RU2378625C2 - Method of measurement of brightness characteristics of objects in optical band of spectrum and device for its implementation - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention is meant for analysis of brightness characteristics of paints, coatings, means of optical concealment in visible and infrared bands of optical spectrum for the purpose of assessment of signature of object against background. Determination of brightness levels of targets and backgrounds is performed by means of signal attenuation at input of photodetector to threshold level of photodetector sensitivity using attenuator filters and visual recording of this level achievement by monitor display of measuring device by means of comparison of fields of brightness of targets, backgrounds and reference reflectors. Device for measurements includes reference reflector consisting of two parts, one of which is painted white and the second one - black, set of attenuator filters, turning stand with filters pack and photoelectric recorder with monitor display installed on it.

EFFECT: invention ensures possibility of measurement in wide-band range without necessity of construction of analytical curves.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения оптических характеристик объектов, более конкретно к области измерений яркостных характеристик объектов в лабораторных и натурных условиях. Применение предлагаемых способа и устройства включает исследования яркостных характеристик красок, покрытий, средств оптической маскировки в видимом и инфракрасном диапазонах оптического спектра с целью оценки заметности объектов на окружающем фоне. Преимущественное применение способ и устройство имеют в случаях необходимости экспресс-оценки достоинств или недостатков одного метода или средства снижения заметности по сравнению с другим во всем спектральном диапазоне работы какого-либо средства обнаружения.The invention relates to the field of measuring the optical characteristics of objects, and more particularly to the field of measuring the brightness characteristics of objects in laboratory and field conditions. The application of the proposed method and device includes the study of the brightness characteristics of paints, coatings, optical masking in the visible and infrared ranges of the optical spectrum in order to assess the visibility of objects on the surrounding background. The method and device are predominantly used in cases where it is necessary to expressly assess the advantages or disadvantages of one method or means of reducing visibility compared to another in the entire spectral range of the operation of any detection means.

В качестве показателей, характеризующих заметность объектов в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, обычно используются значения контраста объектов на окружающем фоне К, определяемые как [11:As indicators characterizing the visibility of objects in the visible and infrared ranges of the spectrum, the contrast values of objects against the surrounding background K, usually defined as [11:

где В_ф и В_о - соответственно значения яркостей фона и объекта в спектральном диапазоне измерений.where B _f and B _about - respectively, the brightness values of the background and the object in the spectral range of measurements.

При использовании лазерных средств заметность объектов в соответствии с ГОСТ [2], принято характеризовать значением коэффициента яркости поверхности объекта β, определяемым как отношение энергетической яркости облучаемой поверхности объекта к энергетической яркости идеального рассеивателя (эталона), находящегося в тех же условиях облучения;When using laser means, the visibility of objects in accordance with GOST [2], it is customary to characterize the value of the brightness coefficient of the surface of the object β, defined as the ratio of the energy brightness of the irradiated surface of the object to the energy brightness of an ideal diffuser (standard) under the same irradiation conditions;

где В_о и В_э - значения яркостей поверхностей объекта и эталона на длине волны излучения лазера.where B _about and In _e - the brightness values of the surfaces of the object and the reference at the wavelength of the laser radiation.

Как следует из изложенного, в большинстве случаев задача исследования оптической заметности объектов сводится к измерениям значений яркости поверхностей исследуемого объекта, фона и эталона.As follows from the foregoing, in most cases, the task of studying the optical visibility of objects is reduced to measuring the brightness values of the surfaces of the studied object, background, and standard.

Известны два основных способа световых измерений [3]: субъективный, который называют также визуальным, и объективный (физический). При субъективном способе измерений приемником служит человеческий глаз, который используется, как правило, для сравнения полей яркости различных участков фотометрического поля, а при объективном используют физические приемники лучистого потока - фотоприемники. Для расширения пределов измерения в большинстве случаев используют светофильтры с известными коэффициентами пропускания. При этом в процессе измерений светофильтры подбирают таким образом, чтобы уровень входного сигнала попадал в пределы линейного участка амплитудной характеристики измерительного устройства.Two main methods of light measurements are known [3]: subjective, which is also called visual, and objective (physical). In the subjective measurement method, the human eye serves as a receiver, which is used, as a rule, to compare the brightness fields of different sections of the photometric field, while in the objective method, physical radiant flux detectors — photodetectors — are used. To expand the limits of measurement, in most cases, filters with known transmittances are used. In this process, the filters are selected in such a way that the level of the input signal falls within the linear portion of the amplitude characteristic of the measuring device.

