RU2400770C1 - Single-channel device for detecting reflective optical systems and determining range to said systems - Google Patents

Single-channel device for detecting reflective optical systems and determining range to said systems Download PDF

Info

Publication number
RU2400770C1
RU2400770C1 RU2008152216/28A RU2008152216A RU2400770C1 RU 2400770 C1 RU2400770 C1 RU 2400770C1 RU 2008152216/28 A RU2008152216/28 A RU 2008152216/28A RU 2008152216 A RU2008152216 A RU 2008152216A RU 2400770 C1 RU2400770 C1 RU 2400770C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
frame
range
monitor
Prior art date
Application number
RU2008152216/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008152216A (en
Inventor
Николай Васильевич Барышников (RU)
Николай Васильевич Барышников
Василий Болеславович Бокшанский (RU)
Василий Болеславович Бокшанский
Валерий Ефимович Карасик (RU)
Валерий Ефимович Карасик
Алексей Александрович Сахаров (RU)
Алексей Александрович Сахаров
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2008152216/28A priority Critical patent/RU2400770C1/en
Publication of RU2008152216A publication Critical patent/RU2008152216A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2400770C1 publication Critical patent/RU2400770C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: surveillance object is illuminated with laser radiation and radiation reflected from said object is picked up by an optical-electronic device based on a multiple-element receiver. Besides imaging the object, the device also determines its angular coordinates and measures range. The present invention seeks to design a single-channel reception laser location imaging device for detecting reflective optical systems and determining distance to the said systems, in which angular coordinates of the reflective object and distance to the said object are determined using a single reception channel based on a photosensitive CCD matrix through phase keying of illumination pulses with defined algorithms for processing amplitude of the signal reflected from a target and without need for precision guidance to a retro-reflector.
EFFECT: possibility of imaging distant objects during night and day.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, точнее - к лазерным изображающим системам, способным формировать изображение удаленных объектов как ночью, так и днем. Объект наблюдения подсвечивается лазерным излучением, а при отражении от него излучение регистрируется оптико-электронным устройством на основе многоэлементного приемника. Кроме формирования изображения объекта устройство определяет его угловые координаты (φх, φy) и измеряет дальность.The invention relates to the field of optical instrumentation, more specifically to laser imaging systems capable of forming an image of distant objects both at night and during the day. The object of observation is illuminated by laser radiation, and when reflected from it, the radiation is recorded by an optical-electronic device based on a multi-element receiver. In addition to imaging an object, the device determines its angular coordinates (φ x , φ y ) and measures the range.

Особый класс объектов локации составляют т.н. световозвращающие объекты - уголковые отражатели, стеклосферы, оптико-электронные приборы с коллимационной схемой и др. При лазерной локации таких объектов зондирующее излучение отражается в направлении источника излучения в широких углах подсвета.A special class of location objects are so-called. retroreflective objects - corner reflectors, glass spheres, optoelectronic devices with a collimation scheme, etc. When laser-scanning such objects, the probe radiation is reflected in the direction of the radiation source at wide illumination angles.

По патенту РФ №2269804 (2006, МПК G02B 23/12, G01S 17/88) известно лазерное локационное устройство для наблюдения удаленного, в том числе и световозвращающего объекта, являющееся ближайшим аналогом и содержащее два приемных канала и один передающий канал.According to the patent of the Russian Federation No. 2269804 (2006, IPC G02B 23/12, G01S 17/88) a laser location device for observing a remote, including retroreflective object is known, which is the closest analogue and contains two receiving channels and one transmitting channel.

Данное устройство имеет следующие недостатки:This device has the following disadvantages:

1. Наличие отдельного канала измерения дальности, ведущее к существенному увеличению сложности и габаритов приемного канала устройства (введению еще одной приемной оптической системы).1. The presence of a separate range measurement channel, leading to a significant increase in the complexity and dimensions of the receiving channel of the device (the introduction of another receiving optical system).

2. Малое поле зрения канала измерения дальности (2…4 угл. мин), которое приводит к необходимости высокоточного наведения на световозвращатель канала измерения дальности, требующее дополнительных механизмов выбора цели, визирования и юстировки дальномерного канала.2. A small field of view of the range measurement channel (2 ... 4 arcmin.), Which leads to the need for high-precision guidance of the range measurement channel on the retroreflector, requiring additional mechanisms for target selection, sighting and alignment of the range-finding channel.

3. Двухканальная система требует сложной конструкции для устранения параллакса канала измерения дальности и канала измерения угловых координат на основе ФПЗС-матрицы.3. The two-channel system requires a complex design to eliminate the parallax of the range measuring channel and the channel of measuring angular coordinates based on the FPGA matrix.

4. Требуется дополнительное время для переключения внимания оператора между каналами измерения дальности и положения объекта или в случае электронного механизма наведения - выбора цели.4. Additional time is required to switch the operator’s attention between the channels for measuring the range and position of the object or, in the case of an electronic guidance mechanism, to select a target.

