RU2140719C1 - Process measuring spectral characteristics of reflection or radiation of object in any point of its tv picture and video spectrometer realizing this process in real or representative time scale - Google Patents

Process measuring spectral characteristics of reflection or radiation of object in any point of its tv picture and video spectrometer realizing this process in real or representative time scale Download PDF

Info

Publication number
RU2140719C1
RU2140719C1 RU97118187A RU97118187A RU2140719C1 RU 2140719 C1 RU2140719 C1 RU 2140719C1 RU 97118187 A RU97118187 A RU 97118187A RU 97118187 A RU97118187 A RU 97118187A RU 2140719 C1 RU2140719 C1 RU 2140719C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
filter
color
unit
switch
Prior art date
Application number
RU97118187A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97118187A (en
Inventor
Я.Б. Розвал
А.И. Разин
И.Н. Курков
Original Assignee
Московское конструкторское бюро "Электрон"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московское конструкторское бюро "Электрон" filed Critical Московское конструкторское бюро "Электрон"
Priority to RU97118187A priority Critical patent/RU2140719C1/en
Publication of RU97118187A publication Critical patent/RU97118187A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2140719C1 publication Critical patent/RU2140719C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: ecological monitoring of localities, air or space reconnaissance. SUBSTANCE: high-priority science and engineering task of process is development of device making it possible to observe picture of locality in real time and to measure simultaneously reflection or radiation spectrum in separate points of it. In accordance with invention displaying and measuring device is CCD matrix with control circuit and set of quick-to-replace rated light filters which spectral transmission characteristics are so chosen that special computer placed after unit processing received video signals and provided with proper package of programs can compute spectral reflection of radiation characteristics of individual elements of picture or their blocks in real time. EFFECT: compact hardware realization of process that is smaller by factor of several tens in volume than equipment used up to now, improved resistance to action of mechanical and climatic factors. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области телевизионных измерений, а более конкретно - к способам спектральных измерений характеристик отражения или излучения передаваемого объекта, а также к устройствам, реализующим эти способы. The invention relates to the field of television measurements, and more specifically to methods for spectral measurements of the reflection or radiation characteristics of a transmitted object, as well as to devices that implement these methods.

Известны различные способы измерения спектральных характеристик излучения объекта. Various methods are known for measuring the spectral characteristics of the radiation of an object.

К высокоточным способам следует отнести спектральное разложение поступающего в прибор отраженного или излученного потока и последующее измерение энергий его спектральных составляющих [1]. Спектральные измерения в этом случае можно производить с высокой точностью. Этот способ имеет ограничение, так как не позволяет оперативно измерять спектральные характеристики одновременно с измерением координат точек объекта, в которых производятся измерения спектральных характеристик в данный момент времени. High-precision methods include the spectral decomposition of the reflected or emitted flux entering the device and the subsequent measurement of the energies of its spectral components [1]. Spectral measurements in this case can be performed with high accuracy. This method has a limitation, since it does not allow to quickly measure spectral characteristics simultaneously with measuring the coordinates of the points of the object at which measurements of spectral characteristics are performed at a given time.

Способ, используемый при измерении спектральных характеристик объекта при помощи специального телевизионного устройства [2], принятого за прототип, в принципе позволяет преодолеть это ограничение, однако не обеспечивает на практике требуемой точности определения координат точки объекта, в которой производятся измерения спектральной характеристики, практически не исключает влияния на точность измерений цветовой температуры источника освещения объекта и оптикомеханической стабильности характеристик оптической системы. Кроме того, работа телевизионного устройства в режиме, когда чувствительность телевизионной системы близка к квантовому порогу преобразователя свет/сигнал, снижает его качественные показатели. The method used in measuring the spectral characteristics of an object using a special television device [2], adopted as a prototype, in principle allows to overcome this limitation, but does not provide in practice the required accuracy of determining the coordinates of the point of the object at which measurements of the spectral characteristics are made, practically does not exclude influence on the accuracy of measurements of color temperature of the illumination source of the object and optomechanical stability of the characteristics of the optical system. In addition, the operation of the television device in the mode when the sensitivity of the television system is close to the quantum threshold of the light / signal converter reduces its quality indicators.

