RU2604110C2 - Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection - Google Patents
Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604110C2 RU2604110C2 RU2015114597/28A RU2015114597A RU2604110C2 RU 2604110 C2 RU2604110 C2 RU 2604110C2 RU 2015114597/28 A RU2015114597/28 A RU 2015114597/28A RU 2015114597 A RU2015114597 A RU 2015114597A RU 2604110 C2 RU2604110 C2 RU 2604110C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- optical sensor
- light
- output
- light modulator
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 132
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 abstract description 18
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920000314 poly p-methyl styrene Polymers 0.000 description 18
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 12
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 11
- 102000008071 Mismatch Repair Endonuclease PMS2 Human genes 0.000 description 9
- 108010074346 Mismatch Repair Endonuclease PMS2 Proteins 0.000 description 9
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 206010063401 primary progressive multiple sclerosis Diseases 0.000 description 7
- HXJLNZAWZFZUIZ-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-(4-propan-2-ylphenyl)pyrrolidine-2,5-dione Chemical compound C1=CC(C(C)C)=CC=C1C1C(=O)N(C)C(=O)C1 HXJLNZAWZFZUIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000016776 visual perception Effects 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- TZSMWSKOPZEMAJ-UHFFFAOYSA-N bis[(2-methoxyphenyl)methyl] carbonate Chemical compound COC1=CC=CC=C1COC(=O)OCC1=CC=CC=C1OC TZSMWSKOPZEMAJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000004271 bone marrow stromal cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
- B60J3/00—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles
- B60J3/04—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles adjustable in transparency
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
- G02C7/00—Optical parts
- G02C7/10—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses
- G02C7/101—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses having an electro-optical light valve
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Image Input (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к устройствам наблюдения реальных сцен с защитой оптического сенсора прибора и/или зрения наблюдателя от излишне яркого света, точнее к наблюдательно-регистрирующим устройствам с локально-адаптивными светозащитными фильтрами для ослабления мешающего света от интенсивных оптических источников с сохранением нормального зрительного восприятия остальных объектов наблюдаемой сцены, и может быть использовано для создания различных наблюдательно-регистрирующих устройств для зрения, а также для фото-, видеокамер, работающих в условиях яркого солнечного освещения, в том числе при прямом падении солнечного света на вход устройства и прямой видимости солнечного диска в наблюдаемой сцене.The invention relates to devices for observing real scenes with the protection of the optical sensor of the device and / or the observer’s vision from excessively bright light, more precisely, to observational recording devices with locally adaptive light protection filters for attenuating interfering light from intense optical sources while maintaining normal visual perception of the remaining objects observed scenes, and can be used to create various observational-recording devices for vision, as well as for photo, video cameras, ra working in bright sunlight, including when direct sunlight falls on the input of the device and the direct visibility of the solar disk in the observed scene.
Уровень техникиState of the art
Известно наблюдательное устройство с интегрально-адаптивной оптической защитой [1], содержащее полутоновой пространственный модулятор света с однородным оптическим пропусканием по всей апертуре и оптический сенсор, вход которого оптически связан с частью апертуры пространственного модулятора света, а также процессорный модуль, вход которого подключен к электронному выходу оптического сенсора, выход процессорного модуля подключен к электронному входу полутонового пространственного модулятора света, оптический вход которого является входом устройства, связанным с внешним пространственно-неоднородным источником света, а выходом устройства является оптический выход полутонового пространственного модулятора света.Known observational device with integrated adaptive optical protection [1], containing a grayscale spatial light modulator with uniform optical transmission throughout the aperture and an optical sensor, the input of which is optically connected to part of the aperture of the spatial light modulator, as well as a processor module, the input of which is connected to an electronic the output of the optical sensor, the output of the processor module is connected to the electronic input of the grayscale spatial light modulator, the optical input of which is an input device I connected to the outside spatially nonuniform light source and output device is an optical output grayscale spatial light modulator.
