RU2207591C1 - Method of object viewing with use of laser illumination and facility for its implementation ( variants ) - Google Patents
Method of object viewing with use of laser illumination and facility for its implementation ( variants ) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2207591C1 RU2207591C1 RU2002123868/28A RU2002123868A RU2207591C1 RU 2207591 C1 RU2207591 C1 RU 2207591C1 RU 2002123868/28 A RU2002123868/28 A RU 2002123868/28A RU 2002123868 A RU2002123868 A RU 2002123868A RU 2207591 C1 RU2207591 C1 RU 2207591C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocells
- matrix
- period
- charge
- devices
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к системам видения удаленных объектов с помощью лазерной подсветки в различных участках спектрального диапазона. The invention relates to systems for viewing distant objects using laser illumination in various parts of the spectral range.
Известен способ видения, основанный на подсветке удаленного объекта инфракрасными прожекторами с последующим формированием изображения удаленного объекта с помощью оптико-электронной системы [Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001, с.40]. A known method of vision based on the illumination of a distant object by infrared spotlights with subsequent imaging of a distant object using an optoelectronic system [Karasik V.E., Orlov V.M. Laser vision systems. M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2001, p.40].
К недостаткам данного способа следует отнести низкую эффективность обнаружения уже на дальностях, превышающих 700-800 м. The disadvantages of this method include the low detection efficiency already at ranges greater than 700-800 m
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающий подсветку объекта когерентным световым излучением, формирование изображения объекта по отраженному от него упомянутого излучения посредством приемного объектива, запись изображения объекта посредством матрицы приборов с зарядовой связью [Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001, с.318 (прототип)]. The closest in technical essence and the achieved effect to the present invention is a method for viewing objects using laser illumination, which includes illuminating the object with coherent light radiation, forming an image of the object from said radiation reflected from it by means of a receiving lens, recording an image of the object using a charge-coupled device matrix [ Karasik V.E., Orlov V.M. Laser vision systems. M.: Publishing House of MSTU. N.E.Bauman, 2001, p.318 (prototype)].
Данный способ обладает достаточно хорошей эффективностью обнаружения на расстояниях в 2-3 км. К недостаткам данного способа можно отнести низкую эффективность обнаружения объекта в рассеивающей среде, а также отсутствие вспомогательного обеспечения для выделения и маркирования изображений движущихся объектов на фоне неподвижных. This method has a fairly good detection efficiency at distances of 2-3 km. The disadvantages of this method include the low detection efficiency of an object in a scattering medium, as well as the lack of support for the selection and marking of images of moving objects against a background of stationary ones.
Задачей изобретения является повышение эффективности обнаружения объекта в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, например, в мутной среде, за счет регистрации отраженного от объекта когерентного светового излучения в виде сигналов пространственной частоты. Задачей изобретения также является выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов за счет регистрации световых биений по контуру изображений движущихся объектов или за счет регистрации световых биений по полю изображений подвижных и неподвижных объектов на частотах радиодиапазона. The objective of the invention is to increase the efficiency of detecting an object in a medium, the scattering of coherent light radiation in which occurs on large inhomogeneities, for example, in a cloudy medium, by registering coherent light radiation reflected from the object in the form of spatial frequency signals. The objective of the invention is the selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects by recording light beats along the contour of images of moving objects or by registering light beats along the field of images of moving and stationary objects at radio frequencies.
Поставленная задача - повышение эффективности обнаружения объекта в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, а также выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов - решается за счет того, что в способе видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем подсветку объекта когерентным световым излучением, формирование изображения объекта по отраженному от него упомянутому излучению посредством приемного объектива, запись изображения объекта посредством матрицы приборов с зарядовой связью, фотоэлементы матрицы приборов с зарядовой связью разделяют в линейные или матричные группы, на каждую из выделенных групп фотоэлементов проецируют систему интерференционных полос стоячей световой волны когерентного светового излучения путем размещения между приемным объективом и выделенными группами фотоэлементов матрицы приборов с зарядовой связью отражающего зеркала, частично пропускающего световое излучение, а между приемным объективом и отражающим зеркалом периодической структуры, образованной тонкослойными элементами, толщиной не более λ/2, рассеивающими энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенными в одной плоскости с периодом s, при этом периодическая структура расположена под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, при этом период s периодической структуры выбирают из соотношения s<d, а регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в зависимости от местоположения этих фотоэлементов в линейной или матричной группе матрицы приборов с зарядовой связью и анализируют, затем получают изображение объекта на мониторе. The task is to increase the detection efficiency of an object in the environment, the scattering of coherent light radiation in which occurs at large inhomogeneities, as well as the selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects, is solved due to the fact that in the method of seeing objects using laser illumination, including illumination of the object by coherent light radiation, imaging of the object by the mentioned radiation reflected from it by means of a receiving lens, recording taking images of an object by means of a matrix of charge-coupled devices, the photocells of the matrix of charge-coupled devices are divided into linear or matrix groups, a system of interference bands of a standing light wave of coherent light radiation is projected onto each of the selected photocell groups by placing a matrix of devices between the receiving lens and the selected groups of photocells with charge coupling of a reflecting mirror partially transmitting light radiation, and between a receiving lens and a reflecting mirror ohm of the periodic structure formed by thin-layer elements with a thickness of not more than λ / 2, scattering the energy of the electric field of the standing light wave and located in the same plane with period s, while the periodic structure is located at an angle θ determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the periodic structure and the wavefront of coherent light radiation, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, and the period s of the periodic structure is selected from the relation s <d, and the system registration we interfere with the interference bands of a standing light wave with a period of d in each selected group of photocells as a spatial frequency signal due to the fact that the electrical signals received from photocells are recorded depending on the location of these photocells in a linear or matrix group of a matrix of devices with charge coupling and analyze then get an image of the object on the monitor.
При этом период фотоэлементов p в ряду группы задают относительно размера входного окна b этих фотоэлементов в том же ряду в пределах p=(2-100)b. In this case, the period of solar cells p in the row of the group is set relative to the size of the input window b of these solar cells in the same row within p = (2-100) b.
Кроме того, матрицу приборов с зарядовой связью устанавливают с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с направлением распространения упомянутого светового излучения. In addition, the matrix of charge-coupled devices is rotatably mounted about an axis coinciding with the propagation direction of said light radiation.
Известно устройство видения, содержащее инфракрасный прожектор, обеспечивающий подсветку удаленного объекта, и оптико-электронную систему, формирующую изображение упомянутого объекта [Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001, с.40]. It is known a vision device containing an infrared spotlight that provides illumination of a distant object, and an optoelectronic system that forms the image of the said object [Karasik V.E., Orlov V.M. Laser vision systems. M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2001, p.40].
К недостаткам данного устройства видения следует отнести низкую эффективность обнаружения уже на дальностях, превышающих 700-800 м. The disadvantages of this vision device include low detection efficiency already at ranges exceeding 700-800 m.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающее передающий канал, содержащий лазер и оптическую систему формирования лазерного пучка, приемный канал, содержащий приемный объектив и матрицу приборов с зарядовой связью, содержащую фотоэлементы, блок обработки данных и монитор [Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001, с.318 (прототип)]. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is a device for viewing objects using laser illumination, including a transmitting channel containing a laser and an optical system for generating a laser beam, a receiving channel containing a receiving lens and a matrix of charge-coupled devices containing photocells, a unit data processing and monitor [Karasik V.E., Orlov V.M. Laser vision systems. M.: Publishing House of MSTU. N.E.Bauman, 2001, p.318 (prototype)].
