RU2674533C1 - Helmet-mounted target designation and indication system and sight line angular position determining method on its basis - Google Patents

Helmet-mounted target designation and indication system and sight line angular position determining method on its basis Download PDF

Info

Publication number
RU2674533C1
RU2674533C1 RU2017135799A RU2017135799A RU2674533C1 RU 2674533 C1 RU2674533 C1 RU 2674533C1 RU 2017135799 A RU2017135799 A RU 2017135799A RU 2017135799 A RU2017135799 A RU 2017135799A RU 2674533 C1 RU2674533 C1 RU 2674533C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
helmet
marks
sighting device
camera
indication
Prior art date
Application number
RU2017135799A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Михайлович Смуров
Антон Георгиевич Назаров
Константин Сергеевич Торицин
Сергей Владимирович Белый
Артём Игоревич Аксёнов
Виктор Владимирович Сумерин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Квантово-оптические системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Квантово-оптические системы" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Квантово-оптические системы"
Priority to RU2017135799A priority Critical patent/RU2674533C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2674533C1 publication Critical patent/RU2674533C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target

Abstract

FIELD: manufacturing technology; aviation.SUBSTANCE: invention relates to the helmet-mounted target designation and indication systems, and is intended for operation in all combat modes of pilots day and night. Claimed helmet-mounted target designation and indication system contains the marks system, a helmet-mounted sighting device connected to the display control and information processing control unit, associated with the having rigid fixation surveillance camera. In the claimed system, at least four passive retroreflective marks of various shapes and geometries are used, which are attached to the helmet-mounted sighting device and are located in different planes so, that at any angle within the helmet rotation by 120 degrees in the horizontal plane never more than two marks lie on the same line; each mark has a unique pattern and / or symbol.EFFECT: enabling the marks reliable recognition at long camera from the mark distance; use of any objects without special requirements for its size and shape; no need to work with the aircraft protective glazing; elimination of the useful signal overlapping from reflecting elements; absence of requirements to the location accuracy relative to the matrix or lens; view of the entire space of possible helmet positions takes place in the single frame taken by the camera.10 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к нашлемным системам целеуказания и индикации и предназначено для работы во всех режимах боевого применения пилотов днем и ночью, обеспечивает решение следующих основных задач:The invention relates to helmet-mounted target designation and indication systems and is designed to work in all modes of combat use of pilots day and night, provides a solution to the following main tasks:

- определения и выдачи угловых координат линии визирования (ЛВ) относительно строительной оси носителя;- determination and output of the angular coordinates of the line of sight (LP) relative to the construction axis of the carrier;

- формирования и отображения в поле зрения летчика коллимированного изображения прицельной и символьной информации.- the formation and display in the field of view of the pilot of a collimated image of sighting and symbolic information.

Нашлемные системы целеуказания и индикации (НСЦИ) находят широкое применение в авиации. Они выполняют ту же роль, что и индикатор на лобовом стекле (ИЛС) - позволяют пилоту осуществлять контроль полета и прицеливание, не опуская взгляд на индикаторы в кабине, т.е. не отвлекаясь от окружающей обстановки. Это необходимо в условиях боевых действий и на напряженных фазах полета, но, в отличие от ИЛС, при помощи НСЦИ появляется возможность брать на прицел цели, находящиеся в стороне от строительной оси самолета.Helmet target designation and indication systems (NSCI) are widely used in aviation. They fulfill the same role as the indicator on the windshield (ILS) - they allow the pilot to carry out flight control and aiming, without looking down at the indicators in the cockpit, i.e. without being distracted from the surroundings. This is necessary in the conditions of hostilities and during the stressful phases of flight, but, unlike ILS, with the help of the NSCI it becomes possible to take targets that are away from the aircraft’s construction axis.

В ряде применяемых за рубежом НСЦИ, на полупрозрачном экране, находящемся перед глазами пилота, помимо изображения прицельной метки проецируется также навигационно-пилотажная информация, например, скорость полета, высота, наличие целей.In a number of NSCIs used abroad, on a translucent screen in front of the pilot’s eyes, in addition to the sighting mark, navigation and piloting information is also projected, for example, flight speed, altitude, and the presence of targets.

В отечественных системах «Щель» и «Сура», внедренных на истребителях СУ-27, МиГ-29 и их последующих модификациях, на защитном шлеме крепится визирно-реперное устройство, которое проецирует изображение прицела на небольшой плоский мениск перед глазом пилота. Вследствие малости угла поля зрения в данных системах реализовано проецирование изображения только прицельной метки, кроме того, держатель мениска затеняет обозреваемое пространство.In the domestic systems “Slit” and “Sura”, implemented on the SU-27, MiG-29 fighters and their subsequent modifications, a sighting and reference device is mounted on the protective helmet, which projects the image of the sight on a small flat meniscus in front of the pilot’s eye. Due to the small angle of the field of view in these systems, projection of the image of the aiming mark only is implemented, in addition, the meniscus holder obscures the viewing space.

Из уровня техники известен патент US 2013057852 для подсветки используется узкий коллимированный пучок света, что ограничивает перемещение шлема диаметром пучка, и соответственно, диаметром выходной линзы камеры. В связи с этим в патенте предложена схема сканирования пучком света с использованием матричного источника света (пункты 0068, 0069, фиг. 7 патента). Эта схема влечет за собой существенное усложнение и удорожание камеры, а главное, снижение скорости измерения в N раз, где N - количество источников в матричном излучателе. В предложенной нами системе обзор всего пространства возможных положений шлема происходит за один снятый камерой кадр.The prior art patent US 2013057852 is used for illumination using a narrow collimated beam of light, which limits the movement of the helmet to the diameter of the beam, and, accordingly, to the diameter of the output lens of the camera. In this regard, the patent proposes a scheme for scanning with a light beam using a matrix light source (paragraphs 0068, 0069, Fig. 7 of the patent). This scheme entails a significant complication and appreciation of the camera, and most importantly, a decrease in the measurement speed by a factor of N, where N is the number of sources in the matrix emitter. In our proposed system, an overview of the entire space of possible helmet positions occurs in one frame shot by the camera.

Известен патент US 2014362386, где используется безлинзовая бесфокусировочная оптическая схема.The patent US 2014362386 is known where a lensless focusless optical circuit is used.

Таким образом, любая сильная световая помеха (например, солнце), попадающая в поле зрения камеры, засвечивает всю поверхность светочувствительной матрицы, что делает невозможным определение координат шлема.Thus, any strong light interference (for example, the sun) entering the field of view of the camera illuminates the entire surface of the photosensitive matrix, which makes it impossible to determine the coordinates of the helmet.

В представленной нами системе используется классическая схема с объективом. В такой схеме любая яркая помеха выглядит как световое пятно ограниченных размеров на изображении, которое не может перекрыть полезный сигнал от отражающих элементов, т.к. поверхность шлема, на которой они нанесены, загораживает помеху от камеры в окрестности меток.The system we have presented uses a classic lens circuit. In such a scheme, any bright interference looks like a light spot of limited size in the image, which cannot block the useful signal from the reflecting elements, because the surface of the helmet on which they are applied obscures the interference from the camera in the vicinity of the marks.

Камеры, используемые в патентах US 2013057852 и US 2014362386, имеют достаточно сложную оптическую схему: либо полупрозрачное зеркало, либо экран. Это увеличивает габариты, стоимость, и снижает надежность камеры.The cameras used in the patents US 2013057852 and US 2014362386 have a rather complex optical design: either a translucent mirror or a screen. This increases the size, cost, and reduces the reliability of the camera.

В камерах заявленной нами системы используется простейшая схема матрица-объектив, диоды подсветки расположены по кругу объектива, и к ним не предъявляется никаких требований поточности расположения относительно матрицы или объектива.In the cameras of the system we claimed, the simplest matrix-lens scheme is used, the backlight diodes are located around the lens circle, and they do not have to meet any requirements for positioning relative to the matrix or lens.

Наиболее близким аналогом является нашлемная система индикации и распознавания объектов IS-1200+HObIT [http://www.intersense.com/pages/66/240; http://www.intersense.com/uploads/documents/IS-1200+_HObIT_Datasheet.pdf], опубл.: 27.01.2017.The closest analogue is the helmet-mounted system of indication and recognition of objects IS-1200 + HObIT [http://www.intersense.com/pages/66/240; http://www.intersense.com/uploads/documents/IS-1200+_HObIT_Datasheet.pdf], publ.: 01/27/2017.

