Устройство для формирования изображения при коническом сканировании

(19) 51)5 Н 04 М 5/30, 5/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР ЕТЫТИЯМ РЕТЕН ПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИ КОНИЧЕСКОМ СКАНИРОВАНИИ(57) Изобретение относится к оптико-электронике и может быть использовано в сканирующих оптико-электронных приборахвидимого и инфракрасного диапазонов с конической разверткой пространства предметов, формирующих двумерное изображение, Целью изобретения является повышение точности формирования изображенияпутем совмещения начала строк сканироваИзобретение относится к оптико-электронике и может бь 1 ть использовано в сканирующих оптико-электронных приборах видимого и инфракрасного диапазонов с конической разверткой пространства предметов, формирующих двумерное изображение,Цель изобретение - повышение точности формирования иэображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов,На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для формирования изображения при коническом сканировании; на фиг. 2, 3 - схемы конической развертки пространства предметов. ния в плоскости предметов, Устроиство содержит сканирующий блок 1 с приводом 2, объектив 3, фотоприемник 4, предусилитель 5, ключ 6, усилитель-преобразователь 7, регистратор 8, датчик 9 угла визирования, датчик 10 угла отклонения по крену, датчик 11 .угла отклонения по тангажу, блок 12 сравнения, делитель 13, три регистра 14, 15, семь сумматоров 17-23, четыре квадратора 24-27, лок 28 вычисления аоксинуса, десять умножителей 29-38, блок 39 вычисления квадратного корня, четыре вычитателя 40-43, два блока 44 и 45 вычисления функций синуса и косинуса. Цель достигается тем, что нерегулярные смещения строк, вызванные отклонением оптической оси объектива по углу крена и углу тангажа, устраняются за счет регистрации начала строки и привязки координаты точки пересечения визирующего луча с плоскостью предметов. 3 ил. Устройство для формирования изобра жения при коническом сканировании содер д жит сканирующий блок 1 с приводом 2, Дь объектив 3, фотоприемник 4, предусилительЯ 5, ключ 6, усилитель-преобразователь 7, ре- ( ) гистратор 8, датчик 9 угла визирования, дат( ) чик 10 угла отклонения по крену, датчик 11 угла отклонения по тангажу 11, блок 12 сравнения, делитель 13, три регистра 14, 15 и 16, "фд семь сумматоров 17-23, четыре квадратораф 24-27, блок 28 вычисления арксинуса, десять умножителей 29-37, блок 39 вычисления квадратного корня 39, четыре вычитателя 40-43. два блока 44, 45 вычисления функций синуса и косинуса.Параметры объектива и фотоприемника выбирают таким, чтобы получить малую ве1734233 синхронна и синфазна траектории визирую- щего луча ОЭП, Однако в процессе формирования изображения под воздействием возмущающих факторов изменяется случайным образом величина угла Р крена ОЭП. Поэтому регистрация электрических сигналов начинается при повороте сканирующего блока на некоторый угол рн, отличный от" уЪ. При этом величина угла Ъ определяется 10 по результатам измерения текущего значения углар крена ОЭП и известных значенийнормированной координаты Ун = г 3 и Ро 15 где г= Нсц 0/2, и угла 0 при вершине конусасканирования по следующей формуле; Ун сов/3+ зп 3 рн = агсз 1 п 20 Извест ния изобра щих фактор изменению угла Р крен этом случае мерять тек величину у исследован 25= агсып Ун 2 соз 2 а) - 2 У,сов а зп 3 созф где В = Ун + совг 1 и Оо соз ро зп ро г сов р, зп 1 и ро сов ао зп+ сов ао сов ем секторе обзора, начиная с угла уъ рота сканирующего зеркала, Лучистый к, собираемый объективом, направляна фотоприемник, в котором он преобется в электрические сигналы. нения электрического сигнала позвополучить информацию о пространстом распределении излучения. на юдаемом участке плоскости предмеОдновременно измеряют текущие зная углаа тангажа иугларкрена ОЭП, На ве известных постоянных величин и реатов измерения углов а и 3 определяо формуле (3) величину угла рн оянно измеряют текущее значение угла ворота сканирующего блока и сравниего по величине с полученным значеугла р,. Регистрацию видеосигналов ой строки сканирования начинают в н повопотоетсяразу ля т аб ов сно уль личину мгновенного угла поля зрения. Развертку по кадру, т,е. переход с одной строки на другую получают за счет перемещения оптико-электронного прибора (ОЭП), а развертку по строке - путем сканирования плоскости предметов с помощью сканирующего блока мгновенным углом поля