Задачей настоящего изобретения является создание одноканального устройства для обнаружения световозвращающих оптических систем и определения дальности до них, в котором угловые координаты положения световозвращающего объекта и дальность до него определяются с использованием единственного приемного канала на основе ФПЗС-матрицы за счет фазовой манипуляции импульсами подсвета и обработки амплитуды отраженного от цели сигнала и без требования высокоточного наведения на световозвращатель.The objective of the present invention is to provide a single-channel device for detecting retroreflective optical systems and determining the distance to them, in which the angular coordinates of the position of the retroreflective object and the distance to it are determined using a single receiving channel based on the FPSS matrix due to phase manipulation of the backlight pulses and processing the reflected amplitude from the purpose of the signal and without the requirement of high-precision guidance to the retroreflector.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого устройства:The technical result achieved by the implementation of the proposed device:

- возможность определения дальности до всех объектов, попадающих в поле зрения ФПЗС-матрицы без дополнительных устройств и средств наведения,- the ability to determine the range to all objects falling into the field of view of the FPGA matrix without additional devices and guidance tools,

- упрощение конструкции,- simplification of the design,

- уменьшение требований к точности наведения на цель,- reduction of accuracy requirements for targeting,

- единственную приемную оптическую систему,- the only receiving optical system,

- уменьшение количества согласующих электронных устройств.- reduction in the number of matching electronic devices.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для обнаружения световозвращающих оптических систем и определения дальности до них, содержащем приемный и передающий каналы, причем передающий канал содержит полупроводниковый лазер, вход которого соединен с выходом драйвера лазера, и передающую оптическую систему, а в приемном канале установлен приемный объектив, в фокальной плоскости которого находится ФПЗС-матрица, первый выход которой соединен со входом аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), и монитор, дополнительно введены буфер кадра, счетчик кадров, блок памяти кадра, инвертор, сумматор, измеритель угловых координат, пороговое устройство, блок расчета дальности, блок формирования времени упреждения Туп, причем выход АЦП соединен со входом буфера кадра, первый выход которого соединен с первым входом монитора, второй выход - со входом счетчика кадров, третий выход - со входом инвертора, а четвертый выход - со входа блока памяти кадра, выходы блока памяти кадра и инвертора соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого соединен со входом порогового устройства, выход счетчика кадров соединен с первым входом блока расчета дальности, второй вход которого соединен с первым выходом порогового устройства, первый выход блока расчета дальности соединен с третьим входом монитора, а второй - с первым входом блока формирования времени упреждения Туп, второй вход которого соединен со вторым выходом ФПЗС-матрицы, второй выход порогового устройства соединен с измерителем угловых координат, выход которого соединен со вторым входом монитора, выход блока формирования времени упреждения Туп соединен со входом драйвера лазера, при этом блок расчета дальности выполнен с возможностью вычисления дальности по формуле:The technical result is achieved due to the fact that in the device for detecting retroreflective optical systems and determining the distance to them, containing the receiving and transmitting channels, the transmitting channel containing a semiconductor laser, the input of which is connected to the output of the laser driver, and the transmitting optical system, and in the receiving a receiving lens is installed in the channel, in the focal plane of which there is a FPGA matrix, the first output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter (ADC), and a monitor, add no introduced a frame buffer, the frame counter, a frame memory unit, an inverter, an adder, measuring angular coordinates, the threshold device, the unit for calculating range generation unit delay time T y, wherein the ADC output is connected to the input frame buffer, a first output connected to a first input monitor, the second output is with the input of the frame counter, the third output is with the input of the inverter, and the fourth output is from the input of the frame memory block, the outputs of the frame memory block and the inverter are connected respectively to the first and second inputs of the adder, the output of which connected to the input of the threshold device, the output of the frame counter is connected to the first input of the range calculation unit, the second input of which is connected to the first output of the threshold device, the first output of the range calculation unit is connected to the third input of the monitor, and the second to the first input of the unit of formation of the lead time T yn the second input of which is connected to the second output of the FPGA matrix, the second output of the threshold device is connected to the angular coordinate meter, the output of which is connected to the second input of the monitor, the output of the block is formed The lead time T yn is connected to the input of the laser driver, while the range calculation unit is configured to calculate the range using the formula:

Lоб=[Ty0-ΔTy(n*-1)]c/2,L about = [T y0 -ΔT y (n * -1)] c / 2,

где c - скорость света;where c is the speed of light;

Ty0=2Lmax/c;T y0 = 2L max / s;

Lmax - максимальная дальность, измеряемая устройством;L max - the maximum range measured by the device;

ΔTy=ΔL/c;ΔT y = ΔL / c;

ΔL - погрешность измерения расстояния до световозвращающего объекта;ΔL is the error in measuring the distance to the retroreflective object;

n* - номер кадра, в котором появился отраженный сигнал.n * is the number of the frame in which the reflected signal appeared.

Более подробное предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами.A more detailed invention is illustrated by the following drawings.