Данное устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки обладает достаточно хорошей эффективностью обнаружения на расстояниях в 2-3 км. К недостаткам данного устройства можно отнести низкую эффективность обнаружения объекта в рассеивающей среде, а также отсутствие вспомогательного обеспечения для выделения и маркирования изображений движущихся объектов на фоне неподвижных. This device for viewing objects using laser illumination has a fairly good detection efficiency at distances of 2-3 km. The disadvantages of this device include the low detection efficiency of an object in a scattering medium, as well as the lack of support for the selection and marking of images of moving objects against stationary ones.
Задачей изобретения является повышение эффективности обнаружения объекта в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, например, в мутной среде, за счет регистрации отраженного от объекта когерентного светового излучения в виде сигналов пространственной частоты. Задачей изобретения также является выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов за счет регистрации световых биений по контуру изображений движущихся объектов или за счет регистрации световых биений по полю изображений подвижных и неподвижных объектов на частотах радиодиапазона. The objective of the invention is to increase the efficiency of detecting an object in a medium, the scattering of coherent light radiation in which occurs on large inhomogeneities, for example, in a cloudy medium, by registering coherent light radiation reflected from the object in the form of spatial frequency signals. The objective of the invention is the selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects by recording light beats along the contour of images of moving objects or by registering light beats along the field of images of moving and stationary objects at radio frequencies.
Поставленная задача - повышение эффективности обнаружения объекта в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, а также выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов - решается за счет того, что в устройстве видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем передающий канал, содержащий лазер и оптическую систему формирования лазерного пучка, приемный канал, содержащий приемный объектив и матрицу приборов с зарядовой связью, содержащую фотоэлементы, блок обработки данных и монитор, приемный канал дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом и матрицей приборов с зарядовой связью, и периодическую структуру, образованную тонкослойными элементами толщиной не более λ/2, рассеивающими энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенными в одной плоскости с периодом s, размещенную между приемным объективом и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, а блок обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор. The task - to increase the detection efficiency of an object in the medium, the scattering of coherent light radiation in which occurs at large inhomogeneities, as well as the selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects - is solved due to the fact that in the device for seeing objects using laser illumination, including a transmitting channel containing a laser and an optical system for forming a laser beam, a receiving channel containing a receiving lens and an array of charge-coupled devices A view containing photocells, a data processing unit, and a monitor, the receiving channel additionally contains optically conjugated reflecting mirrors, partially transmissive to light radiation and installed between the receiving lens and the matrix of charge-coupled devices, and a periodic structure formed by thin-layer elements with a thickness of no more than λ / 2 scattering the energy of the electric field of a standing light wave and located in the same plane with period s, located between the receiving lens and the reflecting mirrors ohm at an angle θ, determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the periodic structure and the wavefront of coherent light radiation, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, and the data processing unit additionally contains a spectrum analyzer.
Кроме того, устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки может быть дополнительно снабжено экраном, ограничивающим размеры входных окон фотоэлементов, установленным на матрице приборов с зарядовой связью со стороны отражающего зеркала, при этом периодическая структура и отражающее зеркало выполнены с возможностью смещения относительно экрана и матрицы приборов с зарядовой связью, содержащей фотоэлементы. In addition, the device for viewing objects using laser illumination can be additionally equipped with a screen limiting the size of the input windows of the photocells mounted on the matrix of devices with charge coupling from the side of the reflecting mirror, while the periodic structure and reflecting mirror are made with the possibility of displacement relative to the screen and the matrix of devices with charge coupling containing photocells.
При этом матрица приборов с зарядовой связью, содержащая фотоэлементы, может быть установлена с возможностью ее разворота по оптической оси приемного канала. In this case, a matrix of charge-coupled devices containing photocells can be installed with the possibility of its rotation along the optical axis of the receiving channel.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема устройства видения объектов с помощью лазерной подсветки (фиг.1), схема расположения системы интерференционных полос на выделенной матричной группе фотоэлементов матрицы приборов с зарядовой связью (фиг.2) и схема расположения тонкослойных элементов в периодической структуре (фиг.3). The invention is illustrated by drawings, which shows a diagram of a device for seeing objects using laser illumination (Fig. 1), an arrangement of an interference fringe system on a dedicated matrix group of photocells of a matrix of charge-coupled devices (Fig. 2), and an arrangement of thin-layer elements in a periodic structure (figure 3).
Устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки включает передающий канал 1, содержащий лазер 2 и оптическую систему 3 формирования лазерного пучка, приемный канал 4, содержащий приемный объектив 5 и матрицу 6 приборов с зарядовой связью, содержащую фотоэлементы 7, блок 8 обработки данных и монитор 9. Приемный канал 4 дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало 10, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом 5 и матрицей 6 приборов с зарядовой связью, и периодическую структуру 11, образованную тонкослойными элементами 12 толщиной не более λ/2, рассеивающими энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенными в одной плоскости с периодом s, размещенную между приемным объективом 5 и отражающим зеркалом 6 под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой 11 и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, система 13 которых образуется в периодической структуре 11 с тонкослойными элементами 12 (фиг.3), а блок 8 обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор 14. The device for viewing objects using laser illumination includes a transmitting channel 1 containing a
Кроме того, устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки может быть дополнительно снабжено экраном 15, ограничивающим размеры входных окон 16 фотоэлементов 7, установленным на матрице 6 приборов с зарядовой связью, при этом периодическая структура 11 и отражающее зеркало 10 выполнены с возможностью смещения относительно экрана 15 и матрицы 6 приборов с зарядовой связью, содержащей фотоэлементы 7. In addition, the device for viewing objects using laser illumination can be additionally equipped with a
При этом матрица 6 приборов с зарядовой связью, содержащая фотоэлементы 7, может быть установлена с возможностью ее разворота по оптической оси приемного канала 4. In this case, the
Устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки снабжено блоком 17 управления. Фотоэлементы 7 матрицы 6 приборов с зарядовой связью разделяют в линейные или матричные группы 18 (фиг.2). На каждую из выделенных групп 18 фотоэлементов 7 проецируют систему 13 интерференционных полос стоячей световой волны упомянутого когерентного светового излучения. The device for viewing objects using laser illumination is equipped with a
Тонкослойные элементы 12 периодической структуры 11 выполнены из тонкого частично пропускающего слоя толщиной не более λ/2,, рассеивающего энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположены в плоскости этого слоя. Период s периодической структуры 11 выбирают из соотношения s<d и исходя из размеров входных окон 16 фотоэлементов 7 задают s=d/4. Элементы 12 могут быть расположены на одной из поверхностей оптического клина 19 (фиг. 3). Отражающее зеркало 10 при этом может быть выполнено на другой поверхности оптического клина 19 в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50 (фиг.1). Thin-
Смещение периодической структуры 11 и отражающего зеркала 10 относительно экрана 15 и матрицы 6 приборов с зарядовой связью в направлении чередования интерференционных полос упомянутой системы 13 (т.е. в направлении, перпендикулярном интерференционным полосам в плоскости отражающего зеркала 10 или в плоскости периодической структуры 11) достигается за счет ультразвуковой вибрации оптического клина 19 при присоединении пьезоэлемента 20 к основанию оптического клина 19. Питание пьезоэлемента 20 осуществляется от ультразвукового генератора 21. The displacement of the
При использовании оптического клина 19 угол φ между плоскостью периодической структуры 11 и плоскостью отражающего зеркала 10 задан из соотношения sinφ = λ/2dn, где λ- длина световой волны; d - период интерференционных полос, система 13 которых образуется в периодической структуре 11 с тонкослойными элементами 12, n - показатель преломления материала оптического клина 19. When using an
Заявленный способ видения объектов с помощью лазерной подсветки осуществляется на настоящем устройстве следующим образом. The claimed method of seeing objects using laser illumination is carried out on the present device as follows.
