RU2458361C1 - Method of detecting diffusively reflected or diffusively scattered laser radiation - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method involves passing optical radiation which is reflected from a surface or scattered through an optical system. Said radiation is the directed from the output of the optical system to a photoelectric receiver. The photoelectric receiver is outside the focal plane of the optical system. A beam of reflected or scattered optical radiation is scanned relative the photoelectric receiver. The signal from the photoelectric receiver is transmitted to a processing unit and presence of minimum or maximum signals from separate elements of the photoelectric receiver is determined from presence of coherent radiation in the analysed beam.

EFFECT: detection of hidden exposure of surfaces of monitored objects with coherent radiation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано для обеспечения информационной безопасности служебных помещений, офисов фирм, банковских учреждений и т.п.The invention relates to optical electronic equipment and can be used to ensure information security of office premises, company offices, banking institutions, etc.

Известен способ обнаружения объекта в среде, в которой происходит рассеяние когерентного светового излучения на крупных неоднородностях (RU 2207591 [1]). Способ включает подсветку объекта когерентным световым излучением, формирование изображения объекта по отраженному от него упомянутому излучению посредством приемного объектива и запись изображения объекта посредством матрицы приборов с зарядовой связью. При этом фотоэлементы матрицы приборов с зарядовой связью разделяют в линейные или матричные группы, на каждую из выделенных групп фотоэлементов проецируют систему интерференционных полос стоячей световой волны когерентного светового излучения путем размещения между приемным объективом и выделенными группами фотоэлементов матрицы приборов с зарядовой связью отражающего зеркала, частично пропускающего световое излучение. Между приемным объективом и отражающим зеркалом размещают периодическую структуру, образованную тонкослойными элементами, толщиной не более ^λ/2, рассеивающими энергию электрического поля стоячей световой волны и расположенными в одной плоскости с периодом s. Периодическая структура расположена под углом θ, определяемым из соотношения sin θ=^λ/2d, где θ - угол между периодической структурой и волновым фронтом когерентного светового излучения, λ - длина световой волны, d - период интерференционных полос, при этом период s периодической структуры выбирают из соотношения s<d, а регистрацию системы интерференционных полос стоячей световой волны с периодом d в каждой выделенной группе фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в зависимости от местоположения этих фотоэлементов в линейной или матричной группе матрицы приборов с зарядовой связью и анализируют, затем получают изображение объекта на мониторе.A known method of detecting an object in an environment in which the scattering of coherent light radiation by large inhomogeneities occurs (RU 2207591 [1]). The method includes illuminating the object with coherent light radiation, forming an image of the object from said radiation reflected from it by means of a receiving lens, and recording the image of the object by means of a matrix of charge-coupled devices. In this case, the photocells of the matrix of charge-coupled devices are divided into linear or matrix groups, a system of interference fringes of a standing light wave of coherent light radiation is projected onto each of the selected groups of photocells by placing a reflective mirror partially transmitting between the receiving lens and the selected groups of photocells of the matrix of charge-coupled devices. light emission. A periodic structure is formed between the receiving lens and the reflecting mirror, formed by thin-layer elements with a thickness of not more than ^λ / 2, scattering the energy of the electric field of a standing light wave and located in the same plane with period s. The periodic structure is located at an angle θ, determined from the relation sin θ = ^λ / 2d, where θ is the angle between the periodic structure and the wavefront of coherent light radiation, λ is the light wavelength, d is the period of interference fringes, and the period s of the periodic structure is chosen from the relation s <d, and the registration of the system of interference fringes of a standing light wave with a period d in each selected group of photocells is carried out in the form of a spatial frequency signal due to the fact that the electric The signals are recorded depending on the location of these photocells in the linear or matrix group of the matrix of charge-coupled devices and analyzed, and then an image of the object on the monitor is obtained.

При этом период фотоэлементов р в ряду группы задают относительно размера входного окна b этих фотоэлементов в том же ряду в пределах р=(2-100)b.In this case, the period of the photocells p in the row of the group is set relative to the size of the input window b of these photocells in the same row within p = (2-100) b.

Кроме того, матрицу приборов с зарядовой связью устанавливают с возможностью вращения вокруг оси, совпадающей с направлением распространения упомянутого светового излучения.In addition, the matrix of charge-coupled devices is rotatably mounted about an axis coinciding with the propagation direction of said light radiation.

