EA013800B1 - Aerial optical complex with high spatial and spectral resolution with automatic adaptive control - Google Patents
Aerial optical complex with high spatial and spectral resolution with automatic adaptive control Download PDFInfo
- Publication number
- EA013800B1 EA013800B1 EA200900889A EA200900889A EA013800B1 EA 013800 B1 EA013800 B1 EA 013800B1 EA 200900889 A EA200900889 A EA 200900889A EA 200900889 A EA200900889 A EA 200900889A EA 013800 B1 EA013800 B1 EA 013800B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- stepper motor
- channel
- spectroradiometer
- spectrozonal
- spectral
- Prior art date
Links
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к областям оптического приборостроения и аэрофотосъемки и может быть использовано для регистрации спектрозональных изображений высокого пространственного разрешения и спектров высокого спектрального разрешения, усредненных по некоторому участку исходного изображения. Заявляемый авиационный оптический комплекс, обладающий функциями самонастраивающейся системы, может использоваться при научных исследованиях в интересах сельского и лесного хозяйства, в экономике, экологии, при контроле чрезвычайных ситуаций и других областях.The invention relates to the fields of optical instrumentation and aerial photography and can be used to record spectral images of high spatial resolution and spectra of high spectral resolution, averaged over a certain part of the original image. The inventive aviation optical complex, which has the functions of a self-adjusting system, can be used in scientific research in the interests of agriculture and forestry, in economics, ecology, in the control of emergency situations and other areas.
Известно достаточно много авиационных панхроматических, спектрозональных, многоспектральных и гиперспектральных систем съемки, использующих как покадровый, так и сканирующий способы получения изображений [1-3]. На современном этапе развития средств дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), как авиационных, так и космических, доминируют цифровые спектрозональные фотокамеры, использующие покадровый режим съемки, поддерживаемые большим количеством потребителей и коммерческими рынками, а также гиперспектральные системы, так называемые видеоспектрометры, позволяющие регистрировать до нескольких сотен изображений в узких спектральных каналах.There are quite a lot of aviation panchromatic, spectrozonal, multispectral and hyperspectral imaging systems using both frame-by-frame and scanning methods for obtaining images [1-3]. At the present stage of development of means of remote sensing of the earth (ERS), both aviation and space, digital spectrozonal cameras dominate, using frame-by-frame shooting mode, supported by a large number of consumers and commercial markets, as well as hyperspectral systems, so-called video spectrometers, allowing to register up to several hundreds of images in narrow spectral channels.
Известна цифровая модульная камера ЭМС [4], в которой три параллельные камеры могут регистрировать изображения в трех спектральных каналах для получения псевдоцветных композитных изображений. Она является характерным представителем цифровых спектрозональных фотокамер, которые позволяют получать изображения очень высокого пространственного разрешения с приемниками до 30-75 Мпиксел, но в ограниченном числе спектральных каналов. Недостатком подобных камер является небольшое число (от 3 до 6) фиксированных спектральных каналов, определяемых установленными перед объективами светофильтрами.Known digital modular camera EMC [4], in which three parallel cameras can register images in three spectral channels to obtain pseudocolor composite images. It is a characteristic representative of digital multispectral cameras, which allow obtaining images of very high spatial resolution with receivers up to 30-75 Mpixel, but in a limited number of spectral channels. The disadvantage of such cameras is a small number (from 3 to 6) of fixed spectral channels, determined by the color filters installed in front of the lenses.
Известны и широко используются исследователями окружающей среды гиперспектральные системы (видеоспектрометры или спектрометры изображения) серии Сай (Сотрас! А1гЬогпе 8рес1годгарЫс 1тадег) фирмы А1Ьейа, Сапайа [5]. Системы серии Сай регистрируют до 288 отдельных спектральных изображений одновременно на длинах волн от 400 до 1000 нм с шириной полосы обзора от 550 пикселей (Сай-2 и Сай-3) и до 1500 пикселей пространственного разрешения (Сай-3 или Сай-1500). Недостатками подобных систем являются невысокое пространственное разрешение, которое в несколько раз хуже систем покадровой регистрации изображений, а также некоторая избыточность информации.Hyper-spectral systems (video spectrometers or image spectrometers) of the Sai series (Sotras! A1gbogpe 8res1godhgs 1tadeg) of A1 Bey, Sapaya [5] are well known and widely used by environmental researchers. Sai series systems register up to 288 individual spectral images simultaneously at wavelengths from 400 to 1000 nm with a span of 550 pixels (Sai-2 and Sai-3) and up to 1500 pixels of spatial resolution (Sai-3 or Sai-1500). The disadvantages of such systems are low spatial resolution, which is several times worse than the systems of frame-by-frame image registration, as well as some information redundancy.