Фиг.1 - блок-схема предлагаемого одноканального устройства для обнаружения световозвращающих оптических систем и определения дальности до них.Figure 1 is a block diagram of the proposed single-channel device for detecting retroreflective optical systems and determine the distance to them.

Фиг.2 - временная диаграмма работы устройства.Figure 2 is a timing diagram of the operation of the device.

Фиг.3a-3в поясняют выделение сигнала, отраженного от световозвращающей системы.Figa-3B explain the selection of the signal reflected from the retroreflective system.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого одноканального устройства для обнаружения световозвращающих оптических систем и определения дальности до них. Устройство содержит один приемный и один передающий каналы. Передающий канал содержит полупроводниковый лазер 1, вход которого соединен с выходом драйвера лазера 17, и передающую оптическую систему 2. В приемном канале установлен приемный объектив 3, в фокальной плоскости которого находится ФПЗС-матрица 4, первый выход которой соединен со входом аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 5, выход которого соединен со входом буфера кадра 6, первый выход которого соединен с первым входом монитора 8, второй выход - со входом счетчика кадров 9, третий выход - со входом инвертора 11, а четвертый выход - со входом блока памяти кадра 10. Выходы блока памяти кадра 10 и инвертора 11 соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 12, выход которого соединен со входом порогового устройства 13. Выход счетчика кадров 9 соединен с первым входом блока расчета дальности 15, второй вход которого соединен с первым выходом порогового устройства 13. Первый выход блока расчета дальности 15 соединен с третьим входом монитора 8, а второй - с первым входом блока формирования времени упреждения Tуп 16, второй вход которого соединен со вторым выходом ФПЗС-матрицы. Второй выход порогового устройства 13 соединен с измерителем угловых координат 14, выход которого соединен со вторым входом монитора 8. Выход блока формирования времени упреждения Туп 16 соединен со входом драйвера лазера 17. Блок расчета дальности выполнен с возможностью вычисления дальности по формуле:Figure 1 shows a block diagram of the proposed single-channel device for detecting retroreflective optical systems and determining the distance to them. The device contains one receiving and one transmitting channel. The transmitting channel contains a semiconductor laser 1, the input of which is connected to the output of the laser driver 17, and a transmitting optical system 2. A receiving lens 3 is installed in the receiving channel, in the focal plane of which there is a FPGA matrix 4, the first output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter (ADC) 5, the output of which is connected to the input of the frame buffer 6, the first output of which is connected to the first input of the monitor 8, the second output - with the input of the frame counter 9, the third output - with the input of the inverter 11, and the fourth output - with the input frame memory 10. The outputs of frame memory 10 and inverter 11 are connected respectively to the first and second inputs of the adder 12, the output of which is connected to the input of the threshold device 13. The output of the frame counter 9 is connected to the first input of the range calculation unit 15, the second input of which is connected to the first output of the threshold device 13. The first output of the range calculation block 15 is connected to the third input of the monitor 8, and the second to the first input of the lead time formation unit T yn 16, the second input of which is connected to the second output of the FPGA matrix. The second output of the threshold device 13 is connected to the angular coordinate meter 14, the output of which is connected to the second input of the monitor 8. The output of the lead time generation unit T yn 16 is connected to the input of the laser driver 17. The range calculation unit is configured to calculate the range using the formula:

Lоб=[Ty0-ΔTy(n*-1)]c/2,L about = [T y0 -ΔT y (n * -1)] c / 2,

где c - скорость света;where c is the speed of light;

Ty0=2Lmax/c;T y0 = 2L max / s;

Lmax - максимальная дальность, измеряемая устройством;L max - the maximum range measured by the device;

ΔTy=ΔL/c;ΔT y = ΔL / c;

ΔL - погрешность измерения расстояния до световозвращающего объекта;ΔL is the error in measuring the distance to the retroreflective object;

n* - номер кадра, в котором появился отраженный сигнал.n * is the number of the frame in which the reflected signal appeared.

Обнаружение световозвращающих оптических систем и определения дальности в предлагаемом одноканальном устройстве для обнаружения световозвращающих оптических систем и определения дальности до них обеспечивается за счет последовательного изменения времени упреждения лазерного импульса относительно начала времени накопления четного полукадра ФПЗС-матрицы и применения обработки сигнала, позволяющей вычислить дальность до объекта. Для этого в устройстве во время четных полукадров формируют последовательность импульсов подсвета, для которых время упреждения определяется по формуле:The detection of retroreflective optical systems and determining the distance in the proposed single-channel device for detecting retroreflective optical systems and determining the distance to them is ensured by sequentially changing the lead time of the laser pulse relative to the start of the accumulation time of an even half-frame of the FPSS matrix and applying signal processing to calculate the distance to the object. To do this, in the device during even half-frames form a sequence of backlight pulses, for which the lead time is determined by the formula:

Tyn=Ty0-ΔTy(n-1),T yn = T y0 -ΔT y (n-1),

где n=1, 2, 3… - номер кадра, формируемого ФПЗС-матрицей;where n = 1, 2, 3 ... is the number of the frame formed by the FPSS-matrix;

Ty0=2Lmax/c - время упреждения для максимальной дальности, которую может измерить устройство;T y0 = 2L max / s - lead time for the maximum range that the device can measure;

Lmax - максимальная дальности, которую может измерить устройство;L max - the maximum range that the device can measure;

c - скорость света;c is the speed of light;

ΔTy=ΔL/c,ΔT y = ΔL / c,

где ΔL - точность измерения расстояния до объекта.where ΔL is the accuracy of measuring the distance to the object.