Блок-схема устройства [2, фиг. 3] включает в себя объектив 1, щель 2, объектив 3, полупрозрачное зеркало 4, зеркало 5, дифракционную решетку 6, объектив 7, ПЗС-матрицу 8 со схемой управления и цветную телевизионную камеру-"гид" 9. The block diagram of the device [2, FIG. 3] includes a lens 1, a slit 2, a lens 3, a translucent mirror 4, a mirror 5, a diffraction grating 6, a lens 7, a CCD matrix 8 with a control circuit and a color television camera "guide" 9.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Из изображения, формируемого объективом 1, при помощи щели 2, расположенной в фокальной плоскости объектива 1, вырезается участок изображения, соответствующий одной строке воспроизводимого камерой 9 изображения. Образуемый при помощи объектива 3 параллельный пучок лучей разделяется при помощи полупрозрачного зеркала 4 на две части:
- одна часть светового потока, проходя через объектив 7, создает на ПЗС-матрице 8 изображение (размером в одну строку);
- вторая часть светового потока, отразившись от зеркала 5, поступает в устройство, разлагающее свет от элементарной площадки в спектр, где, пройдя дифракционную решетку 6 и объектив 7, создает на другой части ПЗС-матрицы 8 дисперсионную картину спектральной характеристики светового потока, соответствующего каждой точке изображаемой строки, расположенную в направлении, перпендикулярном направлении изображаемой строки. Амплитудные значения соответствующих длин волн, несущие информацию об интенсивности спектральной составляющей излучения, определяются при считывании соответствующих строк ПЗС-матрицы 8, расположенных под дисперсионной картиной. Всего на одной строке после усреднения измеряется только 72 точки. Таким образом, информация о длине волны определяется номером строки, а об амплитудах сигналов на этой строке - интенсивностью излучения соответствующих точек объекта. Перед началом проведения работ производится градуировка (настройка) прибора по внутреннему опорному источнику света с цветовой температурой 3100 град.К.From the image formed by the lens 1, using the slit 2 located in the focal plane of the lens 1, the image section corresponding to one line of the image reproduced by the camera 9 is cut out. A parallel beam of rays formed with the help of lens 3 is separated by means of a translucent mirror 4 into two parts:
- one part of the light flux, passing through the lens 7, creates an image (in the size of one row) on the CCD matrix 8;
- the second part of the light flux, reflected from the mirror 5, enters the device that decomposes the light from the elementary area into the spectrum, where, having passed the diffraction grating 6 and the lens 7, it creates on the other part of the CCD matrix 8 a dispersion picture of the spectral characteristic of the light flux corresponding to each point of the displayed line, located in the direction perpendicular to the direction of the displayed line. The amplitude values of the corresponding wavelengths, which carry information about the intensity of the spectral component of the radiation, are determined by reading the corresponding rows of the CCD matrix 8 located under the dispersion pattern. In total, only 72 points are measured on one line after averaging. Thus, information about the wavelength is determined by the line number, and about the amplitudes of the signals on this line, by the radiation intensity of the corresponding points of the object. Before starting work, the device is calibrated (tuned) using an internal reference light source with a color temperature of 3100 degrees K.

Изображение, ограниченное щелью 2, совмещается с соответствующим изображением, формируемым камерой 9 (либо автоматически, либо визуально - по изображению на мониторе), привязываясь, таким образом, к принятой системе координат, что позволяет определить пространственное положение измеряемых точек поверхности. Координаты измеряемых точек могут быть определены и другим путем: имея привязку минимум к трем искусственным спутникам Земли, расчитывают положение объекта на местности. The image limited by the slit 2 is combined with the corresponding image generated by the camera 9 (either automatically or visually - from the image on the monitor), thus binding to the adopted coordinate system, which allows you to determine the spatial position of the measured surface points. The coordinates of the measured points can be determined in another way: having a reference to at least three artificial Earth satellites, they calculate the position of the object on the ground.

Вертикальная развертка изображения в устройстве [2] осуществляется путем перемещения носителя устройства в пространстве в направлении, перпендикулярном направлению изображающей строки ПЗС-матрицы 8. The vertical scan of the image in the device [2] is carried out by moving the device carrier in space in the direction perpendicular to the direction of the image line of the CCD matrix 8.

Помимо принципиальных недостатков, указанных выше (малая разрешающая способность измерителя - лишь 72 точки в строке, снижение точности измерений из-за низкого отношения сигнал/шум, систематические ошибки измерений из-за несоответствия цветовых температур реально действующего источника освещения объекта и опорного источника света), имеет ряд эксплуатационных недостатков, вызванных тем, что прибор представляет собой комбинацию новейших телевизионных технологий и старого громоздкого классического спектрометра. В результате - трудности с обеспечением требуемых прочностных характеристик и устойчивости к климатическим воздействия при размещении прибора на борту различных носителей, прежде всего - на летательных аппаратах, так как малейшее изменение взаимного положения оптических компонентов прибора приводит к появлению ошибок определения спектральных характеристик из-за пространственного смещения изображения дисперсионной картины на ПЗС-матрице 8 по отношению к положению телевизионной строки оптического изображения объекта. In addition to the fundamental shortcomings indicated above (low resolution of the meter - only 72 points per line, reduced measurement accuracy due to low signal-to-noise ratio, systematic measurement errors due to mismatch of color temperatures of the actual operating light source and the reference light source), It has a number of operational disadvantages caused by the fact that the device is a combination of the latest television technology and the old bulky classic spectrometer. As a result, there are difficulties in ensuring the required strength characteristics and resistance to climatic effects when placing the device on board various carriers, primarily on aircraft, since the slightest change in the relative position of the optical components of the device leads to errors in the determination of spectral characteristics due to spatial displacement images of the dispersion pattern on the CCD matrix 8 with respect to the position of the television line of the optical image of the object.

