Устройство разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта

 

Полезная модель относится к области оптико-электронных приборов, а именно к оптико-электронным малогабаритным наблюдательным и разведывательным системам и может быть использовано в военной технике. Целью изобретения является повышение эффективности разведки (обнаружения, распознавания и дальнометрирования объектов) оптико-электронными приборами, реализующими метод комбинированного (нормального или ортоскопического и обратного или псевдоскопичесого) стереоэффекта при пассивном (скрытном) наблюдении. Варианты конструкции ветвей устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта. 1. Реализация конструкции устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта в виде оптико-механического прибора на базе стереоскопических насадок к бинокулярным приборам (например, к биноклю). 2. Реализация конструкции устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта в виде оптико-электронного прибора нашлемной разведывательной системы пассивного дальнометрирования объектов. Устройство разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта снабжено разнесенными по базе приемными зеркалами (фотоприемниками в виде матриц зарядовой связи для измерения дальности до объекта на основе стереоскопического базового метода), зеркалами передачи изображения в оптическую систему прибора (системой обработки и проектирования изображения и обработанной информации о целях на полупрозрачный экраном посредством наложения на реальное изображение местности), наблюдаемого органами зрения наблюдателя. Работа устройства может осуществляться в режимах только прямого, только обратного или прямого и обратного стереоэффекта. Это повышает эффективность разведки (обнаружения, распознавания и дальнометрирования объектов) оптико-электронными приборами при пассивном (скрытном) наблюдении.

Полезная модель относится к области оптико-электронных приборов, а именно к оптико-электронным малогабаритным наблюдательным и разведывательным системам и может быть использовано в военной технике.

Анализ современных локальных и контртеррористических операций указывает на необходимость совершенствования разведывательной аппаратуры, в том числе и артиллерийских подразделений.

В настоящее время для ведения разведки в артиллерийских подразделениях широко используются лазерный прибор разведки ЛПР-1 (квантовый дальномер 1Д13) и перископическая артиллерийская буссоль ПАБ-2. Наряду с данными приборами в войсках по прежнему применяются штатные стереоскопические приборы - дальномеры стереоскопические с базой 2 м (ДС-2) и с базой 1 м (ДС-1) и др., реализующие явление нормального, или ортоскопического, стереоэффекта [1].

Стереоскопическим зрением называется такое зрение двумя глазами, при котором наблюдатель ощущает удаленность различных частей предметов, вследствие чего наблюдатель видит предметы объемно, пространственно. Стереоскопическое зрение основано на способности сливать два изображения в одно.

Способность различения глубины пространства при остроте стереоскопического зрения d=10 определяет радиус стереоскопического зрения R0 равный 1,35 км.

При наблюдении через бинокулярные приборы радиус стереоскопического зрения R возрастает по сравнению со случаем наблюдения невооруженными глазами по причинам того, что:

- база бинокулярного прибора В больше базы глаз b в В/b раз;

- глаз, вооруженный оптическим прибором с кратностью (увеличением) , различает углы, в раз меньше, по сравнению с невооруженным глазом.

Следовательно, острота стереоскопического зрения повышается до величины d=10/ угл. сек. Дальность различения глубины пространства при этом возрастает.

Широкое применение стереоскопических приборов обусловлено и рядом достоинств по сравнению с квантовыми дальномерами:

- пассивный режим работы не демаскирует местоположения прибора;

- дальность действия прибора значительно менее зависима от метеоусловий (например, стереодальномер измеряет дальность при наличии видимости объекта, в том числе, и в условиях запыленности, дымки и влажности атмосферы, а у квантового дальномера 1Д13 наблюдаются отказы измерения дальности);

- существенно лучшими условиями наблюдения (двумя глазами) и распознавания объектов из-за использования явления стереоскопического зрения.

Кроме того, стереоскопическое наблюдение позволяет видеть пространственную модель наблюдаемых через прибор объектов и местности.

Это обуславливает разработку технических устройств, реализующих явление стереоэффекта в перспективных устройствах на современной элементной базе [2, 3].

Однако в ряде случаях стереоскопическое зрение затрудняется или делается невозможным [1]. Это происходит в следующих случаях.

1. Изображения двух точек в одном глазу перекрывают друг друга. Например, когда левым глазом объекты наблюдаются раздельно, а в правом глазу изображения объектов падают на одну и ту же точку сетчатки. Стереоскопический эффект в этом случае не возникает.

2. Между двумя объектами велико расстояние по фронту. В этом случае изображения начинают двоиться и стереоэффект нарушается.

3. При большом удалении объектов друг от друга по глубине стереоэффект исчезает, так как изображения объектов двоятся.