Недостатком известного способа является то, что он ориентирован на использование подсветки во вполне определенном спектральном диапазоне, что не позволяет при его использовании фиксировать облучение контролируемого объекта источниками когерентного излучения, работающими в иных спектральных областях. Кроме того, для реализации способа требуется достаточно сложное оборудование и сложная процедура обработки полученных сигналов.The disadvantage of this method is that it is focused on the use of illumination in a well-defined spectral range, which does not allow using it to record the irradiation of a controlled object by coherent radiation sources operating in other spectral regions. In addition, for the implementation of the method requires fairly sophisticated equipment and a complex procedure for processing the received signals.

Известен способ обнаружения средств оптического и оптоэлектронного типа (RU 2133485[2]), который основан на зондировании контролируемого объема пространства сканируемым импульсным лазерным излучением, приеме оптических сигналов изображения в спектральном диапазоне отраженного лазерного излучения с заданной дальности и прилегающего к ней участка пространства, определяемого глубиной наблюдения. Способ предусматривает преобразование принятых сигналов изображения в видеосигнал, пороговую селекцию совокупности принятых видеосигналов для устранения мешающего фонового изображения. При этом зондирование контролируемого объема пространства осуществляют с частотой повторения импульсов лазерного излучения, равной f_c/n, где f_c - частота строк используемого телевизионного метода преобразования сигналов, n - натуральноеA known method for detecting optical and optoelectronic means (RU 2133485 [2]), which is based on sensing a controlled volume of space with scanned pulsed laser radiation, receiving optical image signals in the spectral range of reflected laser radiation from a given range and adjacent to it a piece of space determined by depth observations. The method includes converting the received image signals into a video signal, threshold selection of the totality of the received video signals to eliminate the interfering background image. The sounding of the controlled volume of space is carried out with a pulse repetition rate of laser radiation equal to f _c / n, where f _c is the line frequency of the used television method of signal conversion, n is the natural

число, удовлетворяющее условию n^≤f_c/f_k, a f_k - частота кадров используемого телевизионного метода преобразования сигналов. Излучаемую последовательность лазерных импульсов кодируют путем амплитудной манипуляции с частотой f_k/m,a number satisfying the condition n ^≤ f _c / f _k , af _k is the frame rate of the used television method of signal conversion. The emitted sequence of laser pulses is encoded by amplitude manipulation with a frequency f _k / m,

где m - натуральное число, удовлетворяющее условию 2^≤m^≤f_k/2, выявляют из числа принятых видеосигналов, превысивших порог, видеосигналы, коррелированные с кодом амплитудной манипуляции излученной последовательности импульсов, и при их наличии автоматически формируют сигнал тревоги. После преобразования видеосигналов, коррелированных с кодом амплитудной манипуляции излученной последовательности импульсов в оптическое изображение, фиксируют с помощью оператора утомляющее мерцание яркости телевизионного экрана с частотой амплитудной манипуляции.where m is a natural number satisfying the condition 2 ^≤ m ^≤ f _k / 2, from the number of received video signals that exceed the threshold, the video signals correlated with the amplitude manipulation code of the emitted sequence of pulses are detected, and if they are present, they automatically generate an alarm. After converting the video signals correlated with the amplitude manipulation code of the emitted pulse sequence into an optical image, the tiring flicker of the brightness of the television screen with the amplitude manipulation frequency is recorded using an operator.

