KR100244808B1 - 물체 관측 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 기구 공학, 특히 광학 검출 및 거리 측정 기구에 이용된다. 본 발명은 펄스 광원(1), 제어 장치(2), 광학 이미지 검출기(3), 그리고 추가의 광학 이미지 검출기(4)를 포함하는 것으로서, 상기 펄스 광원(1)은 전송 광학 장치를 구비하고, 상기 광학 이미지 검출기(3)는 생략 가능한 전자광 이미지 변환기(5)와 텔레비젼 카메라(7)를 포함하는 수신용 대물 렌즈를 구비하고, 상기 추가의 광학 이미지 검출기(4)는 휘도 증폭기(6)와 텔레비젼 카메라(8)를 포함한다. 텔레비젼 이미지를 제조하는 특별한 방법은 각 특정 물체까지의 거리에 관한 정보를 포함하는 관측 가능한 물체의 특정 이미지 모형을 TV-1의 출력에서 얻게 한다. 거리가 다르게 떨어져있는 물체의 휘도를 등화하는것과 TV-2의 입력에서 통상의 텔레비젼 이미지를 획득하는것이 제공된다.

Description

물체 관측 장치
감소된 조도의 물체를 관측하는 방법이 공지되어 있는데, 상기 공지 방법에 따르면, 물체는 펄스 광원과 광에 의해 조사되고, 상기 광원과 광은 광 이미지 검출기에 의해 수신되며, 상기 검출기는 광펄스 방사로 제어 셔터의 작동을 동기한다. 상기 방법을 실현하는 장치는 전송 과학 장치를 구비한 펄스 광원과 제어 펄스 셔터를 구비한 광학 이미지 검출기를 포함한다(EP 제 0363735호를 참조하라). 광 방사순간과 장치의 셔터 개방 순간사이의 지연을 조정함으로서, 가장 관심있는 영역내에 위치한 물체의 이미지가 얻어질수있다.
상기의 공지 방법 및 장치의 단점은 하나의 광원과 하나의 TV카메라가 사용되는 경우에는 매우 협소한 관측 영역내에만 존재하는 물체에 관한 정보를 얻을수 있다는 점이다.
상기 관측 영역을 확대하기위해, 동시에 작동하는 여러 광원(또는 여러 펄스)을 다른 지연수단으로 사용하여 이미지 신호를 이후에 합계하는 하나의 프레임 또는 여러 카메라(각각의 카메라는 상기 자신의 범위에서 작동한다)를 형성하는 경우(EP 제 0468175 호를 참조하라) 장치 비용이 증가한다. 또한 관측된 범위에 따라서 물체의 실제 상호 위치에 관한 정보를 얻는 것은 불가능하다.
물체까지의 거리를 결정하는 카메라에 의해 얻어진, 해당 화상의 컬러 코딩을 갖는, 범위가 다른 카메라에서의 3개의 동작을 이용하는것(EP 제 0531722)은 특히 상기 장치가 혼탁한 매체(안개, 연기 먼지 등)에서 작동하는 최후면의 물체(청색)가 표시되는경우, 결과적인 이미지는 자주색이 될것이고, 이런 경우 물체에 대한 거리의 추정을방해할 것이다. 상기 장치를 사용하는 거리 측정은 색을 잘못 이해하는 사람에게는 불가능할 것이다.
본 발명에 대한 가장 유사한 것은 영국 특허 제 1052178 호에 개시한 장치이다. 상기 물체 관측 장치는 송신 과학부를 가지는 펄스 광학원과, 전자 광학 이미지 변환기와 여기에 결합된 제어 유닛을 구비한다. 상기 장치는 통상의 물체 이미지와 동시에 각각의 특정 물체에 대한 정보를 가지는 특정 이미지를 획득할 가능성이 있기 때문에 상술한 문제점을 극복한다. 하지만 상기 장치는 장치의 광학축과 정렬된 수평면 상에 놓여 있는 물체만 거리 정보가 정확하다. 상기 장치에서 다양한 거리에 놓인 물체의 밝기가 서로 다를 것이며, 장치에서 짧은 거리에 다수의 물체가 존재하는 경우 이미지는 먼 거리에 물체의 이미지를 숨기게 될 것이다. 먼거리의 물체에 대한 효과는 만야에 장치가 혼탁한 매체(안개, 강설, 연기 등)에서 작동되는경우에도 동일하게 발생할 것이다.
본 발명은 광학 기구 공학에 관련되며, 더 상세하게는 감소된 조도에서 물체를 관찰하는 기구에 관한 것이다.