Через блок 17 управления включается лазер 2 и осуществляется подсветка объекта когерентным световым излучением. Затем по отраженному от объекта упомянутому излучению при помощи приемного объектива 5 формируется изображение объекта и запись изображения объекта посредством матрицы 6 приборов с зарядовой связью. Так как на каждую из выделенных групп 18 фотоэлементов 7 спроецирована система 13 интерференционных полос стоячей световой волны упомянутого когерентного светового излучения с периодом d, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой 11 и волновым фронтом упомянутого когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, регистрацию системы 13 интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе 18 фотоэлементов 7 осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с фотоэлементов 7 электрические сигналы регистрируют в зависимости от местоположения фотоэлементов 7 в линейной или матричной группе 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью и анализируют. Затем, используя выделенные таким образом электрические сигналы с каждой группы 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью, получают изображение объекта на мониторе 9. Through the
При этом за счет смещения изображения интерференционных полос упомянутой системы 13 относительно фотоэлементов 7 матрицы 6 при помощи пьезоэлемента 20 обеспечивается также и временная модуляция упомянутого светового излучения. Период p фотоэлементов 7 в ряду матрицы 6 задают относительно размера b входного окна 16 фотоэлементов 7 в том же ряду в пределах p=(2-100)b. При этом период d интерференционных полос упомянутой системы 13 задают в пределах p= (2-100)d. Записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 14, на выходе которого получают их частотное преобразование. При выполнении матрицы 6 с зарядовой связью с возможностью ее разворота по оптической оси устройства записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 14 по двум пространственным координатам. При этом достигается высокое разрешение длин волн отраженного когерентного светового излучения на каждой линейной или матричной группе 18. При этом световое излучение, рассеянное на крупных неоднородностях, содержащихся, например, в мутной воде, и являющееся некогерентной фоновой засветкой, в виде сигнала пространственной частоты не выделяется. Moreover, due to the displacement of the image of the interference fringes of the
Выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов осуществляется следующим образом. Когерентное световое излучение, отраженное по контуру движущегося объекта, поступает через приемный объектив 5 на соседние тонкослойные элементы 12 и отражающее зеркало 10. При этом происходит когерентное рассеяние светового излучения, в веществе тонкого слоя из которого выполнены тонкослойные элементы 12, и два соседних тонкослойных элемента 12 представляют собой два вторичных источника с перекрывающимися интерферирующими пучками. Так как на один из этих вторичных источников поступает световое излучение, отразившееся от подвижного объекта, а на другой - отразившееся от неподвижного объекта, то при интерференции перекрывающихся пучков за счет эффекта Доплера возникают световые биения, которые регистрируются одним из фотоэлементов 7 матрицы 6 приборов с зарядовой связью. Таким образом получают модулированные электрические сигналы с выделенных матричных или линейных групп 18, записанные по контуру изображения движущего объекта. Представление на мониторе 9 этих сигналов осуществляют, например, также в виде световой модуляции воспринимаемой наблюдателем частоты, или в виде маркирования изображения движущегося объекта цветной линией. При этом также возможно определение скорости движения подвижного объекта относительно неподвижных объектов в направлении движущегося или неподвижного наблюдателя. The selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects is as follows. Coherent light radiation reflected along the contour of a moving object enters through the
Поставленная задача - повышение эффективности обнаружения объекта в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, а также выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов - решается за счет того, что в способе видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем подсветку объекта когерентным световым излучением, формирование изображения объекта по отраженному от него упомянутому излучению посредством приемного объектива, запись изображения объекта посредством матрицы приборов с зарядовой связью, фотоэлементы в которой расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна этих фотоэлементов в том же ряду, фотоэлементы матрицы приборов с зарядовой связью разделяют на группы, в которых фотоэлементы располагают двумя параллельными рядами со сдвигом фотоэлементов одного ряда по отношению к другому на половину периода p, размер b входных окон этих фотоэлементов задают не больше половины периода p, на каждую из выделенных групп фотоэлементов проецируют систему интерференционных полос стоячей световой волны когерентного светового излучения путем размещения между приемным объективом и выделенными группами фотоэлементов матрицы приборов с зарядовой связью отражающего зеркала, частично пропускающего световое излучение, и тонкого частично пропускающего слоя толщиной не более λ/2, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенного между приемным объективом и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, при этом регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в зависимости от местоположения этих фотоэлементов в группе матрицы приборов с зарядовой связью поочередно из каждого ряда и анализируют, затем получают изображение объекта на мониторе. The task is to increase the detection efficiency of an object in the environment, the scattering of coherent light radiation in which occurs at large inhomogeneities, as well as the selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects, is solved due to the fact that in the method of seeing objects using laser illumination, including illumination of the object by coherent light radiation, imaging of the object by the mentioned radiation reflected from it by means of a receiving lens, recording images of an object by means of a matrix of charge-coupled devices in which the photocells are arranged with a period p in a row and with the size b of the input window of these photocells in the same row, the photocells of the matrix of charge-coupled devices are divided into groups in which the photocells are arranged in two parallel rows with by shifting the photocells of one row relative to the other by half the period p, the size b of the input windows of these photocells is set no more than half the period p, systems are projected onto each of the selected groups of photocells in interference bands of a standing light wave, coherent light radiation by placing between the receiving lens and the selected groups of photocells a matrix of devices with a charge-coupled reflective mirror partially transmitting light radiation and a thin partially transmitting layer with a thickness of no more than λ / 2, scattering or absorbing the energy of the standing electric field light wave located between the receiving lens and the reflecting mirror at an angle θ, determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between a thin partially transmitting layer and a wavefront of coherent light radiation, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer when exposed to a standing light wave, and the system of interference fringes of a standing light wave with a period of d in each selected group of photocells is carried out in the form of a spatial frequency signal due to the fact that the electrical signals received from photocells are recorded depending on the location the positions of these photocells in the group of the matrix of devices with charge coupling in turn from each row and analyze, then get the image of the object on the monitor.
При этом возможно получение каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе при регистрации электрических сигналов с групп матрицы приборов с зарядовой связью при их выделении на участках матрицы приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов или рядов в группах, выделенных для получения изображения объекта на мониторе в предыдущем кадре изображения. In this case, it is possible to obtain each subsequent frame of the image of the object on the monitor when registering electrical signals from the groups of the matrix of devices with charge coupling when they are selected on the sections of the matrix of devices with charge communication, shifted relative to the location of the photocells or rows in groups allocated to obtain the image of the object on the monitor in previous image frame.
Кроме того, регистрацию, анализ и получение изображения объекта на мониторе осуществляют для каждого окна дальностей, включающем окно дальности, на которой расположен объект. In addition, the registration, analysis and image acquisition of the object on the monitor is carried out for each range window, including the range window on which the object is located.
Поставленная задача может быть решена за счет того, что в устройстве видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем передающий канал, содержащий лазер и оптическую систему формирования лазерного пучка, приемный канал, содержащий приемный объектив и матрицу приборов с зарядовой связью с фотоэлементами, которые расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна этих фотоэлементов в том же ряду и разделены в матричные группы, блок обработки данных и монитор, приемный канал дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом и матрицей приборов с зарядовой связью, и тонкий частично пропускающий слой толщиной не более λ/2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенный между приемным объективом и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, а блок обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор, кроме того, приемный канал дополнительно снабжен экраном, ограничивающим размер b входных окон фотоэлементов, установленным на матрице приборов с зарядовой связью со стороны отражающего зеркала, а каждая матричная группа выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов со сдвигом фотоэлементов одного ряда по отношению к другому на половину периода р. The problem can be solved due to the fact that in the device for viewing objects using laser illumination, including a transmitting channel containing a laser and an optical system for generating a laser beam, a receiving channel containing a receiving lens and a matrix of devices with charge coupling with photocells, which are located with period p in a row and with the size b of the input window of these photocells in the same row and divided into matrix groups, a data processing unit and a monitor, the receiving channel further comprises optically coupled from a reflection mirror made partially transmitting light radiation and installed between the receiving lens and the matrix of devices with charge coupling, and a thin partially transmitting layer with a thickness of not more than λ / 2, scattering or absorbing the energy of the electric field of a standing light wave and located between the receiving lens and the reflecting mirror under angle θ, determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the thin partially transmitting layer and the wavefront of the light wave, λ is the light wavelength, d is the interference period bands, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer when exposed to a standing light wave, and the data processing unit additionally contains a spectrum analyzer, in addition, the receiving channel is additionally equipped with a screen limiting the size b of the input windows of the photocells mounted on the matrix of devices with charge coupling from the side a reflecting mirror, and each matrix group is made in the form of two parallel rows of photocells with a shift of the photocells of one row relative to the other by half the period p .