Наиболее близким к заявляемому авиационному оптическому комплексу является авиационный видеоспектральный комплекс ВСК-2 [6]. Комплекс состоит из блока оптических модулей (БОМ) и бортового управляющего вычислительного комплекса (БУВК). В состав БОМ входят блок спектрозональнополяризационной съемки БСПС-1, спектрорадиометр МС-09 и цветная обзорная видеокамера (ТВ-камера). Комплекс ВСК-2 снабжен блоком точного географического позиционирования (ОР8). Оптическая схема каждого из трех каналов блока спектрозональной поляризационной съемки (БСПС-01) состоит из последовательно расположенных поляризационного и интерференционного светофильтров и приемно-преобразующего свет устройства. Интерференционный светофильтр, выделив из интегрального светового потока узкий диапазон длин волн с шириной полосы пропускания на уровне 0,5 (полушириной спектральной зоны) от 10 до 30 нм, пропускает свет заданного участка спектра, который далее поступает на объективы черно-белых телевизионных камер. Световой поток определенного участка спектра фокусируется объективом на приемник излучения телевизионной камеры - ПЗС-матрицу, чувствительную в области 0,4-1,05 мкм (полный рабочий спектральный диапазон БСПС-01). Матричный приемник преобразует фотоны определенной длины волны в видеосигнал на выходе телевизионной камеры. Недостатком данного комплекса является то, что в нем использованы элементы невысокого пространственного разрешения, а спектрорадиометр выполняет функцию регистратора данных высокого спектрального разрешения.The closest to the claimed aviation optical complex is the aviation video complex VSK-2 [6]. The complex consists of a block of optical modules (BOM) and an onboard control computer complex (BWUK). The BOM includes a block of spectrozonal polarization shooting of an ASBR-1, a spectroradiometer MS-09 and a color video camera (TV camera). The complex VSK-2 is equipped with a block of precise geographical positioning (OP8). The optical scheme of each of the three channels of the block of a spectrozonal polarization survey (BSAS-01) consists of successive polarization and interference light filters and a light receiving and converting device. Interference light filter, highlighting from the integral light flux a narrow wavelength range with a bandwidth of 0.5 (half-width of the spectral zone) from 10 to 30 nm, transmits the light of a given part of the spectrum, which then enters the black-and-white television cameras. The luminous flux of a certain part of the spectrum is focused by the lens on a television camera radiation receiver - a CCD array sensitive in the 0.4-1.05 µm region (the full working spectrum of an ACAS-01). A matrix receiver converts photons of a certain wavelength into a video signal at the output of a television camera. The disadvantage of this complex is that it uses elements of low spatial resolution, and the spectroradiometer performs the function of a data recorder of high spectral resolution.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание авиационного оптического комплекса высокого пространственного и спектрального разрешения с автоматическим адаптивным управлением, который имел бы более широкие функциональные возможности и обеспечивал бы повышение пространственного разрешения фотосъемки при значительном расширении управляемых в автоматическом режиме спектральных каналов. Комплекс также должен обеспечивать возможность увеличения количества регистрируемой информации и сохранения работоспособности при непредвиденных изменениях свойств (отражательных оптических характеристик) подстилающих поверхностей путем смены алгоритма функционирования для поиска оптимальных настроек отдельных элементов блока оптических модулей и состояний комплекса в целом.Thus, the object of the present invention is to create an aviation optical complex of high spatial and spectral resolution with automatic adaptive control, which would have broader functionality and would increase the spatial resolution of photographing with a significant expansion of the automatically controlled spectral channels. The complex should also provide an opportunity to increase the amount of recorded information and maintain operability when unexpected changes in properties (reflective optical characteristics) of the underlying surfaces by changing the functioning algorithm to search for optimal settings of individual elements of the block of optical modules and states of the complex as a whole.