제1도는 제시된 장치에 관한 블럭 다이어그램도.
제2도는 추가적인 검출기로 만들어진 이미지-면과 통상적인 이미지의 구성원리에관한 도.
제3도는 제어장치에 관한 블럭 다이어그램도.
본 발명은 상기 가장 유사한 장치의 단점을 제거하고, 통상의 이미지와 장치의 가시 범위 내에 공간의 특정한 이미지 양자를 제공하는 데 있으며, 다양한 거리에 위치하는 물체의 밝기를 균등하게 하기 위해 먼 거리의 정보를 포함한다.
감소된 시계(視界) 조건에 기인하는 조건 때문에 다양한 거리에 위치하는 동일 밝의 이미지를 획득할 가능성이 있으며, 본 발명은 동시에 차량의 전면에 위치하는 물체 뿐만 아니라 특정 거리에 위치하는 물체까지 모든 종류의 물체에 대한 이미지를 가져야 할 필요성이 있는 경우의 차량 및 항행에서 사용하기에 적합하다. 만약에 이미지 모형(image-plan)의 획득이 가능하다면, 특히 간조 때의 항행에서 특히 중요한 물체 상호간 위치에 대해 충분하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라 관심있는 물체에 대한 거리까지 알 수 있다.
상기 언급한 문제는 물체 간측 장치를 사용하여 해결되며, 상기 장치는 송신 광학부를 가지는 펄스 광원과, 수신 광학부를 가지는 전자 광학 이미지 변환기와 광원과 변환기에 결합된 제어 유닛으로 구성된다. 상기 장치는 텔레비전 카메라를 가지며, 카메라의 입력은 전자 광학 이미지 변환기의 출력과 결합된다. 상기 제어 유닛은 텔레비전 카메라에 연결되며, 상기 펄스 광원이 켜지는 순간에 대해 전자 광학 이미지 변환기의 켜짐이 한 프레임 지연하는 동안에 변이를 생성하도록 디자인되어 있으며, 상기 펄스 광원은 텔레비전 카메라 출력의 텔레비전 신호 라인과 동기화되어 있으며, 상기 카메라는 상기 라인에 대응하는 텔레비전 신호의 출력에서 각 펄스 광원이 켜지는 순간 획득된 물체 이미지를 기록할 수 있도록 제공되도록 디자인된다.
텔레비젼 카메라의 감광성 소자는 광검출 스트립 또는 광검출 매트릭스의 형태로 제공된다. 등휘도 물체의 이미지를 얻기위해, 제시된 장치는 광원 전력 및 전자광 이미지 변환기 이득 요소를 변화시킬 가능성을 제공하는 방법으로 설계된다. 제시된 장치는 광원으로 조사된 모든 목적물의 통상의 이미지에 해당하는 TV신호를 발생하는 추가의 TV카메라를 구비한다. 상기 추가의 TV카메라는 작동 동기 가능성을 제공하는 방법으로 제 1 TV카메라에 접속된다. 상기 외에도 추가의 전자광 이미지 변환기가 제공되고, 상기의 출력은 추가의 TV카메라의 입력에 결합된다. 상기 제어 장치는 유니바이브레이터를 포함하는것으로서, 상기의 입력은 상기 TV카메라에 접속되며 상기에 수평 동기 펄스를 가할 가능성을 제공하게 설계된다. 상기 유니바이브레이터의 제 1 출력은 상기 지연 장치의 제 1 입력에 접속되는것으로서 상기의 출력은 펄스 발생기와 앰플리파이어의 제 1 입력에 접속되는것으로서 상기의 출력은 전자광 이미지 변환기에 접속된다. 상기 지연 장치의 제 2 입력은 톱니형 전압 발생기의 제 2 입력은 상기 TV카메라에 접속되어 상기에 수직 프레임 동기 펄스를 가할 가능성을 제공하게 설계된다. 추가의 전자광 이미지 변환기의 입력은 제 1 전자광 이미지 변환기 입력에 접속될수 있다.
물체 관측장치(제1도)는 펄스 광원(1)과 이미지 검출기(3)및 추가 이미지 검출기(4)를 포함하는 것으로서, 상기 펄스 광원(1)은 송신(이미지 제조)광학장치를 구비하며, 상기의 입력은 동기 장치(2)의 제 1 출력에 접속되고, 상기 상 검출기(3) 및 추가 상 검출기(4)는 상기 동기 장치의 제 2 입력에 접속되며, 각각의 상기 검출기는 생략가능한 전자광이미지 변환기(5, 6)를 구비하며, 상기 변환기에는 수신 대물렌즈와 텔레비젼 CCD(전하 결합 장치) 카메라(7,8)를 구비한다. 상기 장치는 또한 유니바이브레이터(9), 전압 제어 지연 장치(10), 톱니형 전압 발생기(10), 팔스 발생기(12)와 중폭기(13)를 포함한다. 상기 물체 관측장치는 다음의 방법으로 작동한다.