Данная система имеет принципиально иное расположение меток и камеры, в сравнении с заявленным изобретением. В известном решении метки расположены на защитном остеклении, а камера на защитном шлеме. Таким образом, система имеет недостаток - связана с остеклением самолета.This system has a fundamentally different arrangement of marks and cameras, in comparison with the claimed invention. In the known solution, the tags are located on the protective glazing, and the camera on the protective helmet. Thus, the system has a drawback - it is connected with the glazing of the aircraft.

Технической проблемой прототипа и иных известных решений является использование сложных меток, что усложняет распознавание меток на больших дистанциях удаления камеры от метки.The technical problem of the prototype and other well-known solutions is the use of complex marks, which complicates the recognition of marks at large distances the camera is removed from the mark.

Также, технической проблемой прототипа и иных известных решений являются стеклянные призмы, которые имеют принципиальные недостатки: сложность изготовления, высокая стоимость, хрупкость, большие объемные размеры, которые увеличивают габариты защитного шлема.Also, the technical problem of the prototype and other known solutions are glass prisms, which have fundamental disadvantages: manufacturing complexity, high cost, fragility, large volumetric dimensions that increase the dimensions of the protective helmet.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных решений.The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages of the known solutions.

Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:

- использование более простых меток, что обеспечивает надежное распознавание меток на больших дистанциях удаления камеры от метки;- the use of simpler tags, which provides reliable recognition of tags at large distances the camera is removed from the tag;

- использование пассивных отражателей, которые могут быть нанесены на любой объект без особых требований к его размеру и форме;- the use of passive reflectors, which can be applied to any object without special requirements for its size and shape;

- отсутствие потребности работы с защитным остеклением самолета;- lack of need to work with protective glazing of the aircraft;

- исключение перекрытия полезного сигнала от отражающих элементов;- elimination of overlapping useful signal from reflective elements;

- отсутствие требований по точности расположения относительно матрицы или объектива;- the lack of requirements for accuracy with respect to the matrix or lens;

- обзор всего пространства возможных положений шлема происходит за один снятый камерой кадр.- an overview of the entire space of possible positions of the helmet occurs in one shot taken by the camera.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлена нашлемная система целеуказания и индикации, содержащая систему меток, нашлемное визирное устройство, соединенное с блоком управления формированием индикации и обработки информации, связанный с камерой наблюдения, имеющей жесткую фиксацию, отличающаяся тем, что используется не менее четырех пассивных светоотражающих меток разной формы и геометрии, которые закреплены на нашлемном визирном устройстве и расположены в разных плоскостях так, что под любым углом в пределах поворота шлема на 120 градусов в горизонтальной плоскости, никогда более двух меток не лежит на одной прямой; каждая метка имеет уникальный рисунок и/или символ.The specified technical result is achieved due to the fact that the declared helmet-mounted target designation and indication system containing a marking system, helmet-mounted sighting device connected to the control unit for the formation of indications and information processing associated with a surveillance camera having a hard fix, characterized in that it is used at least four passive retro-reflective marks of different shapes and geometries, which are mounted on the helmet-mounted sighting device and are located in different planes so that at any angle in ah rotation helmet 120 degrees in the horizontal plane, never more than two tags do not lie on a straight line; Each label has a unique pattern and / or symbol.

Предпочтительно, внутренний рисунок метки состоит из трех областей: область внешней границы - контур метки; область данных, поделенная на 8 секторов по 45° каждый; центральная область - центр метки.Preferably, the inner marking pattern consists of three areas: the outer border area is the outline of the mark; data area divided into 8 sectors of 45 ° each; the central area is the center of the mark.

Нашлемное визирное устройство состоит из проекционного дисплея, объектива проекционной системы, отражателя - «монокль», модуля индикации, модуля датчика освещенности.The helmet-mounted sighting device consists of a projection display, a projection system lens, a “monocle” reflector, an indication module, an ambient light sensor module.

Предпочтительно, помимо жестко зафиксированной камеры наблюдения в состав системы входят дополнительно две камеры, выполняющие функцию пеленгаторов положения меток, расположенных на нашлемном визирном устройстве, используемых для работы системы позиционирования.Preferably, in addition to the rigidly fixed surveillance camera, the system also includes two cameras that function as direction finders for the tags located on the helmet-mounted sighting device used to operate the positioning system.

Предпочтительно, камеры наблюдения выполнены с возможностью формирования видеоизображения меток, расположенных на нашлемном визирном устройстве в спектральном диапазоне (950±10) нм и передачи его в блок управления формированием индикации и обработки информации для дальнейшей обработки.Preferably, the surveillance cameras are capable of forming a video image of the tags located on the helmet-mounted sighting device in the spectral range (950 ± 10) nm and transmitting it to the control unit for forming an indication and processing information for further processing.

Предпочтительно, каждая камера наблюдения включает в себя следующие основные узлы: модуль камеры, с установленным матричным фотоприемным устройством; объектив; светофильтр; модуль подсветки светодиодный.Preferably, each surveillance camera includes the following main nodes: a camera module, with an installed matrix photodetector; lens; light filter; LED backlight module.

Метки выполнены из материала, поверхность которого состоит из стеклянных микросфер с высоким коэффициентом отражения.Labels are made of material whose surface consists of glass microspheres with a high reflection coefficient.

Способ определения углового положения линии визирования с помощью вышеуказанной нашлемной системы целеуказания и индикации характеризуется тем, что метки подсвечивают в спектральном диапазоне, невидимом человеческому глазу (950 нм); подсветку осуществляют при помощи матрицы светодиодов, расположенной на камере наблюдения; рассеянное, невидимое для человеческого глаза излучение от матрицы светодиодов после попадания на метки-отражатели, засвечивает их, а с помощью камер наблюдения формируют видеопоток, отдельные кадры которого представляют собой изображение совокупности меток на нашлемном визирном устройстве; с помощью блока управления формированием индикации и обработки информации осуществляют измерение углового положения линии визирования (ЛВ) в разных диапазонах; измеряют угловое положение ЛВ при линейном перемещении шлема в трехмерной системе координат при отклонении шлема до ±200 мм от основного рабочего состояния; вычисляют максимальную погрешность определения углового положения ЛВ; для определения угловых координат линии визирования применяют оптический способ измерений, основанный на использовании опорных маркерных меток, которые устанавливают на нашлемном визирном устройстве; на основе входных данных: кадры камер наблюдения, ЗД модель расположения меток на нашлемном визирном устройстве и шлеме; определяют положение ЛВ, получая 6 чисел, описывающих линейное и угловое положение линии визирования. Подсветку осуществляют в импульсном режиме.The method for determining the angular position of the line of sight using the above helmet-mounted target designation and indication system is characterized in that the marks are illuminated in the spectral range invisible to the human eye (950 nm); illumination is carried out using a matrix of LEDs located on the surveillance camera; the scattered radiation, invisible to the human eye, from the matrix of LEDs after hitting the reflector marks, illuminates them, and using surveillance cameras form a video stream, individual frames of which are an image of the totality of marks on the helmet-mounted sighting device; using the control unit for the formation of indications and information processing, the angular position of the line of sight (LP) is measured in different ranges; measure the angular position of the drug when the helmet is linearly moved in a three-dimensional coordinate system with a helmet deviation of up to ± 200 mm from the main operating state; calculate the maximum error in determining the angular position of the drug; to determine the angular coordinates of the line of sight, an optical measurement method is used, based on the use of reference marker marks that are installed on the helmet-mounted sighting device; based on input data: frames of surveillance cameras, ZD model of location of marks on the helmet-mounted sighting device and helmet; determine the position of the drug, receiving 6 numbers describing the linear and angular position of the line of sight. The backlighting is carried out in a pulsed mode.

Для подавления засветок и бликов, в датчиках камер наблюдения используют спектральную фильтрацию в диапазоне (950±10) нм.To suppress flare and glare, spectral filtering in the range of (950 ± 10) nm is used in the sensors of surveillance cameras.

Использование более простых меток обеспечивает надежное распознавание меток на больших дистанциях удаления камеры от метки.The use of simpler tags provides reliable tag recognition at large distances the camera is far from the tag.

Пассивные отражатели, используемые в заявленной системе, представляют собой тонкие плоские световозвращающие пленки, которые могут быть нанесены на любой объект без особых требований к его размеру и форме.Passive reflectors used in the claimed system are thin flat retroreflective films that can be applied to any object without special requirements for its size and shape.