Целью данного изобретения является способ и устройство для его реализации, исключающие недостатки и сохраняющие достоинства упомянутых выше способов и устройств и позволяющие
- обеспечить измерение в реальном масштабе времени и с необходимой точностью спектральных характеристик любой точки объекта при одновременном измерении координат точки, в которой производятся спектральные измерения;
- обеспечить высокую температурную и прочностную стабильность качественных показателей устройства;
- исключить зависимость точности спектральных измерений от изменения цветовой температуры источника освещения объекта.The aim of the present invention is a method and apparatus for its implementation, eliminating the disadvantages and preserving the advantages of the above methods and devices and allowing
- provide measurement in real time and with the necessary accuracy of the spectral characteristics of any point of the object while measuring the coordinates of the point at which the spectral measurements are made;
- to provide high temperature and strength stability of the quality indicators of the device;
- to exclude the dependence of the accuracy of spectral measurements on changes in the color temperature of the object lighting source.

Поставленная цель достигается применением телевизионной камеры, снабженной набором измерительных светофильтров (далее светофильтров), сменяемых синхронно с кадровой частотой камеры так, что каждый кадр несет информацию об изображении в спектральном диапазоне, определяемом спектральной характеристикой пропускания находящегося в данный момент в оптическом ходе светофильтра. Таким образом, камера совместно с набором сменных светофильтров образует нормированный набор коммутируемых последовательно цветоделенных каналов, решая одновременно две задачи: изображение объекта и измерение спектральной характеристики излучения (отражения) каждой элементарной площадки изображаемого объекта. При этом
- спектральная характеристика пропускания каждого светофильтра имеет форму равнобедренного треугольника;
- ширина спектральной характеристики пропускания светофильтра по своему основанию равна удвоенному расстоянию между вершинами характеристик соседних каналов;
- спектральные характеристики чувствительности всех каналов в абсолютных единицах строго идентичны и сбалансированы на цветовую температуру источника освещения объекта, действующего в данный момент времени, так что размахи видеосигналов в каждом канале при передаче объекта "опорного белого" цвета оказываются равными. Для этого предусматривается периодическое автоматическое или оператором вручную введение в оптический тракт прибора элемента "опорного белого" цвета, освещенного источником с действующей в данный момент цветовой температурой, вычисление поправочного коэффициента для каждого спектрального канала и введение этой поправки в коэффициент передачи каждого цветоделенного канала;
- полный цикл получения данных, необходимых для измерения спектральных характеристик любой точки изображения, заключается в последовательной записи видеосигналов изображений, соответствующих всему комплекту светофильтров.This goal is achieved by the use of a television camera equipped with a set of measuring optical filters (hereinafter referred to as optical filters), which are replaced synchronously with the frame frequency of the camera so that each frame carries information about the image in the spectral range determined by the spectral transmission characteristic of the optical filter that is currently in the optical path. Thus, the camera, together with a set of interchangeable filters, forms a normalized set of switched sequentially color-separated channels, simultaneously solving two problems: image of the object and measurement of the spectral characteristic of radiation (reflection) of each elementary area of the image object. Wherein
- the spectral transmission characteristic of each filter has the shape of an isosceles triangle;
- the width of the spectral transmission characteristic of the filter in its base is equal to twice the distance between the vertices of the characteristics of adjacent channels;
- the spectral characteristics of the sensitivity of all channels in absolute units are strictly identical and balanced by the color temperature of the illumination source of the object operating at a given time, so that the magnitude of the video signals in each channel when transmitting an object of "reference white" color are equal. To do this, it is planned to periodically automatically or manually enter the reference white element into the optical path of the device illuminated by a source with the current color temperature, calculate the correction factor for each spectral channel and introduce this correction into the transmission coefficient of each color-separated channel;
- the full cycle of obtaining the data necessary for measuring the spectral characteristics of any point in the image consists in sequentially recording the video signals of the images corresponding to the entire set of filters.