4. Стереоскопический эффект не возникает, если один из предметов или оба имеют вид прямой горизонтальной линии (провода, длинные заборы), расположенной параллельно базе глаз наблюдателя. Поворотом головы на 90° с расчетом, чтобы база глаз стала вертикальной, можно восстановить стереоэффект.

5. Стереоэффект нарушается, если обе точки расположены далеко друг от друга на одной горизонтальной прямой. В данном случае изображения точек А и В раздваиваются, так как оба изображения не лежат в идентичных точках. Левый глаз видит линию АВ слева, а правый справа. Если наблюдать так, чтобы одна из точек оказалась выше или ниже другой, то стереоэффект восстанавливается.

Наряду с нормальным, или ортоокопическим, стереоэффектом искусственно может быть создан обратный, или псеедоскопический, стереоэффект.

Обратный стереоэффект возникает тогда, когда через прибор рассматривают правым глазом то, что должен видеть левый, а левым глазом то, что должен видеть правый глаз, при условии, что соответственные лучи остаются в одной базисной плоскости глаз наблюдателя.

Причиной возникновения псевдоскопического эффекта является изменение в положении изображений на сетчатках глаз по сравнению с их положением при прямом стереоэффекте, что подтверждает теорию действия идентичных точек, обусловливающих возникновение стереоэффекта.

При псевдоскопическом стереоэффекте последовательность расположения предметов в пространстве обратно расположению предметов при ортоскопическом эффекте, т.е. более близкие предметы кажутся расположенными чем более далекие, возвышенности ощущаются как лощины, а лощины, наоборот, как возвышенности. Впечатление от псевдоскопического эффекта весьма сложное и не совсем понятное для не подготовленного наблюдателя (например, для наблюдателя не понятно, каким образом предметы более близкие и крупные перекрываются более мелкими и далекими предметами).

Явление псевдоскопического эффекта технически можно реализовать в приборах разведки. В годы Великой отечественной войны псевдоскопический эффект использовался в отдельных опытных дальномерах фирмы Цейсс. Однако из-за сложности подготовки наблюдателей такие приборы и в последующие годы широкого распространения не получили [5, 6, 7, 1].

Исходя из достоинств и недостатков способов нормального и обратного стереоэффектов, целесообразно разработать устройство разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта

Целью изобретения является повышение эффективности разведки (обнаружения, распознавания и дальнометрирования объектов) оптико-электронными приборами, реализующими метод комбинированного {нормального или ортоскопического и обратного или псевдоскопичесого) стереоэффекта при пассивном (скрытном) наблюдении.

Варианты конструкции ветвей устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта.

1. Реализация конструкции устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта в виде оптико-механического прибора на базе стереоскопических насадок к бинокулярным приборам (например, к биноклю) (фиг.1).

В стереоскопической насадке могут выполняться три режима работы: только в прямом, только в обратном или в прямом и обратном режимах.

Переход от прямого стереоэффекта (когда лучи левой и правой ветвей насадок идут соответственно через зеркала 5, 6 и 8, 7 к левому и правому объективу прибора), к обратному стереоэффекту (когда лучи от левой и от правой ветвей насадок соответственно идут через зеркала 1, 2 и 3, 4 к правому и левому объективу прибора), в стереоскопической насадке может осуществляться включением соответствующих зеркал 1 и 3.

При использовании полупрозрачных зеркал 1 и 3 насадка будет работать в комбинированном режиме стереоэффекта (фиг.1).

Габаритный расчет оптической схемы насадки может быть выполнен, согласно методике, приведенной в [1].

Элементы и предлагаемое устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта в виде оптико-механического прибора на базе стереоскопических насадок к бинокулярным приборам (например, к биноклю) было реализованы на серийно выпускаемых оптических деталях в виде [8, 9].

Для проверки возможности технической реализации устройства разведки был изготовлен лабораторный макет устройства разведки методом обратного стереоэффекта. Проведенная проверка работоспособности подтвердила возможность применения элементов данного устройства в составе аппаратуры разведывательных комплексов (например, подвижных разведывательных пунктов) [10].

2. Реализация конструкции устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта в виде оптико-электронного прибора нашлемной разведывательной системы пассивного дальнометрирования объектов.

По взглядам специалистов, снаряжение солдата XXI века станет венцом военно-технической мысли. Многофункциональный шлем в настоящее время является неотъемлемой частью снаряжения бойца как наземного, так и воздушного.

Анализируя современные направления развития малогабаритной разведывательной аппаратуры у нас и за рубежом, выбираем для устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта подобный метод реализации в виде защитного шлема (каски) разведчика. В этом качестве может быть рассмотрен как исходный вариант нашлемная разведывательная система пассивного дальнометрирования объектов [3].