상기 펄스 광원은 관측 물의 펄스 조도를 제공하고(제1도에 도시되지않음), 물체로부터 반사된 광은 상기 이미지 검출기(3)로 수신되고, 상기 검출기(3)는관측가능한 물체의 TV상을 만들어내고, 상기 추가 이미지 검출기(4)와 더불어, 관측가능한 물체의 통상의 TV 이미지를 만들어낸다.
상기 TV카메라(7)는 상기 제어장치를 동기하고, 상기 제어장치는 CCD 카메라 비디오 신호의 한선의 시간동안 이미지제조의 한 사이클을 ㅅ팅한다. 이미지 형성 사이클 동안에 상기 제어장치(2)는 펄스 광원(1)을 트리거링한후 생략가능한 전자광 이미지 변환기(5,6)를 트리거링한다. 광원 트리거링 펄스에 비례하여 변환기의 트리거링 펄스의 지연은 프레임(I=1)에서의 제 1 이미지 형성 사이클 동안 가장 일어날수있어, 로케이터로부터 가장 먼 물체와 배후에까지 광 전파의 시간에 해당된다. 상기 지연은 각각의 다음 이미지 형성 사이클 동안 레인징 스텝에 해당하는 크기에 의해 감소된다. 상기의 레인징 스텝은 일정하거나 가변적인 크기일수 있다. 마지막 이미지 형성 사이클(MAX=1) 동안 지연은 상기 장치에서 최근접의 물체와 배후까지의 광 통과 시간에 해당한다. 생략가능한 전자광 이미지 변환기(5,6)는 한사이클씩 관측가능한 공간 층의 이미지를 연속적으로 형성하고 상기는 해당 전류 레인징 지연에 존재한다. 편의상 전류 레인징 스텝에까지 총 두께를 선택한다.
각각의 이미지 형성 사이클동안 변환기(5)에 의해 제조된 이미지는 TV카메라(7)의 CCD-메트릭스의 누산부에서 누산되고, 열에대해 합계되고, 전류 이미지 형성 사이클에 해당하는 누산부 라인내에 기록된다. 결과적으로 라인은 누산부의 말단에서 발견될것이고, 각각의 상기 라인은 해당 범위에 위치한 물체에 관한 정보를 갖는다. 다음 프레임 동안 상기 TV 이미지 면은 TV신호로 컨버팅되어, TV-1의 출력으로 들어가고, 새로운 상은 상기의 장소에 기록된다.
변환기(6)에 의해 형성된 이미지는, 프레임의 말단에서 관측 공간내에 위치한 모든 물체의 통상의 TV 이미지가 형성되는 방법으로, TV 카메라(8)의 CCD 매트릭스의 누산부에서 프레임 지속기간중에 합계된다. 상기 이미지는 누산부에서 통상의 방법에의해 전송된후 TV신호로 컨버팅되어 TV-2의 출력으로 입력된다.
광펄스 파워와 변환기(5,6)의 이득 요소는 다른 거리상의 변환기(5,6)의 출력에서 제공된 이미지 휘도가 동등화되는 바와같은 유사한 방법으로 각각의 이미지 형성 사이클동안 ㅅ팅된다.
TV-CCD 카메라(7,8)는 라인과 프레임에 의한 동기 모드로 작동하는데 상기는 얻어진 이미지의 또다른 결합 처리를 촉진하게한다. TV카메라(7)로부터 제어장치(2)까지 들어오는 수평 선 동기 펄스는 이미지 형성 사이클을 트리거링하고, 즉 유니바이브레이터(제3도)를 트리거링하고, 상기는 광원 트리거링 펄스를 발생시킨다. 광원으로부터 방사된 광 펄스는 관측물의 측면까지 전달되고, 상기로부터 반사되어 상 검출기에 복귀한다. 광원 트리거링과 동시에 상기 유니바이브레이터(9)는 전압 지연 장치(10)를 트리거링하고, 상기 지연값은 제어전압에 비례하여 톱니형 전압 발생기(11)로부터 입력된다. 상기 발생기(11)는 수직 프레임 동기 펄스에 의해 동기되어 TV카메라로부터 입력되고 전압을 발생시켜 상기는 프레임의 초기에 최대가 되고 상기 프레임의 끝까지 선형으로 감소한다.
