RU2482526C1 - Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method - Google Patents
Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2482526C1 RU2482526C1 RU2011141401/28A RU2011141401A RU2482526C1 RU 2482526 C1 RU2482526 C1 RU 2482526C1 RU 2011141401/28 A RU2011141401/28 A RU 2011141401/28A RU 2011141401 A RU2011141401 A RU 2011141401A RU 2482526 C1 RU2482526 C1 RU 2482526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- mnth
- modulator
- aperture
- scene
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к светозащитным средствам для различных светочувствительных сенсоров, в том числе для глаз, и может быть использовано для обеспечения зрению человека нормальных условий наблюдения окружающих сцен за счет защиты от зональных (локальных) и интегральных перепадах яркости света от сцены, в частности для защиты зрения пилотов космических и авиационных аппаратов, водителей различных водных и наземных средств передвижения, а также для создания нормальных условий съемки кино-, видео-, фотоаппаратурой сцен в режиме «против солнца».The invention relates to light-protective means for various light-sensitive sensors, including for the eyes, and can be used to provide a person with normal vision for observing surrounding scenes due to protection from zonal (local) and integral differences in the brightness of the light from the scene, in particular to protect vision pilots of space and aircraft, drivers of various water and ground vehicles, as well as to create normal conditions for shooting film, video, camera equipment scenes in the “anti the sun. "
Уровень техникиState of the art
Известен способ [1] светозащитной фильтрации с общей адаптацией к свету от сцены, заключающийся в том, что свет от сцены модулируют под управлением процессорного блока полутоновым светозащитным модулятором и модулированный свет направляют на вход защищаемого светочувствительного сенсора, при этом параллельно на выходе измерительного фотоприемника, в апертуру которого направлен свет от сцены, формируют измерительный сигнал с амплитудой, соответствующей интегральной яркости общего всего света от сцены, и подают измерительный сигнал на вход процессорного блока, на выходе которого формируют информационный сигнал, подаваемый на управляющий вход полутонового светозащитного модулятора, что вызывает изменение величины оптического пропускания в его апертуре, пропорциональное амплитуде информационного сигнала.A known method [1] of light-protective filtering with general adaptation to light from the scene, which consists in the fact that the light from the stage is modulated under the control of the processor unit by a half-tone light-shielding modulator and the modulated light is sent to the input of the protected photosensitive sensor, while simultaneously at the output of the measuring photodetector, the aperture of which the light from the scene is directed, a measuring signal is formed with an amplitude corresponding to the integral brightness of the total total light from the scene, and a measuring signal is supplied to the input of the processor unit, the output of which forms an information signal supplied to the control input of a grayscale light-shielding modulator, which causes a change in the optical transmittance in its aperture, proportional to the amplitude of the information signal.
В известном способе меняют величину оптического пропускания полутонового светозащитного модулятора одинаково по всей его апертуре пропорционально величине общей яркости света от сцены, т.е. пропорционально величине средней интенсивности общего светового потока по всем зонам (локальным областям) сцены. Чем выше общая яркость света сцены, тем меньше устанавливаемая величина оптического пропускания полутонового оптического модулятора. Тем самым на входе защищаемого светочувствительного сенсора (например, на глазах наблюдателя) уровень интенсивности света поддерживается в пределах, определяемых нормальными (комфортными) условиями наблюдения сцены.In the known method, the optical transmittance of a grayscale light-shielding modulator is changed equally over its entire aperture in proportion to the total brightness of the light from the scene, i.e. in proportion to the average intensity of the total luminous flux in all zones (local areas) of the scene. The higher the overall brightness of the scene light, the lower the set optical transmittance of the grayscale optical modulator. Thus, at the input of the protected photosensitive sensor (for example, in the eyes of the observer), the level of light intensity is maintained within the limits determined by normal (comfortable) viewing conditions of the scene.
