RU2112261C1 - Remote object observation system - Google Patents
Remote object observation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112261C1 RU2112261C1 RU96111296/28A RU96111296A RU2112261C1 RU 2112261 C1 RU2112261 C1 RU 2112261C1 RU 96111296/28 A RU96111296/28 A RU 96111296/28A RU 96111296 A RU96111296 A RU 96111296A RU 2112261 C1 RU2112261 C1 RU 2112261C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- image
- finder
- field
- long
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к системам оптико-электронного (телевизионного) наблюдения и может быть использовано для наблюдения и распознавания удаленных объектов. The present invention relates to the field of optical instrumentation, in particular to systems of optoelectronic (television) surveillance and can be used for monitoring and recognition of remote objects.
В настоящее время существует широкий спектр задач наблюдения от чисто утилитарных, таких как наблюдение и контроль охранной зоны крупных предприятий, наблюдение удаленных объектов в труднодоступных районах и др., до специальных задач, таких как дистанционное наблюдение за опасными объектами в условиях повышенной радиации, зонах конфликтов и т.д. Currently, there is a wide range of surveillance tasks from purely utilitarian, such as monitoring and monitoring the security zone of large enterprises, monitoring remote objects in hard-to-reach areas, etc., to special tasks, such as remote monitoring of dangerous objects in conditions of increased radiation, conflict zones etc.
Такие задачи требуют для своего решения использования прецизионных (легкотранспортируемых) оптических устройств с возможностью размещения их на подвижном наземном носителе и с возможностью переноса их в труднодоступные места наблюдения. Such tasks require the use of precision (easily transported) optical devices with the possibility of placing them on a mobile ground carrier and with the possibility of transferring them to hard-to-reach observation sites.
Известны оптические приборы дневного и ночного видения с широким полем зрения. Это - аэрофотоаппараты (АФА). Например, кадровый АФА-42. позволяющий наблюдать удаленный объект в широком поле зрения с неподвижного носителя [1] , имеет объектив с фокусным расстоянием 1000 мм, размер кадра 300•300 мм, фотографическую разрешающую способность (ФРС) 42 мм-1 в центре поля зрения и около 20 мм-1 на краю поля. Такие АФА имеют сравнительно низкую ФРС, позволяющую идентифицировать мелкий объект наблюдения, например фигуру человека, только с расстояния не более 1 км в центре поля зрения и не более 0,5 км на краю поля.Known optical devices for day and night vision with a wide field of view. These are aerial cameras (AFAs). For example, personnel AFA-42. that allows you to observe a distant object in a wide field of view from a stationary medium [1], it has a lens with a focal length of 1000 mm, a frame size of 300 • 300 mm, a photographic resolution (FRS) of 42 mm -1 in the center of the field of view and about 20 mm -1 on the edge of the field. Such AFAs have a relatively low Fed, which makes it possible to identify a small object of observation, for example, a human figure, only from a distance of not more than 1 km in the center of the field of view and not more than 0.5 km at the edge of the field.
Основным недостатком фотографического наблюдения является невозможность получить информацию об объекте в реальном масштабе времени. The main disadvantage of photographic observation is the inability to obtain information about the object in real time.
Известны также системы наблюдения удаленных объектов, позволяющие наблюдать объекты с достаточно высоким разрешением. Например, выбранный нами в качестве прототипа астрономический телескоп [2] содержит высокоразрешающий длиннофокусный объектив с малым полем зрения, установленный в плоскости его изображения приемник изображения, широкоугольный (около одного градуса), короткофокусный искатель с приемником изображения, жестко закрепленный на корпусе длиннофокусного объектива, прецизионную (единицы угловых секунд) систему наведения. Система наведения представляет собой чрезвычайно сложный и громоздкий механизм. Телескоп устанавливают на массивном виброзащищенном фундаменте в специальном помещении. Remote observation systems are also known for observing objects with a fairly high resolution. For example, the astronomical telescope that we selected as a prototype [2] contains a high-resolution long-focus lens with a small field of view, an image receiver mounted in the plane of its image, a wide-angle (about one degree), short-focus finder with an image receiver, rigidly mounted on the body of a long-focus lens, precision (units of arc seconds) guidance system. The guidance system is an extremely complex and cumbersome mechanism. The telescope is mounted on a massive vibration-proof foundation in a special room.
Такой телескоп не может быть использован для решения вышеназванных задач. Such a telescope cannot be used to solve the above problems.