Поставленная задача решается заявляемым авиационным оптическим комплексом, состоящим из блока оптических датчиков, содержащего многоканальный модуль спектрозональной съемки и спектрорадиометр с приемником излучения, и связанного с ним блока управления, включающего, по меньшей мере, блок питания и коммутации, центральный процессор, накопители данных, систему контроллеров, включая контроллер управления платой захвата изображения, и интерфейс оператора, причем каждый канал многоканального модуля спектрозональной съемки включает цифровую ПЗС-камеру с входным объективом, приемником и светофильтрами, которые размещены на турели, снабженной шаговым двигателем и установленной в плоскости, перпендикулярной оптической оси цифровой ПЗС-камеры с возможностью управляемого вращения с точной установкой соответствующего светофильтра перед приемThe problem is solved by the inventive aviation optical complex consisting of a block of optical sensors containing a multichannel module of multispectral imaging and a spectroradiometer with a radiation receiver, and a control unit associated with it, including at least a power and switching unit, a central processor, data storage, a system controllers, including the image capture card control controller, and an operator interface, with each channel of the multichannel module of the multispectral imaging module including digits CCD camera-hand with the input lens, the receiver and the filters, which are placed on the turret, provided with a stepper motor and mounted in a plane perpendicular to the optical axis of the CCD digital camera with the ability to managed rotation with accurate setting the appropriate filter to the reception
- 1 013800 ником цифровой ПЗС-камеры. Поставленная задача решается за счет того, что многоканальный модуль спектрозональной съемки выполнен четырехканальным и дополнительно содержит контроллер управления шаговыми двигателями, связанный посредством соответствующего устройства управления шаговым двигателем с каждым шаговым двигателем и посредством блока управления со спектрорадиометром с матричным приемником излучения, светофильтры выполнены в виде узкополосных интерференционных светофильтров, размещенных по меньшей мере по четыре на каждой турели, при этом каждый канал модуля спектрозональной съемки связан с отдельным контроллером управления платой захвата изображения блока управления, а спектрорадиометр связан с контроллером шаговых двигателей с возможностью автоматического выбора и управления комбинацией светофильтров и значений экспозиций цифровых ПЗС-камер по результатам измерения и анализа спектров отражения заданного участка съемки.- 1 013800 nickname of a digital CCD camera. The task is solved due to the fact that the multichannel module of the multispectral imaging is performed by four-channel and additionally contains a controller for controlling stepper motors, connected with each stepping motor by means of an appropriate control device for a stepping motor, and through a control unit with a spectroradiometer with a matrix radiation receiver. filters placed at least four on each turret, each nal spectrozonal recording module connected to a separate controller control board image capturing control unit, associated with a spectroradiometer stepper motor controller with automatic selection and combination filters and a control exposure value digital CCD camera by measuring and analyzing the reflection spectra given survey area.
Таким образом, в заявляемом комплексе благодаря тому, что спектрорадиометр выполняет роль прибора, автоматически управляющего работой всего комплекса, существенно расширяются функциональные возможности аппаратуры в целом. При этом за счет возможности автоматического управления работой системы обеспечиваются более точный выбор и установка комбинации светофильтров в каждом конкретном случае, для каждого отдельного объекта.Thus, in the inventive complex, due to the fact that the spectroradiometer plays the role of a device that automatically controls the operation of the entire complex, the functionality of the equipment as a whole is significantly expanded. At the same time, due to the possibility of automatic control of the operation of the system, a more accurate selection and installation of a combination of light filters in each specific case, for each individual object, is provided.
В предпочтительных формах реализации в заявляемом комплексе контроллер управления шаговым двигателем выполнен с возможностью управления шаговым двигателем каждой турели в автоматическом или ручном режиме.In preferred forms of implementation in the inventive complex, the controller for controlling a stepping motor is adapted to control the stepping motor of each turret in automatic or manual mode.
В предпочтительных формах реализации в заявляемом комплексе спектрорадиометр выполнен с возможностью автоматического выбора и управления экспозицией каждой цифровой ПЗС-камеры по результатам регистрации спектра отражения снимаемого объекта, пересчета дискретов аналогоцифрового преобразования (АЦП) в спектральную плотность энергетической яркости (СПЭЯ) и анализа спектральной сигнатуры с учетом различной спектральной ширины светофильтров, освещенности подстилающих поверхностей и кривой спектральной чувствительности фотоприемных матриц цифровых ПЗС-камер.In preferred forms of implementation, the spectroradiometer in the inventive complex is designed to automatically select and control the exposure of each digital CCD camera based on the results of recording the reflection spectrum of the object being shot, recalculating analog-digital conversion (ADC) samples to the spectral density of the energy brightness (SPEA) and analyzing the spectral signature taking into account various spectral widths of light filters, the illuminance of underlying surfaces and the curve of spectral sensitivity of photodetector matrices digital CCD cameras.
Упомянутые выше и другие преимущества заявляемого авиационного оптического комплекса будут рассмотрены ниже более подробно на одном из возможных, но не ограничивающих примеров реализации со ссылкой на позиции чертежей, на которых представлены:The above and other advantages of the proposed aviation optical complex will be discussed below in more detail in one of the possible, but non-limiting, examples of implementation with reference to the position of the drawings in which:
фиг. 1 - структурная схема заявляемого авиационного оптического комплекса;FIG. 1 is a block diagram of the inventive aviation optical complex;
фиг. 2 - оптико-кинематическая схема блока оптических датчиков заявляемого авиационного оптического комплекса;FIG. 2 - optical-kinematic diagram of the optical sensor unit of the proposed aviation optical complex;
фиг. 3 - времена экспозиций спектральных каналов и их зависимости от ряда факторов;FIG. 3 - exposure times of spectral channels and their dependence on a number of factors;
фиг. 4 - схема пространственного сканирования спектрорадиометром с матричным приемником излучения.FIG. 4 is a spatial scanning scheme of a spectroradiometer with a matrix radiation detector.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого авиационного оптического комплекса. Авиационный оптический комплекс состоит из блока оптических датчиков и блока управления.FIG. 1 shows the structural diagram of the proposed aviation optical complex. The aviation optical complex consists of an optical sensor unit and a control unit.