Недостатком известного способа является невозможность обеспечить нормальные условия наблюдения для каждой из зон сцены в отдельности в случаях, когда эти зоны сильно различаются по яркости, в частности, если в какой-то из зон сцены находится аномально яркий источник света (например, солнце). В этом случае оптическое затухание полутонового светозащитного модулятора с общей адаптацией будет одинаково максимальным по всей его апертуре для обеспечения достаточной степени подавления солнечного света, что оптимально для зоны сцены с максимальной яркостью, но наблюдение объектов в зонах сцены с средней и малой яркостью будет в этом случае затруднено, а наблюдение объектов теневых зон станет проблематичным.A disadvantage of the known method is the inability to provide normal viewing conditions for each of the zones of the scene separately in cases where these zones vary greatly in brightness, in particular, if an abnormally bright light source (for example, the sun) is in one of the zones of the scene. In this case, the optical attenuation of a grayscale light-shielding modulator with general adaptation will be equally maximum over its entire aperture to ensure a sufficient degree of sunlight suppression, which is optimal for the scene area with maximum brightness, but observing objects in the scene areas with medium and low brightness will be in this case difficult, and the observation of objects of shadow zones will become problematic.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является известный способ [2] светозащитной фильтрации с зональной адаптацией (прототип), заключающийся в том, что свет от сцены модулируют полутоновым светозащитным модулятором и параллельно бинарным вспомогательным оптическим модулятором, каждый из которых содержит М×N элементов в своей апертуре, модулированный свет от первого и второго из которых направляют соответственно на вход защищаемого светочувствительного сенсора и в апертуру измерительного фотоприемника, при этом в измерительных циклах с первого выхода процессорного блока подают М×N бинарных сигналов сканирования на управляющий вход бинарного вспомогательного оптического модулятора, а на выходе измерительного фотоприемника формируют М×N измерительных сигналов, амплитуда mn-го из которых соответствует яркости mn-й зоны сцены, которые подают на вход процессорного блока, с второго выхода которого в циклах адаптации подают М×N информационных сигналов с градациями амплитуды на управляющий вход полутонового светозащитного модулятора, где m=1, 2, …, М; n=1, 2, …, N.The closest in technical essence to the claimed (prototype) is the known method [2] of light-shielding filtering with zonal adaptation (prototype), which consists in the fact that the light from the stage is modulated by a grayscale light-shielding modulator and in parallel with a binary auxiliary optical modulator, each of which contains M × N elements in its aperture, modulated light from the first and second of which is directed respectively to the input of the protected photosensitive sensor and to the aperture of the measuring photodetector, In this case, M × N binary scanning signals are fed to the control input of the binary auxiliary optical modulator in the measuring cycles from the first output of the processor unit, and M × N measuring signals are generated at the output of the measuring photodetector, the amplitude of the mnth of which corresponds to the brightness of the mnth zone of the scene which are fed to the input of the processor unit, from the second output of which, in adaptation cycles, M × N information signals with gradations of amplitude are fed to the control input of a grayscale light-shielding modulator, where m = 1, 2 , ..., M; n = 1, 2, ..., N.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является зонально-адаптивный светозащитный фильтр [2], содержащий полутоновый светозащитный модулятор, бинарный вспомогательный оптический модулятор, измерительный фотоприемник и процессорный блок, первый выход которого соединен с управляющим входом бинарного вспомогательного оптического модулятора, второй выход процессорного блока соединен с управляющим входом полутонового светозащитного модулятора, выходная апертура которого сопряжена с апертурой измерительного фотоприемника, выход которого соединен с входом процессорного блока, при этом полутоновый светозащитный модулятор и бинарный вспомогательный оптический модулятор содержат по М×N элементов в своих апертурах, входом устройства для света от сцены является входная апертура полутонового светозащитного модулятора, выходная апертура которого сопряжена с входом защищаемого светочувствительного сенсора, в апертуре которого пересекаются М×N первых оптических осей, mn-я из которых проходит через mn-й элемент полутонового светозащитного модулятора и mn-ю зону сцены, а в апертуре измерительного фотоприемника пересекаются М×N вторых оптических осей, mn-я из которых проходит через mn-й элемент бинарного вспомогательного оптического модулятора и mn-ю зону сцены.The closest in technical essence to the claimed device is a zone-adaptive light-protective filter [2], containing a grayscale light-shielding modulator, a binary auxiliary optical modulator, a measuring photodetector and a processor unit, the first output of which is connected to the control input of the binary auxiliary optical modulator, the second output of the processor unit connected to the control input of a grayscale light-shielding modulator, the output aperture of which is associated with the aperture of the measuring about the photodetector, the output of which is connected to the input of the processor unit, while the grayscale light-shielding modulator and the binary auxiliary optical modulator contain M × N elements in each aperture, the input device for the light from the scene is the input aperture of the grayscale light-shielding modulator, the output aperture of which is coupled to the input shielded photosensitive sensor, in the aperture of which M × N of the first optical axes intersect, the mnth of which passes through the mnth element of the grayscale light-shielding module torus and the mnth region of the scene, and M × N of the second optical axes intersect in the aperture of the measuring photodetector, the mnth of which passes through the mnth element of the binary auxiliary optical modulator and the mnth region of the scene.
В известных способе и устройстве [2] в каждом из элементов апертуры вспомогательного бинарного оптического модулятора реализуются только два состояния оптического пропускания - максимальное (закрытое состояние) и минимальное (открытое состояние). В исходном состоянии вспомогательного оптического модулятора все его элементы закрыты. Под управлением процессорного блока в измерительном цикле элементы вспомогательного оптического модулятора последовательно по одному переводятся в открытое состояние, обеспечивая перебор парциальных световых потоков от всех М×N зон сцены с их поочередным прохождением в апертуру измерительного фотоприемника. На выходе измерительного фотоприемника формируется последовательность измерительных сигналов с величиной амплитуды, пропорциональной величине интенсивности парциальных световых потоков, поступающих от соответствующих зон сцены. Под действием вырабатываемого в циклах адаптации на втором выходе процессорного блока mn-го информационного сигнала в соответствующем mn-м элементе полутонового светозащитного модулятора реализуется компенсирующее оптическое затухание, величина которого тем больше, чем больше интенсивность парциального светового потока от mn-й зоны сцены (чем больше яркость этой области). Тем самым осуществляется зональная (локально-избирательная) световая защита светочувствительного сенсора с обеспечением условий нормального (комфортного) восприятия светочувствительным сенсором (глазами) света от всех зон сцены, включая наиболее яркие и наименее яркие (теневые) зоны. Измерительные циклы и циклы адаптации чередуются между собой.In the known method and device [2] in each of the elements of the aperture of the auxiliary binary optical modulator, only two states of optical transmission are realized - maximum (closed state) and minimum (open state). In the initial state of the auxiliary optical modulator, all its elements are closed. Under the control of the processor unit in the measurement cycle, the elements of the auxiliary optical modulator are successively switched to the open state one by one, providing enumeration of the partial light fluxes from all M × N zones of the scene with their alternate passage through the aperture of the measuring photodetector. At the output of the measuring photodetector, a sequence of measuring signals is formed with an amplitude proportional to the intensity of the partial light fluxes coming from the corresponding zones of the scene. Under the action of the mnth information signal generated in adaptation cycles at the second output of the processor unit, the compensating optical attenuation is realized in the corresponding mnth element of the grayscale light-shielding modulator, the magnitude of which is greater, the greater the intensity of the partial light flux from the mnth zone of the scene (the more brightness of this area). Thus, a zonal (locally selective) light protection of the photosensitive sensor is ensured, ensuring the normal (comfortable) perception by the photosensitive sensor (eyes) of light from all areas of the scene, including the brightest and least bright (shadow) zones. Measuring and adaptation cycles alternate with each other.