Однако данный способ малоэффективен при обнаружении сигналов оптических средств на фоне сложной подстилающей поверхности, например, когда отраженный сигнал наблюдается на фоне темного окна или пещеры, причем дом или склон хорошо подсвечен солнцем под углом. В этом случае полезный сигнал может не превысить порог и сигнал тревоги не сформируется. Другим недостатком известного способа является сложность, а в некоторых случаях невозможность идентификации положения сигнала, обнаруженного оптического средства на наблюдаемой местности. Этот факт связан с низким отношением сигнал/шум в видеосигнале фона, так как сигнал фона подавляется специальными мерами: уменьшением ширины принимаемого спектра естественного фонового излучения за счет выделения только отраженного лазерного излучения, уменьшением времени экспозиции для естественного фонового излучения с целью повышения эффективности временной селекции принимаемого импульсного лазерного сигнала. Недостатком известного способа является и то, что он ориентирован на использование подсветки во вполне определенном спектральном диапазоне, что не позволяет при его использовании фиксировать облучение контролируемого объекта источниками когерентного излучения, работающими в иных спектральных областях. Кроме того, для реализации способа требуется достаточно сложное оборудование и сложная процедура обработки полученных сигналов.However, this method is ineffective in detecting signals of optical means against a complex underlying surface, for example, when the reflected signal is observed against a dark window or cave, and the house or slope is well illuminated by the sun at an angle. In this case, the useful signal may not exceed the threshold and an alarm will not be generated. Another disadvantage of this method is the complexity, and in some cases the inability to identify the position of the signal detected by the optical means in the observed area. This fact is associated with a low signal-to-noise ratio in the background video signal, since the background signal is suppressed by special measures: reducing the width of the received spectrum of natural background radiation by extracting only reflected laser radiation, reducing the exposure time for natural background radiation in order to increase the efficiency of temporary selection of the received pulsed laser signal. A disadvantage of the known method is that it is focused on the use of illumination in a well-defined spectral range, which does not allow using it to record the irradiation of a controlled object by coherent radiation sources operating in other spectral regions. In addition, for the implementation of the method requires fairly sophisticated equipment and a complex procedure for processing the received signals.

Наиболее близким к заявляемому является известный способ обнаружения оптических и оптоэлектронных средств наблюдения, который основан на зондировании контролируемого объема пространства сканируемым импульсным лазерным излучением с частотой повторения лазерного излучения в диапазоне частот от f_k до f_c, где f_k и f_с - частоты кадров и строк используемого телевизионного метода преобразования сигналов (RU 2278399 [3]). Способ предусматривает прием импульсных лазерных сигналов изображения в спектральном диапазоне отраженного лазерного излучения с заданной дальностью и прилегающего к ней участка пространства, определяемого глубиной наблюдения, преобразовании принятых сигналов в видеосигнал, пороговую селекцию видеосигналов и формировании сигнала тревоги. При этом излучаемую последовательность лазерных импульсов модулируют с частотой не выше от f_k/2 и производят ее кодоимпульсную модуляцию с частотой не выше f_k/4.Closest to the claimed is a known method for the detection of optical and optoelectronic surveillance tools, which is based on sensing a controlled volume of space by scanned pulsed laser radiation with a laser repetition frequency in the frequency range from f _k to f _c , where f _k and f _c are the frame rates and lines of the used television signal conversion method (RU 2278399 [3]). The method involves receiving pulsed laser image signals in the spectral range of reflected laser radiation with a given range and an adjacent portion of space determined by the depth of observation, converting the received signals into a video signal, threshold selection of video signals and generating an alarm signal. In this case, the emitted sequence of laser pulses is modulated with a frequency of not higher than f _k / 2 and its pulse-modulated modulation is performed with a frequency of not higher than f _k / 4.

Одновременно с приемом импульсных лазерных сигналов изображения в спектральном диапазоне импульсного лазерного излучения производят прием оптических сигналов естественного фонового излучения в спектральном диапазоне лазерного излучения и производят прием непрерывных оптических сигналов в спектральном диапазоне естественного фонового излучения из наблюдаемого объема пространства. После преобразования принятых оптических сигналов в видеосигнал из первого видеосигнала, соответствующего отраженному лазерному излучению, поэлементно вычитают видеосигнал, соответствующий оптическому сигналу естественного фонового излучения в спектральном диапазоне отраженного лазерного излучения, производят пороговую селекцию разностного видеосигнала и из числа видеосигналов, превышающих порог, выделяют видеосигналы, соответствующие кодоимпульсной модуляции лазерного излучения, и при их наличии формируют сигнал тревоги. Одновременно из разностного видеосигнала, превысившего порог, и видеосигнала, соответствующего непрерывному оптическому сигналу в спектральном диапазоне естественного фонового излучения с учетом параллакса, соответствующего заданной дальности, формируют композитный видеосигнал, а после преобразования композитного видеосигнала в оптическое изображение с помощью оператора фиксируют положение обнаруженных оптических средств относительно характерных объектов на местности.Simultaneously with the reception of pulsed laser image signals in the spectral range of pulsed laser radiation, optical signals of natural background radiation are received in the spectral range of laser radiation and continuous optical signals are received in the spectral range of natural background radiation from the observed volume of space. After converting the received optical signals to a video signal from the first video signal corresponding to the reflected laser radiation, the video signal corresponding to the optical signal of natural background radiation in the spectral range of the reflected laser radiation is subtracted by elements, a threshold selection of the difference video signal is made, and video signals corresponding to the threshold are extracted from the number of video signals corresponding to the threshold; pulse modulation of laser radiation, and if any, generate an alarm. At the same time, a composite video signal is formed from a differential video signal that has exceeded the threshold and a video signal corresponding to a continuous optical signal in the spectral range of natural background radiation taking into account the parallax corresponding to a given range, and after converting the composite video signal into an optical image, the position of the detected optical means relative to the image is recorded characteristic objects on the ground.