В свою очередь блок оптических датчиков включает многоканальный (в данном случае четырехканальный) модуль спектрозональной съемки (МСС), контроллер управления шаговыми двигателями и спектрорадиометр с матричным приемником излучения. МСС предназначен для получения четырех синхронных спектрозональных изображений в видимой и ближней ИК-областях спектра. Каждый канал МСС содержит цифровую ПЗС-камеру с входным объективом и приемником, турель с набором спектральных светофильтров и шаговым двигателем и устройство управления шаговым двигателем, связанное с контроллером управления шаговыми двигателями. В качестве съемочных камер в рассматриваемом примере авиационного оптического комплекса использованы, в частности, монохроматические цифровые ПЗС-камеры с приемными матрицами до 30 Мпиксел и с чувствительностью в диапазоне 0,35-1,05 мкм. МСС, таким образом, предназначен для одновременного получения оцифрованных спектрозональных изображений в четырех различных узких спектральных каналах.In turn, the optical sensor unit includes a multichannel (in this case, four-channel) module of the multispectral imaging (MSS), a controller for controlling stepper motors and a spectroradiometer with a matrix radiation detector. The MSS is designed to obtain four synchronous spectrozonal images in the visible and near-IR regions of the spectrum. Each MCC channel contains a digital CCD camera with an input lens and receiver, a turret with a set of spectral filters and a stepper motor and a stepper motor control device associated with a stepper motor control controller. Monochromatic digital CCD cameras with receiving matrices of up to 30 Mpixel and with a sensitivity in the range of 0.35-1.05 μm were used as shooting cameras in the considered example of an aviation optical complex. The MSS is thus intended for the simultaneous acquisition of digitized spectrozonal images in four different narrow spectral channels.
Более подробно блок оптических датчиков комплекса авиационного оптического комплекса представлен в виде оптико-кинематической схемы на фиг. 2, на которой схематично изображены четырехканальный МСС и спектрорадиометр. Каждый из четырех каналов МСС включает монохроматическую цифровую ПЗС-камеру, соответственно 3, 6, 9 и 12, с входным объективом, соответственно 1, 4, 7 и 10, и турелью, соответственно 2, 5, 8 и 11. На каждой турели 2, 5, 8 и 11 установлены по четыре светофильтра (красный, желтый, зеленый, синий), которые изображены на фиг. 2 без указания позиций. Каждая турель 2, 5, 8 и 11 установлена в плоскости, перпендикулярной оптической оси 18, 19, 20 и 21 соответствующей камеры 3, 6, 9 и 12 с возможностью управляемого вращения с точной установкой соответствующего светофильтра перед приемником (приемной матрицей) 22, 23, 24, 25 соответствующей цифровой ПЗСкамеры 3, 6, 9 и 12.In more detail, the optical sensor unit of the aviation optical complex is presented in the form of an optical-kinematic scheme in FIG. 2, which schematically depicts a four-channel MSS and spectroradiometer. Each of the four MCC channels includes a monochromatic digital CCD camera, 3, 6, 9, and 12, respectively, with an input lens, 1, 4, 7, and 10, respectively, and a turret, 2, 5, 8, and 11, respectively. For each turret 2 , 5, 8, and 11, four light filters are installed (red, yellow, green, blue), which are shown in FIG. 2 without specifying positions. Each turret 2, 5, 8 and 11 is installed in a plane perpendicular to the optical axis 18, 19, 20 and 21 of the corresponding camera 3, 6, 9 and 12 with the possibility of controlled rotation with precise installation of the corresponding light filter in front of the receiver (receiving matrix) 22, 23 , 24, 25 of the corresponding digital CCDs 3, 6, 9 and 12.
Спектрорадиометр содержит входной объектив 13, входную щель 14 полихроматора спектрометра, вогнутую отражательную дифракционную решетку 15, плоское поворотное зеркало 16 и приемную малоформатную ПЗС-матрицу 17.The spectroradiometer contains an input lens 13, an entrance slit 14 of a polychromator spectrometer, a concave reflective diffraction grating 15, a flat swivel mirror 16, and a receiving small-format CCD matrix 17.