Вид спектральных характеристик чувствительности прибора, построенного по описываемому принципу, приведен на фиг. 1. С помощью этого прибора можно измерить размахи видеосигналов, соответствующих любому из элементов изображения, полученного при прохождении светового потока от него последовательно через все светофильтры набора. Далее, используя алгоритм, описываемый выражениями
SΣ = (Si+1 + Si);
Sd = (Si+1 - Si);
d (Si+1/Si);
где Si - размах видеосигнала в канале i
Si+1 - размах видеосигнала в канале i+1, для всех цветоделенных каналов можно вычислить спектральную характеристику отражения или излучения данной точки объекта в данное время. Здесь и далее под нормированным цветоделенным каналом понимается телевизионный канал с находящимся в оптическом ходе светофильтром. Количество цветоделенных каналов равно количеству светофильтров в диске, при этом количество отсчетов спектрального отражения данной точкой не равно (много более) числу цветоделенных каналов.A view of the spectral characteristics of the sensitivity of a device constructed according to the described principle is shown in FIG. 1. Using this device, you can measure the magnitude of the video signals corresponding to any of the image elements obtained by passing the light flux from it sequentially through all the filters of the set. Next, using the algorithm described by the expressions
S Σ = (S i + 1 + S i );
S d = (S i + 1 - S i );
d (S i + 1 / S i );
where S i - the amplitude of the video signal in channel i
S i + 1 - the amplitude of the video signal in channel i + 1, for all color-separated channels, you can calculate the spectral characteristic of the reflection or radiation of a given point of the object at a given time. Hereinafter, a normalized color-separated channel refers to a television channel with an optical filter in the optical path. The number of color-separated channels is equal to the number of light filters in the disk, while the number of samples of spectral reflection by this point is not equal (much more) to the number of color-separated channels.

Производя требуемые вычисления для данной точки периодически в заданном темпе, можно определить временную эволюцию этой характеристики. By making the required calculations for a given point periodically at a given pace, we can determine the temporal evolution of this characteristic.

Приемлемое отношение сигнал/шум получается при реализации предлагаемого способа благодаря тому, что спектральная характеристика пропускания светофильтра, действующего в любой момент времени, имеет достаточную ширину, которая выбирается в соответствии с компромиссом между заданной точностью измерений и требуемой минимальной освещенностью объекта. An acceptable signal-to-noise ratio is obtained when implementing the proposed method due to the fact that the spectral transmission characteristic of the filter operating at any time has a sufficient width, which is selected in accordance with the compromise between the specified measurement accuracy and the required minimum illumination of the object.

Пространственное разрешение прибора определяется выбором ПЗС-матрицы и требуемой скоростью получения информации, причем автоматически происходит "обмен скорости на качество", т.е. при большей требуемой скорости может быть меньшей точностью спектральных измерений или меньшим пространственное разрешение. Достижение компромисса в указанном противоречии может быть обеспечено либо применением известных сканеров, компенсирующих смещение носителя за время спектральных измерений для данной точки подстилающей поверхности, либо применением одного из известных методов корреляционной обработки видеосигналов в спецвычислителе, что может быть учтено при программировании последнего. При этом возможно введение в вычислитель поправки на скорость носителя. The spatial resolution of the device is determined by the choice of the CCD matrix and the required speed of obtaining information, moreover, an "exchange of speed for quality" occurs automatically, i.e. at a higher required speed, there may be less accuracy in spectral measurements or less spatial resolution. A compromise in this contradiction can be achieved either by using known scanners that compensate for the displacement of the medium during spectral measurements for a given point of the underlying surface, or by using one of the known methods for correlation processing of video signals in a special calculator, which can be taken into account when programming the latter. In this case, it is possible to introduce corrections to the carrier speed into the computer.

Архитектура устройства, реализующего предлагаемый способ, иллюстрируется блок-схемой, приведенной на фиг. 2. The architecture of the device that implements the proposed method is illustrated in the block diagram shown in FIG. 2.

Оно состоит из диска 1 с набором светофильтров, объектива 2, ПЗС-матрицы 3 со схемой управления, блока 4 обработки видеосигнала, привода 5 диска светофильтров, блока 6 автоматического регулирования фазы и частоты вращения диска светофильтров, кодера 7 спектрального номера, блока 8 синхронизации и управления, блока 9 автоматического баланса, радиолинии или иной линии 10 связи, блока 11 консервации информации, буферной памяти 12, первого коммутатора 13, аналого-цифрового преобразователя - АЦП 14, второго коммутатора 15, многовходового блока 16 памяти, третьего коммутатора 17, вычислителя 18, пульта 19 управления вычислителем и блока 20 управления памятью. It consists of a disk 1 with a set of filters, a lens 2, a CCD matrix 3 with a control circuit, a video processing unit 4, a drive 5 for a filter of filters, a unit 6 for automatically adjusting the phase and frequency of rotation of the filter disk, an encoder 7 for the spectral number, block 8 for synchronization and control, automatic balance unit 9, radio or other communication line 10, information conservation unit 11, buffer memory 12, first switch 13, analog-to-digital converter - ADC 14, second switch 15, multi-input memory block 16, This switch 17, the computer 18, the remote control 19 of the computer and the block 20 memory management.