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема устройства видения объектов с помощью лазерной подсветки (фиг.4) и схема расположения матричных групп фотоэлементов на участке матрицы приборов с зарядовой связью для получения изображения объекта на мониторе для двух последовательных кадров изображения (фиг.5). The invention is illustrated by drawings, which shows a diagram of a device for seeing objects using laser illumination (Fig. 4) and an arrangement of matrix groups of photocells on a portion of a matrix of charge-coupled devices to obtain an image of an object on a monitor for two consecutive image frames (Fig. 5) .
Устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки включает передающий канал 1, содержащий лазер 2 и оптическую систему 3 формирования лазерного пучка, приемный канал 4, содержащий приемный объектив 5 и матрицу 6 приборов с зарядовой связью с фотоэлементами 7, которые расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна 16 этих фотоэлементов 7 в том же ряду и разделены в матричные группы 18, блок 8 обработки данных и монитор 9. Приемный канал 4 дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало 10, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом 5 и матрицей 6 приборов с зарядовой связью, и тонкий частично пропускающий слой 22 толщиной не более λ/2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенный между приемным объективом 5 и отражающим зеркалом 10 под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между тонким частично пропускающим слоем 22 и волновым фронтом световой волны, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, система 13 которых образуется в тонком частично пропускающем слое 22 при воздействии стоячей световой волны, а блок 8 обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор 14. Кроме того, приемный канал 4 дополнительно снабжен экраном 15, ограничивающим размер b входных окон 16 фотоэлементов 7, установленным на матрице 6 приборов с зарядовой связью со стороны отражающего зеркала 10, а каждая матричная группа 18 выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов 7 со сдвигом фотоэлементов 7 одного ряда по отношению к другому на половину периода p (фиг. 4). Устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки снабжено блоком 17 управления. The device for viewing objects using laser illumination includes a transmitting channel 1 containing a
Тонкий частично пропускающий слой 22 может быть нанесен на одну из поверхностей оптического клина 19. Отражающее зеркало 10 при этом может быть выполнено на другой поверхности оптического клина 19 в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50. При использовании оптического клина 19 угол φ между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 22 и плоскостью отражающего зеркала 10 задан из соотношения sinφ = λ/2dn, где λ- длина световой волны; d - период системы 13 интерференционных полос, n - показатель преломления материала оптического клина 19. A thin partially
Для получения каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе 9 регистрацию электрических сигналов с групп 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью осуществляют при их выделении на участках матрицы 6 приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов 7 или рядов в группах 18, выделенных для получения изображения объекта на мониторе 9 в предыдущем кадре изображения, как показано на фиг.5,а и б. To obtain each subsequent frame of the image of the object on the
Заявленный способ видения объектов с помощью лазерной подсветки осуществляется на настоящем устройстве следующим образом. The claimed method of seeing objects using laser illumination is carried out on the present device as follows.
Через блок 17 управления включается лазер 2 и осуществляется подсветка объекта когерентным световым излучением. Затем по отраженному от объекта упомянутому излучению при помощи приемного объектива 5 формируется изображение упомянутого объекта и запись изображения объекта посредством матрицы 6 приборов с зарядовой связью. Так как на каждую из выделенных групп 18 фотоэлементов 7 спроецирована система 13 интерференционных полос стоячей световой волны упомянутого когерентного светового излучения с периодом d, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между тонким частично пропускающим слоем 22 и волновым фронтом упомянутого когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, регистрацию системы 13 интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе 18 фотоэлементов 7 осуществляют в виде сигнала пространственной частоты. За счет того, что приемный канал 4 дополнительно снабжен экраном 15, установленным на матрице 6 приборов с зарядовой связью со стороны отражающего зеркала 10 и задающим размер b входных окон 16 фотоэлементов 7 не больше половины периода p, а каждая матричная группа 18 выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов 7 со сдвигом фотоэлементов 7 одного ряда по отношению к другому на половину периода p, полученные с фотоэлементов 7 электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 7 в группе 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью поочередно из каждого ряда. Записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 14, на выходе которого получают их частотное преобразование. При этом достигается хорошее разрешение длин волн отраженного когерентного светового излучения на каждой матричной группе 18. Это позволяет выделять сигнал с каждой группы 18 определенной пространственной частоты и получать из этих сигналов изображение объекта на мониторе 9. При этом световое излучение, рассеянное на крупных неоднородностях, содержащихся, например, в мутной воде, и являющееся некогерентной фоновой засветкой, в виде сигнала пространственной частоты не выделяется. Для получения каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе 9 регистрацию электрических сигналов с групп 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью осуществляют при их выделении на участках матрицы 6 приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов 7 или рядов в группах 18, выделенных для получения изображения объекта на мониторе 9 в предыдущем кадре изображения, как показано на фиг.5,а и б. Through the
Регистрацию, анализ и получение изображения объекта на мониторе 9 осуществляют в соответствии со схемой стробирования для каждого окна дальностей, включающем окно дальности, на которой расположен объект. Registration, analysis and image acquisition of the object on the
Поставленная задача - повышение эффективности обнаружения объекта в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, а также выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов - решается за счет того, что в способе видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем подсветку объекта когерентным световым излучением, формирование изображения объекта по отраженному от него упомянутому излучению посредством приемного объектива, запись изображения объекта посредством матрицы приборов с зарядовой связью, фотоэлементы матрицы приборов с зарядовой связью разделяют на группы, в которых упомянутые фотоэлементы располагают двумя параллельными рядами со сдвигом фотоэлементов одного ряда по отношению к другому на половину периода р, размер b входных окон этих фотоэлементов задают не больше половины периода p, на каждую из выделенных групп фотоэлементов проецируют систему интерференционных полос стоячей световой волны когерентного светового излучения путем размещения между приемным объективом и выделенными группами фотоэлементов матрицы приборов с зарядовой связью отражающего зеркала, частично пропускающего световое излучение, а между приемным объективом и отражающим зеркалом периодической структуры, образованной тонкослойными элементами толщиной не более λ/2, рассеивающими энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенными в одной плоскости с периодом s, при этом периодическая структура расположена под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, при этом период s периодической структуры выбирают из соотношения s<d, а регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в зависимости от местоположения этих фотоэлементов в группе матрицы приборов с зарядовой связью поочередно из каждого ряда и анализируют, затем получают изображение объекта на мониторе. The task is to increase the detection efficiency of an object in the environment, the scattering of coherent light radiation in which occurs at large inhomogeneities, as well as the selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects, is solved due to the fact that in the method of seeing objects using laser illumination, including illumination of the object by coherent light radiation, imaging of the object by the mentioned radiation reflected from it by means of a receiving lens, recording If the images of the object are carried out by means of a matrix of charge-coupled devices, the photocells of the matrix of devices with charge-coupled are divided into groups in which the said photocells are arranged in two parallel rows with a shift of the photocells of one row relative to the other by half a period p, the size b of the input windows of these photocells is not specified more than half the period p, a system of interference bands of a standing light wave of coherent light radiation is projected onto each of the selected groups of photocells by placing between the receiving lens and the selected groups of photocells of the matrix of devices with charge coupling of the reflecting mirror partially transmitting light radiation, and between the receiving lens and the reflecting mirror of a periodic structure formed by thin-layer elements with a thickness of not more than λ / 2, scattering the energy of the electric field of a standing light wave and located in of the same plane with period s, while the periodic structure is located at an angle θ determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the periodic structure and wavefront of coherent light radiation, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, while the period s of the periodic structure is selected from the relation s <d, and the system of interference fringes of a standing light wave with a period d is recorded in each selected group of photocells in the form of a spatial frequency signal due to the fact that electrical signals received from photocells are recorded depending on the location of these photocells in the group of matrix devices with a charge communication in turn from each row and analyze, then get an image of the object on the monitor.