Заявленная система не предполагает какие-либо работы с защитным остеклением самолета, т.к. метки расположены на нашлемном устройстве, а камеры устанавливаются на дуге фонаря кабины таким образом, чтобы не мешать летчику при работе и аварийном покидании кабины.The claimed system does not imply any work with protective glazing of the aircraft, because tags are located on the helmet-mounted device, and cameras are installed on the arc of the cockpit lantern in such a way as not to interfere with the pilot during work and emergency escape from the cockpit.

В представленной системе используется классическая схема с объективом. В такой схеме любая яркая помеха выглядит как световое пятно ограниченных размеров на изображении, которое не может перекрыть полезный сигнал от отражающих элементов, т.к. поверхность шлема, на которой они нанесены, загораживает помеху от камеры в окрестности меток.In the presented system, a classical scheme with a lens is used. In such a scheme, any bright interference looks like a light spot of limited size in the image, which cannot block the useful signal from the reflecting elements, because the surface of the helmet on which they are applied obscures the interference from the camera in the vicinity of the marks.

В камерах заявленной нами системы используется простейшая схема матрица-объектив, диоды подсветки расположены по кругу объектива, и к ним не предъявляется никаких требований поточности расположения относительно матрицы или объектива. В заявленной системе обзор всего пространства возможных положений шлема происходит за один снятый камерой кадр.In the cameras of the system we claimed, the simplest matrix-lens scheme is used, the backlight diodes are located around the lens circle, and they do not have to meet any requirements for positioning relative to the matrix or lens. In the claimed system, an overview of the entire space of possible helmet positions takes place in a single frame shot by the camera.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На Фиг. 1 показан внешний вид рабочей модели НСЦИ, созданной заявителем, где показано, как нашлемное визирное устройство (НВУ) установлено на защитный шлем ЗШ-7АПН (защитный шлем не входит в комплект системы).In FIG. 1 shows the appearance of the working model of the NSCI created by the applicant, where it is shown how the helmet-mounted sighting device (NVU) is installed on the protective helmet ZSh-7APN (the protective helmet is not included in the system).

На Фиг. 2 показана структурная схема нашлемной системы целеуказания и индикации.In FIG. 2 shows a block diagram of a helmet-mounted target designation and indication system.

На Фиг. 3 показан внешний вид НВУ в рабочем положении отражателя.In FIG. 3 shows the appearance of the DUT in the working position of the reflector.

На Фиг. 4 показана структурная схема НВУ.In FIG. 4 shows a block diagram of an IED.

На Фиг. 5 показан пример отображаемой информации (полная роспись - имитация).In FIG. 5 shows an example of the information displayed (full painting - imitation).

На Фиг. 6 показана структурная схема камеры наблюдения.In FIG. 6 shows a block diagram of a surveillance camera.

На Фиг. 7 показаны примеры размещения камер наблюдения в кабине пилота.In FIG. 7 shows examples of the placement of surveillance cameras in the cockpit.

На Фиг. 8 показано рассеянное, невидимое для человеческого глаза излучение от матрицы светодиодов, которое попадает на метки-отражатели, засвечивая их.In FIG. Figure 8 shows the scattered, invisible to the human eye, radiation from a matrix of LEDs that hits the reflector marks, illuminating them.

На Фиг. 9 показан пример расположения меток на НВУ.In FIG. Figure 9 shows an example of the location of tags on an IED.

На Фиг. 10 показан пример отображаемой графической информации через визир НВУ (частичная роспись на фоне неба).In FIG. 10 shows an example of the displayed graphical information through the NVU sight (partial painting against the sky).

На Фиг. 11 показан пример внутреннего рисунка метки, состоящей из трех областей.In FIG. 11 shows an example of an internal label pattern consisting of three areas.

На Фиг. 12 показан пример набора последовательностей для набора меток.In FIG. 12 shows an example of a sequence set for a label set.

На Фиг. 13 показано как меняется пространственное положение меток в плоскости в зависимости от поворота шлема.In FIG. 13 shows how the spatial position of the marks in the plane changes depending on the rotation of the helmet.

На чертежах: 1 - нашлемное визирное устройство, 2 - камера наблюдения основная, га-камера наблюдения дополнительная, 3 - блок управления формированием индикации и обработки информации, 4 - проекционный модуль, 5 - отражатель - "монокль", 6 - светоотражающие метки, 7 - модуль индикации (МИК), 8 - проекционный дисплей, 9 - объектив проекционной системы, 10 - модуль датчика освещенности (МДО), 11 - модуль камеры (МК), 12 - матричное фотоприемное устройство (МФПУ), 13 - модуль подсветки светодиодный (МПС), 14 - объектив камеры, 15 - светофильтр, 16 - зона обзора камер, 17 - шлем, 18 - падающее рассеянное излучение 950 нм, 19 - отраженное излучение от меток, 20 -область внешней границы, 21 - область данных (внутреннее кольцо, поделенное на 8 секторов по 45° каждый); 22 - центральная область.In the drawings: 1 - helmet-mounted sighting device, 2 - primary surveillance camera, additional surveillance camera, 3 - control unit for the formation of information display and processing, 4 - projection module, 5 - reflector - "monocle", 6 - reflective marks, 7 - indication module (MIC), 8 - projection display, 9 - projection system lens, 10 - light sensor module (MDO), 11 - camera module (MK), 12 - matrix photodetector (MFP), 13 - LED backlight module ( MPS), 14 - camera lens, 15 - light filter, 16 - camera field of view, 17 - helmet , 18 - incident scattered radiation of 950 nm, 19 - reflected radiation from labels, 20 - area of the outer boundary, 21 - data area (inner ring divided into 8 sectors of 45 ° each); 22 is the central region.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Заявленная нашлемная система целеуказания и индикации (НСЦИ) предназначена для:The claimed helmet-mounted target designation and indication system (NSCI) is intended for:

- определения и выдачи угловых координат линии визирования (ЛВ) по угловому положению базового защитного шлема относительно строительной оси носителя с учетом линейного его положения;- determination and issuance of the angular coordinates of the line of sight (LP) by the angular position of the base protective helmet relative to the construction axis of the carrier, taking into account its linear position;

- формирования и отображения в поле зрения летчика коллимированного изображения прицельной и символьной информации;- the formation and display in the field of view of the pilot of a collimated image of sighting and symbolic information;

- сопряжения с защитным шлемом, при этом установка производится с использованием кронштейна.- pairing with a protective helmet, while installing using a bracket.

НСЦИ обеспечивает:NSCI provides:

- целеуказание, прицеливание и индикацию бортовой символьной информации, гармонизированной с символьной информацией ИКШ, необходимой летчику;- target designation, aiming and indication of onboard symbolic information harmonized with the symbolic information of the ICS required by the pilot;

- определение и выдачу угловых координат ЛВ по угловому положению базового защитного шлема относительно осей носителя с учетом линейного положения базового защитного шлема в следующих диапазонах:- determination and delivery of the angular coordinates of the drug by the angular position of the base protective helmet relative to the axes of the carrier, taking into account the linear position of the base protective helmet in the following ranges:

Figure 00000001
Figure 00000001

- измерение и выдачу в прицельно-навигационный комплекс (ПрНК) носителя углового положения ЛВ при линейном перемещении головы летчика по осям X, Y и Z самолета до ±200 мм от равновесного (основного) рабочего положения;- measurement and delivery to the sighting and navigation system (PRN) of the carrier of the angular position of the drug with linear movement of the pilot's head along the axes X, Y and Z of the aircraft up to ± 200 mm from the equilibrium (main) working position;

- формирование в поле зрения правого глаза летчика коллимированного изображения знакографической прицельно-навигационной информации, состоящей из стационарных символов с постоянными координатами и подвижных символов с переменными координатами.- the formation in the field of view of the right eye of the pilot of a collimated image of signographic sighting and navigation information, consisting of stationary symbols with constant coordinates and moving symbols with variable coordinates.

- сопряжение с внешними системами по одному мультиплексному каналу информационного обмена (МКИО) в соответствии с ГОСТ Р 52070 в режиме оконечного устройства (ОУ).- interfacing with external systems through one multiplex channel for information exchange (MKIO) in accordance with GOST R 52070 in terminal device mode (OS).

Параметры отображения информации могут быть на примере таких, которые приведены в таблице 2.Information display parameters can be exemplified by those shown in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Внешний вид рабочей модели НСЦИ, созданной заявителем, приведен на Фиг. 1, где показано, как нашлемное визирное устройство (НВУ) установлено на защитный шлем ЗШ-7АПН (защитный шлем не входит в комплект системы).The appearance of the working model of the NSCI created by the applicant is shown in FIG. 1, which shows how the helmet-mounted sighting device (NVU) is mounted on a protective helmet ZSh-7APN (a protective helmet is not included in the system).