Известен принятый в качестве прототипа объективный способ измерения в медицине и промышленности бактерицидного ультрафиолетового излучения [4] (RU 2222007, 7 G01N 27/64, G01J 1/00), отличающийся тем, что в качестве светофильтра используется газовая камера, а интенсивность излучения определяют по разности падения напряжения измерителя.A well-known objective method of measuring bactericidal ultraviolet radiation in medicine and industry is used as a prototype [4] (RU 2222007, 7 G01N 27/64, G01J 1/00), characterized in that a gas chamber is used as a filter, and the radiation intensity is determined by the difference in voltage drop of the meter.

Как прототипу, так и всем другим известным способам измерений присущ ряд существенных недостатков:Both the prototype and all other known measurement methods have a number of significant disadvantages:

- известные способы измерений основаны на применении специализированных измерительных устройств, достаточно дорогостоящих, выпускаемых крайне ограниченными сериями и поэтому малодоступных;- known methods of measurement based on the use of specialized measuring devices, quite expensive, produced by extremely limited series and therefore inaccessible;

- использование специализированных измерительных устройств требует их периодической градуировки во всем диапазоне измеряемых величин, что возможно только в специализированных организациях и также требует существенных материальных и временных затрат;- the use of specialized measuring devices requires periodic calibration in the entire range of measured values, which is possible only in specialized organizations and also requires significant material and time costs;

- большинство выпускаемых промышленностью измерительных средств, в том числе прототип, предназначено для использования в лабораторных условиях и не может быть применено в полевых условиях на значительных дистанциях измерений.- most of the measuring instruments produced by the industry, including the prototype, are intended for use in laboratory conditions and cannot be used in the field at significant measurement distances.

Предлагаемый способ направлен на достижение технического результата, заключающегося в расширении номенклатуры средств, используемых для проведения измерений, вплоть до общедоступных бытовых приборов широкого распространения, в исключении необходимости градуировки измерительного устройства во всем диапазоне измеряемых величин, обеспечении возможности измерений как в лабораторных, так и в натурных условиях, удешевлении процесса проведения исследований.The proposed method is aimed at achieving a technical result, which consists in expanding the range of tools used for measurements, up to commonly available household appliances of wide distribution, eliminating the need for graduation of the measuring device in the entire range of measured values, providing the possibility of measurements both in laboratory and in-situ conditions, cheaper research process.

Существенными признаками заявляемого способа, достаточными для достижения указанного технического результата являются:The essential features of the proposed method, sufficient to achieve the specified technical result are:

1. Сочетание субъективного и объективного способов измерений, заключающееся в том, что непосредственная регистрация полезного сигнала осуществляется с использованием фотоприемника, а измерения производятся с использованием человеческого глаза и набора ослабляющих фильтров.1. The combination of subjective and objective methods of measurement, namely that the direct registration of the useful signal is carried out using a photodetector, and measurements are made using the human eye and a set of attenuating filters.

2. Использование фотоприемного устройства, отградуированного не во всем диапазоне измеряемых величин, а только по порогу чувствительности.2. The use of a photodetector calibrated not in the entire range of measured values, but only by the threshold of sensitivity.

3. Использование в качестве регистрирующего устройства не специализированных фотометрических средств, а широко распространенных и относительно дешевых фотоприемных устройств, например цифровых фотоаппаратов, видеокамер, тепловизоров, лазерных дальномеров, спектральные характеристики чувствительности которых соответствуют характеристикам средств обнаружения.3. Using not specialized photometric means as a recording device, but widespread and relatively cheap photodetector devices, for example, digital cameras, video cameras, thermal imagers, laser rangefinders, the spectral characteristics of the sensitivity of which correspond to the characteristics of detection means.

Сущность заявляемого способа характеризуется следующим.The essence of the proposed method is characterized by the following.

Оценка оптической заметности объектов производится исходя из возможности их обнаружения фотографическими, телевизионными, тепловизионными или лазерными техническими средствами. Поэтому исследования яркостных характеристик объектов и фонов производятся в спектральных диапазонах работы этих средств. С учетом этого, наиболее предпочтительным является проведение измерений с использованием именно этих технических средств, т.е. сразу во всем спектральном диапазоне работы каждого из этих средств. С этой точки зрения в качестве фотоприемных устройств для измерений могут быть использованы бытовые цифровые фотоаппараты, видеокамеры, тепловизоры, лазерные дальномеры, работающие в тех же спектральных диапазонах, что и аналогичные средства обнаружения.Assessment of the optical visibility of objects is based on the possibility of their detection by photographic, television, thermal imaging or laser technology. Therefore, studies of the brightness characteristics of objects and backgrounds are carried out in the spectral ranges of these tools. With this in mind, it is most preferable to take measurements using precisely these technical means, i.e. immediately in the entire spectral range of each of these tools. From this point of view, household digital cameras, video cameras, thermal imagers, laser rangefinders operating in the same spectral ranges as similar detection tools can be used as photodetectors for measurements.

