RU2340922C1 - Optical-electronic device with mechanical scanning for imaging - Google Patents
Optical-electronic device with mechanical scanning for imaging Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340922C1 RU2340922C1 RU2007104815/28A RU2007104815A RU2340922C1 RU 2340922 C1 RU2340922 C1 RU 2340922C1 RU 2007104815/28 A RU2007104815/28 A RU 2007104815/28A RU 2007104815 A RU2007104815 A RU 2007104815A RU 2340922 C1 RU2340922 C1 RU 2340922C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- image
- scanning
- lens
- scanning unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и электронной технике и предназначено для визуального обзора подстилающей поверхности путем сканирования местности и регистрации полученного изображения в видимом (ВД) и инфракрасном (ИК) диапазонах.The invention relates to optical-mechanical instrumentation and electronic equipment and is intended for a visual review of the underlying surface by scanning the terrain and recording the resulting image in the visible (VD) and infrared (IR) ranges.
Из уровня развития техники известны устройства для получения изображения разведываемого участка местности, которые описаны в патентах: ЕР 1391681 А1, кл. F41G 3/02, публ. 25.02.04; RU 2137160 C1, кл. G01V 8/00, G02В 26/10, Н04N 7/18, публ. 10.09.99; ЕР 0447080 А1, кл. F41G 3/02, F42В 12/36, публ. 18.09.91. Разведка местности осуществляется с помощью оптической аппаратуры с регистрацией изображения наблюдаемой поверхности и устройства расшифровки полученного изображения. В качестве оптической аппаратуры используются видеокамеры разведывательного беспилотного летательного аппарата, а устройства расшифровки - наземная приемная станция.From the level of technological development, devices are known for acquiring images of a prospected area, which are described in patents: EP 1391681 A1, class. F41G 3/02, publ. 02/25/04; RU 2137160 C1, cl.
Такие технические решения обладают рядом недостатков:Such technical solutions have several disadvantages:
- не обеспечивают оперативное наблюдение за изменением обстановки,- do not provide operational monitoring of changes in the situation,
- у них ограничено расстояние наблюдаемой территории,- they have limited distance of the observed territory,
- не позволяют получать изображение в нескольких спектральных диапазонах,- do not allow to obtain an image in several spectral ranges,
- не позволяют получать изображение пролетаемой местности с высоким разрешением при широкой полосе обзора подстилающей поверхности.- do not allow to obtain an image of a flying area with high resolution with a wide field of view of the underlying surface.
Известны оптико-механические сканирующие устройства для получения изображения поверхности Земли. К таким устройствам следует отнести следующие патенты: FR 2585204, кл. Н04N 3/08, G02В 26/10, публ. 23.01.87; RU 2123197, кл. G02В 26/10, публ. 10.12.98; WO 91/02996, кл. G02В 26/10, Н01J 3/14, публ. 07.03.91; RU 2150725, кл. G02В 26/10, G02В 27/00, публ. 10.06.00. Указанные устройства в основном состоят из сканирующего узла, входного объектива и фотоприемного устройства (ФПУ), соединенного с блоком обработки электрического сигнала, несущего информацию об изображении.Known optical-mechanical scanning devices for acquiring images of the Earth's surface. The following patents should be attributed to such devices: FR 2585204, cl.
Недостатком таких устройств является низкий коэффициент использования сканирующего узла (зеркала, клина и т.п.) и наличие аберрации за счет хроматизма, что ухудшает качество формируемого изображения.The disadvantage of such devices is the low utilization of the scanning unit (mirrors, wedges, etc.) and the presence of aberration due to chromatism, which affects the quality of the generated image.