Структурная схема нашлемной системы целеуказания и индикации приведена на Фиг. 2.The block diagram of the helmet-mounted target designation and indication system is shown in FIG. 2.

Внешний вид НВУ в рабочем положении отражателя показан на Фиг. 3.The external view of the DUT in the working position of the reflector is shown in FIG. 3.

НВУ 1 включает в себя следующие основные функциональные узлы:НВУ 1 includes the following main functional units:

а) проекционный модуль 4, состоящий из проекционного дисплея и объектива проекционной системы;a) projection module 4, consisting of a projection display and a lens of the projection system;

б) отражатель - «монокль» 5;b) reflector - “monocle” 5;

в) модуль индикации (МИК) 7;c) indication module (MIC) 7;

г) модуль датчика освещенности (МДО) 10;d) light sensor module (MAO) 10;

д) набор пассивных светоотражающих меток 6 (для системы позиционирования).d) a set of passive retro-reflective labels 6 (for positioning system).

Структурная схема НВУ приведена на Фиг. 4.The block diagram of the DUT is shown in FIG. four.

Пример отображаемой информации приведен на Фиг. 5.An example of the displayed information is shown in FIG. 5.

НВУ обеспечивает выполнение следующих тактико-технических характеристик НСЦИ:NVU provides the following tactical and technical characteristics of the NSCI:

а) формирование в поле зрения правого глаза летчика коллимированного изображения цифровой, буквенной и символьной информации, состоящей из стационарных и подвижных символов;a) the formation in the field of view of the pilot's right eye of a collimated image of digital, alphabetic and symbolic information consisting of stationary and moving symbols;

б) обеспечение уверенного считывания изображений при различной внешней освещенности, в условиях полета днем и ночью как на фоне закабинного пространства, так и на фоне кабины;b) ensuring reliable reading of images at different ambient light conditions, in flight conditions, day and night, both against the background of the cockpit space and against the background of the cockpit;

в) обеспечение ручной регулировки яркости изображения;c) providing manual adjustment of image brightness;

г) адаптивное изменение яркости индикации в зависимости от внешней освещенности в кабине;d) adaptive change in display brightness depending on the ambient light in the cabin;

д) установка НВУ на шлеме ЗШ-7АПН производится на стандартном кронштейне НВУ.d) the installation of NVU on the helmet ZSh-7APN is carried out on a standard bracket NVU.

В состав НСЦИ входит как минимум одна камера 2, но лучше не менее чем три камеры (одна основная - камера 2, и дополнительные камеры 2а), выполняющие функцию пеленгаторов положения меток 6, расположенных на НВУ, необходимых для работы системы позиционирования.The NSCI includes at least one camera 2, but it is better to have at least three cameras (one main camera 2, and additional cameras 2a), which serve as direction finders for the position of tags 6 located on the NVU, necessary for the operation of the positioning system.

Камеры 2, 2а предназначены для формирования видеоизображения меток, расположенных на НВУ 1 в спектральном диапазоне (950±10) нм и передачи его в блок управления формированием индикации и обработки информации (БУФО) 3 для дальнейшей обработки.Chambers 2, 2a are designed to form a video image of tags located on NVU 1 in the spectral range (950 ± 10) nm and transfer it to the control unit for the formation of information indication and processing (BFFS) 3 for further processing.

Каждая камера 2, 2а включает в себя следующие основные узлы:Each camera 2, 2a includes the following main nodes:

а) модуль камеры 11, с установленным матричным фотоприемным устройством (МФПУ) 12;a) the camera module 11, with the installed matrix photodetector (MFP) 12;

б) объектив 14;b) lens 14;

в) светофильтр 15;c) filter 15;

г) модуль подсветки светодиодный 13.d) LED backlight module 13.

Структурная схема камеры наблюдения приведена на Фиг. 6.The block diagram of the surveillance camera is shown in FIG. 6.

Камеры обеспечивают выполнение следующих тактико-технических характеристик НСЦИ:The cameras provide the following tactical and technical characteristics of the NSCI:

а) измерение углового положения ЛВ в трех диапазонах: основном (ϕу=±15°, (ϕz=±15°), расширенном (ϕу=от -65° до -15°, от +15° до +65°, ϕz=от -65° до -15°, от +15° до +65°,) и предельном (ϕу=от -120° до -65°, от +65° до +120°, (ϕz=от -80° до -65°, от +65° до +80°);a) measurement of the angular position of the drug in three ranges: mainly (ϕ у = ± 15 °, (ϕ z = ± 15 °), extended (ϕ у = from -65 ° to -15 °, from + 15 ° to + 65 ° , ϕ z = from -65 ° to -15 °, from + 15 ° to + 65 °,) and the limiting (ϕ у = from -120 ° to -65 °, from + 65 ° to + 120 °, (ϕ z = from -80 ° to -65 °, from + 65 ° to + 80 °);

б) измерение углового положения ЛВ при линейном перемещении головы летчика по осям X, Y, Z ССК самолета до ±200 мм от основного рабочего состояния.b) measurement of the angular position of the drug during linear movement of the pilot's head along the X, Y, Z axes of the SSC of the aircraft up to ± 200 mm from the main operating condition.

Блок управления формированием индикации и обработки информации (БУФО).The control unit for the formation of indications and information processing (BUFO).

БУФО 3 предназначен для управления и обработки информации, поступающей от камер и НВУ 1, а также для обеспечения информационного обмена с прицельно-навигационным комплексом (ПрНК).BUFO 3 is designed to control and process information from cameras and NVU 1, as well as to ensure information exchange with the sighting and navigation system (PrNK).

БУФО 3 обеспечивает выполнение следующих тактико-технических характеристик НСЦИ:BUFO 3 ensures the implementation of the following tactical and technical characteristics of the NSCI:

а) измерение углового положения ЛВ в трех диапазонах: основном (ϕу=±15°, ϕz=±15°), расширенном (ϕу=от -65° до -15°, от +15° до +65°, (ϕz=от -65° до -15°, от +15° до +65°,) и предельном (ϕу=от -120° до -65°, от +65° до +120°, ϕz=от -80° до -65°, от +65° до +80°);a) measuring the angular position of the drug in three ranges: mainly (ϕ у = ± 15 °, ϕ z = ± 15 °), extended (ϕ у = from -65 ° to -15 °, from + 15 ° to + 65 °, (ϕ z = from -65 ° to -15 °, from + 15 ° to + 65 °,) and the limiting (ϕ y = from -120 ° to -65 °, from + 65 ° to + 120 °, ϕ z = from -80 ° to -65 °, from + 65 ° to + 80 °);

б) измерение углового положения ЛВ при линейном перемещении головы летчика по осям X, Y, Z самолета до ±200 мм от основного рабочего состояния;b) measurement of the angular position of the drug during linear movement of the pilot's head along the axes X, Y, Z of the aircraft up to ± 200 mm from the main operating condition;

в) максимальная погрешность определения углового положения ЛВ: не более 15' в зоне основного диапазона, не более 30' в зоне расширенного диапазона и не более 60' в зоне предельного диапазона;c) the maximum error in determining the angular position of the drug: not more than 15 'in the zone of the main range, not more than 30' in the zone of the extended range and not more than 60 'in the zone of the limit range;

г) прорабатывается максимальная погрешность определения углового положения ЛВ не более 5' в основном диапазоне (ϕу=±15°, ϕz=±15°);d) the maximum error of determining the angular position of the drug is not more than 5 'in the main range (ϕ у = ± 15 °, ϕ z = ± 15 °);

д) НСЦИ имеет внешний технологический интерфейс для загрузки программного обеспечения через технологический разъем БУФО без его вскрытия;e) NSCI has an external technological interface for downloading software through the technological connector of the BUFO without opening it;

е) НСЦИ получает электропитание от сети переменного трехфазного тока номинальным напряжением 115 В, частотой 400 Гц, и является потребителем второй категории в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54073, приложение Б;f) NSCI receives power from a three-phase alternating current network with a rated voltage of 115 V, frequency of 400 Hz, and is a consumer of the second category in accordance with the requirements of GOST R 54073, Appendix B;

ж) НСЦИ обеспечивает сопряжение с внешними системами по одному мультиплексному каналу информационного обмена (МКИО) в соответствии с ГОСТ Р 52070 в режиме оконечного устройства (ОУ). Принцип работы НСЦИg) NSCI provides interfacing with external systems via one multiplex information exchange channel (ICIE) in accordance with GOST R 52070 in terminal device mode (OS). The principle of the NSCI

НСЦИ функционально состоит из двух подсистем: системы индикации и системы позиционирования. Системы интегрированы друг в друга, поэтому работоспособность НСЦИ зависит от исправности обоих систем.NSCI functionally consists of two subsystems: an indication system and a positioning system. The systems are integrated into each other, therefore, the performance of the NSCH depends on the serviceability of both systems.