При п*=[(Ty0 - 2Lоб/c)/ΔTy+1],When n * = [(T y0 - 2L r / s) / ΔT y +1],

где n* - номер кадра, в котором появился отраженный сигнал;where n * is the number of the frame in which the reflected signal appeared;

Lоб - дальность (расстояние) до объекта;L about - range (distance) to the object;

отраженный от объекта сигнал попадет в период накопления четного полукадра ФПЗС-матрицы (см. фиг.2).the signal reflected from the object will fall into the accumulation period of the even half-frame of the FPSS-matrix (see figure 2).

Отраженный от световозвращающего объекта сигнал в период накопления четного полукадра будет заметен на устройстве отображения (мониторе). При n<n* отраженный от световозвращающего объекта сигнал не попадает во время накопления четного полукадра кадра и, следовательно, не регистрируется ФПЗС-матрицей. Таким образом, последовательно меняя n, а значит и время упреждения Tyn, возможно определить значение n* по факту появления сигнала от световозвращателя на ФПЗС-матрице, а затем определить дальность до световозвращающего объекта по выражению:The signal reflected from the retroreflective object during the accumulation of an even half frame will be visible on the display device (monitor). For n <n *, the signal reflected from the retroreflective object does not fall during the accumulation of an even half-frame of the frame and, therefore, is not detected by the FPS matrix. Thus, successively changing n, and hence the lead time T yn , it is possible to determine the value of n * by the appearance of the signal from the retroreflector on the FPGA matrix, and then determine the distance to the retroreflective object by the expression:

Lоб=[Ty0-ΔTy(n*-1)]c/2.L about = [T y0 -ΔT y (n * -1)] s / 2.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Работа системы начинается с того, что для формирования импульса лазера в блоке расчета дальности 15 формируется импульс длительностью Ty0-ΔTy(n-1), при этом величина n (номер кадра) поступает на первый вход блока расчета дальности с выхода счетчика кадров 9. Таким образом при n=1 время упреждения Tyn=Ty0=2Lmax/c. Импульс длительностью 2Lmax/c со второго выхода блока расчета дальности 15 передается на первый вход блока формирования времени упреждения Туп, на второй вход которого на основе строба начала периода накопления поступает информация о начале периода накопления Тн со второго выхода ФПЗС-матрицы 4 (см. фиг.2). Зная Тн и 2Lmax/c, блок формирования времени упреждения Туп 16 формирует импульс длительностью Тн-2Lmax/с относительно начала времени накопления Тн четного полукадра ФПЗС-матрицы 4. С выхода блока формирования времени упреждения Туп 16 сигнал упреждения поступает на вход драйвера лазера 17, который и включает полупроводниковый лазер.The system starts with the fact that for the formation of a laser pulse in the range calculation unit 15, a pulse of duration T y0 -ΔT y (n-1) is generated, while the value n (frame number) is fed to the first input of the range calculation unit from the output of the frame counter 9 Thus, for n = 1, the lead time T yn = T y0 = 2L max / c. An impulse of 2L max / s duration from the second output of the range calculation unit 15 is transmitted to the first input of the anticipation time generation unit T pack , the second input of which, based on the strobe of the beginning of the accumulation period, receives information about the beginning of the accumulation period T n from the second output of the FPGA matrix 4 ( see figure 2). Knowing T n and 2L max / s, the lead time generation unit T yn 16 generates a pulse of duration T n -2L max / s relative to the beginning of the accumulation time T n of the even half frame of the FPGA matrix 4. From the output of the lead time formation block T yn 16, the lead signal arrives at the input of the laser driver 17, which includes a semiconductor laser.

В том случае, если световозвращающий объект 7 находится на расстоянии Lmax, т.е. Lоб=Lmax, он подсвечивается и отраженный от него импульс попадает во время периода накопления четного полукадра ФПЗС-матрицы. В этом случае на ФПЗС-матрице будет регистрироваться сигнал от объекта 7. Если Lоб<Lmax, то отраженный сигнал придет на приемную оптическую систему раньше, чем начнется период накопления заряда ФПЗС-матрицы 4 и не будет регистрироваться матрицей.In the event that the retroreflective object 7 is at a distance L max , i.e. L rev = L max , it is highlighted and the pulse reflected from it falls during the period of accumulation of an even half-frame of the FPSS matrix. In this case, the signal from object 7 will be recorded on the FPSC matrix. If L about <L max , then the reflected signal will arrive at the receiving optical system before the charge accumulation period of the FPSS matrix 4 begins and will not be recorded by the matrix.