Также известны оптико-электронные приборы, описанные в книге М.М.Мирошникова «Теоретические основы оптико-электронных приборов», Ленинград, Машиностроение, 1977 г., стр.66-72. Эта оптико-электронная аппаратура, предназначенная для визуального обзора и регистрации полученного изображения, устанавливается на подвижном носителе. Основными элементами такого типа устройства, выбранного в качестве прототипа, являются оптическая система, состоящая из объектива и ФПУ, сканирующий узел, выполненный в виде многогранного зеркала, ось вращения которого перпендикулярна оси объектива, а также электронный блок обработки сигнала. Собственное движение носителя обеспечивает сканирование вдоль направления полета, а вращающееся зеркало осуществляет сканирование земной поверхности поперек направления полета.Optoelectronic devices are also known, described in the book of M. M. Miroshnikov “Theoretical Foundations of Optoelectronic Devices”, Leningrad, Mechanical Engineering, 1977, pp. 66-72. This optoelectronic equipment intended for visual review and registration of the received image is installed on a mobile medium. The main elements of this type of device, selected as a prototype, are an optical system consisting of a lens and a FPU, a scanning unit made in the form of a multifaceted mirror, the axis of rotation of which is perpendicular to the axis of the lens, as well as an electronic signal processing unit. Own movement of the carrier provides scanning along the direction of flight, and a rotating mirror scans the earth's surface across the direction of flight.
Недостатком прототипа является ограниченная информация, связанная с тем, что он не позволяет фиксировать поток излучения в различных спектральных диапазонах. При сканировании (вращении) зеркала и неподвижном ФПУ происходит разворот изображения синхронно с поворотом зеркала, что приводит к искажению изображения, а для повышения его качества необходимо устанавливать компенсатор. Кроме того, при размещении прибора на подвижном носителе необходимо осуществлять стабилизацию изображения при разворотах прибора из-за колебаний носителя.The disadvantage of the prototype is the limited information associated with the fact that it does not allow to fix the radiation flux in different spectral ranges. When scanning (rotating) the mirror and a fixed FPU, the image is rotated synchronously with the rotation of the mirror, which leads to image distortion, and to increase its quality it is necessary to install a compensator. In addition, when placing the device on a movable medium, it is necessary to carry out image stabilization during device turns due to carrier oscillations.
Задачей изобретения является создание оптико-электронного прибора с механической разверткой, обеспечивающего визуальный обзор сканируемой местности и получение изображения земной поверхности в видимом диапазоне (ВД) и инфракрасном (ИК) путем преобразования электромагнитного излучения подстилающей поверхности в электрический сигнал, несущий с высокой точностью информацию отображаемой поверхности с расположенными на ней объектами.The objective of the invention is the creation of an optical-electronic device with a mechanical scan, providing a visual overview of the scanned area and obtaining images of the earth's surface in the visible range (VD) and infrared (IR) by converting the electromagnetic radiation of the underlying surface into an electrical signal that carries the information of the displayed surface with high accuracy with objects located on it.
Технический результат заявляемого изобретения выражается в увеличении объема, достоверности получаемой информации, в повышении качества формируемого изображения и конструктивной технологичности прибора.The technical result of the claimed invention is expressed in an increase in the volume, reliability of the information received, in improving the quality of the generated image and the constructive manufacturability of the device.
