RU2683127C2 - Method for constructing a high-precision sighting system with a variable field of view - Google Patents
Method for constructing a high-precision sighting system with a variable field of view Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683127C2 RU2683127C2 RU2017127953A RU2017127953A RU2683127C2 RU 2683127 C2 RU2683127 C2 RU 2683127C2 RU 2017127953 A RU2017127953 A RU 2017127953A RU 2017127953 A RU2017127953 A RU 2017127953A RU 2683127 C2 RU2683127 C2 RU 2683127C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- optical axis
- channel
- current
- optical
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G1/00—Sighting devices
- F41G1/38—Telescopic sights specially adapted for smallarms or ordnance; Supports or mountings therefor
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Telescopes (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам с переменным полем зрения для видимой и инфракрасной области спектра, и может быть использовано в оптических высокоточных системах слежения и прицеливания. Рассмотрен способ построения высокоточной прицельной системы на основе матричного приемника и панкратического объектива с плавным изменением углового поля зрения. Для вычисления поправок текущего положения линии визирования предложено использовать встроенный коллиматор и тестовое изображение с последующей цифровой обработкой в реальном масштабе времени.The invention relates to the field of optical instrumentation, and in particular to lenses with a variable field of view for the visible and infrared spectral regions, and can be used in optical high-precision tracking and aiming systems. A method for constructing a high-precision sighting system based on a matrix receiver and a pan-optical lens with a smooth change in the angular field of view is considered. To calculate the corrections of the current position of the line of sight, it is proposed to use the built-in collimator and test image, followed by digital processing in real time.
При построении высокоточной прицельной системы существует проблема определения текущего положения оптической оси объектива, а также текущего увеличения. Дело в том, что подвижные компоненты объектива с переменным фокусным расстоянием имеют люфт, причем переменный и зависящий от температуры и степени износа механических деталей. Кроме того, часто важно также знать и текущее фокусное расстояние, а значит - оптическое увеличение. Встроенные в объектив датчики не позволяют определять указанные величины с требуемой точностью (единицы угловых секунд). В результате, при движении компонентов объектива линия визирования описывает в пространстве случайную кривую, причем с довольно большим среднеквадратическим отклонением (вплоть до десятков пикселей в эквиваленте). С этой целью предлагается дополнить оптический канал на основе матричного приемника 4 и панкратического объектива 3 внутренним коллиматором!, формирующим специальное тестовое изображение с помощью зеркала 2 по команде встроенной системы управления. Функциональная схема доработанного канала представлена на Фиг. 1.When constructing a high-precision sighting system, there is the problem of determining the current position of the optical axis of the lens, as well as the current magnification. The fact is that the movable components of the lens with a variable focal length have a backlash, moreover, it is variable and depends on the temperature and the degree of wear of the mechanical parts. In addition, it is often also important to know the current focal length, which means optical zoom. The sensors built into the lens do not allow the indicated values to be determined with the required accuracy (units of arc seconds). As a result, when the components of the lens move, the line of sight describes a random curve in space, and with a rather large standard deviation (up to tens of pixels in equivalent). To this end, it is proposed to supplement the optical channel based on the
Фиг. 1 Функциональная схема канала со встроенным коллиматором: 1 - коллиматор, 2 - зеркало или пластина, 3 - панкратический объектив, 4 - матричный фотоприемник Фиг. 2 Вид тестового изображения: 5 - фрагмент столбца ув(n), 6- фрагмент строки хв(m)FIG. 1 Functional diagram of a channel with a built-in collimator: 1 - a collimator, 2 - a mirror or a plate, 3 - a panoramic lens, 4 - a matrix photodetector Fig. 2 Type of test image: 5 - a fragment of a column uv (n), 6 - a fragment of a row xv (m)
Фиг. 3 (а,б) Изображения, полученные в широком угловом поле с включенным (а) и выключенным (б) коллиматоромFIG. 3 (a, b) Images obtained in a wide angular field with (a) on and (b) off the collimator
Фиг. 4 (а,б) Изображения, полученные в узком угловом поле с включенным (а) и выключенным (б) коллиматоромFIG. 4 (a, b) Images obtained in a narrow angular field with (a) on and (b) off the collimator
У такого решения есть следующие преимущества:This solution has the following advantages:
1. Вычисление динамических ошибок положения оптической оси канала в реальном масштабе времени.1. The calculation of dynamic errors in the position of the optical axis of the channel in real time.
