Способ спектрозонального обнаружения объекта и устройство для его осуществления

СОВЕТСКИХ СТИЧЕСКИ СОЦИАЛИ РЕСПУБЛ 933 А(51) 5 6 3/ кьОМЗН ЗОБРЕТЕНИ ПИСАН ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО(54) СПОСОБ СПЕКТРОЗОНАЛЬНОГНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА И УСТРОЙДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: для разведки прных ресурсод при визуальных наблюдСущность изобретения: получают повательно во времени несколько спек дева ка О ОБ СТВ иродниях. ледо- роэоИзобретение относится к оптоэлектро нике и предназначено преимущественно для аэрокосмической разведки природных ресурсов и других аналогичных исследова нии.Цель изобретения - упрощение способа за счет визуального обнаружения в реальном масштабе времени,эа также повышение эффективности устройства при визуальном наблюдении.На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства для спектрозонального обнаружения объекта; на фиг.2 - примеры спектральных зависимостей коэффициентов отражения объекта и фона; на фиг.3 - примеры зависимостей А пр в преобразованном изображении от коэффициента отражения в исходном изображении; на фиг.4 - эпюры напряжений, подаваемых на светофильтр и преобразователь,ГОСУДАРСТВЕЮ 1 ОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) нальных изображений, окрашивают каждое иэ разделенных иэображений в условные цвета, эти операции повторяют циклически, анализируют иэображения в условных цветах и осуществляют наблюдение результатов анализа в одном из основных цветов интегрально по времени с постоянной, пре. вышающей время цикла, Устройство содержит жидкокристаллический преобразователь иэображений, на входе и выходе которого установлены управляемые электрооптические светофильтры, соединенные с электрической схемой управления, формирующей циклические последовательности управляющих импульсов напряжения питания, 2 с. и 3 3 пфлы, 4 ил,Способ включает операции получения ряда спектрозональных иэображений объекта и их тематическую обработку. При этом осуществляется последовательная и циклическая смена выделяемых спектроэонвльных д изображений и выполнение тематической об- СО работки, в процессе которой каждый элемент Я каждого спектрозонального изображения окрашивают в цвет в соответствии с коэффи- в,0 циентом отражения этого элемента, причем участки изображения, имеющие совпадающие с обнаруживаемым объектом спектральные коэффициенты отражения, окрашивают в один из основных цветов и сохраняют этот цвет эа такими участками при обработке всего,о ряда спектроэональных изображений. Выделение спектрозональныхизображений производятдискретно или плавно, а их циклическую смену и последующую обработку проводятпериодически, причем наблюдение производят интегрально по времени,Устройство содержит три функционально связанных блока: управляемый светофильтр 1, блок 2, электронно-оптического преобразователя и блок 3 синхронизации, а кроме того фотоприемник 4, объектив 5, полупрозрачное зеркало 6, линзыоборачивающей системы 7, 8, окуляр 9.Управляемый светофильтр 1 состоит из поляризатора 10, анализатора 11, стеклянными подложек 12, 13, прозрачных электродов 14, 15, изолирующей прокладки 16 слоя жидкого кристалла 17.Блок 2 электронно-оптического преобразователя состоит из стеклянных подложек 18, 19,. прозрачных электродов 20,21, слоя фотопроводника 22, диэлектрического зеркала 23, изолирующей прокладки 24, слоя жидкого кристалла 25, полупрозрачного зеркала 26, поляризатора 27, анализатора 28, конденсатора 29, осветителя 30, источника питания 31,Блок 3 синхронизации состоит из задающих генераторов 32, 33, блоков коммутации 34, 35, усилителей 36, 37, распределителя импульсов 38, генератора импульсов 39. Выходы генераторов 32, 33 соединены со входами блоков 34, 35, ко вторым входам которых подключены первый и второй выходы распределителя 38, вход которого соединен с выходом генератора 39,Представленные на фиг.2 кривая 40 - спектральный коэффициент отражения объекта, кривая 41 - спектральный коэффициент отражения фона,а иг. 3 приведены зависимости длины волны 1 пр в преобразованных псевдоокрашеннь:,х изоб;ажениях от коэффициента отражения г соответствующих элементов исходного изображения для зон А - кривая 42, Б - кривая 43, В - кривая 44.