Недостатком известных способа и устройства является узкий динамический диапазон адаптации, ограниченный динамический диапазоном измерительного фотоприемника. Когда максимальный перепад яркости между локальными областями сцены больше динамического диапазона фотоприемника, то при регистрации интенсивности света от самых ярких зон сцены измерительный фотоприемник входит в режим насыщения, и его передаточная функция перестает отслеживать изменение яркости этих областей. Вследствие этого не только нарушается функционирование адаптации для очень ярких зон сцены, но также снижается точность адаптации для зон, достаточно ярких с тем, чтобы измерительный фотоприемник работал на нелинейном участке своей характеристики (на подходе к режиму насыщения), где не только нарушается линейность работы измерительного фотоприемника, но и снижается крутизна его переходной характеристики, что снижает точность адаптации.A disadvantage of the known method and device is a narrow dynamic range of adaptation, limited by the dynamic range of the measuring photodetector. When the maximum brightness difference between the local areas of the scene is greater than the dynamic range of the photodetector, when registering the light intensity from the brightest areas of the scene, the measuring photodetector enters saturation mode, and its transfer function ceases to monitor the change in brightness of these areas. As a result of this, not only does the adaptation function for very bright areas of the scene, but also the accuracy of adaptation for areas bright enough so that the measuring photodetector operates on a non-linear part of its characteristic (on the approach to the saturation mode), where the linearity of the measurement photodetector, but also decreases the steepness of its transient response, which reduces the accuracy of adaptation.
Решаемой задачей является расширение динамического диапазона и увеличение точности адаптации в способе и устройстве.The problem to be solved is to expand the dynamic range and increase the accuracy of adaptation in the method and device.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Поставленная задача в способе светозащитной фильтрации с локально-избирательной адаптацией, заключающемся в том, что свет от сцены параллельно модулируют светозащитным модулятором и вспомогательным оптическим модулятором, каждый из которых содержит M×N элементов в своей апертуре, модулированный свет от первого и второго из которых направляют соответственно на вход защищаемого светочувствительного сенсора и в апертуру измерительного фотоприемника, при этом в измерительных циклах с первого выхода процессорного блока подают M×N вспомогательных сигналов на управляющий вход вспомогательного оптического модулятора, вызывая изменения оптического пропускания в элементах его апертуры, тем самым формируя на выходе измерительного фотоприемника М×N измерительных сигналов, амплитуда mn-го из которых соответствует яркости mn-й зоны сцены, которые подают на вход процессорного блока, с второго выхода которого в циклах адаптации подают М×N информационных сигналов на управляющий вход полутонового светозащитного модулятора, вызывая компенсирующее изменение оптического пропускания в mn-м элементе его апертуры, где m=1, 2, …, М, n=1, 2, …, N, решается тем, что с помощью процессорного блока формируют M×N вспомогательных сигналов с полутоновой в среднем за измерительный цикл или цикл адаптации амплитудой, под действием которых осуществляют полутоновую в среднем за каждый цикл адаптации оптическую модуляцию в mn-м элементе вспомогательного оптического модулятора, и далее в циклах адаптации с помощью вычислений в процессорном блоке корректирующих величин амплитуды вспомогательного сигнала для mn-го элемента вспомогательного оптического модулятора осуществляют минимизацию отклонения уровня освещенности mn-го элемента апертуры измерительного фотоприемника, создаваемого светом от mn-й зоны сцены, от заданного уровня освещенности, определяемого энергетической чувствительностью защищаемого светочувствительного сенсора, причем k-й цикл адаптации является одновременно измерительным циклом для k+1 цикла адаптации, где k - натуральное число (k=1, 2, …).The problem in the method of light-protective filtering with locally selective adaptation, namely, that the light from the scene is modulated in parallel with a light-protective modulator and an auxiliary optical modulator, each of which contains M × N elements in its aperture, the modulated light from the first and second of which direct accordingly, the input of the protected photosensitive sensor and the aperture of the measuring photodetector, while in measuring cycles from the first output of the processor unit serves M × N auxiliary signals to the control input of the auxiliary optical modulator, causing changes in optical transmission in the elements of its aperture, thereby forming at the output of the measuring photodetector M × N measuring signals, the amplitude of the mnth of which corresponds to the brightness of the mnth zone of the scene, which are fed to the input of the processor unit, from the second output of which, in adaptation cycles, M × N information signals are fed to the control input of a grayscale light-shielding modulator, causing a compensating change in optical transmission I in the mnth element of its aperture, where m = 1, 2, ..., M, n = 1, 2, ..., N, is solved by the fact that using the processor unit they form M × N auxiliary signals with a mid-tone average for the measurement the amplitude adaptation cycle or cycle, under which a half-tone optical modulation is performed on average for each adaptation cycle in the mnth element of the auxiliary optical modulator, and then in the adaptation cycles by means of calculations in the processing unit of the correction values of the amplitude of the auxiliary signal for the mnth element of the auxiliary about of the optical modulator minimize the deviation of the illumination level of the mnth element of the aperture of the measuring photodetector created by light from the mnth zone of the scene from a given level of illumination, determined by the energy sensitivity of the protected photosensitive sensor, and the kth adaptation cycle is simultaneously a measuring cycle for k + 1 adaptation cycle, where k is a natural number (k = 1, 2, ...).