При этом возможно получение каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе при регистрации электрических сигналов с групп матрицы приборов с зарядовой связью при их выделении на участках матрицы приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов или рядов в группах, выделенных для получения изображения объекта на мониторе в предыдущем кадре изображения. In this case, it is possible to obtain each subsequent frame of the image of the object on the monitor when registering electrical signals from the groups of the matrix of devices with charge coupling when they are selected on the sections of the matrix of devices with charge communication, shifted relative to the location of the photocells or rows in groups allocated to obtain the image of the object on the monitor in previous image frame.
Кроме того, регистрацию, анализ и получение изображения объекта на мониторе осуществляют для каждого окна дальностей, включающем окно дальности, на которой расположен объект. In addition, the registration, analysis and image acquisition of the object on the monitor is carried out for each range window, including the range window on which the object is located.
Поставленная задача может быть решена за счет того, что в устройстве видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем передающий канал, содержащий лазер и оптическую систему формирования лазерного пучка, приемный канал, содержащий приемный объектив и матрицу приборов с зарядовой связью с фотоэлементами, которые расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна этих фотоэлементов в том же ряду и разделены в матричные группы, блок обработки данных и монитор, приемный канал дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом и матрицей приборов с зарядовой связью, и периодическую структуру, образованную тонкослойными элементами толщиной не более λ/2, рассеивающими энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенными в одной плоскости с периодом s, размещенную между приемным объективом и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, а блок обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор, кроме того, приемный канал дополнительно снабжен экраном, ограничивающим размер b входных окон фотоэлементов, установленным на периодической системе со стороны отражающего зеркала, а каждая матричная группа выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов со сдвигом фотоэлементов одного ряда по отношению к другому на половину периода р. The problem can be solved due to the fact that in the device for viewing objects using laser illumination, including a transmitting channel containing a laser and an optical system for generating a laser beam, a receiving channel containing a receiving lens and a matrix of devices with charge coupling with photocells, which are located with period p in a row and with the size b of the input window of these photocells in the same row and divided into matrix groups, a data processing unit and a monitor, the receiving channel further comprises optically coupled from a reflecting mirror made partially transmitting light radiation and installed between the receiving lens and the matrix of devices with charge coupling, and a periodic structure formed by thin-layer elements with a thickness of not more than λ / 2, scattering the energy of the electric field of a standing light wave and located in the same plane with period s, placed between the receiving lens and the reflecting mirror at an angle θ, determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the periodic structure and the wave front of the coherent light radiation, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, and the data processing unit further comprises a spectrum analyzer, in addition, the receiving channel is additionally equipped with a screen limiting the size b of the photocell input windows mounted on the periodic system from the side of the reflecting mirror, and each the matrix group is made in the form of two parallel rows of photocells with a shift of the photocells of one row relative to the other by half the period p.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема устройства видения объектов с помощью лазерной подсветки (фиг.4), схема расположения матричных групп фотоэлементов на участке матрицы приборов с зарядовой связью для получения изображения объекта на мониторе для двух последовательных кадров изображения (фиг.5) и схема расположения тонкослойных элементов в периодической структуре (фиг.3). The invention is illustrated by drawings, which shows a diagram of a device for viewing objects using laser illumination (Fig. 4), an arrangement of matrix groups of photocells on a portion of a matrix of charge-coupled devices to obtain an image of an object on a monitor for two consecutive image frames (Fig. 5) and an arrangement of thin-layer elements in a periodic structure (FIG. 3).
Устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки включает передающий канал 1, содержащий лазер 2 и оптическую систему 3 формирования лазерного пучка, приемный канал 4, содержащий приемный объектив 5 и матрицу 6 приборов с зарядовой связью с фотоэлементами 7, которые расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна 16 этих фотоэлементов в том же ряду и разделены в матричные группы 18, блок 8 обработки данных и монитор 9. Приемный канал 4 дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало 10, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом 5 и матрицей 6 приборов с зарядовой связью, и периодическую структуру 11, образованную тонкослойными элементами 12 толщиной не более λ/2, рассеивающими энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенными в одной плоскости с периодом s, размещенную между приемным объективом 5 и отражающим зеркалом 10 под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой 11 и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, d - период интерференционных полос, система 13 которых образуется в периодической структуре 11 с тонкослойными элементами 12, а блок 8 обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор 14. Кроме того, приемный канал 4 дополнительно снабжен экраном 15, ограничивающим размер b входных окон 16 фотоэлементов 7, установленным на матрице 6 приборов с зарядовой связью со стороны отражающего зеркала 10, а каждая матричная группа 18 выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов 8 со сдвигом фотоэлементов 7 одного ряда по отношению к другому на половину периода p (фиг.4). Устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки снабжено блоком 17 управления. The device for viewing objects using laser illumination includes a transmitting channel 1 containing a
Тонкослойные элементы 12 периодической структуры 11 выполнены из тонкого частично пропускающего слоя 22 толщиной не более λ/2, рассеивающего энергию электрического поля стоячей световой волны, и расположены в плоскости слоя 22. Период d периодической структуры 11 выбирают из соотношения s<d и исходя из размеров входных окон 16 фотоэлементов 7 задают s=d/4 (фиг.3). Элементы 12 могут быть расположены на одной из поверхностей оптического клина 19 (фиг.3). Отражающее зеркало 10 при этом может быть выполнено на другой поверхности оптического клина 19 в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50 (фиг.4). При использовании оптического клина 19 угол φ между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 22 и плоскостью отражающего зеркала 10 задан из соотношения sinφ = λ/2dn, где λ- длина световой волны; d - период системы 13 интерференционных полос, n - показатель преломления материала оптического клина 19. Thin-
Для получения каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе 9 регистрацию электрических сигналов с групп 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью осуществляют при их выделении на участках матрицы 6 приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов 7 или рядов в группах 18, выделенных для получения изображения объекта на мониторе 9 в предыдущем кадре изображения, как показано на фиг.5,а и б. To obtain each subsequent frame of the image of the object on the
Заявленный способ видения объектов с помощью лазерной подсветки осуществляется на настоящем устройстве следующим образом. The claimed method of seeing objects using laser illumination is carried out on the present device as follows.