Световой поток от объекта, пройдя через светофильтр диска 1 и объектив 2, преобразовывается ПЗС-матрицей 3 в видеосигнал, который проходит необходимые линейные преобразования в блоке 4 обработки видеосигнала; далее видеосигнал поступает в два адреса: на блок 9 автоматического баланса, при помощи которого в режиме настройки осуществляется баланс видеосигналов во всех цветоделенных каналах видеоспетрометра от нейтрального объекта, освещенного внешним источником света, а также на вход радиолинии или иной линии 10 связи или (при отсутствии таковой) - на входы первого коммутатора 13 и блока 11 консервации информации. The luminous flux from the object, passing through the optical filter of the disk 1 and lens 2, is converted by a CCD matrix 3 into a video signal, which undergoes the necessary linear transformations in the video signal processing unit 4; Further, the video signal arrives at two addresses: to the automatic balance unit 9, with which, in the tuning mode, the video signals are balanced in all color-separated channels of the video spectrometer from a neutral object illuminated by an external light source, and also to the input of a radio line or other communication line 10 or (in the absence of such) - to the inputs of the first switch 13 and the block 11 information conservation.

При помощи кодера 7 спектрального номера фильтра формируется код номера действующего в данный момент светофильтра из набора, смонтированного в диске 1, который (код) замешивается в видеосигнал во время кадрового гасящего импульса в блоке 4. Информация о частоте и фазе вращения диска светофильтров поступает на блок 6 автоматического регулирования частоты и фазы вращения, сигнал управления с которого поступает затем на привод 5 диска светофильтров. Блок 8 синхронизации и управления, содержащий также декодер номера светофильтра, обеспечивает необходимую временную синхронизацию работы блоков, формирует все необходимые для работы ПЗС-матрицы 3 сигналы управления, формирует на основе кода спектрального номера спектрально-временной код для индексации видеосигнала каждого кадра, который поступает на блок 4 обработки видеосигнала и записывается в межкадровом интервале видеосигнала соответствующего кадра во время кадрового гасящего импульса. Таким образом, видеосигнал, соответствующий каждому кадру изображения, несет всю необходимую для последующей обработки информацию. Кроме того, блок 8 синхронизации и управления автоматически переключает режимы работы блока 9 автоматического баланса ("настройка-работа"). Using the filter spectral number encoder 7, the number code of the currently active filter is generated from the set mounted in disk 1, which (the code) is mixed into the video signal during the blanking pulse in block 4. Information about the frequency and phase of rotation of the filter disk goes to the block 6 automatic control of the frequency and phase of rotation, the control signal from which then enters the drive 5 of the filter disk. The synchronization and control unit 8, which also contains a filter number decoder, provides the necessary time synchronization of the blocks, generates all the control signals necessary for the operation of the CCD matrix 3, and generates a spectral-time code based on the spectral number code for indexing the video signal of each frame that is transmitted to the video signal processing unit 4 and is recorded in the inter-frame interval of the video signal of the corresponding frame during the frame blanking pulse. Thus, the video signal corresponding to each image frame carries all the information necessary for subsequent processing. In addition, the synchronization and control unit 8 automatically switches the operating modes of the automatic balance unit 9 (“setting-operation”).

Далее видеосигнал, поступивший на первый коммутатор 13 и блок 11 консервации информации, записывается на носитель. Таким образом, имеется возможность работы видеоспектрометра как в реальном масштабе времени, так и при воспроизведении информации с блока 11 консервации информации через буферную память 12. Выбор режима производится при помощи первого коммутатора 13. Видеосигнал с выхода первого коммутатора (13) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14, где преобразуется в цифровой поток, поступающий при помощи второго коммутатора 15 последовательно на входы многовходового блока 16 памяти. Количество входов этого блока равно числу цветоделенных каналов видеоспектрометра. В многовходовом блоке 16 памяти собирается для последующей обработки видеоинформация полного цикла измерений. Next, the video signal received at the first switch 13 and the information storage unit 11 is recorded on the medium. Thus, it is possible to operate the video spectrometer both in real time and when reproducing information from the information conservation unit 11 through the buffer memory 12. The mode is selected using the first switch 13. The video signal from the output of the first switch (13) is input to the analog a digital converter 14, where it is converted into a digital stream supplied by a second switch 15 sequentially to the inputs of the multi-input memory block 16. The number of inputs of this block is equal to the number of color-separated channels of the video spectrometer. In the multi-input memory block 16, video information of the complete measurement cycle is collected for subsequent processing.

После выполнения алгоритма работы видеоспектрометра для данного объекта, т. е. находящегося в поле зрения камеры в данный момент времени, цифровые потоки попарно последовательно поступают через третий коммутатор 17 на входы вычислителя 18, где проводятся необходимый комплекс вычислений, сравнение с имеющимися в памяти вычислителя нормирующими номограммами и запись результатов спектральных измерений. Управление работой второго коммутатора 15 и многовходового блока 16 памяти производится блоком 20 управления памятью. При помощи пульта 19 управления вычислителем управляется третий коммутатор 17 и на вычислитель 18 подается команда выбора режима работы. After executing the algorithm of the video spectrometer operation for a given object, i.e., being in the camera’s field of view at a given time, the digital streams are sequentially fed through the third switch 17 to the inputs of the computer 18, where the necessary complex of calculations is carried out, compared with the normalizing ones in the memory of the computer nomograms and recording the results of spectral measurements. The operation of the second switch 15 and the multi-input memory block 16 is controlled by the memory control unit 20. Using the remote control 19 of the calculator controls the third switch 17 and the calculator 18 is given a command to select the operating mode.