Предложенная нами система наблюдения удаленных объектов позволяет оперативно производить поиск и распознавание малоразмерных до 0,2 м объектов на удалении до 10 км в широком поле зрения, с высокой точностью наводиться на малоразмерные объекты. Она проста и надежна в эксплуатации, легко транспортируется, обладает повышенной информативностью искателя. The system of observation of distant objects that we have proposed allows us to quickly search for and recognize small objects up to 0.2 m away at a distance of up to 10 km in a wide field of view, with high accuracy to target small objects. It is simple and reliable in operation, easily transported, and has a high information content of the searcher.
Такие технические результаты достигнуты нами благодаря тому, что система наблюдения удаленных объектов, включающая высокоразрешающий, длиннофокусный объектив, по крайней мере один приемник изображения, установленный в плоскости изображения длиннофокусного объектива искатель с короткофокусным широкоугольным объективом и приемником изображения, механизм перемещения длиннофокусного объектива и искателя, дополнительно содержит блок согласования местоположения изображения объекта в поле зрения искателя и местоположения приемника изображения в поле зрения длиннофокусного объектива, выполненного широкоугольным, размещенный в плоскости изображения длиннофокусного объектива и совмещенный с приемником изображения отражательный экран, установленный с возможностью перемещения вдоль оптической оси длиннофокусного объектива и в его плоскости изображения, блок согласования выполнен в виде размещенного между длиннофокусным объективом и экраном зеркала, установленного с возможностью движения вдоль оптической оси длиннофокусного объектива и под углом α к оптической оси длиннофокусного объектива, где 0 < α < 180° , а искатель размещен по ходу отраженного от зеркала излучения и выполнен с возможностью сопряжения его приемника изображения с экраном, при этом приемник изображения длиннофокусного объектива установлен с возможностью перемещения в пределах поля зрения этого объектива.We achieved such technical results due to the fact that a distant object observation system including a high-resolution, long-focus lens, at least one image receiver mounted in the image plane of a long-focus lens, a finder with a short-focus wide-angle lens and an image receiver, an additional mechanism for moving a long-focus lens and a finder, contains a block matching the location of the image of the object in the field of view of the finder and the location of the receiver and reflections in the field of view of a long-focus lens, made wide-angle, a reflective screen placed in the image plane of the telephoto lens and combined with the image receiver mounted to move along the optical axis of the telephoto lens and in its image plane, the matching unit is made in the form placed between the telephoto lens and the screen a mirror mounted with the possibility of movement along the optical axis of the telephoto lens and at an angle α to the optical si of a long-focus lens, where 0 <α <180 ° , and the finder is placed along the radiation reflected from the mirror and is configured to pair its image receiver with the screen, while the long-focus lens image receiver is mounted to move within the field of view of this lens.
При выполнении блока согласования с возможностью сканирования (см. п. 2 формулы) создаются условия просмотра всего поля зрения длиннофокусного широкоугольного объектива с изменением масштаба изображения искателя. When executing the matching block with the possibility of scanning (see
Выполнение искателя с возможностью сопряжения его приемника изображения с экраном можно осуществлять по-разному: фокусировкой объектива искателя, перемещением искателя вдоль его оптической оси или, например, выполняя объектив искателя в виде вариообъектива (см. п. 4 формулы), при этом появляется возможность изменять поле зрения искателя, а значит и масштаб изображения без соответствующих перемещений зеркала и искателя системы, чем уменьшается количество приводов перемещений в системе. The execution of the finder with the possibility of pairing its image receiver with the screen can be done in different ways: by focusing the finder lens, moving the finder along its optical axis, or, for example, by performing the finder lens in the form of a zoom lens (see
При выполнении экрана диффузно отражающим появляется вариантность размещения искателя при компановке системы. When the screen is executed diffusely reflecting, there appears a variant of placement of the finder when arranging the system.
Совмещение экрана с приемником изображения может быть выполнено по-разному: как механически - установкой экрана в одной плоскости с чувствительной поверхностью приемника изображения, так и оптически. Выполнение таких операций известно. The combination of the screen with the image receiver can be performed in different ways: both mechanically - by installing the screen in the same plane as the sensitive surface of the image receiver, and optically. The performance of such operations is known.
На фиг. 1 представлена принципиальная оптическая схема устройства, где 1 - длиннофокусный объектив; 2, 2' - приемники изображения; 3 - зеркало; 4 - короткофокусный объектив искателя; 5 - отражательный экран; О1О1 - оптическая ось длиннофокусного объектива; О2О2 - оптическая ось широкоугольного искателя.In FIG. 1 is a schematic optical diagram of a device, where 1 is a telephoto lens; 2, 2 '- image receivers; 3 - mirror; 4 - short-focus lens of the finder; 5 - reflective screen; O 1 O 1 - the optical axis of the telephoto lens; О 2 О 2 - optical axis of a wide-angle finder.