Через блок 17 управления включается лазер 2 и осуществляется подсветка объекта когерентным световым излучением. Затем по отраженному от объекта упомянутому излучению при помощи приемного объектива 5 формируется изображение упомянутого объекта и запись изображения объекта посредством матрицы 6 приборов с зарядовой связью. Так как на каждую из выделенных групп 18 фотоэлементов 7 спроецирована система 13 интерференционных полос стоячей световой волны упомянутого когерентного светового излучения с периодом d, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между периодической структурой 11 и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ- длина световой волны, регистрацию системы 13 интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе 18 фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты. За счет того, что приемный канал 1 дополнительно снабжен экраном 15, установленным на матрице 6 приборов с зарядовой связью со стороны отражающего зеркала 10 и задающим размер b входных окон 16 фотоэлементов 7 не больше половины периода p, а каждая матричная группа 18 выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов 7 со сдвигом фотоэлементов 7 одного ряда по отношению к другому на половину периода p, полученные с фотоэлементов 7 электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 7 в группе 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью поочередно из каждого упомянутого ряда. Записанные электрические сигналы подвергаются преобразованию Фурье на спектроанализаторе 14, на выходе которого получают их частотное преобразование. При этом достигается хорошее разрешение длин волн отраженного когерентного светового излучения на каждой или матричной группе 18. Это позволяет выделять сигнал с каждой группы 18 определенной пространственной частоты и получать из этих сигналов изображение объекта на мониторе 9. При этом световое излучение, рассеянное на крупных неоднородностях, содержащихся, например, в мутной воде, и являющееся некогерентной фоновой засветкой, в виде сигнала пространственной частоты не выделяется. Для получения каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе 9 регистрацию электрических сигналов с групп 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью осуществляют при их выделении на участках матрицы 6 приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов 7 или рядов в группах 18, выделенных для получения изображения объекта на мониторе 9 в предыдущем кадре изображения, как показано на фиг.5,а и б. Through the
Регистрацию, анализ и получение изображения объекта на мониторе 9 осуществляют в соответствии со схемой стробирования для каждого окна дальностей, включающем окно дальности, на которой расположен объект. Registration, analysis and image acquisition of the object on the
Выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов осуществляется следующим образом. Когерентное световое излучение, отраженное по контуру движущегося объекта, поступает через приемный объектив 5 на соседние тонкослойные элементы 12 и отражающее зеркало 10. При этом происходит когерентное рассеяние светового излучения в веществе тонкого слоя 22 и два соседних тонкослойных элемента 12 представляют собой два вторичных источника с перекрывающимися интерферирующими пучками. Так как на один из этих вторичных источников поступает световое излучение, отразившееся от подвижного объекта, а на другой - отразившееся от неподвижного объекта, то при интерференции перекрывающихся пучков за счет эффекта Допплера возникают световые биения, которые регистрируются одним из фотоэлементов 7 матрицы 6 приборов с зарядовой связью. Таким образом получают модулированные электрические сигналы с выделенных матричных или линейных групп 18, записанные по контуру изображения движущего объекта. Представление на мониторе 9 этих сигналов осуществляют, например, также в виде световой модуляции воспринимаемой наблюдателем частоты или в виде маркирования изображения движущегося объекта цветной линией. При этом также возможно определение скорости движения подвижного объекта относительно неподвижных объектов в направлении движущегося или неподвижного наблюдателя. The selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects is as follows. Coherent light radiation reflected along the contour of a moving object enters through the receiving
Поставленная задача - повышение эффективности обнаружения объекта в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, а также выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов - решается за счет того, что в способе видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем подсветку объекта первым когерентным источником светового излучения, формирование изображения объекта по отраженному от него лазерному излучению посредством приемного объектива, запись изображения объекта посредством матрицы приборов с зарядовой связью с фотоэлементами, которые расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна этих фотоэлементов в том же ряду, фотоэлементы матрицы приборов с зарядовой связью разделяют в линейные или матричные группы, на каждую из выделенных групп фотоэлементов проецируют систему интерференционных полос стоячей световой волны первого когерентного источника светового излучения путем размещения между приемным объективом и выделенными группами фотоэлементов матрицы приборов с зарядовой связью отражающего зеркала, частично пропускающего световое излучение, и тонкого частично пропускающего слоя толщиной не более λ/2, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенного между приемным объективом и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом светового излучения от первого когерентного источника, λ = c/υ1- длина световой волны от первого когерентного источника, с - скорость света, частота светового излучения от первого когерентного источника, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, кроме того, на упомянутый тонкий частично пропускающий слой дополнительно воздействуют стоячей световой волной от второго когерентного источника светового излучения с частотой υ2, определяемой из выражения υ2 = υ1±F, где F - частота биений, которую задают в диапазоне 0-6•1012 Гц, путем направления светового излучения от второго когерентного источника светового излучения на упомянутые тонкий частично пропускающий слой и отражающее зеркало, при этом регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют за счет того, что полученные с каждой выделенной группы фотоэлементов электрические сигналы подвергают преобразованию по пространственной координате и координате времени, а затем получают изображение объекта на мониторе.The task is to increase the detection efficiency of an object in the medium, the scattering of coherent light radiation in which occurs at large inhomogeneities, as well as the selection and marking of images of moving objects against the background of the image of stationary objects, is solved due to the fact that in the method of seeing objects using laser illumination, including illumination of the object by the first coherent light source, image formation of the object from the laser radiation reflected from it by means of a receiving lens, recording an image of an object by means of a matrix of charge-coupled devices with photocells that are located with a period p in a row and with a size b of the input window of these photocells in the same row, photocells of a matrix of devices with charge-coupled are divided into linear or matrix groups, for each of the selected groups of photocells project the system of interference fringes of the standing light wave of the first coherent light source by placing between the receiving lens and the selected groups of photocells o matrices of devices with charge coupling of a reflecting mirror, partially transmitting light radiation, and a thin partially transmitting layer with a thickness of not more than λ / 2, scattering or absorbing the energy of the electric field of a standing light wave, located between the receiving lens and the reflecting mirror at an angle θ, determined from the relation sinθ = λ / 2d, where θ is the angle between the thin partially transmitting layer and the wavefront of light radiation from the first coherent source, λ = c / υ 1 is the light wavelength from the first coherent source, s - speed of light, the frequency of light radiation from the first coherent source, d is the period of interference fringes, the system of which is formed in a thin partially transmitting layer when exposed to a standing light wave, in addition, the said thin partially transmitting layer is additionally affected by a standing light wave from a second coherent light source with a frequency υ 2 determined from the expression υ = υ 2 1 ± F, where F - beat frequency, which is set in the range of 0-6 • October 12 Hz, by directing light rays from the second kogerentnog a light source for said thin partially transmitting layer and a reflecting mirror, while the registration of the system of interference fringes of a standing light wave with a period d is carried out due to the fact that the electrical signals received from each selected group of photocells are subjected to conversion in spatial coordinate and time coordinate, and then get an image of the object on the monitor.
Кроме того, фотоэлементы матрицы приборов с зарядовой связью разделяют на группы, в которых фотоэлементы располагают двумя параллельными рядами со сдвигом фотоэлементов одного ряда по отношению к другому на половину периода p, размер b входных окон этих фотоэлементов задают не больше половины периода p, а регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в зависимости от местоположения этих фотоэлементов в группе матрицы приборов с зарядовой связью поочередно из каждого ряда и анализируют, затем получают изображение объекта на мониторе. In addition, the photocells of the matrix of charge-coupled devices are divided into groups in which the photocells are arranged in two parallel rows with a shift of the photocells of one row relative to the other by half the period p, the size b of the input windows of these photocells is set no more than half the period p, and the system registration interference fringes of a standing light wave with a period d in each selected group of photocells is carried out in the form of a spatial frequency signal due to the fact that the electrical s The needles are recorded depending on the location of these photocells in the group of charge-coupled device matrix in turn from each row and analyzed, then an image of the object on the monitor is obtained.