Недостатком известного способа является то, что он ориентирован на использование подсветки во вполне определенном спектральном диапазоне, что не позволяет при его использовании фиксировать облучение контролируемого объекта источниками когерентного излучения, работающими в иных спектральных областях. Для реализации способа требуется достаточно сложное оборудование и сложная процедура обработки полученных сигналов. Кроме того, известный способ позволяет обнаруживать оптические и оптоэлектронные средства наблюдения на местности и только визуально, по бликам, и не позволяет устанавливать факт скрытого видеонаблюдения для обеспечения информационной безопасности служебных помещений или факт подсветки объекта приборами стрельбы и наблюдения противником (при ведении боевых действий).The disadvantage of this method is that it is focused on the use of illumination in a well-defined spectral range, which does not allow using it to record the irradiation of a controlled object by coherent radiation sources operating in other spectral regions. To implement the method requires fairly sophisticated equipment and a complex procedure for processing the received signals. In addition, the known method allows to detect optical and optoelectronic surveillance equipment on the ground and only visually, by glare, and does not allow to establish the fact of covert video surveillance to ensure information security of office premises or the fact of illumination of an object by firing and observation devices by the enemy (during combat operations).

Заявляемый способ регистрации диффузно отраженного или диффузно рассеянного когерентного излучения направлен на выявление скрытых засветок поверхностей контролируемых объектов когерентным излучением.The inventive method of detecting diffusely reflected or diffusely scattered coherent radiation is aimed at revealing hidden flare of surfaces of controlled objects by coherent radiation.

Указанный результат достигается тем, что способ регистрации диффузно отраженного или диффузно рассеянного когерентного излучения включает пропускание отраженного от поверхности или рассеянного когерентного излучения через оптическую систему и направление его с выхода оптической системы на фотоэлектрический приемник, находящийся вне фокальной плоскости оптической системы, при этом пучок отраженного или рассеянного оптического излучения сканируют относительно фотоэлектрического приемника, сигнал от фотоэлектрического приемника передают на блок его обработки и по наличию минимальных или максимальных сигналов от отдельных элементов фотоэлектрического приемника (пикселей) судят о наличии когерентного излучения в анализируемом пучке.This result is achieved in that the method of detecting diffusely reflected or diffusely scattered coherent radiation includes transmitting reflected from the surface or scattered coherent radiation through the optical system and directing it from the output of the optical system to a photoelectric receiver located outside the focal plane of the optical system, while the beam of the reflected or scattered optical radiation is scanned relative to the photoelectric receiver, the signal from the photoelectric receiver transmit to the processing unit and by the presence of minimum or maximum signals from individual elements of the photoelectric receiver (pixels) judge the presence of coherent radiation in the analyzed beam.

Пропускание отраженного от поверхности или рассеянного оптического излучения через оптическую систему и направление его с выхода оптической системы на фотоэлектрический приемник позволяет преобразовать оптические сигналы в электрические, что обеспечивает их дальнейшее преобразование и обработку с помощью известных аппаратных средств, например ЭВМ, снабженной соответствующим программным обеспечением.Passing reflected from the surface or scattered optical radiation through the optical system and directing it from the output of the optical system to the photoelectric receiver allows you to convert the optical signals into electrical ones, which ensures their further conversion and processing using known hardware, for example, computers equipped with appropriate software.