Следовательно, для регистрации объекта 7 ФПЗС-матрицей необходимо установить время упреждения Туп=2Lоб/c. Для этого в предлагаемом устройстве одновременно с увеличением номера кадра n осуществляется последовательное уменьшение времени упреждения Tyn до величины 2Lоб/c, в результате чего получают регистрацию отраженного от объекта сигнала на ФПЗС-матрице. Уменьшать величину Туп наиболее целесообразно с шагом ΔТу, тогда погрешность измерения расстояния не превысит ΔL=ΔТус/2.Therefore, for registering object 7 with a FPSS-matrix, it is necessary to set the lead time T yn = 2L r / s. For this, in the proposed device, simultaneously with an increase in the frame number n, the lead time T yn is sequentially reduced to 2L r / s, as a result of which registration of the signal reflected from the object is obtained on the FPS matrix. To reduce the value of T yn most appropriate with a step ΔT y , then the error in measuring the distance does not exceed ΔL = ΔT y s / 2.

Таким образом, при формировании во время только четного полукадра каждого импульса лазера 1 зондирующее излучение, пройдя формирующую передающую оптическую систему 2, попадает на световозвращающий объект 7. Часть отраженного от объекта излучения попадает во входной зрачок приемного объектива 3 и далее на ФПЗС-матрицу 4. При этом на чувствительной поверхности ФПЗС-матрицы приемный объектив 3 формирует оптическое изображение наблюдаемого пространства, в том числе и световозвращающего объекта 7, если он расположен на соответствующей дальности. С первого выхода ФПЗС-матрицы 4 электрический видеосигнал поступает на вход АЦП 5, выход которого соединен со входом буфера кадра 6, с первого выхода которого сигнал изображения полукадра поступает на первый вход монитора с сумматором (далее - монитор) 8, со второго выхода буфера кадра 6 сигнал, содержащий информацию о номере кадра, поступает на вход счетчика кадров 9, с третьего выхода буфера кадра 6 сигнал, содержащий информацию о нечетном полукадре, поступает на вход инвертора 11, а с четвертого выхода сигнал, содержащий информацию о четном полукадре, поступает на вход блока памяти кадра 10.Thus, when only one half-frame of each laser pulse 1 is formed, the probe radiation, passing through the forming transmitting optical system 2, is incident on the retroreflective object 7. A part of the radiation reflected from the object falls into the entrance pupil of the receiving lens 3 and then onto the FPS matrix 4. At the same time, on the sensitive surface of the FPGA matrix, the receiving lens 3 forms an optical image of the observed space, including the retroreflective object 7, if it is located on the corresponding far ty. From the first output of the FPGA matrix 4, the electric video signal is fed to the input of the ADC 5, the output of which is connected to the input of the frame buffer 6, from the first output of which the image signal of the half frame goes to the first input of the monitor with an adder (hereinafter referred to as the monitor) 8, from the second output of the frame buffer 6, a signal containing information about the frame number is fed to the input of the frame counter 9, from the third output of the frame buffer 6, a signal containing information about the odd half frame is fed to the input of the inverter 11, and from the fourth output, a signal containing information about the even ukadre arrives at the input of the storage unit frame 10.

В блоке памяти кадра размещается информация о текущем четном полукадре Uчет (фиг.3а), в инверторе 11 обрабатывается нечетный полукадр (Uнечет), т.е. происходит инвертирование амплитуды сигнала (см. фиг.3б). Затем информация с выходов блока памяти кадра и инвертора поступает соответственно на первый и второй входы сумматора 12, на выходе которого, при наличии отраженного сигнала, получается сигнал в виде короткого импульса (см. фиг.3в), равный разности четного и нечетного полукадров. Этот сигнал представляет собой блик от световозвращающего объекта, а изображение подстилающей поверхности отсутствует после вычитания полукадров. При этом следует отметить, что при чересстрочной развертке вычитание полукадров приводит к небольшой погрешности, равной угловому размеру строки - минимальный размер объекта должен быть равен угловому размеру двух строк ФПЗС-матрицы при пересчете через ее оптическую систему, что, как правило, выполняется для большинства световозвращающих объектов.Information on the current even half-frame U even (Fig. 3a) is placed in the frame memory block, an odd half-frame (U odd ) is processed in the inverter 11, i.e. the signal amplitude is inverted (see Fig. 3b). Then, the information from the outputs of the frame memory block and the inverter is supplied respectively to the first and second inputs of the adder 12, the output of which, in the presence of a reflected signal, produces a signal in the form of a short pulse (see Fig.3c), which is equal to the difference between the even and odd half-frames. This signal is a glare from a retroreflective object, and the image of the underlying surface is absent after subtracting half-frames. It should be noted that, when interlaced, subtraction of half-frames leads to a small error equal to the angular size of the line — the minimum size of the object should be equal to the angular size of two lines of the FPSS matrix when converted through its optical system, which, as a rule, is performed for most retroreflective objects.