2. Контроль функционирования канала без применения отдельной контрольно-поверочной аппаратуры.2. Monitoring the functioning of the channel without the use of separate test equipment.
3. Установка требуемого увеличения канала и реализация автофокусировки в случае наблюдения за малоконтрастным изображением.3. Setting the required channel magnification and the implementation of autofocus in case of observing a low-contrast image.
При реализации алгоритма вычисления положения оптической оси канала используются как датчики, входящие в состав объективов, так и встроенные коллиматоры.When implementing the algorithm for calculating the position of the optical axis of the channel, both sensors included in the composition of the lenses and built-in collimators are used.
Первичная грубая обработка осуществляется по сигналам датчиков объективов. Для этого датчики предварительно калибруются. Датчики положения являются недостаточно точными, что требует вторичной, более точной синхронизации.Primary rough processing is carried out according to the signals of the lens sensors. For this, the sensors are pre-calibrated. The position sensors are not accurate enough, which requires a secondary, more accurate synchronization.
Вторичная синхронизация основана на использовании сигнала коллиматора. Коллиматор формирует изображение креста (наиболее удобная для обработки форма тестового изображения Фиг. 2) на фоне регистрируемых изображений. Положения центра креста хк и ук указывает на положение оптической оси приемного канала, а ширина линий креста Δхк и Δук - на текущее увеличение (оптический ZOOM).Secondary synchronization is based on the use of a collimator signal. The collimator forms the image of the cross (the most convenient for processing the form of the test image of Fig. 2) against the background of the recorded images. Provisions to cross the center x and y to indicate the position of the optical axis of the reception channel, and the width of the cross lines Δh Δu k and k - on current increase (optical ZOOM).
Данная процедура содержит две стадии:This procedure contains two stages:
- выделение изображения креста и преобразование его в бинарный вид;- highlighting the image of the cross and converting it into a binary form;
- вычисление параметров (хк, ук) и (Δхк, Δук);- calculation of the parameters (x k , y k ) and (Δx k , Δy k );
Процесс определения заканчивается формированием результирующих кадров, например xтв(m,n), отличающегося от исходного несколько меньшими размерами по обеим координатам и смещенного на (хк, ук) относительно центра исходного кадра.The determination process ends with the formation of the resulting frames, for example, x TV (m, n), which differs from the original one by slightly smaller dimensions in both coordinates and is shifted by (x k , y k ) relative to the center of the original frame.
Выделение изображения креста коллиматора основано на сравнении фрагментов двух кадров: активного xA(m,n) (светодиод коллиматора включен) и пассивного хП(m,n) (светодиод выключен). Для упрощения расчетов, в обоих кадрах выбираются одни и те же фрагменты: центральная часть строки xв(m) и центральная часть столбца yв(n) (Фиг. 2).The selection of the image of the collimator cross is based on a comparison of fragments of two frames: active x A (m, n) (collimator LED is on) and passive x P (m, n) (LED is off). To simplify the calculations, the same fragments are selected in both frames: the central part of row x in (m) and the central part of column y in (n) (Fig. 2).
При этом размеры фрагментов по строке и столбцу одинаковые и на небольшую величину превышающие предельную толщину формируемого креста (ориентировочно 50 пикселей для оптимального случая в режиме максимального увеличения - узкого поля зрения). При этом величина оптического увеличения определяется по формуле:In this case, the sizes of the fragments along the row and column are the same and by a small amount exceeding the limiting thickness of the formed cross (approximately 50 pixels for the optimal case in the mode of maximum increase - narrow field of view). In this case, the magnification of the optical increase is determined by the formula:
где ƒо - текущее фокусное расстояние панкратического объектива, ƒо - фокусное расстояние коллиматора.where ƒ o is the current focal length of the pancratic lens, ƒ o is the focal length of the collimator.