Данное известное устройство обеспечивает оптическую защиту зрения (глаз) наблюдателя при восприятии внешнего пространственно-неоднородного источника света (пространственного распределения яркости света по объектам наблюдаемой сцены) сквозь апертуру полутонового пространственного модулятора света. Недостатком известного устройства является невозможность одновременно обеспечить эффективную защиту зрения от локальных областей излишне яркого света в наблюдаемой сцене и сохранить четкое зрительное восприятие остальных объектов наблюдаемой сцены, имеющих малую и среднюю яркость. Действительно, реализация такого низкого оптического пропускания по всей апертуре пространственного модулятора света, который соответствует достаточному подавлению мешающего света от наиболее яркого локального источника (например, от света солнечного диска), приводит к плохой различимости всех объектов сцены с малой и средней яркостью при их наблюдении сквозь апертуру с таким низким оптическим пропусканием.This known device provides optical protection for the observer’s vision (eyes) when perceiving an external spatially inhomogeneous light source (spatial distribution of light brightness over objects of the observed scene) through an aperture of a half-tone spatial light modulator. A disadvantage of the known device is the inability to simultaneously provide effective vision protection from local areas of excessively bright light in the observed scene and to maintain a clear visual perception of the remaining objects of the observed scene having low and medium brightness. Indeed, the implementation of such a low optical transmittance over the entire aperture of the spatial light modulator, which corresponds to sufficient suppression of interfering light from the brightest local source (for example, from the light of the solar disk), leads to poor visibility of all objects in the scene with low and medium brightness when observed through aperture with such low optical transmittance.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является наблюдательно-регистрирующее устройство с локально-адаптивной оптической защитой [2], содержащее последовательно расположенные на одной оптической оси бинарный пространственный модулятор света (БПМС) с числом MN оптических затворных элементов (каждый с двумя значениями оптического пропускания) и оптический сенсор с единственным светочувствительным элементом, где M и N - число строк и столбцов адресной матрицы БПМС, а также процессорный модуль и полутоновой пространственный модулятор света (ППМС) с числом MN светомодулирующих элементов (каждый с «серой шкалой» оптического пропускания), оптический вход которого связан с внешним пространственно-распределенным источником света, при этом электронный вход ППМС подключен к управляющему выходу процессорного модуля, вход которого подключен к электронному выходу оптического сенсора, а сканирующий выход процессорного модуля подключен к электронному входу БПМС, причем в апертуре светочувствительного элемента оптического сенсора пересекаются MN первых парциальных оптических осей, проходящих через соответствующие MN оптических затворных элементов БПМС, а оптический выход ППМС является выходом устройства для нормированного по яркости изображения внешнего пространственно-распределенного источника света, при этом в точке наблюдения выхода устройства пересекаются MN вторых парциальных оптических осей, проходящих через MN светомодулирующих элементов ППМС.The closest in technical essence to the claimed device is an observational recording device with a locally adaptive optical protection [2], containing a binary spatial light modulator (BPSM) sequentially located on the same optical axis with the number MN of optical shutter elements (each with two optical transmittance values) ) and an optical sensor with a single photosensitive element, where M and N are the number of rows and columns of the BPMS address matrix, as well as the processor module and the grayscale is simple a spatial light modulator (PPMS) with the number MN of light-modulating elements (each with a “gray scale” of optical transmission), the optical input of which is connected to an external spatially distributed light source, while the electronic input of the PPMS is connected to the control output of the processor module, the input of which is connected to the electronic output of the optical sensor, and the scanning output of the processor module is connected to the electronic input of the BPMS, and the MNs of the first intersect in the aperture of the photosensitive element of the optical sensor arctic optical axes passing through the corresponding MN optical gate elements of the BPSM, and the optical output of the BMSC is the output of the device for a spatially distributed light source normalized to the brightness of the image, while MN of the second partial optical axes passing through the MN of light modulating intersect at the observation point of the output of the device PPMS elements.
В известном устройстве в начале цикла адаптации за счет поочередного открытия (перевода в состояние с максимальным оптическим пропусканием) MN оптических затворных элементов БПМС (вследствие подачи на его электронный вход сигнала с сканирующего выхода процессорного модуля) световые потоки от соответствующих MN локальных областей внешнего пространственно-распределенного источника света последовательно попадают на единственный светочувствительный элемент оптического сенсора. В результате на его электронном выходе формируется временная поэлементная развертка изображения внешнего пространственно-распределенного источника света, которая поступает на вход процессорного модуля, на управляющем выходе которого формируется сигнал управления оптическим пропусканием ППМС. В апертуре ППМС реализуется пространственное распределение оптического пропускания, которое обеспечивает подавление излишне яркого света в нормированном изображении внешнего пространственно-распределенного источника света, формирующемся на сетчатке глаза наблюдателя, находящегося в точке наблюдения выхода устройства и воспринимающего сквозь апертуру ППМС световой поток от внешнего пространственно-распределенного источника света. Нормирование яркости обеспечивается тем, что наиболее яркие локальные области последнего (соответствующие мешающему свету) просматриваются сквозь наиболее темные локальные области апертуры дополнительного пространственного модулятора света, что обеспечивает локальную оптическую защиту зрения в конце цикла адаптации.In the known device at the beginning of the adaptation cycle due to the alternate opening (transition to a state with maximum optical transmission) MN optical gate elements BPMS (due to the supply to its electronic input of a signal from the scanning output of the processor module) light fluxes from the corresponding MN local areas of the external spatially distributed The light source sequentially falls on a single photosensitive element of the optical sensor. As a result, a temporary element-wise scan of an image of an external spatially distributed light source is generated at its electronic output, which is fed to the input of the processor module, at the control output of which an optical transmission control signal PPMS is generated. The spatial distribution of optical transmission is realized in the PPMS aperture, which suppresses excessively bright light in the normalized image of an external spatially distributed light source, which is formed on the retina of the observer’s eye located at the exit point of the device and which receives light through the PPMS aperture from an external spatially distributed source Sveta. The brightness normalization is ensured by the fact that the brightest local areas of the latter (corresponding to interfering light) are viewed through the darkest local areas of the aperture of the additional spatial light modulator, which provides local optical vision protection at the end of the adaptation cycle.