Возможны следующие режимы работы вычислителя:
- измерение спектральных характеристик заданных точек изображения;
- поиск и выделение на изображении участков с заданными спектральными характеристиками излучения;
- сравнение спектральных характеристик одного и того же объекта;
- измерение координат любых участков (точек) изображения и т.д.The following modes of operation of the calculator are possible:
- measurement of spectral characteristics of given image points;
- search and selection on the image of areas with specified spectral characteristics of radiation;
- comparison of the spectral characteristics of the same object;
- measurement of coordinates of any sections (points) of the image, etc.

Результаты проведенных измерений, а также вся необходимая для последующей работы информация записываются в память вычислителя. В процессе работы для визуального контроля используется дисплей вычислителя. The results of the measurements, as well as all the information necessary for subsequent work, are recorded in the memory of the calculator. In the process of operation, the computer display is used for visual control.

Результаты сравнительного анализа предлагаемых способа и устройства с описанным [2] при одинаковых исходных данных: длина полосы съемки 10000 м; точность спектральных измерений 7,5 нм; разрешающая способность на местности приведены в таблице. The results of a comparative analysis of the proposed method and device with the described [2] with the same initial data: the length of the strip 10,000 m; the accuracy of spectral measurements of 7.5 nm; resolution on the ground are given in the table.

Задача создания подобного устройства впервые поставлена перед промышленностью. The task of creating such a device was first set for the industry.

Использованные источники
1. Спектрофотометр СФ-46. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Ю-34.11.629-ТО. ЛОМО. -Л.: 1992.Used sources
1. Spectrophotometer SF-46. Technical description and instruction manual. Yu-34.11.629-TO. LOMO. -L .: 1992.

2. Advanced Airborne Hiperspectral Jonaging Sistem (AAHJS) - an imaging spectrometer for maritime applications. - 1994. 2. Advanced Airborne Hiperspectral Jonaging Sistem (AAHJS) - an imaging spectrometer for maritime applications. - 1994.

Материалы фирм:
- SETS Technology Inc. (авторы: Marc A.Volker. Ronald G.Resmini и др.). 1994.Materials of firms:
- SETS Technology Inc. (Authors: Marc A. Volker. Ronald G. Resmini et al.). 1994.

- Science Applications International Corp. (авторы: Cristopher C.Coyl, Richard D.Anderson). 1994. - Science Applications International Corp. (Authors: Cristopher C. Coyl, Richard D. Anderson). 1994.

Claims (2)