Поставленная задача в зонально-адаптивном светозащитном фильтре, содержащем светозащитный модулятор, вспомогательный оптический модулятор, измерительный фотоприемник и процессорный блок, первый выход которого соединен с управляющим входом вспомогательного оптического модулятора, выход которого сопряжен с апертурой измерительного фотоприемника, выход которого соединен с входом процессорного блока, а второй выход процессорного блока соединен с управляющим входом светозащитного модулятора, входом устройства для света сцены является входная апертура светозащитного модулятора, выходная апертура которого сопряжена с входом защищаемого оптического сенсора, решается тем, что вспомогательный оптический модулятор выполнен с полутоновой в среднем за измерительный цикл или цикл адаптации передаточной характеристикой, а процессорный блок выполнен с возможностью формирования полутоновой в среднем за цикл адаптации передаточной характеристики между его входом и первым выходом.The task in place is a zone-adaptive light-protective filter containing a light-shielding modulator, an auxiliary optical modulator, a measuring photodetector and a processor unit, the first output of which is connected to a control input of the auxiliary optical modulator, the output of which is coupled to the aperture of the measuring photodetector, the output of which is connected to the input of the processor unit, and the second output of the processor unit is connected to a control input of the light-shielding modulator, the input of the device for stage light is The input aperture of the light-shielding modulator, the output aperture of which is coupled to the input of the protected optical sensor, is determined by the fact that the auxiliary optical modulator is made with a half-tone average for the measurement cycle or the adaptation cycle by the transfer characteristic, and the processor unit is made with the possibility of forming a half-tone average for the adaptation cycle transfer characteristic between its input and the first output.
Первым техническим результатом, достигаемым в изобретении, является расширение динамического диапазона способа и устройства за счет осуществления вспомогательным оптическим модулятором компрессии динамического диапазона изменения яркости света между локальными областями сцены. Вторым техническим результатом является обеспечение работы измерительного фотоприемника на линейном участке его передаточной характеристики, характеризующемся максимальной крутизной. Оба указанных технических результата обеспечивают решение задачи увеличения точности адаптации в способе и устройстве.The first technical result achieved in the invention is the expansion of the dynamic range of the method and device due to the implementation of the auxiliary optical modulator compression of the dynamic range of the brightness of light between local areas of the scene. The second technical result is to ensure the operation of the measuring photodetector on a linear portion of its transfer characteristic, characterized by maximum steepness. Both of these technical results provide a solution to the problem of increasing the accuracy of adaptation in the method and device.
Перечень чертежейList of drawings
Фиг.1 - структурная схема зонально-адаптивного светозащитного фильтра.Figure 1 is a structural diagram of a zone adaptive light protection filter.