На фиг. 2 представлена схема устройства, где 1 - длиннофокусный объектив; 2, 2' - приемники изображения; 3 - зеркало; 4 - короткофокусный объектив искателя; 7 - механизм перемещения приемника изображения 2 и отражательного экрана 5; 6 - механизм перемещения длиннофокусного объектива и искателя; 8 - видеоконтрольное устройство; 9 - ЭВМ для управления системой и обработки изображения. In FIG. 2 shows a diagram of a device, where 1 is a telephoto lens; 2, 2 '- image receivers; 3 - mirror; 4 - short-focus lens of the finder; 7 - the mechanism for moving the
Система работает следующим образом. The system operates as follows.
Длиннофокусный объектив 1 с помощью искателя и механизма 6 перемещения наводят в зону наблюдения. Перемещая отражательный экран 5 с приемником 2 изображения вдоль оптической оси длиннофокусного объектива 1 и фокусируя искатель 2', 4 на поверхность экрана 5, осуществляют фокусировку системы в зону наблюдения объекта. The
При этом в поле зрения широкоугольного искателя будет наблюдаться одновременно полученное на экране 5 изображение зоны наблюдения объекта и мгновенное поле зрения длиннофокусного объектива (площадка приемника 2 изображения). At the same time, in the field of view of the wide-angle finder, the image of the object’s observation zone and the instantaneous field of view of the long-focus lens (the receiver area of the image 2) will be simultaneously obtained on screen 5.
Перемещением отражательного экрана 5 с приемником 2 изображения в плоскости изображения длиннофокусного объектива или наклоном по двум координатам длиннофокусного объектива с искателем выводят заинтересовавший оператора объект в поле зрения приемника 2 изображения длиннофокусного объектива. By moving the reflective screen 5 with the
Благодаря установке зеркала с возможностью движения вдоль оптической оси длиннофокусного широкоугольного объектива и искателя с возможностью перемещения вдоль его оси поле зрения широкоугольного искателя может изменяться: быть не только равным полю зрения длиннофокусного широкоугольного объектива, но и уменьшаться по желанию оператора, чем достигается возможность более информативного анализа зоны наблюдения и выбора объектов для детального наблюдения, а также точного наведения системы на выбранный малоразмерный объект. Due to the installation of a mirror with the possibility of moving along the optical axis of a long-focus wide-angle lens and the finder with the possibility of moving along its axis, the field of view of a wide-angle finder can change: not only equal the field of view of a long-focus wide-angle lens, but also decrease at the request of the operator, which allows more informative analysis zones of observation and selection of objects for detailed observation, as well as precise guidance of the system to the selected small-sized object.
Таким образом, предложенная система наблюдения удаленных объектов устранила жесткую связь длиннофокусного объектива с приемником изображения и позволила без механизмов прецизионного наведения наблюдать и рассматривать детально удаленные объекты. Благодаря тому, что в системе искатель анализирует не пространство предметов в зоне наблюдения, а изображение этой зоны длиннофокусным широкоугольным объективом, существенно упрощена система наведения приемника изображения на объект наблюдения, находящийся как на "бесконечном", так и на конечном расстоянии. Наведение приемника изображения на объект наблюдения осуществляют по экрану видеоконтрольного устройства широкоугольного искателя лишь только путем совмещения изображения объекта с изображением приемника. Thus, the proposed system for observing distant objects eliminated the rigid connection of the telephoto lens with the image receiver and made it possible to observe and examine in detail distant objects without precision guidance mechanisms. Due to the fact that in the system the searcher does not analyze the space of objects in the observation zone, but the image of this zone with a long-focus wide-angle lens, the system of pointing the image receiver at the observation object located both at "infinite" and at a finite distance is significantly simplified. Pointing the image receiver to the object of observation is carried out on the screen of the video monitoring device of a wide-angle finder only by combining the image of the object with the image of the receiver.
При необходимости система позволяет измерять и дальность до объектов наблюдения простым нанесением сетки на экран (как в полевых биноклях). Конструктивные выполнения таких сеток известны. If necessary, the system allows you to measure the distance to the objects of observation by simply applying a grid to the screen (as in field binoculars). Constructive implementations of such grids are known.