Размещение фотоэлектрического приемника вне фокальной плоскости оптической системы необходимо для того, чтобы обеспечить помехоустойчивость метода и упростить распознавание спекл-структуры (от англ. Speckle - пятно) в анализируемом пучке оптического излучения, что, в свою очередь, будет свидетельствовать об облучении контролируемой поверхности когерентным излучением. Действительно, в процессе отражения или рассеяния лазерного излучения от диффузной поверхности или при прохождении через оптически неоднородную среду пучок становится неоднородным по фазе (Дж. Гудмен. Статистическая оптика // М.: Мир, 1988 г., 528 стр [4]; М. Франсон. Оптика спеклов // М.: Мир, 1980 г., 171 стр.[5]; J.W. Goodman. Laser Speckle an Related Phenomena, 2nd edition, Springer, Berlin,1984, pp.9 [6]). Placing the photoelectric detector outside the focal plane of the optical system is necessary in order to ensure the noise immunity of the method and to simplify the recognition of the speckle structure (from the English Speckle - spot) in the analyzed beam of optical radiation, which, in turn, will indicate that the controlled surface is irradiated with coherent radiation . Indeed, in the process of reflection or scattering of laser radiation from a diffuse surface or when passing through an optically inhomogeneous medium, the beam becomes phase inhomogeneous (J. Goodman. Statistical Optics // M .: Mir, 1988, 528 p. [4]; M. Franson, Speckle Optics // Moscow: Mir, 1980, 171 pp. [5]; JW Goodman, Laser Speckle an Related Phenomena, 2nd edition, Springer, Berlin, 1984, pp. 9 [6]).

При этом, если характерная величина шероховатости поверхности или масштабMoreover, if the characteristic value of the surface roughness or scale

неоднородности оптической среды сравнимы с длиной волны λ излучения возникающая неоднородность по фазе пучка приводит к возникновению характерной пятнистой структуры, называемой спекл-структурой. Так как физические процессы, определяющие формирование спекл-структуры одинаковы при отражении и при рассеянии лазерного излучения, рассмотрим далее только пример формирования диффузно отраженного излучения.The inhomogeneities of the optical medium are comparable with the radiation wavelength λ. The resulting inhomogeneity in the phase of the beam leads to the appearance of a characteristic spotted structure called a speckle structure. Since the physical processes that determine the formation of the speckle structure are the same during reflection and scattering of laser radiation, we consider below only an example of the formation of diffusely reflected radiation.

Если принять, что коэффициент отражения R одинаков по всей площади блика на облучаемой диффузной поверхности, то отраженное поле можно представить в плоскости объекта Ρ в виде совокупности элементарных волнIf we assume that the reflection coefficient R is the same over the entire area of the flare on the irradiated diffuse surface, then the reflected field can be represented in the plane of the object Ρ as a set of elementary waves

здесь R - коэффициент отражения, φ(p)- фазовая добавка, возникающая при отражении от неоднородностей поверхности, таким образом, чтоhere R is the reflection coefficient, φ (p) is the phase additive arising from reflection from surface inhomogeneities, so that

где k - волновое число, h(c) - функция, характеризующая неоднородность поверхности. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля (Борн М., Вольф Э. Основы оптики, изд-2. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973. [7]) результирующее поле в плоскости приемника r можно записать как суперпозицию элементарных волнwhere k is the wave number, h (c) is the function characterizing the surface inhomogeneity. According to the Huygens-Fresnel principle (Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics, vol. 2. The main edition of the physics and mathematics literature of the Nauka publishing house, 1973. [7]) the resulting field in the receiver plane r can be written as a superposition of elementary the waves

где L - расстояние от поверхности ρ до поверхности r, а интегрирование ведется в плоскости ρ.where L is the distance from the surface ρ to the surface r, and integration is carried out in the plane ρ.

При освещении объекта некогерентным излучением отдельные элементы поверхности (в рамках которых она однородна) будут являться источниками некогерентных A(r) волн, а потому изображение объекта будет результатом суперпозиции их по интенсивности, что исключит появление спекл-структуры.When an object is illuminated with incoherent radiation, individual surface elements (within which it is homogeneous) will be sources of incoherent A (r) waves, and therefore the image of the object will be the result of their superposition in intensity, which will exclude the appearance of a speckle structure.