Еще одним преимуществом использования указанных средств для проведения измерений является то обстоятельство, что они предназначены для работы по объектам, находящимся в широком диапазоне дальностей, т.е. могут быть использованы как в лабораторных, так и в натурных условиях.Another advantage of using these tools for measurements is the fact that they are designed to work on objects located in a wide range of ranges, i.e. can be used both in laboratory and in situ conditions.

Возможность применения указанных приборов для проведения исследований по оценке заметности объектов обусловлена тем, что фотоприемные каналы этих приборов обладают присущими им пороговыми чувствительностями. С учетом этого, при использовании фотоаппаратуры, видеокамеры или тепловизора процесс измерения заключается в следующем. Используемый для проведения измерений прибор наводится на исследуемый объект, находящийся на окружающем фоне. Рядом с исследуемым объектом размещается эталонный отражатель, представляющий собой щит, одна часть которого окрашена белой краской, а вторая часть - черной краской с известными коэффициентами отражения и излучения в спектральном диапазоне измерений. Размеры эталонного отражателя таковы, что каждая из двух его частей превышает не менее чем в 15 раз размеры элемента разрешения измерительного устройства на дистанции измерений, т.е. не менее порога распознавания объекта человеческим глазом. Оператор глазом наблюдает на экране (мониторе отображения) используемого измерительного прибора изображение панорамы, включающей исследуемый объект, эталонный отражатель и фон. После этого перед объективом прибора устанавливается ослабляющий нейтральный фильтр с известным коэффициентом пропускания. Световой поток на входе фотоприемного устройства уменьшается. Устанавливается следующий ослабляющий фильтр и так далее, до тех пор, пока на экране (мониторе) используемого прибора глаз оператора не перестанет различать сначала черную часть эталонного отражателя, а потом область пространства, имеющую меньшую яркость (объект или фон). Признаком отсутствия различения является регистрируемое глазом равенство яркостей участков поля зрения, занимаемых черной частью эталонного отражателя и объектом или фоном (например, фоном). Это свидетельствует о том, что сигнал в этой области пространства достиг порогового уровня чувствительности прибора. В этом состоянии регистрируется общий (суммарный) коэффициент пропускания установленных ослабляющих фильтров, определяемый как произведение коэффициентов пропускания всех установленных фильтров. После этого оператор продолжает устанавливать ослабляющие фильтры до тех пор, пока глаз оператора не перестанет различать область пространства, имеющую большую яркость (например, объект). При этом также регистрируется суммарный коэффициент пропускания всех установленных фильтров. На основании этих измерений контраст объекта К определяется как:The possibility of using these devices for conducting studies to assess the visibility of objects is due to the fact that the photodetector channels of these devices have their inherent threshold sensitivities. With this in mind, when using cameras, video cameras or thermal imagers, the measurement process is as follows. The instrument used to perform measurements is aimed at the object under study, which is on the surrounding background. Next to the object under study is a reference reflector, which is a shield, one part of which is painted with white paint, and the second part is black paint with known reflection and emission coefficients in the spectral range of measurements. The dimensions of the reference reflector are such that each of its two parts exceeds at least 15 times the dimensions of the resolution element of the measuring device at the measurement distance, i.e. no less than the threshold of recognition of an object by the human eye. The operator observes with an eye on the screen (display monitor) of the measuring instrument used a panorama image including the object under study, a reference reflector and background. After that, a neutral attenuating filter with a known transmittance is installed in front of the lens of the device. The luminous flux at the input of the photodetector decreases. The next attenuation filter is installed, and so on, until the operator’s eye on the screen (monitor) of the used device stops first distinguishing between the black part of the reference reflector, and then the area of space with a lower brightness (object or background). A sign of the lack of distinction is the equality of brightness recorded by the eye of the portions of the field of view occupied by the black part of the reference reflector and the object or background (for example, background). This indicates that the signal in this region of space has reached the threshold level of sensitivity of the device. In this state, the total (total) transmittance of the installed attenuation filters, defined as the product of the transmittances of all installed filters, is recorded. After that, the operator continues to install attenuation filters until the operator’s eye no longer distinguishes between an area of space that has a high brightness (for example, an object). At the same time, the total transmittance of all installed filters is also recorded. Based on these measurements, the contrast of the object K is defined as:

где τ_ф и τ_о - суммарные показатели ослабления фильтров, соответствующие порогам различения фона и исследуемого объекта.where τ _f and τ _о are the total filter attenuation indicators corresponding to the thresholds for distinguishing between the background and the object under study.