Далее, производится вычитание фрагмента пассивного кадра из соответствующего фрагмента активного с последующей пороговой обработкой:Next, a fragment of the passive frame is subtracted from the corresponding active fragment with subsequent threshold processing:
где Bx(m) и By(n) - бинарные изображения выбранных фрагментов, Uпор - пороговые значения. Теоретически можно принять Uпор=3σш, где σш - среднеквадратичное отклонение шума.where B x (m) and B y (n) are binary images of the selected fragments, U pores are threshold values. Theoretically, it can be assumed that U por = 3σ W , where σ W is the standard deviation of the noise.
Далее, методами бинарной морфологии вычисляются размер (Δхк, Δук) и серединные координаты (xк, ук) полученных бинарных одномерных множеств Вх(m) и Ву(n). Именно они и являются искомыми параметрами креста. По величине (Δxк, Δук) определяется требуемое увеличение и с помощью итерационного алгоритма путем управлением двигателями объективов подбираются требуемые значения. Координаты (хк, ук) позволяют определить линейные смещения оптической оси.Further, by the methods of binary morphology, the size (Δx k , Δy k ) and the middle coordinates (x k , y k ) of the obtained binary one-dimensional sets B x (m) and B y (n) are calculated. Namely they are the desired parameters of the cross. The magnitude (Δx k , Δy k ) determines the required increase and using the iterative algorithm, by controlling the lens motors, the required values are selected. The coordinates (x k , y k ) allow us to determine the linear displacements of the optical axis.
Необходимо отметить, что данный алгоритм выполняется однократно после каждого изменения фокусного расстояния.It should be noted that this algorithm is executed once after each change in focal length.
Необходимые ресурсы вычислителя - только арифметические и логические операции. Внешний буфер памяти не требуется. Отдельные параметры алгоритма (размер и положение фрагментов строки 6 и столбца 5, пороговое значение) подбираются экспериментальным путем.The necessary resources of the calculator are only arithmetic and logical operations. An external memory buffer is not required. The individual parameters of the algorithm (the size and position of the fragments of row 6 and
Таким образом, предложенный способ позволяет значительно повысить точность определения положения оптической оси панкратического объектива, а значит, точность определения координат наблюдаемого объекта и точность прицеливания. При этом его практическая реализация является достаточно простой.Thus, the proposed method can significantly improve the accuracy of determining the position of the optical axis of the pancratic lens, and therefore, the accuracy of determining the coordinates of the observed object and the accuracy of aiming. Moreover, its practical implementation is quite simple.
В ОАО «ЦНИИ «Циклон» был практически реализован вышеописанный способ в составе приемного канала как видимого диапазона, так и ИК диапазона, содержащего объектив-трансфокатор.At TsNII Cyclone OJSC, the above method was practically implemented as part of the receiving channel of both the visible range and the IR range containing the zoom lens.
На Фиг. 3(а, б) и 4(а, б) показаны изображения, формируемые изготовленным телевизионным каналом.In FIG. 3 (a, b) and 4 (a, b) show the images formed by the manufactured television channel.
Анализ изображений позволяет заключить, что даже при небольшой мощности светодиода коллиматора отображение коллиматорного креста выделяется достаточно уверенно. Кроме того, при изменении фокусного расстояния изображение креста меняет свой масштаб и положение в кадре, что, как было показано выше, позволяет определить текущее оптическое увеличение с высокой точностью, а также положение оптической оси.Image analysis allows us to conclude that even with a small power of the collimator LED, the display of the collimator cross is quite confident. In addition, when changing the focal length, the image of the cross changes its scale and position in the frame, which, as shown above, allows you to determine the current optical zoom with high accuracy, as well as the position of the optical axis.