Первым недостатком известного устройства является ограниченность динамического диапазона оптического сенсора по сравнению с динамическим диапазоном изменения яркости света в сценах реального мира, которое достигает яркости 105÷106 люкс при прямом солнечном освещении объектов реальных сцен и при прямом наблюдении солнечного диска, что намного превосходит верхний предел динамического диапазона стандартных оптических сенсоров. Поскольку на оптический сенсор здесь напрямую (без ослабления) попадает свет от каждой локальной области внешнего пространственно-распределенного источника света, то динамический диапазон известного устройства не превосходит динамического диапазона оптического сенсора.The first disadvantage of the known device is the limited dynamic range of the optical sensor compared to the dynamic range of light brightness in real-world scenes, which reaches a brightness of 10 5 ÷ 10 6 lux in direct sunlight of objects of real scenes and in direct observation of the solar disk, which is much higher than the upper dynamic range limit of standard optical sensors. Since the optical sensor directly (without attenuation) receives light from each local area of the external spatially distributed light source, the dynamic range of the known device does not exceed the dynamic range of the optical sensor.
Второй недостаток известного устройства состоит в недостаточно точной локальной адаптации. Точное подавление мешающего света от различных локальных областей внешнего пространственно-распределенного источника света действием соответствующих локальных областей оптического затухания (оптической плотности) в апертуре ППМС проблематично в том случае, когда пространственно-распределенный источник света перемещается в физическом пространстве вдоль поперечных (относительно оптической оси устройства) координат. Действительно, MN первых парциальных оптических осей (составляющих угловое поле зрения оптического сенсора) не совпадает по среднему углу наблюдения с MN вторыми парциальными оптическими осями (составляющие угловое поле зрения наблюдателя). При поперечном перемещении наблюдаемого оптического источника мешающего света эта разница в средних углах наблюдения в общем случае приводит к появлению пространственного рассогласования (зависящего от конкретного расположения источников мешающего света) между положением пространственного распределения оптического затухания в апертуре ППМС и пространственным распределением яркости в внешнем пространственно-распределенном источнике света. В итоге вторым недостатком известного устройства является невысокая точность локальной адаптации оптической защиты при изменяемом поперечном положении источника мешающего света (либо при изменении направления оптической оси устройства за счет его углового перемещения относительно наблюдаемой сцены).The second disadvantage of the known device is insufficiently accurate local adaptation. The exact suppression of interfering light from various local regions of an external spatially distributed light source by the action of the corresponding local regions of optical attenuation (optical density) in the PPMS aperture is problematic when the spatially distributed light source moves in physical space along the transverse (relative to the optical axis of the device) coordinates. Indeed, the MN of the first partial optical axes (making up the angular field of view of the optical sensor) does not coincide in the average viewing angle with the MN of the second partial optical axes (making up the angular field of view of the observer). With the transverse movement of the observed optical interfering light source, this difference in the average viewing angles in the general case leads to the appearance of a spatial mismatch (depending on the specific location of the interfering light sources) between the position of the spatial distribution of optical attenuation in the aperture of the PMSC and the spatial distribution of brightness in an external spatially distributed source Sveta. As a result, the second disadvantage of the known device is the low accuracy of local adaptation of optical protection with a variable transverse position of the interfering light source (or when changing the direction of the optical axis of the device due to its angular displacement relative to the observed scene).