Блок управления, как уже было упомянуто выше, выполнен в виде рабочей станции (РС) управления и накопления данных и представляет собой многопроцессорный промышленный компьютер, содерThe control unit, as already mentioned above, is designed as a workstation (PC) for control and data accumulation and is a multiprocessor industrial computer containing
- 2 013800 жащий блок питания и коммутации, центральный процессор, накопители данных, систему контроллеров, включая контроллеры управления платой захвата изображения, и интерфейс оператора с монитором оператора (фиг. 1). Специалисты в данной области техники смогут без труда выбрать конкретную форму реализации каждого из упомянутых элементов (устройств) блока управления в каждом случае в соответствии с поставленными задачами. В связи с этим конкретные характеристики и параметры этих устройств, а также особенности соответствующего программного обеспечения в рамках данного описания рассматриваться не будут.- 2,013,800 power supply and switching power supply, central processor, data storage devices, a system of controllers, including controllers for controlling the image capture board, and an operator interface with an operator monitor (Fig. 1). Specialists in the field of technology will be able to easily select a specific form of implementation of each of the above elements (devices) of the control unit in each case in accordance with the tasks assigned. In this regard, the specific characteristics and parameters of these devices, as well as the features of the corresponding software in the framework of this description will not be considered.
На фиг. 3 в графическом виде представлены времена (3) экспозиций спектральных каналов (светофильтр 1 (СФ1), светофильтр 2 (СФ2), светофильтр 3 (СФ3), светофильтр 4 (СФ4)) и их зависимости от ряда факторов. В частности, на фиг. 3 в виде кривой (1) представлена кривая спектральной чувствительности цифровых ПЗС-камер (в отн. ед.), а в виде кривой (2) представлена характерная кривая спектра отражения регистрируемого растительного объекта, зарегистрированная спектрорадиометром и пересчитанная из дискретов аналого-цифрового преобразования (АЦП) в спектральную плотность энергетической яркости (СПЭЯ, отн. ед.). Таким образом, в виде импульсов (3) на фиг. 3 представлена характерная для данного регистрируемого растительного объекта комбинация экспозиций для четырех интерференционных светофильтров (СФ1-СФ4) для каждой из цифровых ПЗС-камер.FIG. 3 graphically presents the times (3) of exposures of the spectral channels (light filter 1 (СF1), light filter 2 (СФ2), light filter 3 (СФ3), light filter 4 (СФ4)) and their dependence on a number of factors. In particular, in FIG. 3, curve (1) shows the spectral sensitivity curve of digital CCD cameras (in relative units), and curve (2) shows the characteristic curve of the reflection spectrum of a recorded plant object, recorded by a spectroradiometer and recalculated from the analog-to-digital conversion samples ( ADC) in the spectral density of the energy brightness (SPAY, rel. Units.). Thus, in the form of pulses (3) in FIG. Figure 3 shows the combination of exposures characteristic of this recorded plant object for four interference light filters (SF1-SF4) for each of the digital CCD cameras.
На фиг. 4 представлена схема пространственного сканирования спектрорадиометром с матричным приемником излучения с борта самолета 25. На фигуре позициями обозначены: 22 - поле зрения МСС, 23 - поле зрения, определяемое входной щелью спектрорадиометра по оси X, 24 - кривая зависимости СПЭЯ от длины волны λ, ось Υ - вектор скорости полета самолета.FIG. Figure 4 shows the spatial scanning scheme of a spectroradiometer with a matrix radiation receiver from the aircraft 25. In the figure, the positions denote: 22 — MSS field of view, 23 — field of view determined by the X-axis entrance slot of the spectroradiometer, 24 — SPEA versus wavelength λ, axis Υ - the aircraft velocity vector.
Заявляемый авиационный оптический комплекс работает следующим образом.The inventive aviation optical complex operates as follows.
Используемый в заявляемой системе спектрорадиометр высокого спектрального разрешения предусмотрен для адаптивной замены светофильтров в процессе съемки и автоматического выбора значений экспозиций съемочных камер.A spectroradiometer of high spectral resolution used in the inventive system is provided for adaptive replacement of light filters in the process of shooting and automatic selection of exposure values of camera cameras.
Кроме того, он выполняет и ряд других функций.In addition, it performs a number of other functions.
1. Автоматический выбор и установка экспозиций каждого канала МСС с учетом различных ширин каналов, определяемых интерференционными светофильтрами, освещенностей подстилающих поверхностей и спектральной чувствительности фотоприемных матриц.1. Automatic selection and installation of exposures for each channel of the MCC, taking into account the various widths of the channels, determined by the interference light filters, the illuminances of the underlying surfaces and the spectral sensitivity of the photo-receiving arrays.
2. Получение данных высокого спектрального разрешения (не менее 1024 спектральных каналов) для нескольких пространственных строк в кадре поперек трассы полета самолета, которые используются для расчета гиперспектральных изображений на основе методики интерполяции (специального программного обеспечения) изображений МСС и спектров, полученных спектрорадиометром.2. Obtaining high spectral resolution data (at least 1024 spectral channels) for several spatial lines in the frame across the aircraft flight path, which are used to calculate hyperspectral images based on interpolation techniques (special software) of MSS images and spectra obtained by a spectroradiometer.