1. Способ измерения спектральных характеристик отражения или излучения любой точки объекта в реальном или условном масштабе времени, состоящий в том, что формируют и запоминают телевизионное изображение объекта, при этом световой поток от каждой элементарной площадки поверхности объекта пропускают через устройство, разлагающее его в спектр, после чего измеряют энергию в отдельных спектральных зонах, отличающийся тем, что в качестве изображающего и измерительного устройства используют одновременно ПЗС-матрицу со схемой управления с установленным перед ней набором сменных светофильтров, совместно с которыми матрица образует набор нормированных цветоделенных каналов, коммутируемых последовательно, причем полученные видеосигналы подвергают линейным преобразованиям в блоке обработки, и, кроме того, в межкадровом интервале во время гасящего импульса в них вводят код номера действующего в данный момент светофильтра, который служит в дальнейшем для индексации кадров, соответствующих данному светофильтру и накапливаемых в многовходовом блоке памяти, связанном со спецвычислителем, в который заложен алгоритм расчета спектральных характеристик излучения или отражения точек объекта - подстилающей поверхности на основе выражений:
SΣ =(Si+l+Si); (1)
Sd=(Si+l-Si); (2)
d=Si+l/Si, (3)
где d - отношение нормированных размахов видеосигнала для двух последовательных номеров цветоделенных каналов;
i - номер цветоделенного канала;
S - нормированный размах видеосигнала,
при этом каждый цветоделенный канал формируют в соответствии со следующими условиями: спектральная характеристика пропускания светофильтра имеет форму равнобедренного треугольника, основание которого по шкале длин волн равно удвоенному расстоянию между вершинами характеристик светофильтров соседних цветоделенных каналов, ширину спектральной характеристики каждого из цветоделенных каналов выбирают в соответствии с требуемым отношением сигнал/шум в данном цветоделенном канале, периодически перед каждым из цветоделенных каналов автоматически или вручную устанавливают эталонный объект опорного белого цвета, освещенный действующим в данный момент источником освещения, после чего автоматически вычисляют и вносят поправки в коэффициенты преобразования для цветоделенных каналов для данной цветовой температуры источника освещения объекта.1. A method of measuring the spectral characteristics of the reflection or radiation of any point of an object in real or conventional time scale, which consists in generating and storing a television image of the object, while the light flux from each elementary surface area of the object is passed through a device that decomposes it into a spectrum, after which the energy is measured in separate spectral zones, characterized in that the CCD matrix with the control circuit with installed in front of it a set of interchangeable filters, together with which the matrix forms a set of normalized color-separated channels, switched in series, and the received video signals are subjected to linear transformations in the processing unit, and, in addition, in the inter-frame interval during the quenching pulse, they enter the number code of the current the moment of the filter, which subsequently serves to index frames corresponding to this filter and accumulated in the multi-input memory block associated with special numerator, which is incorporated in the algorithm for calculating the spectral characteristics of the radiation or reflection points of the object - the underlying surface on the basis of expressions:
S Σ = (S i + l + S i ); (1)
S d = (S i + l -S i ); (2)
d = S i + l / S i , (3)
where d is the ratio of the normalized ranges of the video signal for two consecutive numbers of color-separated channels;
i is the number of the color-separated channel;
S is the normalized range of the video signal,
wherein each color-separated channel is formed in accordance with the following conditions: the spectral transmission characteristic of the filter is in the form of an isosceles triangle, the base of which on the wavelength scale is equal to twice the distance between the vertices of the characteristics of the filters of adjacent color-separated channels, the width of the spectral characteristic of each of the color-separated channels is selected in accordance with the required signal-to-noise ratio in a given color-separated channel, periodically in front of each of the color-separated channels a automatically or manually set the reference white reference object illuminated by the current source of illumination, after which the conversion coefficients for the color-separated channels for a given color temperature of the object’s illumination source are automatically calculated and adjusted. 2. Устройство, реализующее способ по п.1, содержащее набор сменных измерительных светофильтров, объектив, ПЗС-матрицу со схемой управления, отличающееся тем, что в него введены диск с набором сменных измерительных светофильтров, блок обработки видеосигнала, привод диска с набором сменных измерительных светофильтров, эталонный объект опорного белого цвета, блок автоматической регулировки частоты и фазы вращения диска светофильтров, кодер номера светофильтра, блок синхронизации и управления с декодером номера светофильтра, радиолиния или какая-либо иная линия связи, блок консервации информации, аналого-цифровой преобразователь, блок буферной памяти, три коммутатора видеосигналов, многовходовой блок памяти, блок управления многовходовым блоком памяти, вычислитель и пульт управления вычислителем, причем входом устройства является вход сменного измерительного светофильтра данного светоделенного канала, а его выход через объектив оптически связан с входом ПЗС-матрицы со схемой управления, а выход ПЗС-матрицы соединен с входом блока обработки, выход которого соединен с входами радиолинии или какой-либо другой линии связи, а при отсутствии таковой непосредственно с входами блока консервации информации и первого коммутатора, выход блока автоматического баланса соединен с управляющим входом блока обработки видеосигнала, причем соответствующие выходы блока синхронизации и управления соединены с управляющими входами блока автоматического баланса, блока обработки видеосигнала, ПЗС-матрицы со схемой управления и блока автоматического регулирования фазы и частоты вращения диска светофильтров, причем выход блока автоматического регулирования фазы и частоты вращения диска светофильтров через привод диска светофильтров соединен с диском светофильтров, а выход блока синхронизации и управления через кодер номера светофильтра соединен с приводом диска светофильтров, при этом выход блока обработки видеосигнала через радиолинию или другую линию связи или непосредственно соединен с первым входом первого коммутатора и через блок консервации информации и буферную память - с вторым входом первого коммутатора, а выход первого коммутатора через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом второго коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими входами многовходового блока памяти, выходы которого через третий коммутатор соединены с входом вычислителя, выход которого является выходом устройства и подключен к дисплею, причем управляющие выходы пульта управления вычислителем соединены с соответствующими входами третьего коммутатора и вычислителя, а выходы блока управления памятью - с соответствующими управляющими входами второго коммутатора и многовходового блока памяти. 2. The device that implements the method according to claim 1, containing a set of interchangeable measuring filters, a lens, a CCD matrix with a control circuit, characterized in that a disk with a set of interchangeable measuring filters, a video processing unit, a drive with a set of interchangeable measuring filters, reference white reference object, block for automatically adjusting the frequency and phase of rotation of the filter disk, filter code number encoder, synchronization and control unit with a filter number decoder, radio line or any other communication line, information conservation unit, analog-to-digital converter, buffer memory unit, three video signal switches, a multi-input memory unit, a multi-input memory unit control unit, a computer and a control panel for the computer, and the input of the device is the input of a replaceable measuring filter of this beam-splitting channel, and its output through the lens is optically connected to the input of the CCD matrix with the control circuit, and the output of the CCD matrix is connected to the input of the processing unit, the output of which is connected to the input odes of a radio link or any other communication line, and if there is none directly with the inputs of the information conservation unit and the first switch, the output of the automatic balance unit is connected to the control input of the video signal processing unit, and the corresponding outputs of the synchronization and control unit are connected to the control inputs of the automatic balance unit , a video signal processing unit, a CCD matrix with a control circuit and an automatic control unit for the phase and frequency of rotation of the filter disk, and of the unit for automatically controlling the phase and frequency of rotation of the filter disk through the drive of the filter disk is connected to the filter disk, and the output of the synchronization and control unit through the encoder of the filter number is connected to the drive of the filter filter, while the output of the video signal processing unit via a radio line or other communication line or directly connected to the first input of the first switch and through the block of conservation of information and buffer memory with the second input of the first switch, and the output of the first switch through a tax-digital converter is connected to the input of the second switch, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the multi-input memory block, the outputs of which through the third switch are connected to the input of the computer, the output of which is the output of the device and connected to the display, and the control outputs of the control panel of the computer are connected to the corresponding inputs the third switch and the computer, and the outputs of the memory control unit with the corresponding control inputs of the second switch and multi-input block of memory.
RU97118187A 1997-10-31 1997-10-31 Process measuring spectral characteristics of reflection or radiation of object in any point of its tv picture and video spectrometer realizing this process in real or representative time scale RU2140719C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118187A RU2140719C1 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Process measuring spectral characteristics of reflection or radiation of object in any point of its tv picture and video spectrometer realizing this process in real or representative time scale