Выполнение приемника изображения подвижным, а объектива широкоугольным позволяет наблюдать не только традиционно один объект, но, установив некоторое количество приемников в разных плоскостях изображения длиннофокусного объектива, наблюдать одновременно несколько объектов, находящихся на разных дистанциях от системы, при этом экраны выполняют небольших размеров. The implementation of the image receiver is movable, and the wide-angle lens allows you to observe not only traditionally one object, but by setting a number of receivers in different image planes of the telephoto lens, observe several objects at different distances from the system, while the screens are small.
Таким образом в устройстве значительно сокращается время поиска малоразмерных объектов в широком поле зрения системы (поле зрения длиннофокусного широкоугольного объектива), повышается точность и скорость наведения системы на них. Thus, the device significantly reduces the search time for small objects in a wide field of view of the system (field of view of a long-focus wide-angle lens), increases the accuracy and speed of pointing the system at them.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1
Нами был поставлен эксперимент по наблюдению удаленного объекта. Объект (человек в лодке) размещался на расстоянии 5 км от системы наблюдения, имеющей следующие параметры: фокусное расстояние длиннофокусного объектива 3000 мм, угловое поле зрения 8o (линейное 420 мм), относительное отверстие 1 : 8. Приемниками изображения служили телевизионные камеры с ПЗС матрицей с числом элементов 752•582 (размер матрицы 6,4•4,8 мм), отражательный экран был выполнен диффузно отражающим, а в качестве объектива искателя использовался фотообъектив "Вега-9" с фокусным расстоянием 50 мм и относительным отверстием 1: 2,1. Расстояние между отражающим экраном, зеркалом и объективом искателя было выбрано таким, чтобы обеспечивалось поле зрения искателя, равное 1,5o.Case Studies
Example 1
We set up an experiment to observe a distant object. The object (a person in the boat) was located at a distance of 5 km from the monitoring system, which has the following parameters: focal length of a telephoto lens 3000 mm, angular field of view 8 o (linear 420 mm), relative aperture 1: 8. Television cameras with CCD were used as image receivers. a matrix with the number of elements 752 • 582 (matrix size 6.4 • 4.8 mm), the reflective screen was diffusely reflective, and the Vega-9 photo lens with a focal length of 50 mm and a relative aperture of 1: 2 was used as the finder’s lens. ,one. The distance between the reflective screen, the mirror and the lens of the finder was chosen so as to provide a field of view of the finder equal to 1.5 o .
Система позволила сразу увидеть изображение лодки. Наилучшая резкость изображения, наблюдаемого на экране монитора искателя, достигалась путем плавного перемещения отражательного экрана с приемником изображения вдоль оптической оси длиннофокусного объектива и фокусировкой объектива искателя на поверхность отражательного экрана. The system allowed you to immediately see the image of the boat. The best sharpness of the image observed on the monitor screen of the finder was achieved by smoothly moving the reflective screen with the image receiver along the optical axis of the telephoto lens and focusing the finder lens on the surface of the reflective screen.
Наводка приемника изображения длиннофокусного объектива на объект наблюдения (человек в лодке) осуществлялась по экрану монитора искателя путем совмещения изображения объекта с изображением приемника изображения, совмещенного с отражательным экраном. После совмещения изображений и переключения монитора на другой приемник изображения на экране монитора можно было увидеть часть корпуса лодки с фигурой человека. Наилучшая резкость изображения, наблюдаемого на мониторе, также достигалась путем плавного перемещения приемника изображения вдоль оптической оси длиннофокусного объектива. В результате на мониторе отчетливо наблюдались детали одежды человека (погоны, фуражка). The receiver of the image of the telephoto lens was aimed at the object of observation (a person in the boat) on the monitor screen of the finder by combining the image of the object with the image of the image receiver combined with a reflective screen. After combining the images and switching the monitor to another image receiver, a part of the boat’s hull with a human figure could be seen on the monitor screen. The best sharpness of the image observed on the monitor was also achieved by smoothly moving the image receiver along the optical axis of the telephoto lens. As a result, the details of the person’s clothes (shoulder straps, cap) were clearly visible on the monitor.
Таким образом, предложенная система позволила увидеть объект размером до 50 - 100 мм, а операция поиска человека в лодке и наведения на него осуществилась быстро, за время не более 1 мин, при этом не требовалось использовать для осуществления операции специалиста с высокой квалификацией. Thus, the proposed system made it possible to see an object up to 50-100 mm in size, and the operation of finding a person in a boat and pointing at it was carried out quickly, in no more than 1 minute, and it was not necessary to use a highly qualified specialist to carry out the operation.