зрения по образующей конуса, ось симметрии которого совмещена с оптической осью объектива ОЭП и приведена к геофизической вертикали места. За один цикл сканирования по строке может быть получена одна или одновременно несколько строк изображения в зависимости от того, какое количество элементарных мгновенных углов поля зрения формируется одновременно в ОЭП, Лучистый поток, собираемый объективом, направляется на фотоприемник, в котором он преобразуется в электрические сигналы. Изменения электрического сигнала позволяют получить информацию о пространственном распределении излучения на наблюдаемом участке плоскости предметов (см,фиг,2,3). При изменении угла р поворота сканирующего блока от+ро до -ро с постоянной угловой скоростью ж электрические сигналы записывают в регистраторе в виде двумерного иэображения, При невозмущенном движении ОЭП траектория движения записывающего луча регистратора где ао, ро - соответственно средние значения угла тангажа и угла крена ЭОП.Предварительно для прогнозируемых значений углов ао иро по формуле (4) рас считывают и записывают значение Ун. Кроме того, на основании известной величины угла 0 по приведенной выше формуле рассчитывают и записывают значение г, Развертку плоскости предметов по кадру 40 получают за счет поступательного движения ОЭП. Развертку по строке получают путем сканирования плоскости предметов с помощью сканирующего блока, сканирующее зеркало. которого вращается с постоянной 45 угловой скоростью щт вокруг оптической оси объектива ОЭП, мгновенным углом поля зрения по образующей конуса, ось симметрии которого совмещена с оптической осью объектива ОЭП. Наблюдение ведется в пе но, что в процессе формироважения воздействие возмущаюов приводит к одновременному случайным образом величины а и значения угла а тангажа. В необходимо дополнительно изущее значение угла а тангажа, а гла рн определять, как показали ия, по следующей формулемомент равенства значений р = Ъ и ведут в течение постоянной длительности строки изображения 2 р,/в. Видеосигналы записывают в регистраторе в виде двумерного изображения.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии ключ 6 разомкнут, т.е. выход предусилителя 5 разъединен со входом блока 7, в первом регистре 14 записано значение г, во втором регистре 15 - значение Ун, в третьем регистре 16 - значение "1", При включении устройства привод 2 приводит в движение сканирующий блок 1, который осуществляет коническую развертку пространства предметов, принимает лучистый поток в мгновенном угле поля зрения и направляет его через объектив 3 на фотоприемник 4, фотоприемник 4 и реобразует лучистый поток в электрический сигнал, который поступает на вход предусилителя 5, где предварительно усиливается. При этом сканирующее зеркало блока 1 вращается вокруг оптической оси объектива 3 с постоянной угловой скоростью аа . Одновременно текущее значение угла р поворота сканирующего зеркала в цифровом виде поступает с выхода датчика 9 угла визирования на первый вход блока 12 сравнения. С выхода датчика 10 угла отклонения по крену текущее значение угла/3 в цифровом виде поступает на вход вычислительного блока 45. С выхода датчика угла отклонения по тангажу 11 текущее значение угла а в цифровом виде поступает на вход вычислительного блока 44. По формуле (3) определяют значение угла Ъ, которое поступает на второй вход блока 12 сравнения. В момент равенства углов р = Ъ блок 12 сравнения начинает генерировать управляющий импульс, который подводится к управляющим входам ключа 6 и регистратора 8. Этот импульс открывает ключ 6 и включает регистратор 8 на время, равное длительности строки. Тогда видеосигнал с выхода пред- усилителя 5 проходит через открытый ключ 6 на вход усилителя-преобразователя 7. который усиливает видеосигнал и преобразует его к виду, удобному для регистрации, например в цифровой вид, и посылает его на информационный вход регистратора 8, где осуществляется построчная запись видеосигналов и формируется изображение наблюдаемой поверхности. При обратном ходе развертки регистрация видеосигналов не производится.