3. Измерение спектров различных объектов и формирование спектральной базы данных, которая позволит расширить круг решаемых задач путем выбора новых оптимальных каналов МСС с установкой соответствующих светофильтров в турель.3. Measurement of the spectra of various objects and the formation of a spectral database, which will expand the range of tasks by selecting new MSS channels with the installation of appropriate filters in the turret.
4. Автоматический выбор в полете оптимальных фильтров (из числа установленных в турелях) и установка их в рабочее состояние по результатам измерения и анализа спектров отражения заданного участка снимаемой трассы.4. Automatic selection of optimal filters in flight (from among those installed in the turrets) and their installation in working condition according to the results of measurement and analysis of the reflection spectra of a given section of the track to be taken.
С помощью спектрорадиометра получают спектры подстилающей поверхности, при этом отраженное излучение для каждого участка пространства проходит через входной объектив 13, входную щель 14, вогнутую отражательную дифракционную решетку 15, плоское поворотное зеркало 16 и поступает на приемную малоформатную ПЗС-матрицу 17. После чего полученную информацию в цифровой форме обрабатывают в РС с помощью соответствующих программ адаптивного управления МСС.Using the spectroradiometer get the spectra of the underlying surface, while the reflected radiation for each area of space passes through the input lens 13, the entrance slit 14, a concave reflective diffraction grating 15, a flat swivel mirror 16 and enters the receiving small-format CCD-matrix 17. Then the information received digitally processed in the PC using the appropriate programs of adaptive control MSS.
Данные высокого спектрального разрешения, усредненные по определенному участку пространства (см. фиг. 4), и специальное программное обеспечение (СПО) позволяют обеспечить экспресс-анализ спектральных характеристик отражения разнообразных природных фонов и искусственных объектов в абсолютных значениях спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ).High spectral resolution data averaged over a certain area of space (see Fig. 4), and special software (STR) allow express analysis of the spectral characteristics of the reflection of various natural backgrounds and artificial objects in absolute values of the spectral density of the energy brightness (SPEA).
Результатами обработки и анализа полученных с помощью спектрорадиометра спектров высокого разрешения по алгоритмам СПО являются определение экспозиционных параметров съемки цифровых ПЗС-камер 3, 6, 9, 12 МСС и выбор спектральных зон съемки (т.е. положение турелей 2, 5, 8, 11, обеспечивающее размещение перед приемными матрицами цифровых ПЗС-камер 3, 6, 9, 12 соответственно, интерференционных светофильтров с определенной полосой пропускания), обеспечивающих наибольшую информативность и спектральный контраст.The processing and analysis of high-resolution spectra obtained using a spectroradiometer using SPO algorithms are the determination of the exposure parameters of shooting digital CCD cameras 3, 6, 9, 12 MSS and the choice of spectral shooting zones (i.e. the position of the turrets 2, 5, 8, 11 , providing the location before the receiving matrix of digital CCD cameras 3, 6, 9, 12, respectively, interference filters with a specific bandwidth), providing the most information and spectral contrast.
Полученные таким образом установки автоматически вводятся в контроллер управления шаговыми двигателями турелей 2, 5, 8, 11, и через средство управления шаговым двигателем в каждом из четырех каналов МСС соответствующий управляющий сигнал подается на каждый шаговый двигатель и съемочные цифровые ПЗС-камеры 3, 6, 9, 12. Шаговые двигатели в соответствии с принятым управляющим сигналом поворачивают турели 2, 5, 8, 11 в плоскостях, перпендикулярных оптическим осям 18, 19, 20, 21 камер 3, 6, 9, 12 соответственно таким образом, что перед приемными матрицами 22, 23, 24, 25 цифровых ПЗС-камер 3, 6, 9, 12 соответственно устанавливается светофильтр определенного спектрального пропускания. Таким образом, применение управляемых контроллерами турелей 2, 5, 8, 11 с установленными на них узкополосными интерференционными светофильтрами обеспечивает оперативную заменуThe settings obtained in this way are automatically entered into the controller of the stepper motors control of the turrets 2, 5, 8, 11, and through the stepper motor control means in each of the four MCC channels the corresponding control signal is sent to each stepper motor and the shooting digital CCD cameras 3, 6, 9, 12. In accordance with the adopted control signal, the stepper motors rotate the turrets 2, 5, 8, 11 in planes perpendicular to the optical axes 18, 19, 20, 21 of the cameras 3, 6, 9, 12, respectively, in such a way that before the receiving arrays 22, 23, 24, 2 5 digital CCD cameras 3, 6, 9, 12, respectively, a light filter of a certain spectral transmission is installed. Thus, the use of turret-controlled 2, 5, 8, 11 controllers with narrow-band interference light filters installed on them ensures quick replacement
- 3 013800 спектральных зон съемки в автоматическом режиме. Кроме того, в системе предусмотрена возможность и ручного управления выбором спектральных зон съемки, так как контроллер управления шаговым двигателем выполнен с возможностью управления шаговым двигателем каждой турели и в автоматическом, и в ручном режимах, т.е. выбор определенных светофильтров осуществляется либо по команде оператора, либо автоматически непосредственно в процессе съемки.- 3 013800 spectral shooting zones in automatic mode. In addition, the system provides the ability to manually control the selection of spectral shooting zones, since the controller for controlling a stepper motor is configured to control the stepper motor of each turret in both automatic and manual modes, i.e. The choice of certain light filters is carried out either at the operator's command, or automatically directly in the process of shooting.