Как следует из вышеизложенного, заявляемый способ содержит основные отличительные признаки как визуального, так и физического способов измерения одновременно.As follows from the foregoing, the claimed method contains the main distinguishing features of both visual and physical methods of measurement at the same time.

В случае исследования значений коэффициентов яркости объектов с использованием лазерного дальномера методика измерений состоит в следующем. Лазерный дальномер наводится на исследуемый объект и производится измерение дальности до объекта. Оператор наблюдает наличие отсчета дальности нa шкале дальномера. После этого перед входным окном приемного тракта дальномера устанавливаются ослабляющие фильтры до тех пор, пока не прекратится отсчет дальности по шкале дальномера. Признаком отсутствия отсчета дальности является появление нулевых отсчетов дистанции до объекта. Это свидетельствует о том, что входной сигнал достиг порога чувствительности фотоприемника. Регистрируется суммарный коэффициент пропускания установленных ослабляющих фильтров. После этого на месте исследуемого объекта перпендикулярно направлению наблюдения устанавливается эталонный отражатель с известным коэффициентом яркости β_э. Лазерный дальномер наводится на белую часть эталонного отражателя и вновь устанавливаются ослабляющие фильтры до прекращения отсчета дальности. Также регистрируется суммарный коэффициент пропускания ослабляющих фильтров. Коэффициент яркости поверхности исследуемого объекта β_о определяется как:In the case of studying the values of the brightness coefficients of objects using a laser range finder, the measurement procedure is as follows. The laser range finder is aimed at the object under study and the distance to the object is measured. The operator observes the presence of a range reference on the scale of the rangefinder. After that, attenuating filters are installed in front of the entrance window of the receiving path of the range finder until the range countdown on the range finder scale stops. A sign of the lack of a range reading is the appearance of zero distance samples to the object. This indicates that the input signal has reached the sensitivity threshold of the photodetector. The total transmittance of the installed attenuation filters is recorded. After that, at the site of the investigated object perpendicular to the direction of observation, a reference reflector is installed with a known brightness coefficient β _e . The laser range finder is aimed at the white part of the reference reflector and attenuation filters are re-installed until the range count stops. The total transmittance of attenuation filters is also recorded. The brightness coefficient of the surface of the investigated object β _about is defined as:

где τ_о и τ_э - суммарные показатели ослабления фильтров,where τ _about and τ _e - the total attenuation of the filters,

соответствующие порогам отсчета дальности до исследуемого объекта и эталонного отражателя;corresponding to the thresholds for counting the distance to the object under study and the reference reflector;

β_э - значение коэффициента яркости поверхности эталонного отражателя.β _e - the value of the brightness coefficient of the surface of the reference reflector.

Практическая реализация предлагаемого способа и возможность достижения заявляемого положительного эффекта подтверждаются широким распространением и доступностью используемых для проведения измерений технических средств, наличием серийно выпускаемых ослабляющих фильтров для различных спектральных диапазонов с широким диапазоном известных характеристик пропускания, апробацией предлагаемого способа в лабораторных и натурных условиях с использованием в качестве регистрирующего устройства цифрового фотоаппарата и видеокамеры.The practical implementation of the proposed method and the possibility of achieving the claimed positive effect are confirmed by the wide distribution and accessibility of the technical means used for measurements, the presence of commercially available attenuation filters for various spectral ranges with a wide range of known transmission characteristics, testing of the proposed method in laboratory and field conditions using as a recording device of a digital camera and camcorder.

Известно достаточно большое количество фотометрических устройств, предназначенных для определения яркостных характеристик различных объектов, которые могут быть использованы для оценки оптической заметности [3, 5…7]. В качестве прототипа рассматривается лабораторная установка для измерения коэффициента отражения диффузно рассеивающих поверхностей [8] (патент 38059, G01j 1/22 1/58), отличающаяся тем, что в ее состав входят фотометрическая камера-шар и фильтр, выполненный в виде стеклянной пластины.There are a fairly large number of photometric devices designed to determine the brightness characteristics of various objects that can be used to assess optical visibility [3, 5 ... 7]. As a prototype, a laboratory setup for measuring the reflection coefficient of diffusely scattering surfaces is considered [8] (patent 38059, G01j 1/22 1/58), characterized in that it consists of a photometric camera-ball and a filter made in the form of a glass plate.