При освещении объекта излучением с высокой пространственной когерентностью отдельные элементы поверхности будут являться источниками когерентного излучения с дополнительной фазовой модуляцией. В результате интерференции большого количества рассеянных когерентных волн (3) результирующее изображение объекта будет промодулировано спекл-структурой.When an object is illuminated by radiation with high spatial coherence, individual surface elements will be sources of coherent radiation with additional phase modulation. As a result of the interference of a large number of scattered coherent waves (3), the resulting image of the object will be modulated by a speckle structure.

Вариация размеров спеклов в общем случае может быть произвольной, но минимальный размер ε ограничен дифракционным пределом (см. Бадалян Н.П., Кийко В.В., Кислов В.И., Козлов А.Б. "Лазерная дистанционная спекл-интерферометрия. Модель формирования спекл-структуры", Квант, электроника, 2008, 38 (5), 477-481. [8,] и [4-6]. Если а - диаметр объектива формирующего изображение, L - расстояние от объектива до плоскости наблюдения, λ - длина волны излучения, тоVariation of speckle sizes in the general case can be arbitrary, but the minimum size ε is limited by the diffraction limit (see Badalyan NP, Kiyko VV, Kislov VI, Kozlov AB "Laser remote speckle interferometry. “Speckle structure formation model”, Quantum, Electronics, 2008, 38 (5), 477-481. [8,] and [4-6]. If a is the diameter of the image forming lens, L is the distance from the lens to the observation plane, λ is the radiation wavelength, then

Пример спеклов с различными линейными размерами приведен на фиг.1.An example of speckles with different linear dimensions is shown in figure 1.

Как следует из соотношения (4), при увеличении расстояния между формирующей оптической системой (или между облучаемой поверхностью при ее отсутствии) и устройством наблюдения, размер спеклов увеличивается. Такого же эффекта можно достигнуть в случае уменьшения размера блика на шероховатой поверхности. Таким образом, изменяя параметры оптической системы, или дистанцию до облучаемой поверхности можно менять характерные размеры спеклов в плоскости наблюдения.As follows from relation (4), with increasing distance between the forming optical system (or between the irradiated surface in its absence) and the observation device, the speckle size increases. The same effect can be achieved if the size of the flare is reduced on a rough surface. Thus, by changing the parameters of the optical system, or the distance to the irradiated surface, one can change the characteristic sizes of speckles in the observation plane.

Важным свойством спекл-поля является то, что при преобразовании его оптическими формирующими системами высокая контрастность спекл-структуры сохраняется вне зависимости от расстояния от выходного зрачка (см. [8, 4-6]) оптической системы до экрана, на котором формируется изображение, меняется только ее масштаб (4).An important property of the speckle field is that when it is converted by optical forming systems, the high contrast of the speckle structure is maintained regardless of the distance from the exit pupil (see [8, 4-6]) of the optical system to the screen on which the image is formed, changes only its scale (4).

Принципиально иная ситуация наблюдается при формировании оптическими системами изображения от некогерентного поля. В этом случае изображение будет иметь высокую контрастность только при формировании в фокальной плоскости оптической системы.A fundamentally different situation is observed when optical systems form images from an incoherent field. In this case, the image will have high contrast only when the optical system is formed in the focal plane.

Таким образом, формирование изображения вне фокальной плоскости объектива позволяет, сохраняя контрастность спекл структуры уменьшить контрастность фоновых объектов, попадающих в поле зрения объектива, тем самым принципиально увеличивая помехоустойчивость предлагаемого способа.Thus, the formation of an image outside the focal plane of the lens allows, while maintaining the contrast of the speckle structure, to reduce the contrast of background objects falling into the field of view of the lens, thereby fundamentally increasing the noise immunity of the proposed method.

После преобразования оптического сигнала в электрический на фотоэлектрическом приемнике происходит его дальнейшая обработка, основой которой является анализ амплитудной модуляции интенсивности во времени и пространстве.After converting the optical signal into an electric signal at the photoelectric receiver, it is further processed, the basis of which is the analysis of the amplitude modulation of the intensity in time and space.