Фиг.2 - мозаичный измерительный фотоприемник.Figure 2 - mosaic measuring photodetector.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Зонально-адаптивный светозащитный фильтр (фиг.1) содержит светозащитный модулятор 1, вспомогательный оптический фильтр 2, измерительный фотоприемник 3 и процессорный блок 4, первый выход которого соединен с управляющим входом вспомогательного оптического модулятора 2, выходная апертура которого сопряжена с апертурой измерительного фотоприемника 3, выход которого соединен с входом процессорного блока 4, второй выход которого соединен с управляющим входом светозащитного модулятора 1. Светозащитный модулятор 1 и вспомогательный оптический модулятор 2 содержат по М×N элементов в своих апертурах, где m=1, 2, …, М; n=1, 2, …, N. Входом устройства для света от сцены 5 является входная апертура светозащитного модулятора 1, выходная апертура которого сопряжена с входом защищаемого светочувствительного сенсора 6. В апертуре светочувствительного сенсора 6 пересекаются М×N первых оптических осей, из которых mn-я оптическая ось 7 проходит через mn-й элемент светозащитного модулятора 2 и mn-ю зону сцены 5. В апертуре измерительного фотоприемника пересекаются М×N вторых оптических осей, из которых mn-я оптическая ось 8 проходит через mn-й элемент вспомогательного оптического модулятора и mn-ю зону сцены 5. Вспомогательный оптический модулятор 2 и светозащитный модулятор 1 выполнены с полутоновой в среднем за измерительный цикл и цикл адаптации передаточной характеристикой, а процессорный блок 4 выполнен с возможностью формирования полутоновой в среднем за цикл адаптации передаточной характеристики между его входом и первым выходом.The zone adaptive light protection filter (Fig. 1) comprises a light protection modulator 1, an auxiliary
В частном варианте выполнения устройства измерительным фотоприемником является мозаичный фотоприемник 9 (фиг.2), в апертуре 91 которого находятся М×N светочувствительных элементов, из которых mn-й светочувствительный элемент расположен на одной оптической оси 8 с mn-м элементом вспомогательного оптического модулятора 2 и mn-й зоной сцены 5.In a particular embodiment of the device, the measuring photodetector is a mosaic photodetector 9 (FIG. 2), in the
Способ светозащитной фильтрации с зональной адаптацией реализуется при работе устройства следующим образом. Свет от сцены 5 модулируют под управлением процессорного блока 4 светозащитным модулятором 1 и параллельно вспомогательным оптическим модулятором 2. Модулированный свет от первого и второго из которых направляют соответственно на вход защищаемого светочувствительного сенсора 6 и в апертуру измерительного фотоприемника 3. На выходе измерительного фотоприемника 3 в начальном измерительном цикле формируют М×N измерительных сигналов, амплитуда mn-го из которых соответствует яркости mn-й зоны сцены 5. Полученные M×N выходных сигналов подают на вход процессорного блока 4, с первого выхода которого в каждом из циклов адаптации подают М×N вспомогательных сигналов на управляющий вход вспомогательного оптического модулятора 2. С второго выхода процессорного блока 4 подают M×N информационных сигналов на управляющий вход светозащитного модулятора 1. После начального измерительного цикла на первом выходе процессорного блока 4 формируют М×N измерительных сигналов с полутоновой в среднем за измерительный цикл амплитудой, под действием которых осуществляют полутоновую в среднем за последующий цикл адаптации оптическую модуляцию в mn-м элементе вспомогательного оптического модулятора 2. Усреднение оптического пропускания за измерительный цикл или цикл адаптации соответствует результату интегрирования всех значений оптического пропускания за время цикла, деленному на время цикла.The method of light-protective filtering with zonal adaptation is implemented when the device is operated as follows. The light from the stage 5 is modulated under the control of the processor unit 4 by a light-shielding modulator 1 and in parallel with an auxiliary
В первом частном варианте способа усредненную за измерительный цикл или за цикл адаптации оптическую модуляцию в mn-м элементе вспомогательного оптического модулятора 2 и в mn-м элементе светозащитного модулятора 1 осуществляют в виде модуляции величины оптического пропускания (величины оптического затухания) в указанных mn-х элементах, что обеспечивает первоначальное избирательное понижение уровня яркости в mn-й зоне сцены на входе защищаемого светочувствительного сенсора 6. Далее в циклах адаптации путем вычислений в процессорном блоке 4 корректирующих величин амплитуды вспомогательного сигнала для mn-го элемента вспомогательного оптического модулятора 2 осуществляют минимизацию отклонения уровня освещенности mn-го элемента апертуры измерительного фотоприемника 3, создаваемого светом от mn-й зоны сцены, от заданного уровня освещенности, определяемого энергетической чувствительностью защищаемого светочувствительного сенсора 6. Процессорный блок 4 в первом цикле адаптации сравнивает реальный уровень mn-го измерительного сигнала на выходе измерительного фотоприемника 3 с заданным опорным уровнем, определяемым энергетически оптимальным (комфортным) уровнем света на входе светочувствительного сенсора 6. В случае излишне большого уровня яркости света от mn-й зоны сцены 5, не укладывающегося в динамический диапазон измерительного фотоприемника 3, в первоначальном измерительном цикле данный уровень яркости не будет точно отслежен величиной амплитуды mn-го вспомогательного сигнала на выходе измерительного фотоприемника 3. Однако уже в первом последующем цикле адаптации измерительный фотоприемник 3 работает уже при пониженной величине интенсивности парциального светового потока от mn-й зоны сцены вследствие соответствующего оптического затухания, вносимого в этот парциальный световой поток mn-м элементом вспомогательного оптического модулятора 2. В результате в текущем цикле адаптации на выходе измерительного фотоприемника 3 появляется корректирующий измерительный сигнал, под действием которого процессорный блок 4 вырабатывает корректирующий mn-й вспомогательный сигнал и корректирующий mn-й информационный сигнал, действие которых вызывает соответствующие коррекции величин оптического пропускания в mn-х элементах вспомогательного 2 и светозащитного 1 модуляторов. Если яркость света в mn-й области сцены 5 остается постоянной во времени, то в последующих циклах адаптации уровень всех корректирующих сигналов стремится к минимальному значению вплоть до нулевого. Если же яркость света в mn-й области сцены 5 начинает изменяться во времени, то абсолютная величина (модуль) амплитуды корректирующего измерительного сигнала в циклах измерения и адаптации будет увеличиваться, при этом знак корректирующего измерительного сигнала будет определяться знаком разности между предыдущим и последующим уровнями интенсивности парциального светового потока от mn-й зоны сцены 5. Соответственно процессорный блок 4 вырабатывает корректирующие mn-е вспомогательные и информационные сигналы с уровнями, обеспечивающими корректирующие изменения в оптическом пропускании mn-х элементов вспомогательного 2 и светозащитного 1 модуляторов. Тем самым в k-м цикле адаптации корректирующие сигналы коррекции минимизируются вплоть до нулевого значения для сцены 5 с любым распределением яркости света по ее зонам как статическим, так и динамическим распределением, при этом k-й цикл адаптации в соответствии с описанным алгоритмом работы одновременно является измерительным циклом для k+1 цикла адаптации, где k - натуральное число (k=1, 2, …). В итоге за счет компенсации излишних величин яркости в соответствующих зонах сцены 5 установившимися компенсирующими значениями оптического пропускания в элементах светозащитного модулятора 1 светочувствительный сенсор (глаза) 6 будет воспринимать сквозь апертуру светозащитного модулятора 1 все локальные области сцены в диапазоне нормальных величин яркостей.In the first particular embodiment of the method, the optical modulation averaged over the measuring cycle or over the adaptation cycle in the mnth element of the auxiliary
При общем (интегральном) изменении яркости света от всей сцены 5 способ и устройство обеспечивают соответствующую интегральную светозащитную функцию за счет общего изменения оптического пропускания во всех элементах вспомогательного 2 и светозащитного 1 модуляторов.With a general (integral) change in the brightness of light from the entire scene 5, the method and device provide the corresponding integral light-shielding function due to the general change in optical transmittance in all elements of the auxiliary 2 and light-shielding 1 modulators.