Общим для известных фотометрических устройств является наличие в них:Common to known photometric devices is the presence in them:

- поворотного стола для наведения на измеряемый объект;- turntable for guidance on the measured object;

- окуляра для наблюдения фотометрического поля и наведения устройства на объект;- an eyepiece for observing the photometric field and pointing the device at the object;

- оптической системы, формирующей поле зрения;- an optical system that forms a field of view;

- набора светофильтров с известными показателями ослабления;- a set of filters with known attenuation indicators;

- визуального или фотоэлектрического измерителя, основанного на применении в качестве чувствительного элемента человеческого глаза или фотоприемника.- a visual or photoelectric meter based on the use as a sensitive element of the human eye or photodetector.

Окончательный результат измерения яркости определяется из соответствующих градуировочных графиков, построенных для различных сочетаний ослабляющих светофильтров.The final result of the brightness measurement is determined from the corresponding calibration graphs constructed for various combinations of attenuating filters.

Однако все известные фотометрические устройства являются узко специализированными, достаточно сложными, в большинстве случаев предназначены для проведения лабораторных исследований (например, прототип или спектрофотометры). В силу указанных свойств такие устройства дорогостоящи, выпускаются крайне ограниченными партиями и поэтому малодоступны для широкого использования, особенно при натурных исследованиях. Кроме того, рабочие спектральные диапазоны таких устройств в большинстве случаев не соответствуют спектральным диапазонам чувствительности оптико-электронных приборов обнаружения, по отношению к которым производится оценка заметности исследуемых объектов.However, all known photometric devices are narrowly specialized, quite complex, in most cases they are intended for laboratory research (for example, a prototype or spectrophotometers). Due to these properties, such devices are expensive, are produced in extremely limited quantities and therefore are inaccessible for widespread use, especially in field studies. In addition, the working spectral ranges of such devices in most cases do not correspond to the spectral ranges of the sensitivity of optoelectronic detection devices, with respect to which the visibility of the studied objects is evaluated.

Предлагаемое устройство направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении более доступной практической возможности проведения измерений в широком диапазоне дальностей в требуемых спектральных диапазонах без необходимости построения градуировочных графиков.The proposed device is aimed at achieving a technical result, which consists in providing a more affordable practical possibility of taking measurements in a wide range of ranges in the required spectral ranges without the need for calibration graphs.

Существенным признаком, достаточным для достижения технического результата, обеспечиваемого заявляемым устройством, является применение в качестве измерителя оптико-электронных устройств, аналогичных устройствам обнаружения, по отношению к которым оценивается оптическая заметность исследуемых объектов, работающих в тех же спектральных диапазонах и обладающих фиксированным уровнем пороговой чувствительности.An essential feature sufficient to achieve the technical result provided by the claimed device is the use of optical-electronic devices similar to detection devices as a meter, with respect to which the optical visibility of the studied objects operating in the same spectral ranges and having a fixed threshold sensitivity level is evaluated.

Поскольку оптическая заметность объектов в подавляющем большинстве случаев оценивается исходя из возможности их обнаружения оптико-электронными средствами разведки. работающими в видимом и инфракрасном участках оптического диапазона спектра, а также лазерными дальномерами и локационными устройствами, в качестве измерителей могут использоваться цифровые фотоаппараты, видеокамеры, приборы ночного видения, тепловизоры, а также лазерные дальномеры. При использовании таких измерителей отсчет показаний (порога регистрации изображения объекта, фона или дальности до цели) производится за счет одноэлементного или многоэлементного фотоприемника, мозаичного индикатора и человеческого глаза. Применение указанных измерителей позволяет производить измерения в тех спектральных диапазонах, в которых работают аналогичные средства обнаружения. Такие измерители находятся в массовом производстве, имеются в продаже, относительно дешевы и доступны. Каждое из упомянутых устройств обладает пороговой чувствительностью, которая определяет минимальный регистрируемый уровень сигнала. В связи с этим отпадает необходимость градуировки таких устройств во всем диапазоне их чувствительности и построения градуировочных графиков, что существенно упрощает процесс подготовки и проведения измерений. Высокая пространственная разрешающая способность подобных измерителей позволяет производить измерения удаленных и малоразмерных объектов как в лабораторных, так и в полевых условиях.Since the optical visibility of objects in the vast majority of cases is estimated based on the possibility of their detection by optoelectronic intelligence. operating in the visible and infrared regions of the optical spectrum, as well as laser rangefinders and location devices, digital cameras, video cameras, night vision devices, thermal imagers, and laser rangefinders can be used as meters. When using such meters, the readout of the readings (the threshold for registering an image of an object, background or range to the target) is carried out due to a single-element or multi-element photodetector, a mosaic indicator and the human eye. The use of these meters allows measurements in the spectral ranges in which similar detection tools operate. Such meters are in mass production, commercially available, relatively cheap and affordable. Each of these devices has a threshold sensitivity that determines the minimum recorded signal level. In this regard, there is no need to calibrate such devices in the entire range of their sensitivity and build calibration graphs, which greatly simplifies the process of preparing and conducting measurements. The high spatial resolution of such meters makes it possible to measure remote and small-sized objects both in laboratory and in the field.