На первом и втором выходах блока 45 формируются соответственно текущие значения зп Р и соз Р, На первом и втором55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 выходах блока 44 формируются соответственно текущие значения ип а и соз а . Значение зп а поступает на первый вход третьего умножителя 31. Значение соз а поступает на первый вход пятого умножителя 33. Значение за р поступает на первый вход восьмого умножителя 36. Значение соз Р поступает на вход второго квадратора 25 и второй вход восьмого умножителя 36, с выхода которого полученное произведение поступает на вторые входы седьмого 35 и девятого 37 умножителей. Выходной сигнал седьмого умножителя 35 одновременно поступает на первый и второй входы третьего сумматора 19. Удвоенное произведение с выхода третьего сумматора 19 поступает на второй вход первого вычитателя 40. Значение соз ф с выхода второго квадратора 25 поступает на первый вход десятого умножителя 38 и на первый и второй входы пятого сумматора 21, где удваивается. В выхода пятого сумматора 21 сигнал поступает на первый вход третьего вычитателя 42, Значение "1" постоянно поступает с выхода третьего регистратора 16 на первые входы первого 17 и шестого 22 сумматоров, второго 41 и третьего 42 вычитателей, Сигнал функции (2 соз ф - 1) с выхода третьего вычитателя 42 поступает на второй вход шестого умножителя 34. Значение Ун постоянно поступает с выхода второго регистра 16 на вторые входы пятого 33 и третьего 31 умножителей и на вход четвертого квадратора 27, Полученное произведение с выхода пятого умножителя 33 поступает на первый вход шестого умножителя 34, на вход первого квадратора 24 и на первый вход седьмого умножителя 35. Полученное произведение с выхода шестого умножителя 34 поступает на второй вход четвертого сумматора 20. Значение (Унсоза) с выхода первого квадратора 24 поступает на первый вход второго вычитателя 41. С его выхода полученная разность (1 Унсоза) поступает на вторые входы девятого 37 и десятого 38 умножителей, Полученное произведение с выхода девятого умножителя 37 поступает на второй вход четвертого сумматора 20, с выхода которого полученная сумма проходит на второй вход второго сумматора 18. Полученное произведение с выхода десятого умножителя 38 поступает на первый вход седьмого сумматора 23, Значение Ун с выхода четгвертого квадратора 27 поступает на первые входы шестого 22 и седьмого 23 сумматоров, Полученная сумма с выхода седьмого сумматора 23 поступает на первый вход первого вычитатея 40. Полученная сумма с выхода шестого сумматора 22 поступает навторой вход четвертого вычитателя 43. Свыхода первого вычитателя 40 полученнаяразность Ун + соз ф(1 - Ун сов а) -- 2 УРсоза з 1 пф созфпоступает на первые входы первого 29 и второго 30 умножителей. Значение г с выхода первого регистра 14 поступает на вход третьего квадратора 26 и второй вход первого умножителя 29, с выхода которого полученное произведение поступает на второй вход делителя 13, Значение г с выхода третьего квадратора 26 поступает на первый вход первого сумматора 17, с выхода которого полученная сумма поступает на второй вход второго умножителя 30. Полученное произведение с выхода второго умножителя 30 поступает на первый вход четвертого вычитателя 43, с выхода которого полученная разность - подкоренное выражение из формулы (3) - поступает на вход блока вычисления квадратного корня 39, выходной сигнал которого поступает на второй вход четвертого умножителя 32. Полученное произведение с выхода третьего умножителя 31 поступает на первый вход четвертого умножителя 32, с выхода которого полученное произведение поступает на первый вход второго сумматора 18. С его выхода полученная сумма поступает на первый вход делителя 13, с выхода которого полученное частное поступает на вход блока 28 вычисления арксинуса. Значение угла Ъ с выхода блока 28 поступает на второй вход блока сравнения 12.Таким образом, каждая строка изображения начинает регистрироваться при постоянном значении координаты у точки пересечения визирующего луча с плоскостью предметов, т,е. начала всех строк в плоскости предметов по укаэанной координате совмещены, и нерегулярные смещения строк, вызванные отклонением оптической оси объектива одновременно по углам крена и танжага, устраняются,Изобретение позволяет улучшить качество получаемых изображений путем уменьшения искажений иэображения, обусловленных смещением строк сканирования относительно друг друга иэ-за разворотов прибора по углам крена и тангажа. Кроме того, улучшается зрительное восприятие получаемых изображений и повышаются их измерительные свойстваРасчеты величины угла рн показывают (см.