Система индикации реализована в блоках НВУ и БУФО. Система представляет собой оптико-электронную систему, обеспечивающую формирование коллимированного изображения пилотажной прицельной и навигационной информации в поле зрения правого глаза летчика.Indication system is implemented in NVU and BUFO blocks. The system is an optical-electronic system that provides a collimated image of aerobatic sighting and navigation information in the field of view of the pilot's right eye.

Система позиционирования реализована в блоках камер наблюдения, НВУ и БУФО. Система предназначена для определения и выдачи угловых координат линии визирования по угловому положению защитного шлема. Камеры наблюдения устанавливаются на дуге фонаря кабины самолета для слежения за перемещением головы пилота. На корпусе НВУ расположен набор пассивных светоотражающих меток.The positioning system is implemented in blocks of surveillance cameras, NVU and BUFO. The system is designed to determine and output the angular coordinates of the line of sight by the angular position of the protective helmet. Surveillance cameras are installed on the arc of the lantern of the cockpit to monitor the movement of the pilot's head. A set of passive reflective marks is located on the housing of the NVU.

Для определения угловых координат линии визирования применяется оптический способ измерений. В отличие от электромагнитной системы позиционирования, оптическая система не чувствительна к изменению электромагнитной обстановки внутри кабины (появлению в области чувствительности датчика предметов из магнитных материалов, включению/выключению генераторов магнитного поля и т.д.).An optical measurement method is used to determine the angular coordinates of the line of sight. Unlike the electromagnetic positioning system, the optical system is not sensitive to changes in the electromagnetic environment inside the cabin (the appearance of objects made of magnetic materials in the sensor sensitivity area, magnetic field generators on / off, etc.).

В программном обеспечении БУФО реализован алгоритм определения положения ЛВ. Входные данные для алгоритма: кадры камер наблюдения, ЗД модель расположения меток на НВУ и шлеме ЗШ-7АПН. Выходные данные алгоритма: 6 чисел, описывающих линейное и угловое положение линии визирования. Выходные данные поступают в бортовое радиоэлектронное оборудование (БРЭО) по мультиплексному каналу информационного обмена (МКИО). Система позиционированияIn software BUFO implemented an algorithm for determining the position of the drug. Input data for the algorithm: frames of surveillance cameras, ZD model location labels on the NVU and helmet ZSh-7APN. Algorithm output: 6 numbers describing the linear and angular position of the line of sight. The output data is transmitted to the on-board electronic equipment (avionics) via the multiplex channel of information exchange (MKIO). Positioning system

Камеры наблюдения устанавливаются на дуге фонаря кабины при помощи специальных кронштейнов, обеспечивающих механическую прочность конструкции и необходимое направление оптических осей камер.Surveillance cameras are installed on the arc of the cabin lantern with the help of special brackets that provide mechanical strength of the structure and the necessary direction of the camera optical axes.

Расположение камер выбрано таким образом, что при всех возможных перемещениях головы пилота в кабине четко просматриваются ориентиры (пассивные светоотражающие метки), необходимые для вычисления требуемых значений углов ЛВ. Пассивные метки 6 располагаются на корпусе НВУ 1 и защитном шлеме ЗШ-7АПН -17.The location of the cameras is chosen in such a way that with all possible movements of the pilot's head in the cockpit, the landmarks (passive retro-reflective marks) necessary to calculate the required values of the angles of the drug are clearly visible. Passive tags 6 are located on the housing of the NVU 1 and the protective helmet ZSh-7APN-17.

Примеры размещения камер наблюдения в кабине показаны на Фиг. 7, где видны зоны 16 обзора камер и их удаление от шлема 17 пилота. Принцип работы системы позиционированияExamples of placing surveillance cameras in a cabin are shown in FIG. 7, where zones 16 of the camera view and their removal from the helmet 17 of the pilot are visible. The principle of operation of the positioning system

Система позиционирования является оптической, основанной на использовании опорных маркерных меток на корпусе НВУ.The positioning system is optical, based on the use of reference marker marks on the housing of the NVU.

Маркерные метки являются пассивными светоотражателями, разной формы и геометрии. Метки подсвечиваются в спектральном диапазоне, невидимом человеческому глазу (950 нм). Подсветка осуществляется при помощи матрицы светодиодов, расположенной на камере. Рассеянное, невидимое для человеческого глаза излучение 18 от матрицы светодиодов попадает на метки-отражатели, засвечивая их отраженным потоком 19 (Фиг. 8). Камеры наблюдения формируют видеопоток, отдельные кадры которого представляют собой изображение совокупности меток НВУ.Marker tags are passive reflectors of various shapes and geometries. Labels are highlighted in the spectral range invisible to the human eye (950 nm). The backlighting is carried out using a matrix of LEDs located on the camera. The scattered, invisible to the human eye, radiation 18 from the matrix of LEDs falls on the reflector marks, illuminating them with a reflected stream 19 (Fig. 8). Surveillance cameras form a video stream, the individual frames of which are an image of a set of labels of NVU.

Подсветка работает в импульсном режиме, благодаря чему происходит фильтрация полезного оптического сигнала от паразитных засветок и бликов. Также, для подавления засветок и бликов, в датчиках камер наблюдения используется спектральная фильтрация, обеспечивающая работу системы в спектральном диапазоне (950±10) нм. Пример расположения меток на НВУ приведен на Фиг. 9.The backlight operates in a pulsed mode, due to which the filtering of the useful optical signal from spurious flare and glare occurs. Also, to suppress flare and glare, spectral filtering is used in the sensors of surveillance cameras to ensure the system operates in the spectral range (950 ± 10) nm. An example of the location of tags on the DUT is shown in FIG. 9.

Система индикацииDisplay system

Система индикации является составной частью блока НВУ и представляет собой оптико-электронную проекционную систему, формирующую коллимированное изображение пилотажной прицельной и навигационной информации. Основные элементы системы:The display system is an integral part of the NVU unit and is an optoelectronic projection system that forms a collimated image of aerobatic sighting and navigation information. The main elements of the system:

- проекционный дисплей;- projection display;

- объектив проекционной системы;- lens of the projection system;

- отражатель - «монокль».- reflector - "monocle".

Пример отображаемой графической информации через визир НВУ показан на Фиг. 10.An example of the displayed graphic information through the NVU sight is shown in FIG. 10.

В технике известны различные типы проекционных систем для передачи изображения дисплея, которые могли бы использоваться для цели индикации. Для нашлемных систем, в которых формируется прицельная метка, пригодны только системы с установкой изображения на бесконечности. В таком случае, дисплей должен находиться в фокусе проекционной системы, тогда от точки на дисплее в глаз будет падать параллельный пучок света, который сфокусируется на сетчатке.Various types of projection systems for transmitting a display image that could be used for display purposes are known in the art. For helmet-mounted systems in which an aim mark is formed, only systems with an image at infinity are suitable. In this case, the display should be in the focus of the projection system, then a parallel beam of light that focuses on the retina will fall from the point on the display into the eye.

Проекционная система может состоять из одного объектива, а может формировать промежуточное изображение для виртуального увеличения размеров дисплея. В этом случае выходная часть проекционной системы является окуляром, а глаз должен располагаться в выходном зрачке. Для меньшей точности позиционирования глаза необходим достаточно большой размер выходного зрачка (5-10 мм).The projection system can consist of a single lens, and can form an intermediate image for a virtual increase in the size of the display. In this case, the output of the projection system is an eyepiece, and the eye should be located in the exit pupil. For less accurate positioning of the eye, a sufficiently large exit pupil size (5-10 mm) is required.

Другая важная особенность проекционной системы заключается в наличии делителя света (комбайнера), на котором происходит наложение потоков излучения от дисплея и из пространства перед глазами пилота. Выходной зрачок должен быть вынесен настолько далеко, чтобы имелась возможность разместить остальные элементы оптической системы, расположенные со стороны дисплея, так, чтобы они не заслоняли обозреваемое пилотом пространство. Комбайнер может быть плоским светоделительным зеркалом или иметь форму с оптической силой.Another important feature of the projection system is the presence of a light divider (combiner), on which the radiation flows from the display and from the space in front of the pilot’s eyes. The exit pupil should be made so far that it is possible to place the remaining elements of the optical system located on the display side so that they do not obscure the space viewed by the pilot. The combiner can be a flat beam splitting mirror or have a shape with optical power.