Устройство работает следующим образом. С помощью управляемого светофильтра 1 из исходного изображения, на котором находится объект О, последовательно выделяют ряд спектрозональных изображений, затем с помощью блока 3 электронно-оптического преобразователя, воспроизводят в условных цветах, при этом каждый элемент спектрозонального изображения окрашивают в цвет в соответствии с коэффициентом отражения этого элемента, причем участки изображений, имеющие совпадающие с обнаруживаемым объектом спектральные коэфФициенты отражения, окрашивают в один из основных цветов и сохраняют этот цвет эа такими участками при обработке всего ряда спектрозональных изображений, Для удобства визуального наблюдения цик 5 10 15 20 лически повторяют последовательное выделение спектрозанальных изображений и последующую их обработку со скоростью не ниже 20 циклов в секунду, наблюдение же проводят интегрально по времени с постоянной, превышающей время цикла. При этом, если какой-либо элемент изображения имеет совпадающие с обнаруживаемым объектом коэффициенты отражения на всех спектрозональных изображениях, то при быстрой их смене наблюдатель Н будет воспринимать этот элемент окрашенным в выбранный основной цвет, Если же хотя бы в одной из спектральных зон коэффициент отражения элемента изображения отличается от коэффициента отражения обнаруживаемого объекта, то результирующий цвет этого элемента, воспринимаемый наблюдателем, будет отличаться от выбранного основного цвета. Причем, поскольку выбранный цвет является основным, т.е, цветом. который невозможно получить смешением каких-либо других цветов, то никакая иная комбинация коэффициентом отражения обнаруживаемого объекта, не дает в результате смешения соответствующих этим коэффициентам цветов выбранного основного цвета. Следовательно, в выбранный основной цвет будут окрашены только области, неразличимые по 30 спектральным коэффициентам отражения собнаруживаемым объектом.Синхронная работа управляемого светофильтра 1 и блока 22 электронно-оптического преобразователя обеспечивается при 35 помощи блока 3 синхронизации. Синусоидальное напряжение с задающих генераторов 32, 33 приобретает необходимую форму после прохождения через управляемые усилители, образованные блоками коммутации 34, 35 и усилителями мощности 36, 37. Бло. ки коммутации 34, 35 выполнены в виде ряда электронных ключей, коммутирующих регулируемые делители напряжения. Циклическое включение ключей осуществляет ся с помощью распределителя импульсов38, выполненного на основе сдвигового регистра и управляемого генератором импульсов 39.При изменении освещенности фона, на 50 котором находится наблюдаемый объект,интенсивность падающего на блок 2 электронно-оптического преобразователя светового потока изменяется и соответственно происходит отклонение режима работы блока 2 электронно-оптического преобразователя, При этом цвет наблюдаемого объекта отклоняется от выбранного основного цвета. Для устранения этого эффекта в схему устройства дополнит ел ь но я н дн Ф ото п риемник 4, устанавливаем ,1 яюг 1 ом пото 1822933ке, отраженном от наблюдаемого фона, Сигнал с фотоприемника 4. пропорциональный освещенности Фона, подается на блок Зсинхронизации и учитывается при формировании режима блока 2 электронно-оптического преобразователя.Поскольку основных цвета три, то предлагаемым способом можно вести наблюдение одновременно за тремя различными объектами. Для этого нужно включить преобразователь 2 в такой режим, чтобы обнаруживаемые обьекты были окрашены соответственно в красный, зеленый и синий цвета.Для проверки эффективности предлагаемых способа и устройства был изготовлен опытный образец устройства, В качестве светофильтра 1 был использован жидкокристаллический управляемый светофильтр с работающим в нем электрооптическим ориентационным эффектом Я-типа. Светофильтр представляет собой структуру, состоящую из слоя ориентированного жидкого кристалла, заключенного между двумя стеклянными подложками с нанесенными на них прозрачными электродами, Эта структура помещается между двумя поляризаторами, а к электродам подводится переменное напряжение с частотой (0,1 - 5) кГц. Управление спектральным пропусканием светофильтра осуществляется изменением амплитуды питающего напряжения,В качестве преобразователя 2 был использован жидкокристаллический модулятор света, считывание информации с которого осуществляется коллимированным поляризованным потоком белого света от лампы накаливания. Чувствительность модулятора - (1 - 10) мкВт/см, в области2спектра (0,4 - 0,9) мкм, разрешающая способность - 20 лин/мм. Питание модулятора осуществлялось переменным напряжением с частотой (0,1-5) кГц. Режим преобразования устанавливался изменением частоты и амплитуды питающего напряжения,Синхронная работа светофильтра 1 и преобразователя 2 обеспечивалась при помощи синхронизатора 3, блок-схема которого приведена на Фиг.1. Синусоидальное напряжение с задающих генераторов 32, 33 приобретало необходимую форму после прохождения через управляемые усилители, образованные блоками 34, 35 и усилителя мощности Зб, 37. Блоки 34, 35 выполнены в виде ряда электронных ключей, коммутирующих регулируемые делители напряжения, Циклическое включение ключей осуществлялось с помощью распределителя импульсов 38, выполненного на основе сдвигового регистра и управляемого генератором импульсов 395 10 15 20 25 30 35 404550 дополнительно введен блок синхпониэаНа фиг, 4 приведены характерные Формы амплитуд Оо и 002 управляющих напряжений, подаваемых соответственно на светофильтр 1 и преобразователь 2 при работе устройства в трех спектральных зонах.