Задачей изобретения является расширение динамического диапазона и улучшение точности локальной адаптации оптической защиты.The objective of the invention is to expand the dynamic range and improve the accuracy of local adaptation of optical protection.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Поставленная задача в наблюдательно-регистрирующем устройстве с локально-адаптивной оптической защитой, содержащем последовательно расположенные на одной оптической оси пространственный модулятор света (ПМС) с числом MN светомодулирующих элементов и оптический сенсор, а также процессорный модуль, где M и N - соответственно число строк и число столбцов адресной матрицы ПМС, при этом вход процессорного модуля подключен к выходу оптического сенсора, управляющий выход процессорного модуля подключен к электронному входу ПМС, решается тем, что оптический сенсор выполнен с числом MN групп световоспринимающих элементов, в устройство дополнительно введен отображающий блок, в объектном пространстве которого находится внешний пространственно-распределенный источник света, а в пространстве изображения отображающего блока расположена апертура ПМС и световоспринимающая поверхность оптического сенсора, причем mn-й светомодулирующий элемент ПМС примыкает к mn-й группе световоспринимающих элементов оптического сенсора, где m=1, 2, …, Μ; n=1, 2, …, Ν, при этом процессорный блок выполнен с информационным выходом, который является электронным выходом устройства для сигнала развертки нормированного по яркости изображения внешнего пространственно-распределенного источника света.The task in an observational-recording device with a locally adaptive optical protection containing a spatial light modulator (PMS) sequentially located on the same optical axis with the number MN of light-modulating elements and an optical sensor, as well as a processor module, where M and N are the number of lines and the number of columns of the PMS address matrix, while the input of the processor module is connected to the output of the optical sensor, the control output of the processor module is connected to the electronic input of the PMS, it is decided by o the optical sensor is made with the number MN of groups of light-receiving elements, a display unit is additionally introduced into the device, in the object space of which there is an external spatially distributed light source, and in the image space of the display unit there is a PMS aperture and a light-receiving surface of the optical sensor, the mnth light-modulating the PMS element adjoins the mnth group of light-sensing elements of the optical sensor, where m = 1, 2, ..., Μ; n = 1, 2, ..., Ν, while the processor unit is provided with an information output, which is the electronic output of the device for a scan signal of an external spatially distributed light source normalized by brightness to the image.
Задача расширения динамического диапазона оптической защиты решается за счет достижения первого технического результата, состоящего в компрессии с помощью ПМС динамического диапазона светового потока, попадающего на световоспринимающую поверхность оптического сенсора. Снижение излишней яркости светового потока до нормированного максимального уровня (не превосходящего динамического диапазона оптического сенсора) происходит при прохождении светового потока через соответствующие локальные области ПМС с пониженными значениями оптического пропускания (обратно пропорциональными величинам излишней яркости света в соответствующих локальных областях внешнего пространственно-распределенного источника света).The task of expanding the dynamic range of optical protection is achieved by achieving the first technical result, which consists in compressing with the help of the PMS the dynamic range of the light flux incident on the light-reflecting surface of the optical sensor. Reducing the excessive brightness of the light flux to the normalized maximum level (not exceeding the dynamic range of the optical sensor) occurs when the light flux passes through the corresponding local regions of the ICP with reduced optical transmittance (inversely proportional to the values of the excessive brightness of the light in the corresponding local regions of the external spatially distributed light source) .
Задача улучшения точности локальной адаптации оптической защиты при изменяемом поперечном (относительно оси устройства) положении источников мешающего света решается достижением второго технического результата, состоящего в автоматическом совпадении пространственного расположения групп световоспринимающих элементов оптического сенсора с соответствующими локальными областями оптического пропускания в апертуре ПМС. Действительно, в начале цикла адаптации mn-й светомодулирующий элемент ПМС пропускает соответствующий mn-й парциальный световой поток (с излишней яркостью) к соответствующей mn-й группе световоспринимающих элементов оптического сенсора. В процессе цикла адаптации mn-й светомодулирующий элемент ПМС получает от той же mn-й группы светочувствительных элементов оптического сенсора через процессорный модуль сигнал управления. В конце цикла адаптации управляющее напряжение достигает амплитуды, обеспечивающей установление оптического пропускания mn-го светомодулирующего элемента ПМС такой величины, которая снижает яркость mn-го парциального светового потока до нормированной величины (не превосходящей динамического диапазона оптического сенсора). При этом точность локальной адаптации не зависит от поперечного расположения внешнего пространственно-распределенного источника света относительно устройства, поскольку при изменении поперечного расположения внешнего пространственно-распределенного источника света (или при изменении углового положения оптической оси устройства относительно наблюдаемой сцены) геометрия оптической схемы локальной адаптации не нарушается. Перемещение изображение точечного источника мешающего яркого света вдоль на световоспринимающей поверхности оптического сенсора сопровождается синхронным (согласованным) изменением положения светового потока изображения этого источника в апертуре пространственного модулятора света.The task of improving the accuracy of local adaptation of optical protection when the transverse (relative to the axis of the device) position of the interfering light sources is solved by achieving the second technical result, which consists in automatically matching the spatial arrangement of the groups of light-sensing elements of the optical sensor with the corresponding local areas of optical transmission in the aperture of the ICP. Indeed, at the beginning of the adaptation cycle, the mnth light-modulating PMS element transmits the corresponding mnth partial light flux (with excessive brightness) to the corresponding mnth group of light-sensing elements of the optical sensor. During the adaptation cycle, the mnth light-modulating PMS element receives a control signal from the same mn-th group of photosensitive elements of the optical sensor through the processor module. At the end of the adaptation cycle, the control voltage reaches an amplitude that ensures the optical transmittance of the mnth light-modulating PMS element of such a value that reduces the brightness of the mnth partial light flux to a normalized value (not exceeding the dynamic range of the optical sensor). Moreover, the accuracy of the local adaptation does not depend on the transverse location of the external spatially distributed light source relative to the device, since when changing the transverse location of the external spatially distributed light source (or when changing the angular position of the optical axis of the device relative to the observed scene), the geometry of the optical scheme of local adaptation is not violated . Moving the image of a point source of interfering bright light along the light-reflecting surface of the optical sensor is accompanied by a synchronous (coordinated) change in the position of the light flux of the image of this source in the aperture of the spatial light modulator.