В НВУ реализована оптическая система, включающая плоский комбайнер и объектив на оси оптической системы в компоновке с выкидным отражателем - «моноклем». Преимущество такого подхода заключается в том, что при тех же габаритах и массе, что и в визирных устройствах применяемых на данный момент в войсках, достигается более широкое поле с возможностью вывода полной информации, дублирующей все данные на ИЛС.The NVU implements an optical system, including a flat combiner and a lens on the axis of the optical system in a layout with a flick reflector - “monocle”. The advantage of this approach is that with the same dimensions and weight as in the targeting devices currently used in the troops, a wider field is achieved with the ability to display complete information that duplicates all the data on the ILS.

Из-за расположения НВУ на защитном шлеме, вблизи лица пилота, при проектировании блока особое внимание уделено минимизации веса и продольной длины объектива (для уменьшения общего габаритного размера).Due to the location of the DUT on the protective helmet, close to the pilot's face, in designing the unit, special attention is paid to minimizing the weight and longitudinal length of the lens (to reduce the overall overall size).

В процессе работы с НСЦИ пользователь, перемещая голову в пространстве, наблюдает изменение символики в зависимости от направления своего взгляда, положения головы, а также от различной дополнительной информации предоставляемой носителем. При этом всю символику можно условно разделить на подвижную и неподвижную. Неподвижная часть по своему функциональному предназначению не передвигается по изображению (отображается в фиксированном месте), в отличие от подвижной, которая в зависимости от текущего направления взгляда пользователя двигается по изображению. Символика связывает поле зрения пользователя с информационным полем носителя.In the process of working with the NSCI, the user, moving his head in space, observes a change in symbolism depending on the direction of his gaze, the position of the head, as well as on various additional information provided by the carrier. At the same time, all the symbolism can be conditionally divided into mobile and motionless. The fixed part in its functional purpose does not move around the image (displayed in a fixed place), in contrast to the moving part, which, depending on the current direction of the user's gaze, moves through the image. Symbology connects the user's field of vision with the information field of the medium.

Новизной заявленного изобретения является то, что на корпусе НВУ установлены специальные опорные метки из световозвращающего материала.The novelty of the claimed invention is that special support marks made of retroreflective material are installed on the housing of the NVU.

Метки могут быть выполнены из материала, поверхность которого состоит из стеклянных микросфер с высоким коэффициентом отражения. Такой материал, за счет своей конструкции отражает падающий свет в обратном направлении (с минимальным рассеиванием). Это свойство обеспечивает равномерный отраженный сигнал на изображении каждой камерой наблюдения при попадании света ИК подсветки на плоскость опорной метки под углами обзора от 0° до 75-85° в зависимости от расстояния от выхода объектива камеры до плоскости метки. Иными словами, изображение опорной метки (отражение сигнала ИК подсветки) попадает в кадр видеопотока, получаемого датчиком камеры наблюдения.Labels can be made of material whose surface consists of glass microspheres with a high reflection coefficient. Such material, due to its design, reflects incident light in the opposite direction (with minimal diffusion). This property ensures a uniform reflected signal in the image by each surveillance camera when IR illumination hits the reference mark plane at viewing angles from 0 ° to 75-85 ° depending on the distance from the camera lens output to the mark plane. In other words, the image of the reference mark (reflection of the IR illumination signal) falls into the frame of the video stream received by the sensor of the surveillance camera.

Опорные метки могут иметь, например, круглую форму, фиксированный размер и специальный внутренний рисунок (далее, код метки), однозначно идентифицирующий каждую из них. Размер и расположение опорных меток на НВУ определяется формой и габаритными размерами самого НВУ, оптическими характеристиками датчиков камеры наблюдения (размер и разрешающая способность матрицы, углы поля зрения и фокусное расстояние объектива, яркость и угловое поле ИК подсветки и др.) и их взаимным расположением на носителе.Reference marks can have, for example, a round shape, a fixed size and a special internal pattern (hereinafter, the mark code) that uniquely identifies each of them. The size and location of the reference marks on the NVD is determined by the shape and overall dimensions of the NVU itself, the optical characteristics of the sensors of the surveillance camera (matrix size and resolution, field of view angles and focal length of the lens, brightness and angular field of IR illumination, etc.) and their relative position on carrier.

Расположение опорных меток на корпусе НВУ задается 3D моделью НВУ. Каждая метка внутри модели задается уникальным порядковым номером в модели, идентификатором кода метки (однозначно задается внутренним рисунком), диаметром в мм, XYZ координатами центра в мм и вектором нормали к плоскости метки. В случае, если метка с заданным идентификатором кода установлена на НВУ в единственном числе (нет повтора), то после распознавания кода можно однозначно определить соответствие между 2D координатами центра изображения метки и координатами метки в 3D модели НВУ.The location of the reference marks on the housing of the NVU is set by the 3D model of the NVU. Each label inside the model is specified by a unique serial number in the model, the identifier of the label code (uniquely defined by the internal pattern), diameter in mm, XYZ coordinates of the center in mm and the normal vector to the label plane. If the label with the given code identifier is installed in the singular number (no repetition), then after recognizing the code, you can uniquely determine the correspondence between the 2D coordinates of the center of the mark image and the coordinates of the mark in the 3D model of the NVU.

Определить положение и ориентацию НВУ в пространстве возможно при наличии минимум 4-х соответствий между центрами меток на изображении с камеры наблюдения (2D) и центрами соответствующих меток в модели НВУ (3D).It is possible to determine the position and orientation of the DED in space if there are at least 4 correspondences between the centers of the marks in the image from the surveillance camera (2D) and the centers of the corresponding marks in the DUT model (3D).

Данное условие требует использования минимум 4 меток.This condition requires a minimum of 4 tags.

При этом если по изображению с камеры наблюдения получено менее 6 соответствий 2D-3D, то на возможность успешного определения положения и ориентации НВУ накладываются определенные ограничения.Moreover, if less than 6 2D-3D matches are obtained from the image from the surveillance camera, then certain limitations are imposed on the possibility of successfully determining the position and orientation of the DUT.

Круглая форма метки в проекции на плоскость изображения под любым углом обзора даст контур в виде эллипса, определив параметры которого (центр и оси эллипса), зная реальные размеры метки и расположение в модели НВУ, можно получить интерполированное изображение метки, сохраняя относительные размеры деталей внутреннего рисунка. Получив такое изображение метки, и зная геометрические параметры внутреннего рисунка, можно распознать данные, закодированные в нем (код метки). Однако, есть ограничения.The round shape of the mark in the projection onto the image plane at any viewing angle will give an outline in the form of an ellipse, determining the parameters of which (the center and axis of the ellipse), knowing the real dimensions of the mark and the location in the model of the NLD, you can get the interpolated mark image while maintaining the relative dimensions of the details of the internal figure . Having received such a label image, and knowing the geometric parameters of the internal drawing, you can recognize the data encoded in it (label code). However, there are limitations.

Какие бы не использовались пассивные светоотражающие метки разной формы и геометрии, их должно быть минимум четыре и они должны быть закреплены на нашлемном визирном устройстве и расположены в разных плоскостях так, что под любым углом в пределах поворота шлема на 120 градусов в горизонтальной плоскости, никогда более двух меток не лежит на одной прямой.Whatever passive retro-reflective marks of various shapes and geometries are used, there must be at least four of them and they must be mounted on the helmet-mounted sighting device and located in different planes so that at any angle within the helmet’s rotation by 120 degrees in the horizontal plane, never more two marks does not lie on one straight line.

Только при таком условии при любых возможных ситуациях удается идентифицировать каждую метку как уникальную и не возникает неоднозначности.Only under this condition, in any possible situations, is it possible to identify each label as unique and there is no ambiguity.

Каждая метка имеет уникальный рисунок и/или символ, при этом под любым углом зрения по отношению к любой метке, сканированное изображение каждой метки распознается как уникальное.Each mark has a unique pattern and / or symbol, and at any angle with respect to any mark, the scanned image of each mark is recognized as unique.

Внутренний рисунок метки состоит из трех областей (Фиг. 11): область внешней границы 20 (внешнее сплошное кольцо - задает контур метки); область данных 21 (внутреннее кольцо, поделенное на 8 секторов по 45° каждый - задает 8 бит данных для номера метки); центральная область 22 (центральный сплошной круг - задает центр метки).The internal marking pattern consists of three areas (Fig. 11): the area of the outer border 20 (the outer solid ring defines the contour of the mark); data area 21 (inner ring divided into 8 sectors of 45 ° each - sets 8 data bits for the label number); central region 22 (central solid circle — sets the center of the mark).