Указанный результат заявляемого технического решения достигается тем, что в оптико-электронное устройство с механической разверткой для получения изображения, содержащее оптическую систему, включающую объектив и многоплощадочный ФПУ, сканирующий узел с приводом и датчиком угла, ось вращения которого перпендикулярна оптической оси объектива, и электронный блок обработки сигнала, дополнительно введена вторая оптическая система, включающая объектив и многоплощадочный ФПУ, установленная соосно с первой, при этом первая и вторая оптические системы размещены в корпусе сканирующего узла и жестко закреплены в нем. Одна из оптических систем выполнена для ИК диапазона, а другая для ВД диапазона. Эти оптические системы выполнены в виде модульной сборки, а каждый объектив из оптически сопряженных компонентов. При этом вращающийся (сканирующий) узел установлен на гиростабилизированной платформе так, что ось его вращения перпендикулярна плоскости стабилизации гиростабилизатора.The indicated result of the claimed technical solution is achieved in that an optical-electronic device with a mechanical scan for obtaining an image containing an optical system including a lens and a multi-site FPU, a scanning unit with a drive and an angle sensor, the axis of rotation of which is perpendicular to the optical axis of the lens, and an electronic unit signal processing, additionally introduced a second optical system, including a lens and multi-site FPU installed coaxially with the first, while the first and second optical Some systems are located in the housing of the scanning unit and are rigidly fixed in it. One of the optical systems is made for the IR range, and the other for the VD range. These optical systems are made in the form of a modular assembly, and each lens is made of optically conjugated components. In this case, the rotating (scanning) unit is mounted on a gyrostabilized platform so that its axis of rotation is perpendicular to the stabilization plane of the gyrostabilizer.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым результатом заключается в том, чтоThe causal relationship between the totality of essential features and the achieved result is that
- введение второй оптической системы и ее соосная установка с первой обеспечивают одновременное получение изображения подстилающей поверхности в различных спектральных диапазонах, увеличивая тем самым объем информации;- the introduction of the second optical system and its coaxial installation with the first provide simultaneous image acquisition of the underlying surface in various spectral ranges, thereby increasing the amount of information;
- размещение первой и второй оптических систем, состоящих из соответствующего объектива и ФПУ, в корпусе сканирующего узла и жесткое их закрепление исключает смещение формируемого изображения относительно фоточувствительных элементов (ФЧЭ) многоэлементных ФПУ ВД и ИК диапазонов, в результате чего достигается высокая точность в совмещении формируемого изображения обоих спектральных диапазонов без введения в ВД и ИК каналы компенсаторов для разворота изображения;- the placement of the first and second optical systems, consisting of the corresponding lens and FPU, in the housing of the scanning unit and their rigid fixing eliminates the shift of the generated image relative to the photosensitive elements (PSE) of the multi-element FPU VD and IR ranges, as a result of which high accuracy is achieved in combining the generated image both spectral ranges without introducing compensators for image reversal into the VD and IR channels;
- выполнение оптических систем ИК и ВД диапазонов в виде единой конструктивной сборки делает ее технологичной;- the implementation of the optical systems of the IR and VD ranges in the form of a single structural assembly makes it technologically advanced;
- размещение сканирующего узла на гиростабилизированной платформе при наличии угловых колебаний носителя обеспечивает сохранение геометрии сканирования визирного луча, т.е. изображение формируется без наложения кадров друг на друга и образования зазоров между ними, в результате форма регистрируемых объектов не искажается и не происходит потеря информации.- the placement of the scanning unit on a gyrostabilized platform in the presence of angular oscillations of the carrier ensures the preservation of the scanning geometry of the target beam, i.e. the image is formed without overlapping frames on each other and the formation of gaps between them, as a result, the shape of the registered objects is not distorted and there is no loss of information.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами:The proposed technical solution is illustrated by drawings:
на фиг.1 схематически изображен общий вид оптико-электронного устройства с механической разверткой для получения изображения,figure 1 schematically shows a General view of an optical-electronic device with a mechanical scan for image acquisition,
на фиг.2 показана функционально-структурная схема заявляемого устройства.figure 2 shows the functional structural diagram of the inventive device.