Динамический диапазон в способе и устройстве шире динамического диапазона измерительного фотоприемника в g раз, где g - величина компрессии диапазона яркостей света от сцены 5, соответствующая динамическому диапазону вспомогательного оптического модулятора 2 (т.е. диапазону изменения величин оптического пропускания в его элементах). Точность адаптации в способе и устройстве улучшена за счет работы измерительного фотоприемника 3 в k-м цикле адаптации фактически в центре линейного участка своей передаточной характеристики, имеющего максимальную крутизну.The dynamic range in the method and device is g times greater than the dynamic range of the measuring photodetector, where g is the compression value of the light brightness range from scene 5, corresponding to the dynamic range of the auxiliary optical modulator 2 (i.e., the range of variation of the optical transmittance in its elements). The accuracy of adaptation in the method and device is improved due to the operation of the measuring photodetector 3 in the k-th adaptation cycle in fact in the center of the linear portion of its transfer characteristic having maximum steepness.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения динамический диапазон вспомогательного оптического модулятора 2 согласован с динамическим диапазоном измерительного фотоприемника 3, а динамический диапазон светозащитного модулятора 1 согласован с динамическим диапазоном светочувствительного сенсора 6.In a preferred embodiment, the dynamic range of the auxiliary
Отличием другого частного варианта способа является то, что усредненная за измерительный цикл или за цикл адаптации оптическая модуляция в mn-х элементах светозащитного 1 и вспомогательного 2 оптических модуляторов соответствует модуляции насыщенности цвета в цветовой характеристике этих mn-х элементов, которая выбрана дополнительной к цветовой характеристике света от mn-й зоны сцены 5. Дополнительная (по отношению к заданной цветовой характеристике) цветовая характеристика имеет спектр, который не перекрывается на шкале длин волн с спектром, соответствующим заданной цветовой характеристике, при этом сумма спектров для заданной и дополнительной к ней цветовых характеристик соответствует спектру белого света. Поэтому разность заданной и дополнительной цветовых характеристик близка к нулю для всех длин волн видимого спектра. Следовательно, оптический модулятор с цветовой характеристикой, дополнительной к цветовой характеристике света, падающего на входную апертуру модулятора, не пропускает такой свет в свою выходную апертуру. В частности, желтый цвет является дополнительным к синему цвету, поэтому желтый свет эффективно подавляется синим фильтром (с 100%-ной насыщенностью синего цвета) при работе последнего на пропускание света. Следовательно, mn-ми элементами вспомогательного 2 и светозащитного 1 модуляторов с цветовой характеристикой, соответствующей синему цвету, подавляется цветовая составляющая света от mn-й зоны сцены 5 с энергией, сосредоточенной в участке спектра, соответствующего желтому цвету. Степень подавления проходящего света определяется степенью насыщенности дополнительного цвета в элементах вспомогательного 2 и светозащитного 1 модуляторов, которая изменяется при изменении уровней соответственно вспомогательного и информационного сигналов. При этом обеспечена возможность восприятия защищаемым оптическим сенсором 6 (глазами) света сцены 5 в остальной части видимого спектра (в частности, в синем свете).The difference between another particular variant of the method is that the optical modulation averaged over the measuring cycle or over the adaptation cycle in the mn elements of the light-shielding 1 and auxiliary 2 optical modulators corresponds to the color saturation modulation in the color characteristic of these mn elements, which is chosen additional to the color characteristic light from the mn-th zone of the scene 5. The additional (with respect to a given color characteristic) color characteristic has a spectrum that does not overlap on the wavelength scale with spec set, corresponding predetermined color characteristic, wherein the sum of the spectra for a given thereto and further color characteristics corresponding to the spectrum of white light. Therefore, the difference between the given and additional color characteristics is close to zero for all wavelengths of the visible spectrum. Therefore, an optical modulator with a color characteristic complementary to the color characteristic of the light incident on the input aperture of the modulator does not transmit such light into its output aperture. In particular, yellow is complementary to blue; therefore, yellow light is effectively suppressed by a blue filter (with 100% saturation of blue) when the latter is used to transmit light. Therefore, with the mnth elements of the auxiliary 2 and the light-shielding 1 modulators with a color characteristic corresponding to blue, the color component of the light from the mnth zone of scene 5 with energy concentrated in the spectral region corresponding to yellow is suppressed. The degree of suppression of transmitted light is determined by the degree of saturation of the complementary color in the elements of the auxiliary 2 and light-shielding 1 modulators, which changes when the levels of the auxiliary and information signals respectively change. At the same time, it is possible to perceive by the protected optical sensor 6 (eyes) the light of scene 5 in the rest of the visible spectrum (in particular, in blue light).