Для обеспечения необходимой пропускной способности каждая камера МСС подключена к отдельной плате захвата изображений. Синхронизация срабатываний цифровых ПЗС-камер МСС осуществляется с использованием триггеров цифровых ПЗС-камер (триггеров плат захвата изображений).To ensure the necessary bandwidth, each MCC camera is connected to a separate image capture card. The synchronization of the MCC digital CCD cameras is performed using triggers of digital CCD cameras (triggers of the image capture boards).
Для накопления данных используются высокоскоростные накопители с возможностью горячей замены.For the accumulation of data used high-speed drives with hot-swappable.
Достаточно широкий круг прикладных задач, решаемых с помощью заявляемого авиационного оптического комплекса, вызывает необходимость соответствующего широкого набора интерференционных фильтров (каналов регистрации изображений).A sufficiently wide range of applied problems solved with the aid of the inventive aviation optical complex necessitates a corresponding wide range of interference filters (image recording channels).
Если для решения одной конкретной задачи распознавания или классификации объектов, как правило, достаточно 3-4 каналов, то для обеспечения возможности решения аналогичных задач для многих классов объектов и определения различных параметров их состояния должен быть обеспечен выбор необходимого набора светофильтров (смены каналов), в том числе в ходе одной серии съемок. Такую технически простую смену каналов обеспечивает управляемая турель с фильтрами. В данном примере реализации 16 светофильтров (4 турели по 4 светофильтра в каждой) выбраны на основе анализа спектров отражения различных растительных объектов, а также искусственных объектов на природных фонах.If, as a rule, 3-4 channels are enough to solve one specific problem of recognizing or classifying objects, in order to be able to solve similar problems for many classes of objects and determine various parameters of their state, the choice of the necessary set of light filters (channel changes) should be provided. including during one series of filming. This technically simple channel change is provided by a controlled turret with filters. In this implementation example, 16 light filters (4 turrets with 4 light filters each) are selected based on the analysis of the reflection spectra of various plant objects, as well as artificial objects on natural backgrounds.
Источники информацииInformation sources
1. Патент ЯИ № 2341819 С2, опубл. 20.12.2008.1. Patent YAI No. 2341819 C2, publ. 12/20/2008.
2. Патент ЯИ № 2271558 С1, опубл. 10.03.2006.2. Patent YAI number 2271558 C1, publ. 03/10/2006.
3. Патент ЯИ № 2216711 С1, опубл. 20.10.2003.3. Patent YAI number 2216711 C1, publ. 10/20/2003.
4. Сайт компании 1и1егдгарй. Цифровая топографическая камера ЭМС® [найдено 15.01.2009]. Найдено в Интернет: 1Шр://\\л\лт.т-а1еПег.ги/бтс/.4. Website of the company. EMC® Digital Topographic Camera [found 1/15/2009]. Found on the Internet: 1Shr: // \\ l \ lt.t-a1ePeg.gi / bts /.
5. М.8.СНиЬеу е! а1. 0Ь]ес1-Ьа5еб Лпа1у515 о£ 1коио§-2 1тадегу Рог Ехйасйои о£ Еотей 1иуеи1огу Ратате1ет8. 1. Рйо1одгатте1пс Еидтеегтд & Яето!е 8епщид, Лрп1 2006, р. 383-394.5. M.8. SNIEE e! a1. 0b] es1-la5eb lpa1u515 about £ 1coio§-2 1tadegu horn ehyasioi about £ eotei 1uewieyogu ratat1et8. 1. Ryo1odgatte1ps Eidtegtd & Yaeto! E 8epschid, LRP1 2006, p. 383-394.
