RU205098U1 - Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения для вождения с двумя задержками - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к приборам ночного видения (ПНВ). Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение видения водителем одновременно как ближней, так и дальней зоны дороги. Решение данной задачи достигается благодаря дополнительному введению второго блока регулируемой задержки и второго формирователя стробирующих импульсов, а также второго блока накачки, второго импульсного лазерного полупроводникового излучателя и второго объектива формирования излучения с наклонной оптической осью. 1 ил.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике оптико-электронных приборов наблюдения, в частности, к приборам ночного видения (ПНВ).

Известен принятый за аналог тепловизионный прибор вождения автотранспорта (см. Гейхман И.Л., Волков В.Г., Видение и безопасность, М.: Новости, 2009, 840 с, с. 590-592, рис. 8.1.13, а также: тепловизионные приборы вождения Night Driver фирмы Raytheon, США (рис. 8.1.13а), Driver Thermal фирмы Viewer Kollsman Inc., США (рис. 8.1.136, в), «Кобчик» ОАО ЦНИИ «Циклон» (рис. 8.1.13 г - е). Тепловизионные приборы вождения состоят из тепловизионной камеры и телевизионного (ТВ) монитора. Тепловизионная камера содержит инфракрасный (ИК) объектив и тепловизионный модуль, состоящий из последовательно соединенных микроболометрической матрицы фотодетекторов и электронного блока, выход которого подключен к ТВ монитору.

Данные тепловизионные приборы вождения позволяют водить автотранспорт ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и др.), а также в условиях световых помех от фар встречного транспорта. Недостатками тепловизионных приборов вождения являются зависимость их дальности действия от значения природных температурных контрастов объекта наблюдения с окружающим его фоном (при низком температурном контрасте объект, например, лежащее поперек дороги бревно, можно и не увидеть), низкая геометрическая разрешающая способность, невозможность видения дорожных знаков, надписей и разметки, а также высокая стоимость.

Известен принятый за прототип Активно-импульсный телевизионный ПНВ (АИ ТВ ПНВ) вождения автотранспорта (см. Волков В.Г., Гиндин П.Д., Техническое зрение. Инновации. М.: Техносфера, 2014, 840 с, модель ПАИН ОАО «Катод», с. 272, рис. 3.3.12 (внешний вид) и с. 19, рис. 1.1.6 - блок-схема). АИ ТВ ПНВ содержит блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, узкополосного фильтра с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптического преобразователя (ЭОП) с микроканальной пластиной (МКП), оптики переноса, ТВ камеры, причем первый линзовый компонент оптики переноса сфокусирован на экран ЭОП, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС ТВ камеры, подключенной к ТВ монитору. АИ ТВ ПНВ содержит импульсный лазерный осветитель, состоящий из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя (ИЛПИ) и объектива формирования излучения (ОФИ). Выход блока накачки подключен к ИЛПИ, на излучающую поверхность которого сфокусирован ОФИ. АИ ТВ ПНВ содержит блок стробирования, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора импульсов, первый выход которого подключен к блоку накачки, блока регулируемой задержки и формирователя стробирующих импульсов, выход которого подключен к МКП ЭОП, причем первый выход задающего генератора импульсов подключен к блоку накачки, а второй выход задающего генератора импульсов подключен ко входу блока регулируемой задержки.

АИ ТВ ПНВ обеспечивает вождение ночью как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы, при наличии световых помех от фар встречного транспорта, его дальность действия не зависит от уровня тепловых контрастов объекта и фона, геометрическая разрешающая способность АИ ТВ ПНВ значительно выше, чем у тепловизионного прибора вождения, в отличие от которого АИ ТВ ПНВ обеспечивает видение дорожных знаков, надписей и разметки, а также имеет меньшую стоимость. Однако АИ ТВ ПНВ имеет недостаток: ограниченность глубины просматриваемого пространства из-за ограниченности длительности импульса строба, создаваемого формирователем стробирующих импульсов. Для того, чтобы просмотреть все пространство по глубине от ближней до дальней зоны, водителю пришлось бы непрерывно изменять задержку в блоке регулируемой задержки. Этот процесс отвлекал бы водителя от вождения транспортного средства.

Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение видения водителем одновременно как ближней, так и дальней зоны дороги.