Далее сигнал с выхода сумматора 12 поступает на вход порогового устройства 13, которое определяет наличие сигнала от объекта (появление импульса, превышающего порог) и передает его (сигнал) через второй выход на вход измерителя угловых координат 14, где формируется метка для отображения на мониторе 8, которая с выхода измерителя угловых координат 14 поступает на второй вход монитора 8. Первый выход порогового устройства 13 соединен со вторым входом блока расчета дальности 15. В случае отсутствия сигнала от световозвращающего объекта пороговое устройство 13 передает информацию об этом через первый выход на второй вход блока расчета дальности 15, где в этом случае не рассчитывается дальность L, а формируется импульс длительностью Ту0-ΔTy(n-l), при этом величина n поступает на первый вход блока расчета дальности с выхода счетчика кадров 9. Импульс длительностью Ту0-ΔTy(n-1) со второго выхода блока расчета дальности 15 передается на первый вход блока формирования времени упреждения Туп, на второй вход которого поступает информация о начале периода накопления Тн со второго выхода ФПЗС-матрицы 4. Зная Тн и Туп, блок формирования времени упреждения Туп 16 формирует импульс длительностью Тн-[Ту0-ΔTy(n-1)] относительно начала времени накопления Тн ФПЗС-матрицы 4. С выхода блока формирования времени упреждения Туп 16 сигнал упреждения поступает на вход драйвера лазера 17, выход которого соединен с лазером, что обеспечивает управление включением лазера с необходимым упреждением Тн-[Ту0-ΔTy(n-1)] в момент четного полукадра. Драйвер лазера 17, получив этот управляющий импульс, осуществляет запуск полупроводникового лазера 1 для подсвета лоцируемого световозвращающего объекта 7.Next, the signal from the output of the adder 12 is fed to the input of the threshold device 13, which determines the presence of a signal from the object (the appearance of a pulse exceeding the threshold) and transmits it (signal) through the second output to the input of the angular coordinate meter 14, where a mark is formed for display on the monitor 8 , which from the output of the angular coordinate meter 14 goes to the second input of the monitor 8. The first output of the threshold device 13 is connected to the second input of the range calculation unit 15. In the absence of a signal from the retroreflective object, the threshold troystvo 13 transmits information about this through the first output to the second input range calculation unit 15, which in this case is not calculated distance L, and the impulse duration T y0 -ΔTy (nl), wherein the value n is supplied to a first input range calculation unit with the output of the frame counter 9. An impulse of duration T y0 -ΔTy (n-1) from the second output of the range calculation unit 15 is transmitted to the first input of the lead time generation unit T yn , the second input of which receives information about the beginning of the accumulation period T n from the second output of the FPS matrices s 4. Knowing T n and T yn , the lead time formation unit T yn 16 generates a pulse of duration T n - [T y0 -ΔTy (n-1)] relative to the beginning of the accumulation time T n of the FPGA matrix 4. From the output of the time formation block lead T yn 16 lead signal arrives at the input of the laser driver 17, the output of which is connected to the laser, which provides control of the laser with the necessary lead T n - [T y0 -ΔTy (n-1)] at the time of an even half frame. The laser driver 17, having received this control pulse, launches a semiconductor laser 1 to illuminate the locating retroreflective object 7.

При наличии отраженного сигнала от световозвращающего объекта 7 (см. фиг.3a) на вход порогового устройства 13 с выхода сумматора 12 приходит импульс вида, показанного на фиг.3в.In the presence of a reflected signal from the retroreflective object 7 (see Fig. 3a), an impulse of the form shown in Fig. 3c comes to the input of the threshold device 13 from the output of the adder 12.

В случае определения сигнала пороговым устройством 13 (если его величина превышает порог) в некотором кадре n=n* в блоке расчета дальности 15 формируется импульс длительностью Ту0-ΔTy(n*-1), и все последующие кадры подсвечиваются с упреждением, определенным для n*-го кадра. Далее в блоке 15 рассчитывается дальность по формуле:In the case of determining the signal threshold device 13 (if its value exceeds the threshold), in a frame n = n * in the calculation range block 15 the impulse duration T y0 -ΔTy (n * -1), and all subsequent frames are highlighted with a feedforward defined for n * th frame. Next, in block 15, the range is calculated by the formula:

Lоб=[Ty0-ΔTy(n*-1)]c/2,L about = [T y0 -ΔT y (n * -1)] c / 2,

где c - скорость света;where c is the speed of light;

Ty0=2Lmax/c;T y0 = 2L max / s;

Lmax - максимальная дальность, измеряемая устройством;L max - the maximum range measured by the device;

ΔTy=ΔL/c;ΔT y = ΔL / c;

ΔL - погрешность измерения расстояния до световозвращающего объекта;ΔL is the error in measuring the distance to the retroreflective object;

n* - номер кадра, в котором появился отраженный сигнал.n * is the number of the frame in which the reflected signal appeared.