Пример 2
Был поставлен эксперимент по поиску и наблюдению малоразмерного объекта (человека в освещенном окне многоэтажного дома) на расстоянии около 11 км в условиях облачной погоды.Example 2
An experiment was conducted to search for and observe a small object (a person in a lighted window of a multi-storey building) at a distance of about 11 km in cloudy weather.
Традиционно для получения информации о том, в каком окне дома обнаружен человек, требуется последовательный просмотр всего дома с анализом просматриваемой информации. Traditionally, to obtain information about in which window a person is found in the house, a sequential view of the entire house with an analysis of the information viewed is required.
Предложенная нами система позволила в несколько раз быстрее решить эту задачу, так как выбор объекта наблюдения в доме и наведение на него производился с использованием увеличенного изображения дома в поле зрения искателя (был отчетливо виден весь многоэтажный дом с освещенными окнами, что позволило оперативно определить этаж и расположение окна с фигурой человека). The system we proposed made it possible to solve this problem several times faster, since the choice of the object of observation in the house and pointing at it was carried out using an enlarged image of the house in the field of view of the searcher (the whole multi-storey building with lighted windows was clearly visible, which made it possible to quickly determine the floor and location of a window with a figure of a person).
Таким образом, предложенная система наблюдения удаленных объектов позволяет быстро проводить поиск и обнаружение малоразмерных объектов в широком поле зрения длиннофокусного объектива и обеспечивать их распознавание на удалении до 10 км. Она конструктивно проста и надежна. Thus, the proposed system for observing distant objects makes it possible to quickly search and detect small objects in a wide field of view of a long-focus lens and to ensure their recognition at a distance of up to 10 km. It is structurally simple and reliable.
Система позволяет выполнять операции по поиску и наведению на малоразмерные объекты дистанционно с защищенных от вредных воздействий (на оператора) укрытий, что может быть с успехом применено в экологическом мониторинге, в зонах природных и промышленных катастроф, в системах охраны больших земных и водных территорий. The system allows you to perform search and guidance operations on small objects remotely from shelters that are protected from harmful effects (on the operator), which can be successfully applied in environmental monitoring, in areas of natural and industrial disasters, and in protection systems for large land and water areas.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111296/28A RU2112261C1 (en) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | Remote object observation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111296/28A RU2112261C1 (en) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | Remote object observation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2112261C1 true RU2112261C1 (en) | 1998-05-27 |
| RU96111296A RU96111296A (en) | 1998-10-10 |
Family
ID=20181525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96111296/28A RU2112261C1 (en) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | Remote object observation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2112261C1 (en) |
-
1996
- 1996-06-04 RU RU96111296/28A patent/RU2112261C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Кучко А.С. Аэрофотография. Основы и метрология. - М.: Недра, 1974, с.271. 2. Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. Теория и конструкция. - М.: Наука, 1976, с.512. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2639527C (en) | Security camera system and method of steering beams to alter a field of view | |
| US20190018249A1 (en) | Wide-field of view (fov) imaging devices with active foveation capability | |
| US5831762A (en) | Imaging sensor having multiple fields of view and utilizing all-reflective optics | |
| KR850000079A (en) | Optical system for sighting device | |
| US6982743B2 (en) | Multispectral omnidirectional optical sensor and methods therefor | |
| US4886330A (en) | Infra red imaging system | |
| US20030164841A1 (en) | System and method for passive three-dimensional data acquisition | |
| CN105511096A (en) | Single input four-camera in real-time polarization imaging system | |
| RU2112261C1 (en) | Remote object observation system | |
| CA2076898C (en) | Direct view and infrared imaging apparatus for a portable missile launcher | |
| GB2106267A (en) | Infrared viewing apparatus | |
| RU136590U1 (en) | MIDDLE OPTICAL ELECTRONIC MODULE | |
| TW201120409A (en) | Surveillance camera system and method | |
| US5239404A (en) | Large angle reflective scanning system and method | |
| US4486662A (en) | Switch-while-scan optical system | |
| RU2085979C1 (en) | Device for observation of remote objects | |
| RU2708535C1 (en) | Panoramic device | |
| CA2140681C (en) | Wide area coverage infrared search system | |
| WO2013102943A1 (en) | Environment monitoring device | |
| US3479108A (en) | Displaced image reflecting optical stabilized system | |
| US20030133204A1 (en) | Design of the derotation mechanism in common-optical-path panoramic stabilized periscopes | |
| US4714321A (en) | Optical viewing apparatus | |
| US5434406A (en) | Hemispheric matrixsized imaging optical system | |
| KR20210094872A (en) | Integrated monitoring system using multi sensor | |
| RU2399073C1 (en) | Optical panoramic system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060605 |