Указанная задача решается тем, что активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения, содержащий блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, узкополосного фильтра с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, оптики переноса, телевизионной камеры, причем первый линзовый компонент оптики переноса сфокусирован на экран электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС телевизионной камеры, подключенной к телевизионному монитору, импульсный лазерный осветитель, состоящий из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя и объектива формирования излучения, выход блока накачки подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на излучающую поверхность которого сфокусирован объектив формирования излучения, блок стробирования, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора импульсов, блока регулируемой задержки и формирователя стробирующих импульсов, выход которого подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, причем первый выход задающего генератора импульсов подключен к блоку накачки, а второй выход задающего генератора импульсов подключен ко входу блока регулируемой задержки, отличающийся тем, что лазерный осветитель дополнительно содержит второй блок накачки, вход которого подключен через первый делитель частоты к первому выходу задающего генератора импульсов, второй импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, подключенный к выходу второго блока накачки, второй объектив формирования излучения с наклонной оптической осью, сфокусированный на второй импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, блок стробирования дополнительно содержит последовательно соединенные второй блок регулируемой задержки, который через второй делитель частоты подключен ко входу второго формирователя стробирующих импульсов, выход которого подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, а вход второго блока регулируемой задержки подключен ко второму выходу задающего генератора импульсов.

Решение данной задачи достигается благодаря дополнительному введению второго блока регулируемой задержки и второго формирователя стробирующих импульсов, а также второго блока накачки, второго импульсного лазерного полупроводникового излучателя и второго объектива формирования излучения с наклонной оптической осью.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на чертеже фиг. 1.

АИ ТВ ПНВ содержит блок наблюдения 1, импульсный лазерный осветитель (ИЛО) 2 и блок стробирования 3. Блок наблюдения 1 состоит из последовательно установленных на оптической оси объектива 4, узкополосного фильтра 5 с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину 6, ЭОП 7 с МКП 8, оптики переноса 9, первый линзовый компонент 10 которой сфокусирован на экран ЭОП 7, а второй ее линзовый компонент 11 сфокусирован на матрицу ПЗС ТВ камеры 12, подключенной к ТВ монитору 13. ИЛО 2 содержит первый блок накачки 14, первый ИЛПИ 15, первый ОФИ 16. Выход блока накачки 14 подключен к первому ИЛПИ 15, на излучающую поверхность которого сфокусирован первый ОФИ 16. ИЛО 2 содержит также первый делитель частоты 17, второй блок накачки 18, второй ИЛПИ 19 и второй ОФИ 20 с наклонной оптической осью. Второй блок накачки 18 подключен ко второму ИЛП И 19, а второй ОФИ 20 сфокусирован на второй ИЛПИ 19. Блок стробирования 3 состоит из последовательно соединенных задающего генератора импульсов (ЗГИ) 21, блока регулируемой задержки (БРЗ) 22 и первого формирователя стробирующих импульсов (ФСИ) 23, выход которого подключен к МКП 8 ЭОП 7. Первый выход ЗГИ 21 подключен ко входу первого блока накачки 14 и ко входу второго блока накачки 18 через первый делитель частоты 17. Блок стробирования 3 также содержит второй БРЗ 24, второй делитель частоты 25 и второй ФСИ 26. Ко входам первого БРЗ 22 и второго БРЗ 24 подключен второй выход ЗГИ 21. К выходу второго БРЗ 24 через второй делитель частоты 25 подключен второй ФСИ 26, выход которого подключен к МКП 8 ЭОП 7. Первый ИЛПИ 15 излучает на длине волны 1,55 мкм, а второй ИЛПИ 19 - на длине волны 0,9 мкм. Узкополосный фильтр 5 имеет две полосы пропускания: первая на длине волны 0,9 мкм и вторая на длине волны 1,55 мкм. При этом ширина первой и второй полос пропускания равна соответственно спектральной полосе излучения второго ИЛПИ 19 и первого ИЛПИ 15. Фотокатод ЭОП 7 работает в области спектра 0,8-1,7 мкм, а его экран - в области спектра 0,53-0,56 мкм. Матрица ПЗС ТВ камеры 12 работает в области спектра 0,4-1,1 мкм.