지연장치(10)의 펄스는 따라서 프레임 초기의 최대시간에서 지연되어 상기는 가장 먼 물체까지 통과하는 시간의 두배에 해당한다. 최대 범위는 관측물의 거리에 따라서 결정되고, 상기로부터 반사된 광은 이미지 디코더에 의해 검출되는 특징을 가진다. 더욱이 상기 지연은 프레임 기간동안 프레임의 말단에서 최대값까지 선형으로 감소한다.
지연장치(10)의 출력으로부터 펄스는 검출기 트리거링 펄스 발생기(12)에 입력되고, 상기 펄스는 다음에 앰플리파이어(13)에 입력하고, 상기의 앰플리파이어는 발생기(11)로부터의 톱니형 전압에 의해 제어된다. 따라서 형성된 제어 펄스는 생략가능한 전자 광학 상 변환기(5,6)에 입력되고, 상기는 마이크로 채널 플레이트(MCP)를 구비한 전자광 이미지 변환기(EOC)에 따라서 만들어진다. 상기의 신호는 EOC의 MCP에 가해지고 ,상기는 스크린상의 물체의 증폭된 이미지를 형성하고, 상기로부터의 반사된 광은 제어 펄스의 작용시 상기의 광 캐소우드로 들어간다. MCP의 이득은 전압의 제곱에 비례하므로 제어펄스 증폭 변화의 선형법칙은 레인지상의 관측물 조사의 역 제곱 의존성을 보상하고 상기로부터의 이미지는 동휘도가되고, 상기는 상기로부터 다양한 거리에잇는 장치의 시각 범위내에 위치한 물체의 이미지 휘도 등화라는 문제점을 해결한다.
광원(1)으로부터 테이핑된 광 펄스 및 EOC의 MCP에 가해진 제어펄스의 지속시간은 원 펄스 작동동안에 이미지가능 층의 깊이가 펄스사이의 레이징 스텝에 동등하는 방법으로 선택된다. (이미지가능 층의 깊이는 패스의 절반에 동등하고, 펄스기간 동안에 동등한 시간동안 통과한 광은 광 펄스및 제어펄스의 진동으로 정의된다.)
EOC(5)에 의해 형성된 이미지는 TV카메라의 CCD 매트릭스의 수신면에 전송된다. CCD 카메라(7)의 용량에서 예를들어 CCD카메라 1200 CM7에 따라 라인 프레임 전송을 하는 TV CCD 카메라가 사용될수 있다. 이미지 형성 사이클 동안 전하상은 매트릭스 누산부에서 저장되고 누산부의 모든 이미지 전극의 포텐셜은 낮게 설정된다. 상기의 경우에 검출가능한 이미지는 매트릭스 열에대해 합게된다. 이미지 형성 사이클의 끝에서 누산부 열의 전하상은 누산부 상부 라인의 해당 셀에 전송되고 상기의 경우에 제 1 누산부의 포텐셜과 그후의 제 2 누산부는 낮게 설정되고, 누산부의 모든 이미지의 포텐셜은 증가한다. 누산부의 제 1상의 또다른 포텐셜은 최대값까지 증가되고 누산부상의 포텐셜은 기판에서 누산부 열에서 유지된 전하를 전송하게 증가된다. 상기 재 기록 메카니즘은 수직방향의 큰 크기의 목적물로부터 합계신호를 재현하는데 필요하다. 재 기록 처리의 끝에서 형성된 라인은 누산부의 제 3 위상하에 전달되고 상기 누산부에서 상기는 다음 재 기록 처리에 저장되고, 상기 처리과정중에 상기는 누산부의 다음 라인에 이동한다. 프레임의 끝에서, 누산부는 이미지 라인으로 채워지고, 상기의 각각은 상기 레인지에 해당하고, 프레임의 초기에 형성되고 최대 범위에 해당하는 라인은 출력 레지스터에 최근접한 누산부의 최하부에 배열된다. 이후의 프레임중에, 처리 프레임중에 형성된 라인은 새로운 프레임이 출력 레지스터에서 통상의 방법으로 TV신호로 컨버팅되게 입력된다.