6. Б.И.Беляев, Л.В.Катковский. Оптическое дистанционное зондирование. Минск: БГУ, 2006, с. 168181.6. B.I.Belyaev, L.V.Katkovsky. Optical remote sensing. Minsk: BSU, 2006, p. 168181.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200900889A EA013800B1 (en) | 2009-04-08 | 2009-04-08 | Aerial optical complex with high spatial and spectral resolution with automatic adaptive control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA200900889A EA013800B1 (en) | 2009-04-08 | 2009-04-08 | Aerial optical complex with high spatial and spectral resolution with automatic adaptive control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200900889A1 EA200900889A1 (en) | 2010-06-30 |
| EA013800B1 true EA013800B1 (en) | 2010-06-30 |
Family
ID=42320164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200900889A EA013800B1 (en) | 2009-04-08 | 2009-04-08 | Aerial optical complex with high spatial and spectral resolution with automatic adaptive control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA013800B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9516240B2 (en) | 2012-05-21 | 2016-12-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus, client device, imaging system, control method of imaging apparatus, control method of client device, and control method of imaging system |
| RU2622233C1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-06-13 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Aerial camera |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU523360A1 (en) * | 1974-03-20 | 1976-07-30 | Научно-исследовательский радиофизический институт | Optical spectrum analyzer |
| US4803554A (en) * | 1987-09-30 | 1989-02-07 | Polaroid Corporation | Electronic imaging camera utilizing EPROM memory |
| US5752112A (en) * | 1996-11-06 | 1998-05-12 | George Paddock, Inc. | Mounting system for body mounted camera equipment |
| RU2179375C2 (en) * | 1999-08-16 | 2002-02-10 | Московское конструкторское бюро "Электрон" | Method for measurement of spectral reflection characteristics or object radiation in any point of its television image and spectrometer realizing this method on real or preventative time scale |
| RU2315951C1 (en) * | 2006-06-09 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" | Onboard system for local aero-monitoring of objects of natural and technogenic sphere |
-
2009
- 2009-04-08 EA EA200900889A patent/EA013800B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU523360A1 (en) * | 1974-03-20 | 1976-07-30 | Научно-исследовательский радиофизический институт | Optical spectrum analyzer |
| US4803554A (en) * | 1987-09-30 | 1989-02-07 | Polaroid Corporation | Electronic imaging camera utilizing EPROM memory |
| US5752112A (en) * | 1996-11-06 | 1998-05-12 | George Paddock, Inc. | Mounting system for body mounted camera equipment |
| RU2179375C2 (en) * | 1999-08-16 | 2002-02-10 | Московское конструкторское бюро "Электрон" | Method for measurement of spectral reflection characteristics or object radiation in any point of its television image and spectrometer realizing this method on real or preventative time scale |
| RU2315951C1 (en) * | 2006-06-09 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" | Onboard system for local aero-monitoring of objects of natural and technogenic sphere |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9516240B2 (en) | 2012-05-21 | 2016-12-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus, client device, imaging system, control method of imaging apparatus, control method of client device, and control method of imaging system |
| RU2622233C1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-06-13 | Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" | Aerial camera |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA200900889A1 (en) | 2010-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5790188A (en) | Computer controlled, 3-CCD camera, airborne, variable interference filter imaging spectrometer system | |
| CN204795370U (en) | Monitoring system and contain its vehicle | |
| US6211906B1 (en) | Computerized component variable interference filter imaging spectrometer system method and apparatus | |
| US6111640A (en) | Hyperspectral imaging spectrometer spectral calibration | |
| US7859572B2 (en) | Enhancing digital images using secondary optical systems | |
| Nocerino et al. | Geometric calibration and radiometric correction of the maia multispectral camera | |
| AU2015230699A1 (en) | Hyperspectral resolution using three-color camera | |
| CA2903957C (en) | Imaging unit | |
| US20190058837A1 (en) | System for capturing scene and nir relighting effects in movie postproduction transmission | |
| CN206281570U (en) | Hyperspectral imager based on step optical filter | |
| King et al. | Development of a multispectral video system and its application in forestry | |
| CN107436194A (en) | A kind of high light flux real time spectrum imaging device | |
| US20200271790A1 (en) | Method and device for detecting incident laser radiation on a spacecraft | |
| JPH01320441A (en) | Color brightness meter | |
| US20090041368A1 (en) | Enhancing digital images using secondary optical systems | |
| WO2018163771A1 (en) | Water quality inspection system and water quality inspection method | |
| EA013800B1 (en) | Aerial optical complex with high spatial and spectral resolution with automatic adaptive control | |
| WO2018186016A1 (en) | Information processing device, information processing method and program | |
| JPWO2019026618A1 (en) | Imaging device, imaging method, and program | |
| US5208674A (en) | Micro-dispersion electronic camera | |
| CN114689174A (en) | Chip-level multispectral camera system and operation method thereof | |
| WO2022102515A1 (en) | Imaging apparatus and lens device | |
| US8063941B2 (en) | Enhancing digital images using secondary optical systems | |
| US5631468A (en) | Telecamera with a high frame frequency and associated manufacturing method | |
| JPS62208784A (en) | Infrared image pickup device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY KZ RU |