Устройство работает следующим образом. При движении транспортного средства ночью по проселочной дороге без освещения при нормированном уровне естественной ночной освещенности ЕНО≥3×10^-3 лк, при нормальной прозрачности атмосферы и при отсутствии влияния фар встречного транспорта устройство работает в пассивном режиме. Излучение звезд и Луны, определяющее уровень ЕНО, отражается от дорожной обстановки, являющейся объектом наблюдения, и приходит в объектив 4. При этом в блоке наблюдения 1 в ход лучей вводится компенсирующая плоскопараллельная пластина 6. Излучение проходит через нее на фотокатод ЭОП 7, создавая на нем изображение объекта - дорожной обстановки. ЭОП 7 преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 8. Изображение с экрана ЭОП 7 с помощью оптики переноса 9 (ее первого линзового компонента 10 и второго линзового компонента 11) передается на матрицу ПЗС ТВ камеры 12. Она преобразует изображение в видеосигнал, который передается в ТВ монитор 13. Водитель, наблюдая изображение с экрана ТВ монитора 13, осуществляет вождение транспортного средства.

При движении ночью в условиях пониженного уровня ЕНО, пониженной прозрачности атмосферы и при наличии световых помех от фар встречного транспорта устройство переводится в активно-импульсный (АИ) режим работы. При этом включается ИЛО 2 и блок стробирования 3. ЗГИ 21 с первого своего выхода подает синхроимпульсы на вход первого блока накачки 14 (например, с частотой 5 кГц), который преобразует синхроимпульсы в импульсы тока, поступающие в первый ИЛПИ 15. Он генерирует соответствующие импульсы излучения на длине волны 1,55 мкм, которые коллимируются с помощью первого ОФИ 16 и направляются на трассу, подсвечивая дорожную обстановку в дальней зоне. Одновременно с первого выхода ЗГИ 21 подаются синхроимпульсы на первый делитель частоты 17. Он делит частоту (например, до 50 Гц) и направляет со своего выхода синхроимпульсы во второй блок накачки 18. Он создает импульсы тока, которые поступают во второй ИЛПИ 19. Он генерирует соответствующие импульсы излучения на длине волны 0,9 мкм. Излучение коллимируется с помощью второго ОФИ 20, который за счет наклона своей оптической оси по отношению к оптической оси первого ОФИ 16 направляет излучение подсвета на ближнюю зону. Импульсы излучения, отраженные от объекта, поступают в объектив 4. При этом перед фотокатодом ЭОП 7 устанавливается узкополосный фильтр 5. Он позволяет осуществить спектральную селекцию объекта на фоне световых помех от фар встречного транспорта, т.к. пропускает излучение только на длинах волн 1,55 мкм и 0,9 мкм. Импульсы излучения приходят на фотокатод ЭОП 7 и создают на нем изображение дальней и ближней зоны объекта. До прихода этих импульсов МКП 8 ЭОП 7 заперта напряжением постоянного смещения, поступающего с выхода первого ФСИ 23 и второго ФСИ 26. Одновременно с подачей синхроимпульсов со своего первого выхода ЗГИ 21 подает синхроимпульсы со своего второго выхода на вход первого БРЗ 22 и на вход второго БРЗ 24. В первом БРЗ 22 вводится задержка, равная времени прохождения импульсом излучения на длине волны 1,55 мкм от устройства до дальней зоны объекта и обратно. Задержанные таким образом синхроимпульсы поступают на вход первого ФСИ 23. Он создает на своем выходе соответствующие импульсы напряжения, которые подаются на МКП 8. Амплитуда этих импульсов равна амплитуде напряжения постоянного смещения и противоположна ему по знаку. Благодаря этому МКП 8 отпирается на время, равное длительности этого импульса напряжения (длительности импульса строба). При этом ЭОП 7 открывается, преобразует изображение в видимое и усиливает его по яркости с помощью МКП 8. Изображение дальней зоны объекта с экрана ЭОП 7 с помощью оптики переноса 9 (ее первого линзового компонента 10 и второго линзового компонента 11) передается на матрицу ПЗС ТВ камеры 12. Она преобразует изображение в видеосигнал, который передается в ТВ монитор 13. Водитель, наблюдая изображение дальней зоны объекта с экрана ТВ монитора 13, осуществляет вождение транспортного средства. При этом изображение дальней зоны занимает верхнюю часть экрана ТВ монитора 13.