Область внешней границы вместе с центральной областью являются опорными для отделения метки от внешнего шума. Если среднее значение яркости пикселей по этим областям меньше заданного порога, то изображение считается шумом и отбрасывается. Сектора области данных задают биты номера метки (0 - сектор черный, 1 - сектор белый).The outer boundary region together with the central region are reference for separating the mark from external noise. If the average brightness of pixels in these areas is less than a predetermined threshold, then the image is considered noise and discarded. Sectors of the data area specify the bits of the label number (0 - sector black, 1 - sector white).

Так как такая геометрия внутреннего рисунка не задает ориентации, невозможно однозначно определить первый бит данных (изображение метки может быть повернуто на произвольный угол). Поэтому в качестве кода номера метки предлагается использовать набор бинарных последовательностей, представляющих собой так называемые комбинаторные ожерелья. Основное свойство таких последовательностей, позволяющее использовать их для идентификации меток, заключается в том, что для любой последовательности из заданного набора любая производная последовательность, полученная из исходной циклическим сдвигом в заданном направлении (в данном случае сдвиг выполняется вправо или в направлении по часовой стрелке), не совпадет с любой другой из данного набора, а также с их производными, полученными таким же способом. Так как метки могут быть видны только с одной стороны, зеркальные последовательности остаются различимыми. Число таких последовательностей Nk вычисляется по следующей формуле:Since this geometry of the internal pattern does not specify the orientation, it is impossible to unambiguously determine the first bit of data (the image of the mark can be rotated at an arbitrary angle). Therefore, it is proposed to use a set of binary sequences representing the so-called combinatorial necklaces as the code for the label number. The main property of such sequences, which allows them to be used to identify labels, is that for any sequence from a given set, any derived sequence obtained from the original cyclic shift in a given direction (in this case, the shift is performed to the right or in a clockwise direction), will not coincide with any other of this set, as well as with their derivatives obtained in the same way. Since labels can only be seen on one side, mirror sequences remain discernible. The number of such sequences N k is calculated by the following formula:

Figure 00000003
, где n - число узлов, k - размер алфавита, di - делители числа узлов n, a ϕ(d) - функция Эйлера. В данной работе используется набор последовательностей из n=8 узлов по k=2 возможных значения на каждый узел (бит данных - {0, 1}). Для указанных значений n и k количество комбинаторных ожерелий (с учетом зеркальных) равно 36 (Фиг. 12).
Figure 00000003
, where n is the number of nodes, k is the size of the alphabet, di are the divisors of the number of nodes n, and ϕ (d) is the Euler function. In this work, we use a set of sequences of n = 8 nodes with k = 2 possible values for each node (data bit is {0, 1}). For the indicated values of n and k, the number of combinatorial necklaces (including mirror ones) is 36 (Fig. 12).

Данный принцип кодирования опорных меток легко масштабируется для увеличения количества уникальных кодов. Основными способами являются:This coding principle of reference marks is easily scalable to increase the number of unique codes. The main ways are:

- увеличение разрядности кода (n - числа узлов комбинаторных ожерелий) - например, используя n=10 разрядов, область данных во внутреннем рисунке метки делится на 10 секторов по 36° и в этом случае имеем 108 уникальных меток (для n=12 - сектора по 30° и 352 уникальных метки);- an increase in the bit depth of the code (n is the number of nodes of combinatorial necklaces) - for example, using n = 10 digits, the data area in the internal marking pattern is divided into 10 sectors of 36 ° and in this case we have 108 unique marks (for n = 12 - sectors of 30 ° and 352 unique tags);

- увеличение размерности кода (k - размера алфавита комбинаторных ожерелий) - например, используя дополнительный возможный признак внутри геометрии каждого сектора в области данных (например, наличие белой/черной контрастной точки в зависимости от цвета сектора) можно увеличить размерность до k=3 и в этом случае при разрядности n=8 имеем 834 уникальных метки (для k=4 и n=8 имеем 8230 уникальных меток).- increasing the dimension of the code (k - the size of the alphabet of combinatorial necklaces) - for example, using the additional possible attribute inside the geometry of each sector in the data area (for example, the presence of a white / black contrast point depending on the color of the sector), you can increase the dimension to k = 3 and in this case, with a bit length of n = 8, we have 834 unique labels (for k = 4 and n = 8 we have 8230 unique labels).

Использование перечисленных способов масштабирования сопровождается подбором диаметра опорной метки и соотношения размеров областей внутреннего рисунка. Кроме того, необходимо учитывать, что изменения в геометрии метки накладывают ограничения на характеристики датчика камеры наблюдения, для обеспечения принципиальной возможности распознать Код метки по изображению с датчика. А также изменяется дальность обнаружения опорной метки.The use of the above scaling methods is accompanied by the selection of the diameter of the reference mark and the aspect ratio of the areas of the inner pattern. In addition, it should be borne in mind that changes in the geometry of the mark impose restrictions on the characteristics of the sensor of the surveillance camera, in order to ensure in principle the ability to recognize the mark code from the image from the sensor. And also changes the detection range of the reference mark.

Таким образом, пространственное положение меток 6 в плоскости меняется в зависимости от поворота шлема, как показано на Фиг. 13.Thus, the spatial position of the marks 6 in the plane varies depending on the rotation of the helmet, as shown in FIG. 13.

- По расстоянию между метками 6, которые идентифицируются однозначно, и их пространственному расположению в плоскости, формируют трехмерные координаты меток, а на их основе определяют и выдают угловые координаты линии визирования (ЛВ) относительно строительной оси носителя. В результате, формируется и отображается в поле зрения летчика коллимированное изображение прицельной и символьной информации как показано на Фиг. 10.- Based on the distance between the marks 6, which are uniquely identified, and their spatial location in the plane, three-dimensional coordinates of the marks are formed, and on their basis the angular coordinates of the line of sight (LS) relative to the construction axis of the carrier are determined and output. As a result, a collimated image of sighting and symbolic information is generated and displayed in the field of view of the pilot as shown in FIG. 10.

Claims (10)