각각의 이미지 형성 사이클동안 EOC(6)에 의해 형성된 이미지는 TV카메라(8)의 CCD 매트릭스의 수신면에 전송되고 관측가능한 공간내에 위치한 모든 물체의 합계이미지가 형성되는 방법으로 상기의 누산부에서 프레임기간동안 누산된다. 상기 이미지는 누산부에 전송되고 통상의 TV신호로 컨버팅되고, 상기는 TV-2의 출력에 들어간다. TV CCD카메라 (8)의 용량에 있어서, TV CCD 카메라의 어느 유형이 사용될 수도 있다. 결과적으로 TV CCD카메라(7)의 출력(TV-의 출력) TV신호는 이미지 플랜(image-plan)을 포함하고, 상기의 제 1 라인(TV스크린의 상부)은 가장 먼 물체의 정보를 포함하고, 마지락 선(상기 TV 스크린의 하위부분)은 인접한 물체에 관한 정보를 포함하고, 각 라인은 어떤범위에 해당된다.
상기에서 나타난 바와같이 물체 관측 장치는 나타난 산업 분야에 대한 통상의 기술의 기준을 적용하는데 실현된다. 상기 장치의 이용은 특히 통상의 항행 레이더가 비효율적(단거리에서 심히 큰 에러가 있는)인 좁은 수역에서 항행하는 선박에 추천할만하다.
결합 이미지 모형과 통상의 이미지의 이용 가능성은 관심있는 특정 물체까지의 거리를 측정하는 것을 가능하게할 뿐만아니라 정확한 확인이 가능하여, 항행의 안정성을 개선한다.

Claims (8)

  1. 송신용 광학소자를 구비한 펄스 광원과, 수신용 광학소자를 구비한 전자광 이미지 변환기와, 상기 변환기에 결합된 제어장치를 포함하는 목표물 관측 장치에 있어서,
    TV 카메라를 구비하며, 상기 카메라의 입력은 전자광 이미지 변환기의 출력에 결합되고, 상기 제어장치는 TV 카메라와 접속되며, 상기 펄스 광원의 작동 순간에 비례하여 전자광 이미지 변환기 작동의 한 프레임 지연중에 변화를 발생시킬 가능성을 제공하고, 상기 펄스 광원은 TV 카메라의 출력에서 TV 신호 라인과 동조되고, 상기 텔레비젼 카메라는 각 펄스 광원의 작동 이후에 출력 텔레비젼 신호의 해당 라인에서 얻어진 물체의 이미지에 대한 기록 가능성을 제공하는것을 특징으로하는 물체 관측 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 텔레비젼 카메라 감광소자는 감광 매트릭스 또는 감광 스트립의 형태로 제조되는 것을 특징으로하는 물체 관측 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 등휘도 물체의 이미지를 얻기위해 상기 장치는 광원 전력 가능성 또는 전자 광학 이미지 변환기의 이득 요소의 변화를 제공하도록 설계되는 것을 특징으로하는 물체 관측 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 추가의 TV 카메라는 광원에 의해 조사되는 목적물의 통상의 이미지에 해당하는 텔레비젼 신호의 발생을 제공하는 것을 특징으로하는 물체 관측 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 추가의 TV 카메라는 제 1 TV 카메라에 결합되고, 카메라의 작동과 동기화 가능성을 제공하도록 설계된 것을 특징으로하는 물체 관측장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 추가의 전자광 이미지 변환기가 제공되고 상기 변환기의 출력은 추가의 텔레비젼 카메라 입력에 결합된 것을 특징으로 하는 물체 관측 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 제어 장치는 유니바이브레이터를 포함하고, 상기 바이브레이터의 입력은 텔레비젼 카메라에 접속되고 수평 동기 펄스를 가할 가능성을제공하도록 설계되고, 상기 유니바이브레이터의 제 1 입력은 지연 장치의 제 1 입력에 접속되고, 상기 유니바이브레이터의 출력은 펄스 발생기와 증폭기의 제 1 입력에 직렬로 접속되고, 상기 증폭기의 출력은 전자광 이미지 변환기에 접속되고, 지연 장치의 제 2 입력은 톱니형 전압 발생기의 제 1 출력에 접속되고, 상기 지연 장치의 제 2 출력은 증폭기의 제 2 입력에 접속되고, TV 카메라를 포함한 상기 톱니형 전압 발생기의 입력은 수직 프레임 동기 펄스를 가할 수 있도록 설계된 것을 특징으로 하는 물체 관측 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 추가의 전자광 이미지 변환기의 입력은 제 1 전자광 이미지 변환기의 입력에 접속된 것을 특징으로하는 물체 관측 장치.
KR1019970701489A 1996-06-04 1996-08-02 물체 관측 장치 KR100244808B1 (ko)

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