При этом возможно получение каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе при регистрации электрических сигналов с групп матрицы приборов с зарядовой связью при их выделении на участках матрицы приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов или рядов в группах, выделенных для получения изображения объекта на мониторе в предыдущем кадре изображения. In this case, it is possible to obtain each subsequent frame of the image of the object on the monitor when registering electrical signals from the groups of the matrix of devices with charge coupling when they are selected on the sections of the matrix of devices with charge communication, shifted relative to the location of the photocells or rows in groups allocated to obtain the image of the object on the monitor in previous image frame.
Кроме того, регистрацию, анализ и получение изображения объекта на мониторе осуществляют для каждого окна дальностей, включающем окно дальности, на которой расположен объект. In addition, the registration, analysis and image acquisition of the object on the monitor is carried out for each range window, including the range window on which the object is located.
Поставленная задача может быть решена за счет того, что в устройстве видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающем передающий канал, содержащий первый лазер и оптическую систему формирования лазерного пучка, приемный канал, содержащий приемный объектив и матрицу приборов с зарядовой связью с фотоэлементами, которые расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна этих фотоэлементов в том же ряду и разделены в линейные или матричные группы, блок обработки данных и монитор, приемный канал дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом и матрицей приборов с зарядовой связью, и тонкий частично пропускающий слой толщиной не более λ/2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенный между приемным объективом и отражающим зеркалом под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между тонким частично пропускающим слоем и волновым фронтом световой волны, λ = c/υ1- длина световой волны первого лазера, с - скорость света, υ1- частота светового излучения первого лазера, d - период интерференционных полос, система которых образуется в тонком частично пропускающем слое при воздействии стоячей световой волны, а блок обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор, при этом устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки дополнительно снабжено светоделительным элементом, расположенным между тонким частично пропускающим слоем и приемным объективом, и вторым лазером с частотой υ2 светового излучения, определяемой из выражения υ2 = υ1±F, где F - частота биений, которую задают в диапазоне 0-6•1012 Гц, оптически сопряженным со светоделительным элементом.The problem can be solved due to the fact that in the device for viewing objects using laser illumination, including a transmitting channel containing the first laser and an optical system for forming a laser beam, a receiving channel containing a receiving lens and a matrix of devices with charge coupling with photocells that are located with a period p in a row and with a size b of the input window of these photocells in the same row and divided into linear or matrix groups, a data processing unit and a monitor, the receiving channel further comprises optical a coupled reflecting mirror made partially transmitting light radiation and installed between the receiving lens and the matrix of charge-coupled devices, and a thin partially transmitting layer with a thickness of not more than λ / 2, scattering or absorbing the energy of the electric field of the standing light wave and located between the receiving lens and the reflecting a mirror at an angle θ, defined by the relation sinθ = λ / 2d, where θ- angle between the thin layer and the partially transmissive wavefront of the light wave, λ = c / υ 1 - length of light wave s first laser, c - velocity of light, υ 1 - frequency of light emission of the first laser, d - the period of the interference fringes, the system which is formed in a thin partially transmissive layer when exposed to the standing wave, and the data processing unit further comprises a spectrum analyzer, the vision device objects using laser illumination is further provided with beam splitter disposed between the thin layer and the partially transmissive receiving lens, and a second laser with frequency υ 2 of the light emission of redelyaemoy of expression υ = υ 2 1 ± F, where F - beat frequency, which is set in the range of 0-6 • October 12 Hz, optically conjugate with the beam splitter.
При этом устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки дополнительно снабжено экраном, ограничивающим размер b входных окон фотоэлементов, установленным на матрице приборов с зарядовой связью, а каждая матричная группа выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов со сдвигом фотоэлементов одного ряда по отношению к другому на половину периода p. At the same time, the device for viewing objects using laser illumination is additionally equipped with a screen limiting the size b of the input windows of the photocells mounted on a matrix of devices with charge coupling, and each matrix group is made in the form of two parallel rows of photocells with a shift of the photocells in one row relative to the other by half period p.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема устройства видения объектов с помощью лазерной подсветки (фиг.6), схема расположения матричных групп фотоэлементов на участке матрицы приборов с зарядовой связью для получения изображения объекта на мониторе для двух последовательных кадров изображения (фиг.5). The invention is illustrated by drawings, which shows a diagram of a device for seeing objects using laser illumination (Fig.6), an arrangement of matrix groups of photocells on a portion of a matrix of charge-coupled devices to obtain an image of an object on a monitor for two consecutive image frames (Fig.5) .
Устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки, включающее передающий канал 1, содержащий первый лазер 2 и оптическую систему 3 формирования лазерного пучка, приемный канал 4, содержащий приемный объектив 5 и матрицу 6 приборов с зарядовой связью с фотоэлементами 7, которые расположены с периодом p в ряду и с размером b входного окна 16 этих фотоэлементов 7 в том же ряду и разделены в линейные или матричные группы 18, блок 8 обработки данных и монитор 9. Приемный канал 4 дополнительно содержит оптически сопряженные отражающее зеркало 10, выполненное частично пропускающим световое излучение и установленное между приемным объективом 5 и матрицей 6 приборов с зарядовой связью, и тонкий частично пропускающий слой 22 толщиной не более λ/2, рассеивающий или поглощающий энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенный между приемным объективом 5 и отражающим зеркалом 10 под углом θ, определяемым из соотношения sinθ = λ/2d, где θ- угол между тонким частично пропускающим слоем 22 и волновым фронтом световой волны, λ = c/υ1- длина световой волны первого лазера 2, с - скорость света, υ1- частота светового излучения первого лазера 2, d - период интерференционных полос, система 13 которых образуется в тонком частично пропускающем слое 22 при воздействии стоячей световой волны, а блок 8 обработки данных дополнительно содержит спектроанализатор 14. При этом устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки дополнительно снабжено светоделительным элементом 23, расположенным между тонким частично пропускающим слоем 22 и приемным объективом 5, и вторым лазером 24 с частотой υ2 светового излучения, определяемой из выражения υ2 = υ1±F, где F - частота биений, которую задают в диапазоне 0-6•1012 Гц, оптически сопряженным со светоделительным элементом 23.A device for viewing objects using laser illumination, including a transmitting channel 1, containing a
При этом устройство видения объектов с помощью лазерной подсветки дополнительно снабжено экраном 15, ограничивающим размер b входных окон 16 фотоэлементов 7, установленным на матрице 7 приборов с зарядовой связью, а каждая матричная группа 18 выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов 7 со сдвигом фотоэлементов 7 одного ряда по отношению к другому на половину периода p (фиг. 5). Устройство лазерного видения снабжено блоком 17 управления. At the same time, the device for viewing objects using laser illumination is additionally equipped with a
Тонкий частично пропускающий слой 22 может быть нанесен на одну из поверхностей оптического клина 19. Отражающее зеркало 10 при этом может быть выполнено на другой поверхности оптического клина 19 в виде отражающего покрытия с коэффициентом отражения 0,50-0,99 и коэффициентом пропускания 0,01-0,50. При использовании оптического клина 19 угол φ между плоскостью тонкого частично пропускающего слоя 22 и плоскостью отражающего зеркала 10 задан из соотношения sinφ = λ/2dn, где λ- длина световой волны; d - период системы 13 интерференционных полос, n - показатель преломления материала оптического клина 19. A thin partially
Для получения каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе 9 регистрацию электрических сигналов с групп 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью осуществляют при их выделении на участках матрицы 6 приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов 7 или рядов в группах 18, выделенных для получения изображения объекта на мониторе 9 в предыдущем кадре изображения, как показано на фиг.5,а и б. To obtain each subsequent frame of the image of the object on the
Заявленный способ лазерного видения осуществляется на настоящем устройстве следующим образом. The claimed method of laser vision is carried out on the present device as follows.