На чертеже представлен общий вид устройства. Устройство содержит поворотную станину 1, предназначенную для наведения измерительной части устройства на исследуемый объект 2, участок фона 3 и эталонный отражатель 4. На поворотной станине размещаются кассета 5 для установки ослабляющих фильтров 6. Позади кассеты 5 установлено измерительное устройство 7, состоящее из входного объектива фотоприемника, схемы преобразования (не показана) и монитора визуального отображения 8. При использовании в качестве измерительного устройства 7 лазерного дальномера в состав измерительного устройства входит также лазерный излучатель. За монитором визуального отображения 8 размещается оператор, который глазом 9 наблюдает изображение на мониторе сигналов от цели, фона или эталонного отражателя, регистрируя ослабление сигналов и достижение равенства яркостей полей наблюдаемых целей.The drawing shows a General view of the device. The device comprises a rotary bed 1, designed to guide the measuring part of the device to the object under study 2, a background section 3 and a reference reflector 4. A cartridge 5 for attaching attenuation filters 6 is placed on the rotary bed 6. A measuring device 7 consisting of an input photodetector lens is installed behind the cartridge 5. , a conversion circuit (not shown) and a visual display monitor 8. When using a laser range finder 7 as a measuring device, the input device A laser emitter is also fitted. Behind the visual display monitor 8, an operator is placed who, with his eye 9, observes the image on the monitor of signals from a target, background, or reference reflector, recording attenuation of signals and achieving equal brightness of the fields of the observed targets.

Устройство работает следующим образом. Оператор наводит поворотную станину 1 в направлении на исследуемый объект 2. При этом в поле зрения прибора должны попадать также участок фона 3 и эталонный отражатель 4. Изображение целей, попавших в поле зрения объектива измерительного устройства 7, оператор наблюдает на мониторе визуального отображения 8. После этого оператор последовательно устанавливает в кассету 5 ослабляющие фильтры 6, наблюдая одновременно уменьшение яркостей и контрастов изображений целей. Так продолжается до тех пор, пока яркость изображения одной из целей (наименее яркой, например фона 3) не достигнет пороговой, т.е. ее изображение перестанет наблюдаться глазом оператора 9 на мониторе визуального отображения 8 (поле яркости наблюдаемого изображения цели достигнет уровня, соответствующего отсутствию полезного сигнала, т.е. достигнет уровня яркости изображения черного участка эталонного отражателя. 4). После этого определяется суммарное значение показателя ослабления установленных ослабляющих фильтров 6. Затем оператор продолжает последовательно устанавливать ослабляющие фильтры 6 до тех пор, пока яркость изображения другой цели (наиболее яркой, например исследуемого объекта 2) также не достигнет порогового уровня. При этом вновь определяется суммарное значение показателя ослабления установленных ослабляющих фильтров 6. Далее по формуле (3) определяется значение контраста исследуемого объекта на окружающем фоне в спектральном диапазоне не работы используемого типа измерительного устройства.The device operates as follows. The operator points the rotary bed 1 in the direction of the test object 2. At the same time, the background section 3 and the reference reflector 4 should also fall into the field of view of the device. The operator observes the image of targets falling into the field of view of the measuring device 7 on the visual display monitor 8. After of this, the operator sequentially installs attenuation filters 6 into the cassette 5, observing at the same time a decrease in the brightness and contrast of the target images. This continues until the brightness of the image of one of the targets (the least bright, for example, background 3) reaches the threshold, i.e. its image will no longer be observed by the eye of the operator 9 on the visual display monitor 8 (the brightness field of the observed target image will reach a level corresponding to the absence of a useful signal, i.e., will reach the brightness level of the image of the black portion of the reference reflector. 4). After that, the total value of the attenuation index of the installed attenuation filters is determined 6. Then the operator continues to sequentially set the attenuation filters 6 until the brightness of the image of the other target (the brightest, for example, the studied object 2) also reaches a threshold level. In this case, the total value of the attenuation index of the installed attenuation filters is again determined 6. Then, using the formula (3), the contrast value of the object under study against the surrounding background in the spectral range of the non-operation of the type of measuring device used is determined.

