки видеосигналов быстропротекающих процессов.

Известно устройство на основе фотоприемной ПЗС-матрицы [1] (ПЗС - прибор с зарядовой связью), включающее объектив и последовательно соединенные фотоприемную ПЗС-матрицу с устройством антиблюминга, расположенную в фокальной плоскости объектива, блок усиления и обработки видеосигнала и блок управления фотоприемной ПЗС-матрицей, выход которого соединен с управляющими шинами фотоприемной ПЗС-матрицы, причем перед объективом дополнительно введен оптический фильтр переменной плотности, изменяющий коэффициент пропускания в зависимости от интенсивности падающего на него потока излучения.

Недостатком такого устройства являются ограниченные возможности, поскольку в нем не предусмотрены средства для оперативной настройки параметров.

Известна также видеокамера [2], содержащая блок приема оптической видеоинформации, выход которого связан с входом блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выход которого через общую шину связан с входом блока оперативной памяти временного хранения данных, с которым связан процессорный блок обработки цифровых сигналов, имеющий устройства ввода-вывода данных, съемный блок постоянной памяти хранения данных, связанный с процессорным блоком и блоком оперативной памяти временного хранения данных, видеоконтрольный блок, а также блок компрессии цифрового видеосигнала, причем видеокамера снабжена подключенными к общей шине блоками компрессии звукового и видеосигнала с сжатием по технологии MPEG-2, контроллером управления видеокамерой, декодером цифровых звукового и видеосигналов с декомпрессией по технологии MPEG-2, контроллером подключения дополнительной съемной памяти оперативного хранения данных, контроллером интерфейсов для подключения к компьютерным устройствам

обработки данных или устройствам хранения данных и стационарному монитору, и связанным через общую шину с процессорным блоком и контроллером управления видеокамерой программно-запоминающим устройством с программным обеспечением обработки видеоинформации, выводимой на видеоконтрольный блок, выполненный в виде поворотно-закрепленного на корпусе камеры монитора, при этом блок преобразования аналогового видеосигнала в цифровой выполнен на матрицах высокого разрешения с преобразованием поступающего сигнала в цифровой поток данных по протоколу SDTV, блок компрессии цифрового видеосигнала, поступающего с блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой, выполнен в виде кодера со сжатием цифровых данных по технологии MPEG-2, при этом вход кодера подключен к соответствующему выходу блока преобразования аналогового видеосигнала в цифровой.

Недостатком известного устройства является его сложность, обусловленная большим количеством входящих в него функциональных блоков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является известная система скоростной цифровой видеосъемки [3], содержащая видеокамеру, выход которой связан посредством канала передачи видеосигнала (кабель связи) с контроллером блока приема и обработки информации, видеоконтрольный блок, электронно-оптический блок, в состав которого входят интерфейсный модуль и источник электропитания, коммутационно-распределительный узел, содержащий соединительные электрические разъемы и оптический разъем, связанный с видеокамерой и волоконно-оптический кабель связи, подключенный с одной стороны к оптическому разъему, а с другой - к блоку приема и обработки информации.

Работа устройства основана на синхронном запуске импульсной лампы-вспышки сигналом от фотодатчика, оптически связанного с лазерным излучателем, установленных на линии, пересекающей траекторию движения регистрируемого объекта, при этом электронно-оптический блок содержит видеокамеру, входной и проекционный объективы, соединительные разъемы, интерфейсный модуль, источник электропитания и электронно-оптический преобразователь, оптический вход которого связан через входной объектив с изображением регистрируемого объекта, а выход - через проекционный объектив с

оптическим входом видеокамеры, соединенной через кабель связи с контроллером блока приема и обработки информации

Недостатками такой системы являются ограниченные функциональные возможности, поскольку в нем не предусмотрены средства для эффективного и оперативного управления параметрами системы при скоростной видеосъемке.