табл.), что даже небольшие изменения углов а и/3 приводят 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 к заметным изменениям угла рн, т,е. к большим смещениям строк изображения, Поэтому автоматический учет изменений условий съемки позволяет существенно снизить искажения изображения. Расчеты проведены для случая ро= 40,20, ао = Д= 0.Зависимость значения угла уъ (в градусах) от величины углов 3 и а проиллюстрирована таблицей,Формула изобретения Устройство для формирования изображения при коническом сканировании, содержащее последовательно соединенные сканирующий блок с приводом, объектив. фотоприемник, предусилитель, ключ, усилительно-преобразовательный блок, регистратор, а также датчик угла визирования, вход которого механически соединен с выходом привода, делитель, первый сумматор, первый и второй умножитель, первый и второй регистр, первый вычитатель, первый блок вычисления функции синуса и косинуса, блок вычисления арксинуса, датчик угла отклонения по крену и датчик угла отклонения по тангажу, блок сравнения, причем выход блока сравнения соединен с управляющим входом ключа и регистратора, выходдатчика угла визирования подключен к первому входу блока сравнения, выход первого вычитателя соединен с первыми входами первого и второго умножителей, второй вход второго умножителя подключен к выходу первого сумматора, выход первого регистра соединен со вторым входом первого умножителя, выход которого подключен через последовательно соединенные делитель и блок вычисления арксинуса к второму входу блока сравнения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности формирования изображения путем совмещения начала строк сканирования в плоскости предметов, введены шесть сумматоров, четыре квадратора, восемь умножителей. третий регистр, блок вычисления квадратного корня, три вычитателя, второй блок вычисления функций синуса и косинуса, при этом выход датчика угла отклонения по крену подключен к входу второго блока вычисления функций синуса и косинуса, выход датчика угла отклонения по тангажу соединен с входом первого блока вычисления функций синуса и косинуса, первый выход которого подключен через последовательно соединенные третий, четвертый умножители и второй сумматор к первому входу делителя, второй выход первого блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с первым входом пятого умножителя, выход которого подключен к первому входу1734233 10 30 35 40 45 шестого умножителя, к первому входу седьмого умножителя и через первый квадратор к первому входу второго вычитателя, первый выход второго, блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с первым 5 входом восьмого умножителя, выход которого подключен к второму входу седьмого умножителя и к первому входу девятого умножителя, выход седьмого умножителя соединен с первым и вторым входами третьего 10 сумматора, выход девятого умножителя соединен с первым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, второй выход второго блока вычисления функций синуса и 15 косинуса соединен с вторым входом восьмого умножителя и входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу десятого умножителя и к первому и второму входам пятого сумматора, выход 20 которого соединен, через последовательно соединенные третий вычитатель и шестой умножитель с вторым входом четвертого сумматора, выход первого регистра подключен к входу третьего квад ратора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход второго умножителя подключен через последовательно соединенные четвертый вычитатель и блок вычисления квадратного корня к второму входу четвертого умножителя, второй вход четвертого вычитателя соединен с выходом шестого сумматора, выход второго регистра соединен с вторым входом пятого умножителя, вторым входом третьего умно- жителя и с входом четвертого квадратора, выход которого подключен к первому входу шестого и седьмого сумматоров, выход третьего регистра соединен с вторыми входами первого и шестого сумматоров, второго и третьего вычитателей, выход второго вычитателя подключен к вторым входам девятого и десятого умножителей, выход десятого умножителя соединен через седьмой сумматор с первым входом первого вычитателя, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, второй выход первого блока вычисления функций синуса и косинуса соединен с вторым входом третьего умножителя.13 1734233 14 Составитель О.Канатчиковаактор Н,федорова Техред М.Моргентал орректор Н.Ревск изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина 10 Заказ 1677 ТиражНИИПИ Гос аПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5