Испытания показали, что устройство хорошо реализует предлагаемый способ наблюдения. Быстродействие элементов устройства обеспечивает воспроизведение преобразованных псевдокрашенных иэображений без мельканий,В то же время испытания выявили следующую особенность устройства. При изменении освещенности сцены, на которой находится наблюдаемый объект, интенсивность падающего на преобразователь 2 светового потока изменяется и соответственно происходит отклонение режима преобразо-, вателя 2 от режима, предписываемого предлагаемым способом. При этом цвет наблюдаемого объекта отклоняется от выбранного основного цвета, Для устранения этого эффекта в схему устройства целесообразно дополнительно ввести фотоприемник 4, устанавливаемый в световом потоке, отраженном от наблюдаемой сцены. Сигнал с фотоприемника 4, пропорциональный освещенности сцены, подается на синхронизатор 3 и учитывается при формировании режима преобразователя 2.Формула изобретения 1, Способ спектроэонального обнаружения объекта с заданным спектральным распределением коэффициента отражения, включающий получение спектрозональных изображений объекта, окрашивание элементов спектроэональных изображений с последующим обнаружением обьекта по окрашенным изображениям, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью упрощения и повышения производительности, получениеспектрозональных иэображений повторяют во времени циклически, окрашивают элементы изображений, совпадающие с обнаруживаемым обьектом по спектральному коэффициенту отражения, в избранный основной цвет, при этом избранный цвет сохраняют при каждом цикле, а обнаружение объекта осуществляют при наблюдении интегрально во времени с постоянной времени, превышающей время цикла.2, Устройство для спектроэональногообнаружения объекта, содержащее последовательно расположенные на оси входной обьектив, светофильтр, блок электронно-оптического преобразователя и блок регистрации изображения, включающий объективы иокуляр, отл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройствоции, а в блок регистрации иэображения дополнительно введен анализатор, расположенный перед объективами, а также источник излучения с формирующей оптикой и поляризатором. оптически связанные через полупрозрачное зеркало с оптическим выходом электронно-оптического преобразователя, при этом светофильтр выполнен электрически перестраиваемым по длине волны, блок электронно-оптического преобразователя выполнен в виде преобразователя интенсивность - цвет, а блок синхронизации состоит иэ первого и второго задающих генераторов, первого и второго блоков коммутации, распределителя импульсов, управляемого генератора импульсов и первого и второго усилителей, при этом выходы задающих генераторов соединены с первыми входами блоков коммутации, к вторым входам которых подключены соответственно первый и второй выходы распределителя, вход которого соединен с выходом управляемого генератора импульсов, а выходы блоков коммутации соединены с входами усилителей, выход первого иэ которых подключен к управляемому светофильтру, а выход второго - к преобразователю интенсивность - цвет.3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что управляемый светофильтр состоит из последовательно расположенных поляризатора, слоя жидкого кристалла, установленного между стеклянными подложками с прозрачными проводящими покрытиями на их внутренних сторонах, и анализатора, причем одно иэ прозрачных покрытий подключено к выходу первого уси лителя, а второе заземлено.4. Устройство по п.2, от л и ч а ю ще ес я тем, что преобразователь интенсивность - цвет состоит иэ двух прозрачных подложек с прозрачными проводящими по крытиями на их внутренних сторонах, одна из которых является оптическим входом. а вторая - оптическим выходом преобразователя, слоя фотопроводника, диэлектрического зеркала и слоя жидкого кристалла, 15 причем слой жидкого кристалла прилегает к подложке, являющейся оптическим выходом, одно из проводящих покрытий заземлено, а второе подключено к выходу второго усилителя. 205, Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения вероятности обнаружения при изменяющейся освещенности, в него дополнительно введены 25 фотоприемник и полупрозрачное зеркало, а второй усилитель блока синхронизации выполнен с электрически управляемым коэффициентом усиления, причем полупрозрачное зеркало установлено перед входным объек тивом, фотоприемник оптически связан с полупрозрачным зеркалом, а выход фотоприемника соединен с управляющим входом второго усилителя. рр Л 1 о Л Г 5 Р1822933 ректор Н,Ревскэ едактор Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Гагарина, 101 иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго акаэ 2176 ВНИИПИ ЯЮРиг оставитель А.Пэрфхред М.Моргентэ