Технический результат, заключающийся в устранении отмеченного недостатка, достигается в предлагаемой системе скоростной регистрации изображений, содержащей электронно-оптический блок, блок приема и обработки информации, импульсную лампу-вспышку и оптически связанные лазерный излучатель и фотодатчик, установленные на линии, пересекающей траекторию движения регистрируемого объекта, при этом электронно-оптический блок содержит видеокамеру, входной и проекционный объективы, соединительные разъемы, интерфейсный модуль, источник электропитания и электронно-оптический преобразователь, оптический вход которого связан через входной объектив с изображением регистрируемого объекта, а выход - через проекционный объектив с оптическим входом видеокамеры, соединенной через кабель связи с контроллером блока приема и обработки информации, тем, что электронно-оптический блок содержит программируемый высоковольтный источник электропитания и последовательно соединенные программируемый формирователь временных интервалов задержки, программируемый формирователь импульсов многократной экспозиции, программируемый формирователь длительности затворного импульса и формирователь высоковольтного наносекундного затворного импульса, вход интерфейсного модуля связан через соответствующий соединительный разъем с кабелем связи, а выход - с информационными входами программируемого высоковольтного источника электропитания, программируемого формирователя временных интервалов задержки, программируемого формирователя импульсов многократной экспозиции и программируемого формирователя длительности затворного импульса, причем выход программируемого высоковольтного источника электропитания подключен к управляющему входу формирователя высоковольтного наносекундного затворного импульса, выход которого подключен к затвору электронно-оптического преобразователя,

а запускающий вход программируемого формирователя временных интервалов задержки подключен к входу «ПУСК», соединенному с одним из выходов фотодатчика, другой выход которого подключен к входу синхронизации импульсной лампы-вспышки, управляющий вход которой соединен через кабель связи с контроллером блока приема и обработки информации.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показана структурная схема системы;

- на фиг.2 приведена блок-схема электронно-оптического блока, используемого в предлагаемой системе.

Система (фиг.1) содержит электронно-оптический блок 1, блок 2 приема и обработки информации, импульсную лампу-вспышку 3 и оптически связанные лазерный излучатель 4 и фотодатчик 5, установленные на линии, пересекающей траекторию движения регистрируемого объекта 6 (снаряда или пули). На фиг.1 показан также ствол 7, из которого вылетает снаряд.

Электронно-оптический блок 1 (фиг.2) содержит видеокамеру, входной 9 и проекционный 10 объективы, соединительные разъемы 11 и 12, интерфейсный модуль 13, источник электропитания 14 и электронно-оптический преобразователь 15, оптический вход которого связан через входной объектив 9 с изображением регистрируемого объекта 6, а выход - через проекционный объектив 10 с оптическим входом видеокамеры 8, соединенной через кабель связи 16 с контроллером 17 блока 2 приема и обработки информации.

Источник 14 электропитания связан через соединительный разъем 12 с внешним источником электропитания (на чертеже не показан). Источник 14 электропитания предназначен для питания входящих в систему функциональных блоков и узлов.

Блок 1 содержит также программируемый высоковольтный источник 18 электропитания и последовательно соединенные программируемый формирователь 19 временных интервалов задержки, программируемый формирователь 20 импульсов многократной экспозиции, программируемый формирователь 21 длительности затворного импульса и формирователь 22 высоковольтного наносекундного затворного импульса.

При этом вход интерфейсного модуля 13 связан через соединительный разъем 11 с кабелем 16 связи, а выход - с информационными входами программируемого высоковольтного источника 18 электропитания, программируемого формирователя 19 временных интервалов задержки, программируемого формирователя 20 импульсов многократной экспозиции и программируемого формирователя 21 длительности затворного импульса, причем выход программируемого высоковольтного источника 18 электропитания подключен к управляющему входу формирователя 22 высоковольтного наносекундного затворного импульса, выход которого подключен к затвору электронно-оптического преобразователя 15.

Запускающий вход программируемого формирователя 19 временных интервалов задержки подключен к входу «ПУСК» 23, соединенному с одним из выходов фото датчика 5, другой выход которого подключен к входу синхронизации импульсной лампы-вспышки 3, управляющий вход которой соединен через кабель 16 связи с контроллером 17 блока 2 приема и обработки информации.

Система работает следующим образом.

Основой системы являются электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 15 с наносекундным затвором и цифровая видеокамера 8, обеспечивающие регистрацию изображения движущегося с большой скоростью объекта 6 (снаряда или пули) с временем экспозиций до 10^-8 с.

При проведении съемки быстропротекающего процесса в предлагаемом устройстве реализуется метод синхронной высокоскоростной съемки. Лазер 7, оптически связанный с фотодатчиком 5 размещают вблизи траектории полета снаряда в определенном месте (например, на некотором расстоянии от мишени).