На стабилизированной платформе 1 (см. фиг.1), подвешенной в кардановом подвесе 2, установлен сканирующий узел 3, вращение которого перпендикулярно плоскости стабилизации ZOY гиростабилизатора. Вращение сканирующего узла 3 осуществляется двигателем 4, с датчика угла 5 снимается непрерывная информация об угловом положении сканирующего узла 3. На корпусе 6 оптико-электронного устройства размещен электронный блок связи 7, обеспечивающий управление приводом узла 3, коммутацию и связь с аппаратурой носителя, и основной блок питания 8.On a stabilized platform 1 (see FIG. 1) suspended in a gimbal suspension 2, a
На фиг.2 показан сканирующий узел 3, в корпусе которого жестко установлены ВД и ИК оптические системы, каждая из которых включает объектив и ФПУ. При этом оптическая система ВД является каналом ВД диапазона, а оптическая система ИК - каналом ИК диапазона.Figure 2 shows the
Канал ВД включает зеркально-линзовый объектив, состоящий из оптических компонентов, установленных по ходу оптического луча, 9-10-11-12-13-14 и ФПУ 15, гдеThe VD channel includes a mirror-lens lens, consisting of optical components installed along the optical beam, 9-10-11-12-13-14 and FPU 15, where
9 - линза,9 - lens
10 - зеркальная линза,10 - mirror lens
11 - контрзеркало,11 - a counter-mirror,
12 - линза,12 - lens
13 - склейка линз,13 - gluing lenses
14 - линза.14 is a lens.
Канал ИК включает зеркально-линзовый объектив, состоящий из оптических компонентов, установленных по ходу оптического луча, 16-17-18-19 и ФПУ 20, гдеThe IR channel includes a mirror-lens lens, consisting of optical components installed along the optical beam, 16-17-18-19 and FPU 20, where
16 - зеркало,16 - mirror
17 - контрзеркало,17 - a counter-mirror,
18 - наклонное зеркало с центральным отверстием для установки элементов ВД канала,18 is an inclined mirror with a Central hole for installing elements of the VD channel,
19 - линзы.19 - lenses.
В корпусе сканирующего узла 3 размещен электронный блок обработки сигнала, включающий электронный блок 21, соединенный с выходом ФПУ 15, и электронный блок 22, соединенный с выходом ФПУ 20 и снабженный системой охлаждения (на чертеже не показана). Соединение основного блока питания 8 со вторичным источником питания 81 и съем информации с вращающегося сканирующего узла 3 осуществляются через механический контактный коллектор 23. Передача обработанной информации ИК и ВД диапазонов со скоростью бит/сек осуществляется со сканера (с подвижной части) 3 в электронный блок связи 7 с помощью вращающегося волоконно-оптического соединителя 24.In the housing of the
Работа оптико-электронного устройства с механической разверткой для получения изображения осуществляется следующим образом. Сканирующий узел 3 вращается вокруг оси ОХ с постоянной скоростью. При этом визирный луч перемещается по местности по прямой, образуя кадр (скан), состоящий из строк, сформированных многоэлементным ФПУ, в котором число строк равно числу чувствительных элементов (ч.э.) ФПУ. За счет поступательного движения носителя каждый последующий скан располагается по направлению полета дальше, чем предыдущий, обеспечивая непрерывный просмотр местности. Скорость вращения сканирующего узла стабилизируется с высокой точностью для того, чтобы при сканировании отсутствовали пропуски или наложения в «бегущем кадре», количество строк в скане пропорционально изменяется в соответствии со скоростью и высотой полета. При наличии угловых колебаний геометрия сканирования визирного луча не нарушается благодаря тому, что сканирующий узел 3 располагается на стабилизированной платформе 1, угловые колебания носителя не вызывают искажение регистрируемой картины.The operation of the optical-electronic device with a mechanical scan to obtain an image is as follows. The
При вращении сканирующего узла 3 последовательно визируются участки в полосе местности. Поток излучения, отраженный от просматриваемой поверхности земли, пройдя через люк в корпусе бортового носителя, через объектив ВД канала 9-10-11-12-13-14 фокусируется на ФПУ 15, а через объектив ИК канала 16-17-18-19 фокусируется на ФПУ 20. В этом случае ширина поля обзора определяется мгновенным полем зрения элемента ФПУ, числом фоточувствительных элементов в линейке и угловой скоростью сканирования. Электрический сигнал, вырабатываемый каждым элементом ФПУ, поступает на блок обработки сигнала, а именно с ФПУ 15 в электронный блок обработки ВД сигнала 21, с ФПУ 20 в электронный блок обработки ИК сигнала 22. Далее преобразование сигналов осуществляется в зависимости от режимов полета и поставленных задач, исходя из скорости и высоты полета выбирается алгоритм обработки изображения в реальном масштабе времени с целью решения следующих вопросов:When the
- выравнивания сигналов с фоточувствительных элементов по чувствительности,- alignment of signals from photosensitive elements by sensitivity,
- автоматической регулировки уровня видеосигнала по контрастности и яркости,- automatic adjustment of the video signal level by contrast and brightness,
- компенсации геометрических искажений,- compensation of geometric distortions,
- сшивки кадров многострочной сканирующей системы, при этом кадр изображения - это цифровое изображение, полученное в результате одного сканирования.- stitching frames of a multi-line scanning system, while the image frame is a digital image obtained as a result of one scan.