Для определения значения коэффициента яркости поверхности исследуемого объекта 2 на определенной длине волны излучения кассета с ослабляющими фильтрами 5 устанавливается перед входным окном объектива приемного канала измерительного устройства, в качестве которого в данном случае используется лазерный дальномер, работающий на определенной длине волны излучения, например на длине волны 1,06 мкм. Наблюдая на мониторе визуального отображения 8 исследуемый объект 2, оператор наводит на него маркерную метку измерителя дистанции и производит замер дистанции до объект 2. Значение дистанции высвечивается на мониторе визуально отображения. После этого оператор последовательно устанавливает в кассету 5 ослабляющие фильтры 6, производя каждый раз замер дистанции. Эти действия продолжаются до тех пор, пока сигнал в приемном канале измерительного устройства не будет ослаблен до порогового уровня чувствительности фотоприемника, т.е. пока не исчезнут показания дистанции до объекта. После этого определяется суммарное значение показателя ослабления установленных ослабляющих фильтров 6. Ослабляющие фильтры извлекаются из кассеты 5. Далее на место исследуемого объект 2 устанавливается эталонный отражатель 4, ориентированный перпендикулярно направлению визирования, и оператор, устанавливая поочередно ослабляющие фильтры, производит измерения дистанции до эталонного отражателя 4, наводя маркерную метку на ту часть эталонного отражателя 4, которая окрашена белой краской с известным значением коэффициента яркости на рабочей длине волны излучения. После исчезновения показаний дистанции так же определяется суммарное значение показателя ослабления установленных ослабляющих фильтров 6. С использованием выражения (4) производится вычисление значения коэффициента яркости поверхности исследуемого объекта 2.To determine the brightness coefficient of the surface of the investigated object 2 at a certain radiation wavelength, a cartridge with attenuating filters 5 is installed in front of the input window of the receiving channel of the measuring device, which in this case uses a laser range finder operating at a certain radiation wavelength, for example, at a wavelength 1.06 μm. Observing object 2 under study on the visual display monitor 8, the operator points the marker of the distance meter on it and measures the distance to object 2. The distance value is displayed on the visual display monitor. After that, the operator sequentially installs attenuation filters 6 into the cassette 5, each time measuring the distance. These actions continue until the signal in the receiving channel of the measuring device is attenuated to a threshold level of sensitivity of the photodetector, i.e. until the distance to the object disappears. After that, the total value of the attenuation index of the installed attenuation filters is determined 6. The attenuation filters are removed from the cartridge 5. Next, a reference reflector 4, oriented perpendicular to the direction of sight, is installed in the place of the object under study 2, and the operator, installing attenuating filters in turn, measures the distance to the reference reflector 4 , pointing a marker mark on that part of the reference reflector 4, which is painted with white paint with a known value of the brightness coefficient on p bochey emission wavelength. After the distance readings disappear, the total value of the attenuation coefficient of the installed attenuation filters is also determined 6. Using expression (4), the value of the brightness coefficient of the surface of the investigated object 2 is calculated.

Представленный чертеж и описание позволяют изготовить предлагаемое устройство из известных материалов и комплектующих по известным технологиям и использовать устройство по прямому назначению, что характеризует заявляемое устройство как промышленно применимое. Практическая реализуемость описанного устройства и возможности достижения технического результата подтверждаются наличием в широкой продаже используемых в устройстве технических измерительных средств, их доступностью и относительной дешевизной фактическим использованием устройств, в которых в качестве измерителя применялись видеокамера и цифровой фотоаппарат для проведения измерений в лабораторных и полевых условиях.The presented drawing and description make it possible to manufacture the proposed device from known materials and components using known technologies and use the device for its intended purpose, which characterizes the claimed device as industrially applicable. The practical feasibility of the described device and the possibility of achieving a technical result are confirmed by the widespread sale of technical measuring tools used in the device, their accessibility and the relative cheapness of the actual use of devices in which a video camera and digital camera were used as a meter for measurements in laboratory and field conditions.

Источники информацииInformation sources

1. «Телевидение»./Под ред. Шмакова П.В. М., «Связь», 1970, стр.32.1. "Television" ./ Ed. Shmakova P.V. M., "Communication", 1970, p. 32.

2. ГОСТ 7601-73, «Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин». М., Госстандарт СССР, 1978, стр.15.2. GOST 7601-73, “Physical optics. Terms, letter designations and definitions of basic quantities. " M., Gosstandart of the USSR, 1978, p. 15.

3. Апенко М.И., Гвоздева Н.П., «Физическая оптика», М., «Машиностроение», 1979, стр.182…189.3. Apenko MI, Gvozdeva NP, “Physical Optics”, M., “Mechanical Engineering”, 1979, pp. 182 ... 189.