Информация о дальности Lоб до световозвращающего объекта 7 с первого выхода блока расчета дальности 15 передается для отображения на третий вход монитора 8.Information about the range L about to the retroreflective object 7 from the first output of the range calculation unit 15 is transmitted for display to the third input of the monitor 8.

Следует отметить, что для реализации описанного метода обычные видеокамеры не подходят, т.к. не позволяют точно определять начало периода накопления Тн, поэтому для решения описанной задачи требуется ФПЗС-камера, у которой выводится строб начала периода накопления Тн.It should be noted that conventional cameras are not suitable for implementing the described method, because they do not allow to accurately determine the beginning of the accumulation period T n ; therefore, to solve the described problem, a FPS camera is required, in which a strobe of the beginning of the accumulation period T n is displayed.

Таким образом, при условии достаточного количества итераций погрешность определения расстояния ΔL будет ограничена шириной импульса подсвета tи:Thus, under the condition of a sufficient number of iterations, the error in determining the distance ΔL will be limited by the width of the illumination pulse t and :

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

поскольку ΔТу формально можно уменьшать до величины Lmax/m, гдеsince ΔТ у can be formally reduced to L max / m, where

Lmax - максимальная дальность, измеряемая устройством;L max - the maximum range measured by the device;

m - количество итераций, равное количеству кадров n.m is the number of iterations equal to the number of frames n.

Современные лазеры способны обеспечить tи порядка 50 нс, что дает разрешение по дальности 7,5 метров.Modern lasers are capable of providing t and about 50 ns, which gives a range resolution of 7.5 meters.

Таким образом, предлагаемое одноканальное устройство для обнаружения световозвращающих оптических систем и определения дальности до них обеспечивает определение угловых координат положения световозвращающего объекта и дальности до него с использованием единственного приемного канала на основе ФПЗС-матрицы за счет фазовой манипуляции импульсами подсвета и обработки амплитуды отраженного от цели сигнала и без требования высокоточного наведения на световозвращатель. При этом обеспечивается возможность определения дальности до всех объектов, попадающих в поле зрения ФПЗС-матрицы без дополнительных устройств и средств наведения, упрощение конструкции, уменьшение требований к точности наведения на цель и уменьшение количества согласующих электронных устройств.Thus, the proposed single-channel device for detecting retroreflective optical systems and determining the distance to them provides the determination of the angular coordinates of the position of the retroreflective object and the distance to it using a single receiving channel based on the FPGA matrix due to phase manipulation of the backlight pulses and processing the amplitude of the signal reflected from the target and without requiring high-precision guidance to the retroreflector. At the same time, it is possible to determine the range to all objects falling into the field of view of the FPGA matrix without additional guidance devices and means, simplify the design, reduce the accuracy requirements for targeting and reduce the number of matching electronic devices.

Claims (1)

Одноканальное устройство для обнаружения световозвращающих оптических систем и определения дальности до них, содержащее приемный и передающий каналы, причем передающий канал содержит полупроводниковый лазер, вход которого соединен с выходом драйвера лазера, и передающую оптическую систему, а в приемном канале установлен приемный объектив, в фокальной плоскости которого находится ФПЗС-матрица, первый выход которой соединен со входом аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), и монитор, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены буфер кадра, счетчик кадров, блок памяти кадра, инвертор, сумматор, измеритель угловых координат, пороговое устройство, блок расчета дальности, блок формирования времени упреждения Туп, причем выход АЦП соединен со входом буфера кадра, первый выход которого соединен с первым входом монитора, второй выход - со входом счетчика кадров, третий выход - со входом инвертора, а четвертый выход - со входом блока памяти кадра, выходы блока памяти кадра и инвертора соединены, соответственно, с первым и вторым входами сумматора, выход которого соединен со входом порогового устройства, выход счетчика кадров соединен с первым входом блока расчета дальности, второй вход которого соединен с первым выходом порогового устройства, первый выход блока расчета дальности соединен с третьим входом монитора, а второй - с первым входом блока формирования времени упреждения Туп, второй вход которого соединен со вторым выходом ФПЗС-матрицы, второй выход порогового устройства соединен с измерителем угловых координат, выход которого соединен со вторым входом монитора, выход блока формирования времени упреждения Туп соединен со входом драйвера лазера, при этом блок расчета дальности выполнен с возможностью вычисления дальности по формуле:
L=[Ty0-ΔTy(n*-1)]c/2,
где с - скорость света;
Ty0=2Lmax/с;
Lmax - максимальная дальность, измеряемая устройством;
ΔTy=ΔL/c;
ΔL - погрешность измерения расстояния до световозвращающего объекта;
n* - номер кадра, в котором появился отраженный сигнал.
A single-channel device for detecting retroreflective optical systems and determining the range to them, comprising receiving and transmitting channels, the transmitting channel comprising a semiconductor laser, the input of which is connected to the output of the laser driver, and a transmitting optical system, and a receiving lens is installed in the receiving channel in the focal plane which contains a FPGA matrix, the first output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter (ADC), and a monitor, characterized in that the device additionally a frame buffer, a frame counter, a frame memory block, an inverter, an adder, an angular coordinate measuring device, a threshold device, a range calculation unit, a lead time generation unit T yn are introduced , the ADC output being connected to the frame buffer input, the first output of which is connected to the first monitor input , the second output is with the input of the frame counter, the third output is with the input of the inverter, and the fourth output is with the input of the frame memory block, the outputs of the frame memory block and the inverter are connected, respectively, with the first and second inputs of the adder, the output of which is one with the input of the threshold device, the output frame counter is coupled to a first input range calculation unit, a second input coupled to the first output of the threshold device, the first output range calculation unit connected to the third input of the monitor, and the other - to the first input unit for generating delay time T yn the second input of which is connected to the second output of the FPGA matrix, the second output of the threshold device is connected to an angular coordinate meter, the output of which is connected to the second input of the monitor, the output of the forming unit lead time T yn connected to the input of the laser driver, while the range calculation unit is configured to calculate the range according to the formula:
L about = [T y0 -ΔT y (n * -1)] s / 2,
where c is the speed of light;
T y0 = 2L max / s;
L max - the maximum range measured by the device;
ΔT y = ΔL / c;
ΔL is the error in measuring the distance to the retroreflective object;
n * is the number of the frame in which the reflected signal appeared.
RU2008152216/28A 2008-12-30 2008-12-30 Single-channel device for detecting reflective optical systems and determining range to said systems RU2400770C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008152216/28A RU2400770C1 (en) 2008-12-30 2008-12-30 Single-channel device for detecting reflective optical systems and determining range to said systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008152216/28A RU2400770C1 (en) 2008-12-30 2008-12-30 Single-channel device for detecting reflective optical systems and determining range to said systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008152216A RU2008152216A (en) 2010-07-10
RU2400770C1 true RU2400770C1 (en) 2010-09-27