Таким образом полученная высокоскоростная информация передается через вращающийся волоконно-оптический соединитель 24 с вращающегося сканирующего узла 3 на электронный блок связи 7. С магистральных усилителей электронного блока связи 7 через волоконный кабель сигнал поступает в систему формирования, обработки и регистрации информации (СФОРИ), а с системы автоматического управления носителя (САУ ЛА) сигналы передаются в электронный блок связи 7.Thus, the obtained high-speed information is transmitted through a rotating fiber-
Предлагаемое устройство для получения изображения реализуется в виде конструктивных блоков, представляющих собой законченные сборочные единицы (модули), что позволяет изготавливать их и настраивать независимо друг от друга. Конструктивно узел сканирования выполнен в виде литого корпуса из алюминиевого сплава с установленными на нем механическими узлами и электронными блоками. Форма и размеры блоков определяются оптической схемой. Оптические детали выполняются из титана, спеченного со стеклом. Кроме того, например, в качестве двигателя для вращения сканирующего узла может быть использован ДБМ85-016-2-2, датчика угла - дисковый с оптопарами, ФПУ (ВД)-М-433-ф6, ФПУ (ИК диапазона) фирмы SOFRADIR MERCURY LW LS10, контактный коллектор - ГК-11-7Б, вращающийся волоконно-оптический соединитель - СВО-2. Электронный блок обработки сигнала может быть реализован с помощью процессора Л1879ВМ2Т и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).The proposed device for image acquisition is implemented in the form of structural blocks, which are complete assembly units (modules), which allows them to be manufactured and configured independently of each other. Structurally, the scanning unit is made in the form of a cast housing made of aluminum alloy with mechanical units and electronic units mounted on it. The shape and dimensions of the blocks are determined by the optical scheme. Optical parts are made of titanium sintered with glass. In addition, for example, DBM85-016-2-2, an angle sensor - disk with optocouplers, FPU (VD) -M-433-f6, FPU (IR range) from SOFRADIR MERCURY LW can be used as an engine for rotating the scanning unit LS10, contact collector - GK-11-7B, rotating fiber-optic connector - CBO-2. The signal processing electronic unit can be implemented using the L1879VM2T processor and programmable logic integrated circuits (FPGA).
Для ряда деталей применено гальваническое покрытие для защиты от коррозии при эксплуатации и для декоративного вида. При изготовлении прибора используется универсальное оборудование, универсальная сборочная переналаживаемая оснастка.For a number of parts, a galvanic coating was applied to protect against corrosion during operation and for a decorative look. In the manufacture of the device, universal equipment is used, universal assembly rigging equipment.
Заявляемое устройство обеспечивает:The inventive device provides:
- панорамную съемку круглосуточно в простых и сложных метеоусловиях в режиме горизонтального стабилизированного полета, при маневрах носителя, при полетах в горных условиях;- panoramic shooting around the clock in simple and difficult weather conditions in the horizontal stabilized flight mode, during carrier maneuvers, when flying in mountain conditions;
- замену модульных узлов при эксплуатации;- replacement of modular units during operation;
- получение информации в различных диапазонах (ВД и ИК);- obtaining information in various ranges (VD and IR);
- получение изображения без искажений.- image acquisition without distortion.