4. «Изобретения. Полезные модели», №2-2004 г., стр.783.4. “Inventions. Utility Models ”, No. 2-2004, p. 783.

5. Ламехов О.А и др. «Светотехника и светоизмерения». М., «Машиностроение", 1980, стр.249…255.5. Lamekhov O.A. et al. “Lighting Engineering and Light Measurement”. M., "Engineering", 1980, pp. 249 ... 255.

6. Борбат A.M. и др. «Оптические изменения.», Киев: «Техника», 1967, стр.70…140.6. Borbat A.M. and others. "Optical changes.", Kiev: "Technique", 1967, p. 70 ... 140.

7. Волькенштейн А.А., Кувалдин Э.В. «Фотоэлектрическая импульсная фотометрия», Л., «Машиностроение», 1975, стр.158…178.7. Volkenstein A.A., Kuvaldin E.V. "Photoelectric pulse photometry", L., "Engineering", 1975, pp. 158 ... 178.

8. «Изобретения. Полезные модели», №14-2004 г., стр.479.8. “Inventions. Utility Models ”, No. 14-2004, p. 479.

Claims (3)

1. Способ измерения яркостных характеристик объектов в оптическом диапазоне спектра, заключающийся в определении контрастов объектов на окружающем фоне путем сравнения яркостных характеристик объектов и фонов с яркостными характеристиками эталонного отражателя, регистрируемых отградуированными фотоприемными устройствами с использованием набора ослабляющих светофильтров с известными характеристиками пропускания в исследуемом спектральном диапазоне, отличающийся тем, что при помощи ослабляющих светофильтров уменьшают сигнал одной из целей на входе фотоприемного устройства до порогового уровня чувствительности и определяют суммарное значения показателя ослабления установленных светофильтров, затем при помощи ослабляющих светофильтров уменьшают сигнал другой цели на входе фотоприемного устройства до порогового уровня чувствительности и вновь определяют суммарное значения показателя ослабления установленных светофильтров, а контраст объекта К определяют по формуле К=(τ_ф-τ_о)/τ_ф, где τ_ф и τ_о - суммарные показатели ослабления светофильтров, соответствующие порогам различения фона и исследуемого объекта.1. A method for measuring the brightness characteristics of objects in the optical range of the spectrum, which consists in determining the contrasts of objects against the surrounding background by comparing the brightness characteristics of objects and backgrounds with the brightness characteristics of a reference reflector recorded by calibrated photodetector devices using a set of attenuating light filters with known transmission characteristics in the studied spectral range characterized in that with the help of attenuating filters the signal is reduced by one one of the targets at the input of the photodetector to the threshold sensitivity level and determine the total value of the attenuation indicator of the installed filters, then using attenuating filters, reduce the signal of the other target at the input of the photodetector to the threshold sensitivity level and again determine the total value of the attenuation of the installed filters, and the contrast of the object K is determined by the formula K = (τ _f −τ _o ) / τ _f , where τ _f and τ _o are the total attenuation indicators of the light filters corresponding to e thresholds for distinguishing between the background and the studied object. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что градуировку фотоприемных устройств осуществляют по уровню их пороговой чувствительности.2. The method according to claim 1, characterized in that the graduation of the photodetectors is carried out according to their threshold sensitivity. 3. Устройство для измерения яркостных характеристик объектов в оптическом диапазоне спектра, которое состоит из эталонного отражателя с известным значением коэффициента яркости поверхности, набора ослабляющих светофильтров с известными характеристиками пропускания, поворотной станины и расположенных на ней последовательно кассеты для установки ослабляющих светофильтров, оптической системы, формирующей поле зрения, фотоэлектрического регистратора, обладающего известной пороговой чувствительностью, с монитором отображения и окуляром для наблюдения фотометрического поля, отличающееся тем, что эталонный отражатель выполнен из двух частей, одна из которых окрашена белой краской, а вторая - черной краской, при этом размеры каждой из частей эталонного отражателя соответствуют не менее 15 элементам разрешения (пикселям) фотоприемного канала. 3. A device for measuring the brightness characteristics of objects in the optical range of the spectrum, which consists of a reference reflector with a known value of the surface brightness coefficient, a set of attenuating filters with known transmission characteristics, a rotary bed and cartridges located on it in series for installing attenuating filters, an optical system forming field of view of a photovoltaic recorder with known threshold sensitivity with a display and eyepiece monitor rum for observing the photometric field, characterized in that the reference reflector is made of two parts, one of which is painted with white paint, and the second is black paint, while the dimensions of each of the parts of the reference reflector correspond to at least 15 resolution elements (pixels) of the photodetector channel.

Images