Устройство разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта размещено в блоках, монтируемых на шлеме наблюдателя (разведчика). Размещение системы на защитном шлеме (каске) наблюдателя повышает удобство ведения разведки (например, в контртеррористических операциях в сложных условиях - при разведке в горах в городе и др.).

Устройства разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта состоит из фотоприемников 1 (двух матриц зарядовой связи для измерения дальности до объекта на основе стереоскопического базового метода, при этом фотоприемные площадки матриц наклонены под углом 90° к линии визирования «фотоприемник-объект»), размещенных на раздвижными телескопических направляющих 2 в нашлемном устройстве крепления 3 на корпусе шлема 5 (фиг.2, 3).

Информация о местности и целях анализируется в устройстве обработки 5, передается в устройства проектирования 6. Изображение местности и целей 8, а также вычисленная дальность до целей, проецируется на полупрозрачные (жидко-кристаллические) очки (забрало) 7 и накладывается на реальное изображение местности 9, наблюдаемое органами зрения наблюдателя (фиг.2, 3).

При этом устройство проектирования 6 может работать в трех режимах стереоэффекта: только в прямом, только в обратном или в прямом и обратном режимах.

Дальнометрирование с использованием мозаики когерентных фотодетекторов ПЗС позволяет также использовать сформированные голограммы, восстанавливающие трехмерное изображение объектов, а затем сравнивать с эталоном, что снижает влияние помех (средств маскировки противника).

В качестве фотоприемного устройства (ФПУ) может быть выбрана матрица (линейка) ПЗС [2].

Так как поле наблюдения ФПУ разбивается на пиксели. То из законов геометрической оптики и физических характеристиках пикселов следует, что каждый из них соответствует определенному квадрату пространства и наоборот. Дискретизации ФПУ в виде светочувствительных элементов ПЗС и проекция данных элементов на местность (пиксел) должно соответствовать на максимальной дальности наблюдения при минимальном элементе обнаружения (опознания).

Матрицы ПЗС состоят из большого количества светочувствительных элементов (сотни тысяч пикселов), преобразующих световое излучение в электрические сигналы. Последние с помощью специальных устройств записываются или могут сразу же передаваться в память ПЭВМ.

Положение каждого светочувствительного элемента в матрице строго определено. Все они имеют индивидуальные номера, состоящие из двух частей. Первая показывает принадлежность пиксела определенной горизонтальной линии, вторая - вертикальной. Следовательно, каждый кадр имеет своеобразную координатную сетку, не меняющуюся при переходе от кадра к кадру при условии жесткого закрепления прибора. Это обстоятельство позволяет точно определять координаты движущегося объекта при «перемещении» его от одного пиксела к другому.

Чем больше количество пикселов, тем выше качество изображения. Существует несколько форматов записи, отличающихся количеством пикселов в растре. Основными из них являются форматы VHS, S-VHS и Betacam. Первому соответствует 380000 пикселов, второму - 480000, третьему - 564480. Соотношение сторон кадра для первых двух 4:3, для третьего - 16:9.

Характерным ФПУ на основе линейки ПЗС является линейка 1200ЦЛ2.

Преобразователь линейный 1200ЦЛ2 представляет собой многоэлементный кремниевый фотоэлектрический прибор с самосканированием на принципе переноса заряда.

Другие элементы и предлагаемого устройства могут быть реализованы на серийно выпускаемых деталях [11, 12].

Устройство разведки объектов методом комбинированного стереоэффекта, размещенного в блоках, монтируемых на шлеме наблюдателя (разведчика), отличающееся тем, что оно снабжено разнесенными по базе приемными зеркалами (фотоприемниками в виде матриц зарядовой связи для измерения дальности до объекта на основе стереоскопического базового метода), зеркалами передачи изображения в оптическую систему прибора (системой обработки и проектирования изображения и обработанной информации о целях на полупрозрачный экран посредством наложения на реальное изображение местности), наблюдаемого органами зрения наблюдателя, при этом работа устройства может осуществляться в режимах только прямого, только обратного или прямого и обратного стереоэффекта, что повышает эффективность разведки (обнаружения, распознавания и дальнометрирования объектов) оптико-электронными приборами при пассивном (скрытном) наблюдении.



 

Похожие патенты:

Панель (плита) ограждения железобетонная относится к производству строительных материалов и конструкций, а именно к изготовлению легких железобетонных ограждающих конструкций с повышенными физико-механическими характеристиками.

Полезная модель относится к системе распределения воздуха для кресла транспортного средства
Наверх