В частном варианте устройства оптический сенсор выполнен с светопроницаемой апертурой, оптический выход которой является оптическим выходом устройства для прямого наблюдения зрением изображения внешнего пространственно-распределенного источника света в апертуре оптического сенсора.In a particular embodiment of the device, the optical sensor is made with a light-transmitting aperture, the optical output of which is the optical output of the device for direct visual observation of the image of an external spatially distributed light source in the aperture of the optical sensor.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Осуществление изобретения поясняется чертежами, на чертежах которых представлены:The implementation of the invention is illustrated by drawings, in the drawings of which are presented:
Фиг. 1 - общая схема наблюдательно-регистрирующего устройства с локально-адаптивной оптической защитой.FIG. 1 is a general diagram of an observational recording device with locally adaptive optical protection.
Фиг. 2 - расположение объектного пространства, пространства изображения, главных плоскостей и главных фокусных расстояний отображающего блока.FIG. 2 - the location of the object space, the image space, the main planes and the main focal lengths of the display unit.
Фиг. 3 - схема частного варианта устройства с оптическим выходом.FIG. 3 is a diagram of a particular embodiment of a device with an optical output.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Устройство (фиг. 1) содержит последовательно расположенные на одной оптической оси А-А оптический сенсор 1 с MN группами световоспринимающих элементов, пространственный модулятор света (ПМС) 2 с числом MN светомодулирующих элементов и отображающий блок 3, а также процессорный модуль 4, при этом в объектном пространстве отображающего блока 3 расположен внешний пространственно-распределенный источник 5 света (пространственное распределение яркости в наблюдаемой внешней сцене), в пространстве изображения отображающего блока 3 расположены апертура ПМС 2 и световоспринимающая поверхность оптического сенсора 1, причем mn-й светомодулирующий элемент ПМС 2 примыкает к mn-й группе световоспринимающих элементов оптического сенсора 1, где m=1, 2, …, Μ; n=1, 2, …, Ν. Вход процессорного модуля 4 подключен к электронному выходу оптического сенсора 1, управляющий выход процессорного модуля 4 подключен к электронному входу ПМС 2, а информационный выход 41 процессорного модуля 4 является электронным выходом устройства для сигнала развертки нормированного по яркости изображения внешнего пространственно-распределенного источника 5 света. Электронный выход устройства, например, подключен к входу дисплейного модуля 6 с оптическим выходом 7 его экрана.The device (Fig. 1) contains an
Главные плоскости D1, D2 и главные фокусные расстояния F отображающего блока 3 показаны на фиг. 2 с геометрией хода лучей при построении изображения omn точечного объекта Omn.The main planes D 1 , D 2 and the main focal lengths F of the
В частном варианте выполнения устройства (фиг. 3) отображающий блок 3 выполнен в виде сферической линзы 31, оптический сенсор 1 выполнен с светопроницаемой апертурой, выход 11 которой является оптическим выходом устройства для нормированного по яркости изображения пространственно-распределенного источника 5 света.In a particular embodiment of the device (Fig. 3), the
Устройство работает следующим образом. С помощью отображающего блока 3 изображение mn-й локальной области внешнего пространственно-распределенного источника 5 света формируется на mn-й группе световоспринимающих элементов оптического сенсора 1. При этом соответствующий mn-й парциальный световой поток изображения проходит через mn-й светомодулирующий элемент ПМС 2, который в начале цикла адаптации находится в полностью открытом состоянии с величиной Tmn=Tmn (max) максимального оптического пропускания независимо от начальной величины Jmn (init) интенсивности света mn-го парциального светового потока. Для определенности (без ограничения общности) принято, что увеличение величины Jmn интенсивности света, падающего на mn-ю группу световоспринимающих элементов оптического сенсора 1, вызывает прямо пропорциональное увеличение электрического напряжения на электронном выходе оптического сенсора 1, соответствующего выходному электронному сигналу от mn-й группы световоспринимающих элементов оптического сенсора 1. При этом увеличение соответствующего управляющего электрического напряжения Umn на mn-м светомодулирующем элементе ПМС 2 вызывает обратно пропорциональное снижение величины оптического пропускания (прямо пропорциональное увеличение величины оптического затухания χmn=1/Tmn) для интенсивности света, проходящего mn-й светомодулирующий элемент ПМС 2. В начале цикла адаптации на mn-ю группу световоспринимающих элементов оптического сенсора 1 падает mn-й парциальный световой поток изображения с тем большей интенсивностью, чем больше яркость mn-го элемента внешнего пространственно-распределенного источника 5 света. Достижение пороговой величины Jmn (threshold) для величины Jmn (init) начальной интенсивности mn-го парциального светового потока, падающего на световоспринимающую поверхность оптического сенсора 1, приводит к получению величины Umn (threshold) управляющего электрического напряжения Umn на электронном выходе оптического сенсора 1 в соответствии с соотношениямиThe device operates as follows. Using the