Таким образом, проведенные в ОАО «ЦНИИ «Циклон» практические исследования полностью подтвердили работоспособность и эффективность коллиматорной схемы коррекции ошибок при прицеливании с использованием объектива-трансфокатора.Thus, the practical research conducted at TsNII Cyclone OJSC fully confirmed the operability and effectiveness of the collimator error correction scheme when aiming using a zoom lens.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127953A RU2683127C2 (en) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | Method for constructing a high-precision sighting system with a variable field of view |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127953A RU2683127C2 (en) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | Method for constructing a high-precision sighting system with a variable field of view |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017127953A3 RU2017127953A3 (en) | 2019-02-04 |
| RU2017127953A RU2017127953A (en) | 2019-02-04 |
| RU2683127C2 true RU2683127C2 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65270707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017127953A RU2683127C2 (en) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | Method for constructing a high-precision sighting system with a variable field of view |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683127C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2243581C1 (en) * | 2002-07-05 | 2004-12-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Method and device for monitoring information control channel |
| RU67805U1 (en) * | 2007-04-16 | 2007-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт телевидения" | TV SIGHT |
| US20090138233A1 (en) * | 2005-09-12 | 2009-05-28 | Torsten Kludas | Surveying Instrument and Method of Providing Survey Data of a Target Region Using a Surveying Instrument |
| RU2564217C2 (en) * | 2010-10-19 | 2015-09-27 | Данюнь ЛИ | Electronic sighting device and method of its adjustment and calibration detection |
-
2017
- 2017-08-04 RU RU2017127953A patent/RU2683127C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2243581C1 (en) * | 2002-07-05 | 2004-12-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Method and device for monitoring information control channel |
| US20090138233A1 (en) * | 2005-09-12 | 2009-05-28 | Torsten Kludas | Surveying Instrument and Method of Providing Survey Data of a Target Region Using a Surveying Instrument |
| RU67805U1 (en) * | 2007-04-16 | 2007-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт телевидения" | TV SIGHT |
| RU2564217C2 (en) * | 2010-10-19 | 2015-09-27 | Данюнь ЛИ | Electronic sighting device and method of its adjustment and calibration detection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017127953A3 (en) | 2019-02-04 |
| RU2017127953A (en) | 2019-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160173757A1 (en) | Camera module | |
| US20170366740A1 (en) | Focusing control device, lens device, imaging apparatus, focusing control method, and focusing control program | |
| JP6053347B2 (en) | Imaging apparatus, control method therefor, and program | |
| US20160120397A1 (en) | Endoscope image-acquisition device | |
| US10798362B2 (en) | Parallax correction device and method in blended optical system for use over a range of temperatures | |
| JP6275334B2 (en) | Infrared imaging apparatus and fixed pattern noise data updating method | |
| JP2015019119A (en) | Image shake correction device | |
| US20160187640A1 (en) | Optically Correcting Configuration for a Reflector Telescope | |
| RU2567126C1 (en) | Infrared imaging device | |
| US9300860B2 (en) | Image-capturing apparatus | |
| JP2017067857A (en) | Focus detection device, prediction method, program and storage medium | |
| CN106104350B (en) | The bearing calibration of lens devices and lens devices | |
| RU2683127C2 (en) | Method for constructing a high-precision sighting system with a variable field of view | |
| US10264164B2 (en) | System and method of correcting imaging errors for a telescope by referencing a field of view of the telescope | |
| US9473690B1 (en) | Closed-loop system for auto-focusing in photography and a method of use thereof | |
| US10838165B2 (en) | Plenoptic zoom with optimised range | |
| JP2019168479A (en) | Controller, imaging device, method for control, program, and, and storage medium | |
| Oberdörster et al. | Digital focusing and refocusing with thin multi-aperture cameras | |
| US10891716B2 (en) | Process allowing the removal through digital refocusing of fixed-pattern noise in effective images formed by electromagnetic sensor arrays in a light field | |
| KR101737260B1 (en) | Camera system for extracting depth from images of different depth of field and opertation method thereof | |
| CN109073867A (en) | Miniature wide-angle imaging len | |
| CN107846532B (en) | Automatic color correction method based on least square method | |
| JP6728005B2 (en) | Imaging device, imaging method, and program | |
| KR20140140495A (en) | Aparatus and method for obtaining spatial information using active lens array | |
| US20200244855A1 (en) | Method for switching optical fields of view |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190805 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20201027 |