Съемка при коротких экспозициях осуществляется подсветкой объекта, которую выполняет лампа-вспышка 3. Запуск лампы-вспышки 3 осуществляется синхронно сигналом от фотодатчика 5 в момент появления объекта в поле зрения входного объектива 9.

Точная регулировка задержки срабатывания затвора ЭОП 15 определяет момент съемки и выбирается из расчетного времени появления объекта в заданной точке.

Использование системы для съемки объектов, движение которых может происходить с различными скоростями, требует возможности изменения (программирования) времени экспозиции в достаточно широких пределах.

После включения системы оператор с помощью блока 2 приема и обработки информации (компьютера) и специального программного обеспечения через кабель 16 связи и интерфейсный модуль 13 производит установку всех параметров устройства в программируемые модули 18, 19, 20 и 21.

К этим параметрам относятся:

- величина задержки запуска импульсной лампы-вспышки;

- величина задержки срабатывания формирователя затворного импульса в формирователе 13;

- параметры импульсов многократной экспозиции (длительность импульсов и интервал между импульсами) - в формирователе 20;

- значение длительности затворного импульса (время экспозиции) - в формирователе 21;

- значение коэффициента усиления ЭОП 15 (напряжение на источнике 18).

При пролете снаряда 6 фотодатчик 5 формирует управляющий сигнал для импульсной лампы - вспышки 3 и сигнал «ПУСК», поступающий на вход 23 блока 1. Изображение движущегося объекта, регистрируемое видеокамерой 1, преобразуется в видеосигнал и передается через соединительный разъем 11, кабель 16 связи и контроллер 17 в блок 2, где обрабатывается по специальной программе и записывается в память.

Синхронизация камеры 8 может осуществляться от внешнего синхроимпульса или от блока 2 (программный запуск).

Объем буферной памяти блока 2 может составлять более 16 Гбайт, что обеспечивает запись изображений объектов с необходимой дискретностью и достаточно высоким качеством.

Система скоростной регистрации изображений реализована на основе блоков и узлов цифровой вычислительной техники и находится в серийном изготовлении.

Источники информации:

1. Патент РФ на полезную модель №32347, М.Кл. H 04 N, 5/235, опублик. 2003.

2. Свидетельство РФ на полезную модель №11433, М.Кл. H 04 N, 1/00, опублик. 1999.

3. Патент РФ на полезную модель №49405, М.Кл. H 04 N, 5/235, опублик. 2005.

Система скоростной регистрации изображений, содержащая электронно-оптический блок, блок приема и обработки информации, импульсную лампу-вспышку и оптически связанные лазерный излучатель и фотодатчик, установленные на линии, пересекающей траекторию движения регистрируемого объекта, при этом электронно-оптический блок содержит видеокамеру, входной и проекционный объективы, соединительные разъемы, интерфейсный модуль, источник электропитания и электронно-оптический преобразователь, оптический вход которого связан через входной объектив с изображением регистрируемого объекта, а выход - через проекционный объектив с оптическим входом видеокамеры, соединенной через кабель связи с контроллером блока приема и обработки информации, программируемый высоковольтный источник электропитания и последовательно соединенные программируемый формирователь временных интервалов задержки, программируемый формирователь импульсов многократной экспозиции, программируемый формирователь длительности затворного импульса и формирователь высоковольтного наносекундного затворного импульса, вход интерфейсного модуля связан через соответствующий соединительный разъем с кабелем связи, а выход - с информационными входами программируемого высоковольтного источника электропитания, программируемого формирователя временных интервалов задержки, программируемого формирователя импульсов многократной экспозиции и программируемого формирователя длительности затворного импульса, причем выход программируемого высоковольтного источника электропитания подключен к управляющему входу формирователя высоковольтного наносекундного затворного импульса, выход которого подключен к затвору электронно-оптического преобразователя, а запускающий вход программируемого формирователя временных интервалов задержки подключен к входу "ПУСК", соединенному с одним из выходов фотодатчика, другой выход которого подключен к входу синхронизации импульсной лампы-вспышки, управляющий вход которой соединен через кабель связи с контроллером блока приема и обработки информации.