Через блок 17 управления включается первый лазер 2 и осуществляется подсветка объекта когерентным световым излучением с формированием изображения объекта по отраженному от него упомянутому лазерному излучению посредством приемного объектива 5. Сформированный световой поток поступает на отражающее зеркало 10, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкий частично пропускающий слой 22. За счет того, что тонкий частично пропускающий слой 22 рассеивает или поглощает энергию электрического поля стоячей световой волны и расположен наклонно, в нем образуется система 13 интерференционных полос. Through the
Одновременно с включением первого лазера 2 через блок 17 управления включается второй лазер 24 и на тонкий частично пропускающий слой 22 осуществляется дополнительное воздействие стоячей световой волной от второго лазера 24 путем направления светового излучения от второго лазера 24 на тонкий частично пропускающий слой 22 и отражающее зеркало 10 и в нем образуется система 13 интерференционных полос практически с тем же периодом следования d, так как частота υ2 светового излучения второго когерентного источника 24 отличается от частоты υ1 светового излучения первого когерентного источника 2 на частоту биений F, которую задают в диапазоне 0-6•1012 Гц. Так как второй когерентный источник 24 используется в качестве гетеродина, то кроме образования системы 13 интерференционных полос на тонком частично пропускающем слое 22 на этом же слое 22, как на смесителе, возникают световые биения с частотой 0-6•1012 Гц (с частотой радиодиапазона). При этом регистрацию системы 13 интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d осуществляют за счет того, что полученные с фотоэлементов 7 электрические сигналы подвергают преобразованию по пространственной координате и координате времени, а затем получают изображение объекта на мониторе. При частоте биений F=0-6•1012 Гц осуществляется выделение и маркирование изображений движущихся объектов на фоне изображения неподвижных объектов за счет регистрации световых биений по полю изображений подвижных и неподвижных объектов на частотах радиодиапазона.Simultaneously with the
За счет того, что приемный канал 1 дополнительно снабжен экраном 15, установленным на матрице 6 приборов с зарядовой связью со стороны отражающего зеркала 10 и задающим размер b входных окон 16 фотоэлементов 7 не больше половины периода p, а каждая матричная группа 18 выполнена в виде двух параллельных рядов фотоэлементов 7 со сдвигом фотоэлементов 7 одного ряда по отношению к другому на половину периода p, полученные с фотоэлементов 7 электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения фотоэлементов 7 в группе 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью поочередно из каждого упомянутого ряда. Записанные электрические сигналы подвергаются двухмерному преобразованию Фурье (по одной пространственной координате и координате времени) на спектроанализаторе 14, на выходе которого получают их частотное преобразование. При этом достигается хорошее разрешение длин волн отраженного когерентного светового излучения на каждой матричной группе 18. Это позволяет выделять сигнал с каждой группы 18 определенной пространственной частоты и получать из этих сигналов изображение объекта на мониторе 9. При этом световое излучение, рассеянное на крупных неоднородностях, содержащихся, например, в мутной воде, и являющееся некогерентной фоновой засветкой, в виде сигнала пространственной частоты не выделяется. Для получения каждого последующего кадра изображения объекта на мониторе 9 регистрацию электрических сигналов с групп 18 матрицы 6 приборов с зарядовой связью осуществляют при их выделении на участках матрицы 6 приборов с зарядовой связью, сдвинутых относительно местоположения фотоэлементов 7 или рядов в группах 18, выделенных для получения изображения объекта на мониторе 9 в предыдущем кадре изображения, как показано на фиг.5,а и б. Due to the fact that the receiving channel 1 is additionally equipped with a
Регистрацию, анализ и получение изображения объекта на мониторе 9 осуществляют в соответствии со схемой стробирования для каждого окна дальностей, включающем окно дальности, на которой расположен объект. Registration, analysis and image acquisition of the object on the
Предлагаемые способы видения объектов с помощью лазерной подсветки и устройства для их осуществления позволяют повысить эффективность обнаружения объектов в среде, рассеяние когерентного светового излучения в которой происходит на крупных неоднородностях, например, в мутной воде, задымленной или запыленной атмосфере, тумане, а также обеспечивают выделение и маркирование изображений движущихся объектов и измерение скорости их движения. The proposed methods for seeing objects using laser illumination and devices for their implementation can improve the detection efficiency of objects in the medium, the scattering of coherent light radiation in which occurs on large inhomogeneities, for example, in muddy water, in a smoky or dusty atmosphere, and fog, and also provide marking images of moving objects and measuring their speed.
Claims (14)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002123868/28A RU2207591C1 (en) | 2002-09-06 | 2002-09-06 | Method of object viewing with use of laser illumination and facility for its implementation ( variants ) |
AU2003235540A AU2003235540A1 (en) | 2002-07-26 | 2003-02-28 | Method for object viewing with the aid of laser illumination and device for carrying out said method (variants) |
PCT/RU2003/000076 WO2004011959A1 (en) | 2002-07-26 | 2003-02-28 | Method for object viewing with the aid of laser illumination and device for carrying out said method (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002123868/28A RU2207591C1 (en) | 2002-09-06 | 2002-09-06 | Method of object viewing with use of laser illumination and facility for its implementation ( variants ) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2207591C1 true RU2207591C1 (en) | 2003-06-27 |
Family
ID=29212257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002123868/28A RU2207591C1 (en) | 2002-07-26 | 2002-09-06 | Method of object viewing with use of laser illumination and facility for its implementation ( variants ) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2207591C1 (en) |
-
2002
- 2002-09-06 RU RU2002123868/28A patent/RU2207591C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КАРАСИК В.Е., ОРЛОВ В.М. Лазерные системы видения. - М., 2001, с.318-323. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8811763B2 (en) | Method and system for producing image frames using quantum properties | |
CN104121851B (en) | Equipment for the 3D structures of detection object | |
US9529083B2 (en) | Three-dimensional scanner with enhanced spectroscopic energy detector | |
EP0252496B1 (en) | Fabry-Perot scanning and nutating imaging coherent radiometer | |
KR930013681A (en) | Thin film thickness measuring device | |
FR2940442A1 (en) | SENSOR AND IMAGING SYSTEM FOR REMOTE DETECTION OF AN OBJECT | |
JP2023508307A (en) | Detection and ranging system using optical waveguides | |
CN102998261B (en) | Terahertz wave pseudo heat light source-based imaging device | |
EP2507655B1 (en) | Optical reflector having semi-reflective blades for a position detection device for a helmet, and helmet comprising such a device | |
US11506786B2 (en) | Laser detection and ranging | |
RU2207591C1 (en) | Method of object viewing with use of laser illumination and facility for its implementation ( variants ) | |
EP0546928B1 (en) | On a motor vehicle mounted device for detecting and identifying obstacles | |
RU2205426C1 (en) | Way to view objects with use of laser brightening and facility for its implementation | |
EP0235404B1 (en) | Method and device for determining the spatial distribution of a gas | |
FR2909182A1 (en) | Retroreflecting object e.g. eye, detecting method, involves forming two set of images of scene through respective filters whose bandwidths are adjusted on wavelengths during object illumination, respectively, and forming third set of image | |
CN2667475Y (en) | Reflective space modulation amplitude separating interference imaging spectrometer | |
RU35426U1 (en) | Linear displacement measuring device | |
US20230400582A1 (en) | Coherent sensing system using a DOE | |
RU2201588C1 (en) | Method of optical detection of attachment of material component to sensor layer based on biological, chemical or physical interaction and device for its realization | |
SU1048307A1 (en) | Scanning interferential device having background compensation capability | |
RU2207526C1 (en) | Spectrometry method and interferometer for performing the same (variants) | |
Singh et al. | Underrrater Optical Instrumentation | |
CN115902921A (en) | FMCW heterodyne detection lidar imaging system with improved range resolution | |
RU2217713C1 (en) | Interferometer | |
RU2194256C1 (en) | Autocorrelator of luminous pulses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040907 |