ПМС 2 выполнен с порогом срабатывания Umn (threshold) для величины управляющего электрического напряжения Umn, удовлетворяющим соотношению
в соответствии с которым при управляющем напряжении Umn, меньшем порогового значения Umn (threshold), величина оптического пропускания Tmn равна максимальной величине Tmn (max).according to which, when the control voltage U mn is less than the threshold value U mn (threshold) , the optical transmittance T mn is equal to the maximum value T mn (max) .
Для величин управляющего напряжения Umn, превышающих величину Umn (threshold) порогового напряжения, характер снижения оптического пропускания Tmn ПМС 2 зависит от вида его передаточной характеристики Tmn{Umn}. При бинарной передаточной характеристике ПМС 2 величина Tmn (binary) имеет только два значения (Tmin и Tmax), поэтому в конце цикла адаптации величина Tmn скачкообразно меняется до минимальной величины Tmin, что соответствует полному ослаблению света с интенсивностью Jmn выше пороговой величины Jmn (threshold) For values of the control voltage U mn exceeding the threshold voltage U mn (threshold) , the nature of the reduction in optical transmission T mn of the ICP 2 depends on the type of its transfer characteristic T mn {U mn }. With the binary transfer characteristic of
При полутоновой (с «серой» шкалой) передаточной характеристике ПМС 2 величина Tmn (gray) уменьшается до величиныWith a grayscale (with a “gray” scale) transfer characteristic of
где Jtop - предельное максимальное значение интенсивности света на оптическом сенсоре 1, соответствующее верхнему пределу его динамического диапазона;where J top is the maximum maximum value of the light intensity on the
f - функция нормировки, задающая характер воспроизведения величины нормированной яркости света в выходном изображении.f is a normalization function that determines the nature of the reproduction of the normalized brightness of light in the output image.
На экране дисплейного модуля 6 по окончании цикла адаптации воспроизводится нормированное по яркости изображение внешнего пространственно-распределенного источника 5 света, в котором интенсивности света от всех MN локальных областей наблюдаемого изображения приведены к значениям, комфортным для восприятия зрением. Также сигнал нормированного изображения с выхода 41 может быть передан по каналам связи на удаленное запоминающее (регистрирующее) или дисплейное устройство.On the screen of the
Текущее пространственное распределение оптического пропускание в апертуре ПМС 2 заменяется в конце следующего цикла адаптации соответствующим распределением оптической плотности. Могут быть использованы методы математического предсказания динамики изменения распределения яркости света для предварительной установки начального распределения оптического пропускания ПМС 2 в следующем цикле.The current spatial distribution of the optical transmittance in the aperture of the
Пространственное разрешение оптического сенсора 1 предпочтительно является более высоким, чем пространственная частота расположения светомодулирующих элементов ПМС 2, поскольку функция оптического сенсора состоит в формировании выходного изображения с максимальным разрешением, а функция ПМС 2 состоит в ослаблении света оптических источников, которые, как правило, имеют размер гораздо больше, чем элемент разрешения. Поэтому установлено в общем случае соответствие одного элемента ПМС 2 группе световоспринимающих элементов оптического сенсора 1 (которая в предельном случае сводится к единственному световоспринимающему элементу).The spatial resolution of the
Из хода лучей в схеме отображающего блока 3 (фиг. 2) видно, что продольные (вдоль оси Z) изменения положения mn-й локальной области (представленной для простоты точечным объектом Omn) внешнего пространственно-распределенного источника 5 света вызывают продольные (вдоль оси z) перемещения соответствующего изображения omn. Когда продольные перемещения объекта Omn укладываются в глубину резко изображаемого пространства отображающего блока 3, на оптическом сенсоре 1 соответствующее изображение Omn является резким. Сохранение резкости изображения omn при выходе перемещающегося объекта Omn из пределов глубины резко изображаемого пространства обеспечивается, например, изменением величины F главного фокусного расстояния отображающего блока 3.From the path of the rays in the scheme of the display unit 3 (Fig. 2), it is seen that the longitudinal (along the Z axis) changes in the position of the mnth local region (represented for simplicity by the point object O mn ) of the external spatially