Одновременно со второго выхода ЗГИ 21 подаются синхроимпульсы на вход второго БРЗ 24. Сигнал с его выхода поступает на вход второго делителя частоты 25. Он делит частоту синхроимульсов также до частоты 50 Гц. Во втором БРЗ 24 вводится задержка, равная времени прохождения импульсом излучения подсвета на длине волны 0,9 мкм расстояния от устройства до ближней зоны и обратно. Задержанные таким образом синхроимпульсы через второй делитель частоты 25 поступают на вход второго ФСИ 26, который, как и первый ФСИ 23, формирует импульсы напряжения строба, открывающие МКП 8. Далее устройство работает так, как это было описано выше. Водитель, наблюдая изображение ближней зоны объекта с экрана ТВ монитора 13, осуществляет вождение транспортного средства. При этом изображение ближней зоны объекта занимает нижнюю половину экрана ТВ монитора 13. Таким образом, водитель видит и дальнюю, и ближнюю зону объекта. Задержка в первом БРЗ 22 и во втором БРЗ 24 может регулироваться. Это позволяет установить необходимое расстояние наблюдения до ближней и дальней зоны. Длительности импульсов строба первого ФСИ 23 и второго ФСИ 26 разные. Глубина дальней зоны имеет большую протяженность, чем глубина ближней зоны. Соответственно этому первый ФСИ 23 создает импульсы строба с длительностью, например, 1 мкс. Этому соответствует глубина дальней зоны 150 м. При этом второй ФСИ 26 создает импульсы строба с длительностью, например, 0,2 мкс. Это соответствует глубине ближней зоны 30 м. Поскольку дальняя зона находится от устройства на большем расстоянии, чем ближняя зона, то для подсвета дальней зоны выбрано излучение с длиной волны 1,55 мкм, которое лучше проходит в атмосфере при низкой ее прозрачности, чем излучение с длиной волны 0,9 мкм, которое достаточно для работы на ближней зоне. Для дальней зоны используется подсвет с частотой 5 кГц, а для ближней зоны - с частотой только 50 Гц. Чем больше частота подсвета, тем большая средняя мощность излучения подсвета. Для работы на больших дальностях требуется большая средняя мощность излучения, чем при работе на ближних дальностях. Кроме того, малая средняя мощность излучения при работе на малых дальностях необходима для того, чтобы не было засветки блока наблюдения от избыточной мощности излучения подсвета.

В настоящее время разработана принципиальная схема устройства и выполнено его макетирование.

Таким образом, благодаря дополнительному введению второго блока регулируемой задержки и второго формирователя стробирующих импульсов, а также второго блока накачки, второго импульсного лазерного полупроводникового излучателя и второго объектива формирования излучения с наклонной оптической осью, обеспечивается видение водителем одновременно как ближней, так и дальней зоны дороги.

Claims (1)

1. Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения, содержащий блок наблюдения, состоящий из последовательно установленных на оптической оси объектива, узкополосного фильтра с возможностью его замены на компенсирующую плоскопараллельную пластину, электронно-оптического преобразователя с микроканальной пластиной, оптики переноса, телевизионной камеры, причем первый линзовый компонент оптики переноса сфокусирован на экран электронно-оптического преобразователя, а второй ее линзовый компонент сфокусирован на матрицу ПЗС телевизионной камеры, подключенной к телевизионному монитору, импульсный лазерный осветитель, состоящий из блока накачки, импульсного лазерного полупроводникового излучателя и объектива формирования излучения, выход блока накачки подключен к импульсному лазерному полупроводниковому излучателю, на излучающую поверхность которого сфокусирован объектив формирования излучения, блок стробирования, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора импульсов, блока регулируемой задержки и формирователя стробирующих импульсов, выход которого подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, причем первый выход задающего генератора импульсов подключен к блоку накачки, а второй выход задающего генератора импульсов подключен ко входу блока регулируемой задержки, отличающийся тем, что лазерный осветитель дополнительно содержит второй блок накачки, вход которого подключен через первый делитель частоты к первому выходу задающего генератора импульсов, второй импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, подключенный к выходу второго блока накачки, второй объектив формирования излучения с наклонной оптической осью, сфокусированный на второй импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, блок стробирования дополнительно содержит последовательно соединенные второй блок регулируемой задержки, который через второй делитель частоты подключен ко входу второго формирователя стробирующих импульсов, выход которого подключен к микроканальной пластине электронно-оптического преобразователя, а вход второго блока регулируемой задержки подключен ко второму выходу задающего генератора импульсов.

Images