Особенностью работы частного варианта устройства с измерительным фотоприемником 3 в виде мозаичного фотоприемника 9 является минимальная длительность измерительного цикла, поскольку здесь обеспечена возможность параллельного съема информации от М×N зон сцены 5. Например, при параллельной активации М элементов на каждой строке матрично-адресуемого измерительного оптического модулятора 2 длительность измерительного цикла в М раз меньше, чем при последовательном сканировании элементов каждой строки. В случае индивидуальной адресации всех элементов измерительного оптического фильтра 2 и мозаичного измерительного фотоприемника 9 возможно параллельное восприятие света сразу ото всех М×N зон сцены 5 с итоговым сокращением измерительного цикла в М×N раз.A particular feature of the operation of a private embodiment of the device with a measuring photodetector 3 in the form of a
Полутоновая в среднем за рабочий цикл (цикл измерения либо цикл адаптации) модуляция обеспечивается не только при полутоновой модуляции, но и при бинарной модуляции пропускания бинарного светозащитного модулятора 1 и бинарного вспомогательного оптического модулятора 2. В этом случае выбором постоянной времени интегрирования для измерительного сигнала на выходе измерительного фотоприемника 3 осуществляется преобразование бинарного измерительного сигнала в полутоновый измерительный сигнал. За счет временной памяти в зрительном аппарате наблюдателя бинарные изменения оптического пропускания светозащитного модулятора при надлежащем выборе частоты следования рабочих циклов воспринимаются сознанием наблюдателя как эквивалентные полутоновые изменения оптического пропускания.An average halftone per working cycle (measurement cycle or adaptation cycle) modulation is provided not only with grayscale modulation, but also with binary transmission modulation of the binary light-shielding modulator 1 and the binary auxiliary
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Практическая реализация светозащитного зонально-адаптируемого фильтра возможна с реализацией информационного и вспомогательного оптических модуляторов на полутоновых нематических жидкокристаллических (НЖК) структурах, например, на быстродействующих НЖК пи-структурах и STN (Super Twist Nematic) структурах [3], обеспечивающих динамический диапазон изменения оптического пропускания в однослойных структурах порядка 200:1 и время реакции порядка десятков-сотен микросекунд, а также на бинарных MEMOMI (MEMory Optical Mode Interference) НЖК структурах [4]. Оптические фильтры с переменными цветовыми характеристиками могут быть выполнены, например, на электрохромных структурах [5].The practical implementation of a light-protective zone-adaptable filter is possible with the implementation of information and auxiliary optical modulators on halftone nematic liquid crystal (NLC) structures, for example, on high-speed NLC pi structures and STN (Super Twist Nematic) structures [3], which provide a dynamic range of variation of optical transmission in single-layer structures of the order of 200: 1 and reaction times of the order of tens to hundreds of microseconds, as well as in binary MEMOMI (MEMory Optical Mode Interference) NLC structures [4]. Optical filters with variable color characteristics can be performed, for example, on electrochromic structures [5].
Изобретение может быть использовано для осуществления светозащитных функций для зрения пилотов различных космических, авиационных, надводных, подводных и наземных аппаратов. Светозащитный зональный фильтр может быть выполнен в виде защитного экрана в шлемах, стеклах кабин, иллюминаторов либо установлен в окнах оправы защитных очков.The invention can be used to perform light protection functions for the vision of pilots of various space, aviation, surface, underwater and ground vehicles. The light-protective zone filter can be made in the form of a protective screen in helmets, cab windows, portholes or installed in the glasses of the goggles frame.
Изобретение может быть также использовано для реализации нормальных условий кино-, видео-, фотосъемки «против солнца» в космическом пространстве, в стратосфере, атмосфере, под водой. Светозащитный зональный фильтр может быть выполнен в виде оптической насадки на объектив съемочной аппаратуры.The invention can also be used to implement the normal conditions of film, video, and photography “against the sun” in outer space, in the stratosphere, atmosphere, under water. The light-protective zone filter can be made in the form of an optical nozzle on the lens of shooting equipment.
ЛитератураLiterature
1. Sonderreger R. Glare protection device with a screened evaluation circuit. - US Patent No.6796652, G02C 7/10, publication date 28.09.04.1. Sonderreger R. Glare protection device with a screened evaluation circuit. - US Patent No.6796652, G02C 7/10, publication date 09/28/04.