Особенность работы частного варианта устройства (фиг. 3) состоит в том, что нормированный mn-й парциальный поток света проходит через светопроницаемую апертуру оптического сенсора 1, выход 11 которой является оптическим выходом устройства, на котором зрение наблюдателя напрямую воспринимает нормированное по яркости изображение внешнего пространственно-распределенного источника 5 света.A feature of the operation of a particular embodiment of the device (Fig. 3) is that the normalized mnth partial light flux passes through a light-permeable aperture of the
Задача расширения динамического диапазона оптической защиты решается достижением первого технического результата, состоящего в компрессии динамического диапазона входного света (за счет изменения оптического пропускания ПМС 2) с приведением его величины к величине динамического диапазона оптического сенсора. Расширение динамического диапазона оптической защиты по сравнению с динамическим диапазоном оптического сенсора определяется максимальным коэффициентом оптического затухания ПМС 2.The task of expanding the dynamic range of optical protection is achieved by achieving the first technical result, which consists in compressing the dynamic range of the input light (by changing the optical transmittance of the PMS 2), bringing its value to the dynamic range of the optical sensor. The expansion of the dynamic range of optical protection compared with the dynamic range of the optical sensor is determined by the maximum optical attenuation coefficient of the
Задача улучшения точности локализации оптической защиты решается благодаря достижению второго технического результата, состоящего в том, что локальные области «защищающего» распределения оптического пропускания ПМС 2 с высокой точностью совпадают с соответствующими «защищаемыми» локальными областями оптического сенсора 1 независимо от поперечного пространственного расположения внешнего пространственно-распределенного источника 5 света (при этом пренебрегаем толщиной ПМС 2). Действительно, поперечное (вдоль координат X, Y) перемещение локальной области внешнего пространственно-распределенного источника 5 света, например, из ячейки mn в ячейку (m+1)(n+1) обозреваемой части физического пространства ведет к поперечному перемещению (вдоль координат х, у) изображения данной локальной области из mn-й группы световоспринимающих элементов в (m+1)(n+1)-ю группу световоспринимающих элементов оптического сенсора 1, сопровождающегося пропорциональным перемещением соответствующего парциального светового потока изображения из mn-го светомодулирующего элемента в (m+1)(n+1)-й светомодулирующий элемент ПМС 2 с сохранением их пространственного совпадения.The task of improving the accuracy of localization of optical protection is achieved by achieving the second technical result, namely, that the local areas of the “protective” distribution of the optical transmission of the
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Изобретение может быть использовано для создания наблюдательных устройств и видео-, фотокамер с локальной оптической защитой для комфортного зрительного восприятия и съемок реальных сцен в условиях освещения объектов прямым солнечным светом, в том числе с присутствием солнечного диска в поле зрения.The invention can be used to create observational devices and video, cameras with local optical protection for comfortable visual perception and shooting of real scenes in conditions of illumination of objects with direct sunlight, including the presence of a solar disk in the field of view.
Конкретный пример выполнения пространственного модулятора света - оптический модулятор на нематических [3] или на сегнетоэлектрических [4] жидких кристаллах.A specific example of a spatial light modulator is an optical modulator on nematic [3] or ferroelectric [4] liquid crystals.
Конкретные примеры выполнения оптического сенсора - на приборах с зарядовой связью (ПЗС) или на комплементарных структурах металл-окисел-полупроводник (КМОП), в том числе выполнение оптического сенсора с светопроницаемой апертурой в виде пластиковой панели с внутренней фотолюминесценцией, регистрируемой периферийными линейками фотоприемников [5].Specific examples of the implementation of an optical sensor are on charge-coupled devices (CCDs) or on complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) structures, including the implementation of an optical sensor with a translucent aperture in the form of a plastic panel with internal photoluminescence recorded by the peripheral lines of photodetectors [5 ].