1. Нашлемная система целеуказания и индикации, содержащая систему меток, нашлемное визирное устройство, соединенное с блоком управления формированием индикации и обработки информации, связанным с камерой наблюдения, имеющей жесткую фиксацию, отличающаяся тем, что используется не менее четырех пассивных светоотражающих меток разной формы и геометрии, которые закреплены на нашлемном визирном устройстве и расположены в разных плоскостях так, что под любым углом в пределах поворота шлема на 120° в горизонтальной плоскости никогда более двух меток не лежат на одной прямой; каждая метка имеет уникальный рисунок и/или символ.1. A helmet-mounted target designation and indication system comprising a marking system, a helmet-mounted sighting device connected to a control unit for generating an indication and information processing associated with a surveillance camera having a rigid fix, characterized in that at least four passive reflective marks of various shapes and geometries are used which are mounted on the helmet-mounted sighting device and are located in different planes so that at any angle within the rotation of the helmet by 120 ° in the horizontal plane there are never more than two tags do not lie on a straight line; Each label has a unique pattern and / or symbol. 2. Нашлемная система по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний рисунок метки состоит из трех областей: область внешней границы - контур метки; область данных, поделенная на 8 секторов по 45° каждый; центральная область - центр метки.2. The helmet-mounted system according to claim 1, characterized in that the internal marking pattern consists of three areas: the outer border area is the mark contour; data area divided into 8 sectors of 45 ° each; the central area is the center of the mark. 3. Нашлемная система по п. 1, отличающаяся тем, что нашлемное визирное устройство состоит из проекционного дисплея, объектива проекционной системы, отражателя - «монокль», модуля индикации, модуля датчика освещенности.3. The helmet-mounted system according to claim 1, characterized in that the helmet-mounted sighting device consists of a projection display, a lens of the projection system, a “monocle” reflector, an indication module, an ambient light sensor module. 4. Нашлемная система по п. 1, отличающаяся тем, что помимо жестко зафиксированной камеры наблюдения в состав системы входят дополнительно две камеры, выполняющие функцию пеленгаторов положения меток, расположенных на нашлемном визирном устройстве, используемых для работы системы позиционирования.4. The helmet-mounted system according to claim 1, characterized in that in addition to the rigidly fixed surveillance camera, the system also includes two cameras that act as direction finders for the tags located on the helmet-mounted sighting device used to operate the positioning system. 5. Нашлемная система по п. 4, отличающаяся тем, что камеры наблюдения выполнены с возможностью формирования видеоизображения меток, расположенных на нашлемном визирном устройстве в спектральном диапазоне 950±10 нм, и передачи его в блок управления формирования индикации и обработки информации для дальнейшей обработки.5. The helmet-mounted system according to claim 4, characterized in that the surveillance cameras are capable of forming a video image of the tags located on the helmet-mounted sighting device in the spectral range of 950 ± 10 nm, and transmitting it to the control unit for generating an indication and processing information for further processing. 6. Нашлемная система по п. 4, отличающаяся тем, что каждая камера наблюдения включает в себя следующие основные узлы: модуль камеры с установленным матричным фотоприемным устройством; объектив; светофильтр; модуль подсветки светодиодный.6. The helmet-mounted system according to claim 4, characterized in that each surveillance camera includes the following main components: a camera module with an installed matrix photodetector; lens; light filter; LED backlight module. 7. Нашлемная система по п. 1, отличающаяся тем, что метки выполнены из материала, поверхность которого состоит из стеклянных микросфер с высоким коэффициентом отражения.7. Helmet system according to claim 1, characterized in that the marks are made of a material whose surface consists of glass microspheres with a high reflection coefficient. 8. Способ определения углового положения линии визирования с помощью нашлемной системы целеуказания и индикации по п. 1 характеризуется тем, что метки подсвечивают в спектральном диапазоне, невидимом человеческому глазу (950 нм); подсветку осуществляют при помощи матрицы светодиодов, расположенной на камере наблюдения; рассеянное невидимое для человеческого глаза излучение от матрицы светодиодов после попадания на метки-отражатели засвечивает их, а с помощью камер наблюдения формируют видеопоток, отдельные кадры которого представляют собой изображение совокупности меток на нашлемном визирном устройстве; с помощью блока управления формирования индикации и обработки информации осуществляют измерение углового положения линии визирования (ЛВ) в разных диапазонах; измеряют угловое положение ЛВ при линейном перемещении шлема в трехмерной системе координат при отклонении шлема до ±200 мм от основного рабочего состояния; вычисляют максимальную погрешность определения углового положения ЛВ; для определения угловых координат линии визирования применяют оптический способ измерений, основанный на использовании опорных маркерных меток, которые устанавливают на нашлемном визирном устройстве; на основе входных данных: кадры камер наблюдения, 3Д модель расположения меток на нашлемном визирном устройстве и шлеме; определяют положение ЛВ, получая 6 чисел, описывающих линейное и угловое положение линии визирования.8. The method for determining the angular position of the line of sight using the helmet-mounted target designation and indication system according to claim 1 is characterized in that the marks are highlighted in the spectral range invisible to the human eye (950 nm); illumination is carried out using a matrix of LEDs located on the surveillance camera; scattered radiation, invisible to the human eye, from the matrix of LEDs after being hit by reflective marks illuminates them, and using surveillance cameras, a video stream is formed, individual frames of which are an image of the totality of marks on the helmet-mounted sighting device; using the control unit for the formation of indications and information processing, the angular position of the line of sight (LP) is measured in different ranges; measure the angular position of the drug when the helmet is linearly moved in a three-dimensional coordinate system with a helmet deviation of up to ± 200 mm from the main operating state; calculate the maximum error in determining the angular position of the drug; to determine the angular coordinates of the line of sight, an optical measurement method is used, based on the use of reference marker marks that are installed on the helmet-mounted sighting device; based on input data: frames of surveillance cameras, 3D model of location of marks on the helmet-mounted sighting device and helmet; determine the position of the drug, receiving 6 numbers describing the linear and angular position of the line of sight. 9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что подсветку осуществляют в импульсном режиме.9. The method according to p. 8, characterized in that the backlight is carried out in a pulsed mode. 10. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что для подавления засветок и бликов в датчиках камер наблюдения используют спектральную фильтрацию в диапазоне 950±10 нм.10. The method according to p. 8 or 9, characterized in that to suppress flare and glare in the sensors of the surveillance cameras use spectral filtering in the range of 950 ± 10 nm.
RU2017135799A 2017-10-06 2017-10-06 Helmet-mounted target designation and indication system and sight line angular position determining method on its basis RU2674533C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135799A RU2674533C1 (en) 2017-10-06 2017-10-06 Helmet-mounted target designation and indication system and sight line angular position determining method on its basis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135799A RU2674533C1 (en) 2017-10-06 2017-10-06 Helmet-mounted target designation and indication system and sight line angular position determining method on its basis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2674533C1 true RU2674533C1 (en) 2018-12-11

Family

ID=64753309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017135799A RU2674533C1 (en) 2017-10-06 2017-10-06 Helmet-mounted target designation and indication system and sight line angular position determining method on its basis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674533C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749808C1 (en) * 2020-07-22 2021-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for identifying benchmarks when solving the p4p problem in aviation optoelectronic positioning systems with a single camera

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0294101A2 (en) * 1987-06-01 1988-12-07 El-Op Electro-Optics Industries Limited System for measuring the angular displacement of an object
US5349179A (en) * 1993-07-01 1994-09-20 Litton Systems, Inc. Night vision device with holographic reticle which is transparent in a first condition and visibly superimposed in a second condition
UA50587A (en) * 2002-02-19 2002-10-15 Державне підприємство завод "Арсенал" Helmet system for target designation and indication
RU2202092C2 (en) * 2000-08-24 2003-04-10 Московское конструкторское бюро "Электрон" Helmet system of target indication and presentation
RU2216705C2 (en) * 2000-02-29 2003-11-20 Валерий Тимофеевич Глущенко Target indication system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0294101A2 (en) * 1987-06-01 1988-12-07 El-Op Electro-Optics Industries Limited System for measuring the angular displacement of an object
US5349179A (en) * 1993-07-01 1994-09-20 Litton Systems, Inc. Night vision device with holographic reticle which is transparent in a first condition and visibly superimposed in a second condition
RU2216705C2 (en) * 2000-02-29 2003-11-20 Валерий Тимофеевич Глущенко Target indication system
RU2202092C2 (en) * 2000-08-24 2003-04-10 Московское конструкторское бюро "Электрон" Helmet system of target indication and presentation
UA50587A (en) * 2002-02-19 2002-10-15 Державне підприємство завод "Арсенал" Helmet system for target designation and indication

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749808C1 (en) * 2020-07-22 2021-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" Method for identifying benchmarks when solving the p4p problem in aviation optoelectronic positioning systems with a single camera

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11599326B2 (en) Spatial location presentation in head worn computing
US9852545B2 (en) Spatial location presentation in head worn computing
ES2910417T3 (en) Dual-mode illuminator for imaging under different lighting conditions
US7046215B1 (en) Head tracker system
JP6751401B2 (en) Improving visual perception of displayed color symbology
US9958674B2 (en) Eye imaging in head worn computing
JP5055516B2 (en) System and method for displaying device maintenance and operation instructions using augmented reality
US20150228120A1 (en) Spatial location presentation in head worn computing
US10510137B1 (en) Head mounted display (HMD) apparatus with a synthetic targeting system and method of use
US20220373298A1 (en) Methods systems circuits components apparatus devices assemblies and computer-executable code for aiming a firearm
US20150229019A1 (en) Spatial location presentation in head worn computing
JP2003505985A (en) Head tracker system
US10726257B2 (en) Gaze-tracking system and method of tracking user's gaze
GB2120381A (en) Sensing eye-movement
FR3020691A1 (en) AVIONIC SYSTEM COMPRISING MEANS OF DESIGNATION AND MARKING OF THE FIELD
RU2674533C1 (en) Helmet-mounted target designation and indication system and sight line angular position determining method on its basis
RU178703U1 (en) START-UP VISOR DEVICE FOR START-UP DESTINATION SYSTEM
RU2543680C2 (en) Optical reflector with semi-reflecting plates for helmet position monitoring device and helmet having said device
EP3816707A1 (en) Bezel embedded head tracking fiducials
ZA200106779B (en) Head tracker system.
RU2321813C1 (en) Helmet-carried target designation, sighting and indication system
US6301371B1 (en) Object identification system applications
GB2301968A (en) Helmet position measurement system
AU2020271607A1 (en) Biometrics imaging device and biometrics imaging method for capturing image data of a body part of a person which enable improved image data quality
RU2749808C1 (en) Method for identifying benchmarks when solving the p4p problem in aviation optoelectronic positioning systems with a single camera