Таким образом, актуальность решаемой задачи, достигаемый результат и технологичность прибора обеспечивают устройству практическое применение.Thus, the relevance of the problem, the result achieved and the manufacturability of the device provide the device with practical application.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007104815/28A RU2340922C1 (en) | 2007-02-08 | 2007-02-08 | Optical-electronic device with mechanical scanning for imaging |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007104815/28A RU2340922C1 (en) | 2007-02-08 | 2007-02-08 | Optical-electronic device with mechanical scanning for imaging |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007104815A RU2007104815A (en) | 2008-08-20 |
RU2340922C1 true RU2340922C1 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=39747490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007104815/28A RU2340922C1 (en) | 2007-02-08 | 2007-02-08 | Optical-electronic device with mechanical scanning for imaging |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2340922C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754641C2 (en) * | 2017-06-16 | 2021-09-06 | Бейдзин Цзиндун Шанкэ Информейшн Текнолоджи Ко., Лтд. | Method and device for determining direction of rotation of target object, computer-readable media and electronic device |
-
2007
- 2007-02-08 RU RU2007104815/28A patent/RU2340922C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Теоретические основы оптико-электронных приборов. Мирошников М.М. - Л.: Машиностроение, 1977, с.66-72. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754641C2 (en) * | 2017-06-16 | 2021-09-06 | Бейдзин Цзиндун Шанкэ Информейшн Текнолоджи Ко., Лтд. | Method and device for determining direction of rotation of target object, computer-readable media and electronic device |
US11120269B2 (en) | 2017-06-16 | 2021-09-14 | Beijing Jingdong Shangke Information Technology Co., Ltd. | Method and apparatus for determining target rotation direction, computer readable medium and electronic device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007104815A (en) | 2008-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4527055A (en) | Apparatus for selectively viewing either of two scenes of interest | |
McGregor et al. | Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI) | |
CA2110962A1 (en) | Nonlinear scanning to optimize sector scan electro-optic reconnaissance system performance | |
US20110085698A1 (en) | Measuring Turbulence and Winds Aloft using Solar and Lunar Observable Features | |
US5528493A (en) | Observations from below a rough water surface to determine conditions of or above the surface waves | |
CN106382988B (en) | A kind of hyperspectral imager based on step optical filter | |
US11662727B2 (en) | Wide-area motion imaging systems and methods | |
US6320611B1 (en) | Method and device for air-ground recognition for optoelectronic equipment | |
RU2340922C1 (en) | Optical-electronic device with mechanical scanning for imaging | |
US5821526A (en) | Star scanning method for determining the line of sight of an electro-optical instrument | |
NL8105782A (en) | LEVEL SYSTEM. | |
RU2324151C1 (en) | Multichannel scanning radiometer with wide swath | |
RU2457504C1 (en) | Method of scanning space using optoelectronic system | |
JPH11234547A (en) | Optical photographing system | |
RU2808963C1 (en) | Three-spectrum video surveillance system | |
CN213274577U (en) | Hyperspectral imaging device based on micro scanner | |
RU2589770C1 (en) | Multi-zone scanning device for remote imaging of complete disc of earth from geostationary orbit | |
RU162322U1 (en) | HEAT DETECTOR | |
RU2062983C1 (en) | Optoelectronic monitoring and recording device | |
Lorenz | Stereoscopic imaging from polar orbit and synthetic stereo imaging | |
CN108917928A (en) | A kind of 360 degree of panorama multi-spectral imagers | |
RU2123197C1 (en) | Method and device for producing images on shipboard instruments | |
RU2318225C2 (en) | Airborne multi-spectral system | |
RU9665U1 (en) | STEREOTOPLOVISION DEVICE (OPTIONS) | |
RU2097809C1 (en) | Optical system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120912 |