Family

ID=42684201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008152216/28A RU2400770C1 (en) 2008-12-30 2008-12-30 Single-channel device for detecting reflective optical systems and determining range to said systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2400770C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518533C1 (en) * 2013-04-02 2014-06-10 Александр Абрамович Часовской Optical-location device
RU199765U1 (en) * 2020-06-09 2020-09-21 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" Device for detecting optical and optoelectronic devices and measuring the range to them

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2191417 С1 (БАРЫШНИКОВ Н.В. и др.), 20.10.2002. JP 2002214361 A (KOITO KOGYO КК), 31.07.2002. WO 2008071866 A1 (CIE IND DES LASERS CILAS и др.), 19.06.2008. DE 102005028570 A1 (DIEHL BGT DEFENCE GMBH & CO KG), 28.16.2006. DE 10018948 A1 (LEUZE ELECTRONIC GMBH & CO), 30.11.2000. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518533C1 (en) * 2013-04-02 2014-06-10 Александр Абрамович Часовской Optical-location device
RU199765U1 (en) * 2020-06-09 2020-09-21 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" Device for detecting optical and optoelectronic devices and measuring the range to them

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008152216A (en) 2010-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7800739B2 (en) Distance measuring method and distance measuring element for detecting the spatial dimension of a target
RU2602734C2 (en) Measuring device for measurement of distance between it and a target object by means of measuring optical radiation
CN101846745B (en) Laser radar based on highly-correlated quantum imaging principle
US9835718B2 (en) Range finder and optical device
EP1903299A1 (en) Method and system for acquiring a 3-D image of a scene
US20110102764A1 (en) Lidar system
JP2008533478A (en) 3-D imaging system
US20130208258A1 (en) Distance Measuring Device having Homogenizing Measurement Evaluation
CN101975953A (en) Hand-held round-the-clock laser imaging distance measurer
CN101652627A (en) Method, device and system for imaging
JPH05100028A (en) Method and system of detecting charge integrated distance
US11269065B2 (en) Muilti-detector with interleaved photodetector arrays and analog readout circuits for lidar receiver
US11054524B2 (en) Optimizing a lidar system using sub-sweep sampling
CN103885064B (en) The method and measuring device and laser range finder of the reference of digital laser range finder
CA2716980C (en) Light-integrating rangefinding device and method
US20210208249A1 (en) Laser distance measurement device, apparatus, and method, and mobile platform
CN100485313C (en) Photo-electric autocollimation microscopic measuring instrument for three-dimensional detection and position of space object
CN1580815A (en) Pulse echo treating method and device for laser range finder
RU2340872C1 (en) Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed
WO2018222515A1 (en) System and method of photogrammetry
RU2400770C1 (en) Single-channel device for detecting reflective optical systems and determining range to said systems
CN102359814B (en) Three-dimensional laser motion attitude measuring system and method
CN103069298B (en) Laser velocimeter rifle optical system
RU2540154C2 (en) Apparatus for detecting optical and optoelectronic
CN115407349A (en) Image capture auxiliary multi-line laser ranging module

Legal Events

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

Effective date: 20171231