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118187A RU2140719C1 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Process measuring spectral characteristics of reflection or radiation of object in any point of its tv picture and video spectrometer realizing this process in real or representative time scale

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97118187A RU97118187A (en) 1999-08-10
RU2140719C1 true RU2140719C1 (en) 1999-10-27

Family

ID=20198655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97118187A RU2140719C1 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Process measuring spectral characteristics of reflection or radiation of object in any point of its tv picture and video spectrometer realizing this process in real or representative time scale

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2140719C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750294C1 (en) * 2020-10-08 2021-06-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук Video spectrometer for express control of liquid light-transmitting media
RU2750292C1 (en) * 2020-10-08 2021-06-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук Portable video spectrometer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Передовая воздушная гиперспектральная система изображения (AAHIS)фирмы SFTS Technology Inc. Sience Applications International.Corp.-19.08.94. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750294C1 (en) * 2020-10-08 2021-06-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук Video spectrometer for express control of liquid light-transmitting media
RU2750292C1 (en) * 2020-10-08 2021-06-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук Portable video spectrometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2371628C (en) Method and apparatus for determining the appearance of an object
US3864513A (en) Computerized polarimetric terrain mapping system
US7884968B2 (en) System for capturing graphical images using hyperspectral illumination
US5327514A (en) Visual image transmission by fibre optic cable
Mein The MSDP of THEMIS: Capabilities, first results and prospects
US5789622A (en) Focal plane array calibration method
JPH0829259A (en) Lightness measuring apparatus
CN108254072A (en) A kind of novel EO-1 hyperion video imaging instrument
US3504975A (en) Image spectrophotometer for analyzing vegetation
JPH11211668A (en) Method and apparatus for detection of defect
Miller et al. The remote-controlled spectrograph, area scanner, and spectropolarimeter for the lick 3-m telescope
RU2140719C1 (en) Process measuring spectral characteristics of reflection or radiation of object in any point of its tv picture and video spectrometer realizing this process in real or representative time scale
Yuanyong et al. Reports on test observations with the multi-channel solar telescope
Robson et al. Suitability of the Pulnix TM6CN CCD camera for photogrammetric measurement
RU2179375C2 (en) 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
US3975762A (en) Spectroscopical method and apparatus using TV scanning techniques
DE69332492T2 (en) Methods and devices for spectral imaging using Fabry-Perot interferometers
Bastuscheck Correction of video camera response using digital techniques
Neville et al. Development and evaluation of the MEIS II multi-detector electro-optical imaging scanner
RU97118187A (en) METHOD FOR MEASURING SPECTRAL CHARACTERISTICS OF REFLECTION OR RADIATION OF AN OBJECT AT ANY POINT OF ITS TELEVISION IMAGE AND A VIDEOSPECTROMETER IMPLEMENTING THIS METHOD IN REAL OR EXPLAIN DEMAND.
McLean et al. The Royal Observatory Edinburgh (ROE) Charge-Coupled Device (CCD) Camera System
RU99118070A (en) METHOD FOR MEASURING SPECTRAL CHARACTERISTICS OF REFLECTION OR RADIATION OF AN OBJECT AT ANY POINT OF ITS TELEVISION IMAGE AND A VIDEO SPECTROMETER IMPLEMENTING THIS METHOD IN REAL OR EXPLAINLY.
RU2055386C1 (en) Color-sensitive head of color analyzer
SU1165901A1 (en) Device for measuring spatial distribution of transmission factor of objects transparent for infrared radiation
EP0118324B1 (en) Indicating apparatus for film-registered topographical data and its application to aerial navigation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071101