ЛитератураLiterature
1. Yang Y. Sunlight attenuation visor. - Патент США №8083385, заявл. 26.10.2007, опублик. 27.12.2011.1. Yang Y. Sunlight attenuation visor. - US Patent No. 8083385, pending. 10/26/2007, published. 12/27/2011.
2. Ежов В.А. Способ светозащитной фильтрации с зональной адаптацией и устройство для его осуществления. - Патент РФ №2482526, заявл. 13.10.2011, опублик. 20.05.2013.2. Yezhov V.A. A method of light-protective filtering with zonal adaptation and a device for its implementation. - RF patent No. 2482526, declared. 10/13/2011, published. 05/20/2013.
3. Yang D.-K., Wu S.-T. Fundamentals of liquid crystal devices. - John Wiley & Sons, London, 2006.3. Yang D.-K., Wu S.-T. Fundamentals of liquid crystal devices. - John Wiley & Sons, London, 2006.
4. Koppelhuber A., Bimber O. Towards a transparent, flexible, scalable and disposable image sensor using thin-film luminescent concentrators. - Optics Express, 2013, Vol. 21, No. 4, pp. 4796-4810.4. Koppelhuber A., Bimber O. Towards a transparent, flexible, scalable and disposable image sensor using thin-film luminescent concentrators. - Optics Express, 2013, Vol. 21, No. 4, pp. 4796-4810.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015114597/28A RU2604110C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015114597/28A RU2604110C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015114597A RU2015114597A (en) | 2016-11-10 |
| RU2604110C2 true RU2604110C2 (en) | 2016-12-10 |
Family
ID=57267691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015114597/28A RU2604110C2 (en) | 2015-04-20 | 2015-04-20 | Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2604110C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5280169A (en) * | 1992-12-22 | 1994-01-18 | Honey Richard C | Method and apparatus for limiting optical radiation intensity at an optical sensor using solid particles oscillating in an electric field |
| US5760852A (en) * | 1995-11-03 | 1998-06-02 | Hughes Electronics Corporation | Laser-hardened eye protection goggles |
| RU2482526C1 (en) * | 2011-10-13 | 2013-05-20 | Василий Александрович ЕЖОВ | Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method |
-
2015
- 2015-04-20 RU RU2015114597/28A patent/RU2604110C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5280169A (en) * | 1992-12-22 | 1994-01-18 | Honey Richard C | Method and apparatus for limiting optical radiation intensity at an optical sensor using solid particles oscillating in an electric field |
| US5760852A (en) * | 1995-11-03 | 1998-06-02 | Hughes Electronics Corporation | Laser-hardened eye protection goggles |
| RU2482526C1 (en) * | 2011-10-13 | 2013-05-20 | Василий Александрович ЕЖОВ | Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015114597A (en) | 2016-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4538766B2 (en) | Imaging device, display device, and image processing device | |
| US7973838B2 (en) | Active mask for electronic imaging system | |
| US8547421B2 (en) | System for adaptive displays | |
| JP5594067B2 (en) | Image processing apparatus and image processing method | |
| US11126014B2 (en) | Eyewear, eyewear systems and associated methods for enhancing vision | |
| CN104297930B (en) | A kind of integration imaging three-dimensional stereo display device and display system | |
| US20040070667A1 (en) | Electronic stereoscopic imaging system | |
| CN110187506B (en) | Optical Display Systems and Augmented Reality Devices | |
| JP5053468B2 (en) | Stereoscopic image capturing apparatus and endoscope | |
| JP4971532B1 (en) | Stereoscopic image capturing apparatus and endoscope | |
| ATE387810T1 (en) | AUTOSTEREOSCOPIC MULTI-USER DISPLAY | |
| JP3368204B2 (en) | Image recording device and image reproducing device | |
| CN110879478B (en) | Integrated imaging 3D display device based on compound lens array | |
| WO2021155387A3 (en) | Displays with viewer tracking | |
| CN103442240A (en) | Image acquisition device and 3D display system | |
| JP2004144874A (en) | Picture display device and picture display method | |
| KR20140111553A (en) | Stereoscopic display apparatus, and display method thereof | |
| RU2604110C2 (en) | Monitoring and recording device with locally-adaptive optical protection | |
| US20090015682A1 (en) | Anti-glare device, method and accessory, and imaging system with increased brightness dynamics | |
| KR101746719B1 (en) | Output method of view images in three-dimensional display by different distance between display panel and lens | |
| JP2007108626A (en) | Stereoscopic image forming system | |
| JP3088852B2 (en) | 3D image input device | |
| US20220337737A1 (en) | Adaptive relative illumination optical system | |
| US20080231971A1 (en) | 3-Dimensional Image Detector | |
| KR101746717B1 (en) | Output method of view images in three-dimensional display with a different focus lens array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180228 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210806 |