2. Bames E.E. Light intensity reduction apparatus and method. - US Patent No.5841507, G02C 7/12, publication date 24.11.98 (прототип).2. Bames E.E. Light intensity reduction apparatus and method. - US Patent No.5841507, G02C 7/12, publication date 11.24.98 (prototype).
3. Studentsov S.A., Ezhov V.A., Volume (or Stereoscopic) Images on the Screens of Standard Computer and Television Displays, SPIE Proceedings, v.5821, February 2005, pp.102-118.3. Studentsov S.A., Ezhov V.A., Volume (or Stereoscopic) Images on the Screens of Standard Computer and Television Displays, SPIE Proceedings, v. 5821, February 2005, pp. 102-118.
4. Брежнев В.А., Ежов В.А., Студенцов С.А., Симоненко Г.В., Пассивно-матричный ЖК-дисплей и метод его управления. Патент РФ № 2206914, G02F 1/1337, G09G 3/36, приоритет от 24.04.2001.4. Brezhnev VA, Yezhov VA, Studentsov SA, Simonenko GV, Passive-matrix LCD display and its control method. RF patent No. 2206914, G02F 1/1337, G09G 3/36, priority dated 24.04.2001.
5. Fitzmaurice D., Cummins D., Corr D. et al. Electrochromic device. - US Patent No. 6,870,657, G02F 1/15.3, publication date 22.03.2005.5. Fitzmaurice D., Cummins D., Corr D. et al. Electrochromic device. - US Patent No. 6,870,657, G02F 1 / 15.3, publication date 03/22/2005.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011141401/28A RU2482526C1 (en) | 2011-10-13 | 2011-10-13 | Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011141401/28A RU2482526C1 (en) | 2011-10-13 | 2011-10-13 | Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011141401A RU2011141401A (en) | 2013-04-20 |
| RU2482526C1 true RU2482526C1 (en) | 2013-05-20 |
Family
ID=48789988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011141401/28A RU2482526C1 (en) | 2011-10-13 | 2011-10-13 | Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2482526C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2604110C2 (en) * | 2015-04-20 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) | Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4410752A1 (en) * | 1993-03-29 | 1994-11-17 | Tokai Rika Co Ltd | Control device for an anti-dazzle mirror |
| US5841507A (en) * | 1995-06-07 | 1998-11-24 | Barnes; Elwood E. | Light intensity reduction apparatus and method |
| US7651220B1 (en) * | 2005-11-07 | 2010-01-26 | Ram Pattikonda | Selective system for blocking glare in a specific location of a user's field of vision |
| US20100026917A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-04 | Wen Walter Y | Automatic darkening and glare reducing liquid crystal mirror |
-
2011
- 2011-10-13 RU RU2011141401/28A patent/RU2482526C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4410752A1 (en) * | 1993-03-29 | 1994-11-17 | Tokai Rika Co Ltd | Control device for an anti-dazzle mirror |
| US5841507A (en) * | 1995-06-07 | 1998-11-24 | Barnes; Elwood E. | Light intensity reduction apparatus and method |
| US7651220B1 (en) * | 2005-11-07 | 2010-01-26 | Ram Pattikonda | Selective system for blocking glare in a specific location of a user's field of vision |
| US20100026917A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-04 | Wen Walter Y | Automatic darkening and glare reducing liquid crystal mirror |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2604110C2 (en) * | 2015-04-20 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) | Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011141401A (en) | 2013-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8164598B2 (en) | Display assemblies and computer programs and methods for defect compensation | |
| US9373277B2 (en) | Extending dynamic range of a display | |
| US7973838B2 (en) | Active mask for electronic imaging system | |
| CN107111145B (en) | Head-mounted display device and display method | |
| US5479279A (en) | Optimized color display device which uses a matrix to control the hue and uses a matrix to control color saturation | |
| US8570634B2 (en) | Image processing of an incoming light field using a spatial light modulator | |
| Itoh et al. | Light attenuation display: Subtractive see-through near-eye display via spatial color filtering | |
| KR20060041848A (en) | Liquid crystal display | |
| US20160139416A1 (en) | Color mixing device and display device | |
| Wetzstein et al. | Optical image processing using light modulation displays | |
| EP0756246B1 (en) | Image processing device | |
| JP2016139116A (en) | Head-mounted display device and display method | |
| US11500204B2 (en) | Head-mounted display | |
| Ritt et al. | Electro-optical sensor with spatial and spectral filtering capability | |
| DE60018880T2 (en) | Arrangement for projection reproduction with two liquid crystal display panels | |
| RU2482526C1 (en) | Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method | |
| US20120195519A1 (en) | Method of Generating Corrected Image Data and Display Apparatus | |
| US20170307906A1 (en) | Electronic solar and laser blocking sunglasses | |
| US6323474B1 (en) | Method and system for modulating light | |
| US11600223B2 (en) | Wearable display apparatus and driving method thereof | |
| CN109814290B (en) | Display device, control method thereof and computer readable medium | |
| FR2988890A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR REDUCING THE RECIPROCAL INFLUENCE OF IMAGE POINTS OF A GROUP OF IMAGE POINTS | |
| Yuan et al. | Tunable-liquid-crystal-filter-based low-light-level color night vision system and its image processing method | |
| US10643517B2 (en) | Display device and display driving method | |
| US20090015682A1 (en) | Anti-glare device, method and accessory, and imaging system with increased brightness dynamics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131014 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150820 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191014 |