Пучок отраженного или рассеянного оптического излучения, подлежащего анализу, можно сканировать относительно фотоэлектрического приемника (см. фиг.2). Такое сканирование позволяет увеличить зону анализа оптического поля и, тем самым, увеличить достоверность регистрации отраженного или рассеянного когерентного излучения. Частота и амплитуда сканирования могут быть постоянными или изменяемыми во времени. С изменением частоты и изменением амплитуды сканирования величина сигнала на элементах фотоэлектрического приемника от каждого спекла будет соответственно изменяться. Таким образом, выбор частоты и амплитуды сканирования зависит от используемого фотоэлектрического приемника.The beam of reflected or scattered optical radiation to be analyzed can be scanned relative to the photoelectric receiver (see figure 2). Such a scan allows you to increase the zone of analysis of the optical field and, thereby, increase the reliability of registration of reflected or scattered coherent radiation. The frequency and amplitude of the scan can be constant or time-varying. With a change in the frequency and a change in the amplitude of the scan, the magnitude of the signal on the elements of the photoelectric receiver from each speckle will accordingly change. Thus, the choice of scanning frequency and amplitude depends on the photoelectric receiver used.

Вынесение суждения о наличии когерентного излучения в анализируемом пучке по наличию минимальных или максимальных сигналов от отдельных элементов (пикселей) фотоэлектрического приемника основано на том, что после отражения лазерного излучения от диффузной поверхности или при его диффузном рассеянии, анализируемое поле приобретает характерную амплитудную спекл-модуляцию. При этом контрастность спекл-структуры остается неизменной в случае преобразования оптическими устройствами. Принятие решения о наличие лазерного излучения на контролируемых объектах осуществляется исходя из анализа периодических фиксированных минимальных и максимальных сигналов от фотоэлектрического приемника, подтверждающих пространственную модуляцию уровня мощности принимаемого оптического сигнала.The judgment on the presence of coherent radiation in the analyzed beam by the presence of minimum or maximum signals from individual elements (pixels) of the photoelectric detector is based on the fact that after the reflection of laser radiation from a diffuse surface or upon diffuse scattering, the analyzed field acquires a characteristic amplitude speckle modulation. In this case, the contrast of the speckle structure remains unchanged in the case of conversion by optical devices. The decision on the presence of laser radiation at controlled objects is based on the analysis of periodic fixed minimum and maximum signals from the photoelectric receiver, confirming the spatial modulation of the power level of the received optical signal.

Сущность заявляемого способа поясняется примером его реализации и чертежами. На фиг.1 представлены примеры спекл-структуры, полученной с поверхности неполированного металла, а) на большом расстоянии от поверхности, б) вблизи поверхности. На фиг.2 приведена схема сканирования отраженного или рассеянного оптического излучения по площадке фотоэлектрического приемника. На фиг.3 представлена принципиальная блок-схема устройства, с помощью которого заявляемый способ может быть реализован.The essence of the proposed method is illustrated by an example of its implementation and drawings. Figure 1 presents examples of speckle structure obtained from the surface of unpolished metal, a) at a large distance from the surface, b) near the surface. Figure 2 shows the scanning scheme of the reflected or scattered optical radiation on the site of the photoelectric receiver. Figure 3 presents a schematic block diagram of a device with which the inventive method can be implemented.

Пример. Способ регистрации диффузно отраженного или диффузно рассеянного когерентного излучения реализуется с помощью устройства, представленного на чертеже, на котором позициями обозначены:Example. The method of recording diffusely reflected or diffusely scattered coherent radiation is implemented using the device shown in the drawing, in which the positions indicated:

1 - диффузно отражающая (контролируемая) поверхность;1 - diffusely reflecting (controlled) surface;

2 - пучок когерентного излучения, которое необходимо обнаружить;2 - a beam of coherent radiation that must be detected;

3 - диффузно отраженный пучок когерентного излучения;3 - diffusely reflected beam of coherent radiation;

4 - оптическая формирующая система;4 - optical forming system;

5 - пространственный сканер;5 - spatial scanner;

6 - фотоэлектрический приемник;6 - photoelectric receiver;

7 - блок обработки и анализа.7 - block processing and analysis.

Оптическая система может быть выбрана из числа известных и представлять собой объектив (особые требования к объективу не применяются). В качестве пространственного сканера может быть использовано любое средство из числа известных, например качающееся зеркало, снабженное соответствующим приводом, вращающаяся многогранная призма и т.д. В качестве фотоприемника могут быть использованы полупроводниковые фотодетекторы, электронно-оптические преобразователи, пироэлектрические приемники и т.д. Наиболее целесообразно использовать линейку или матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС).An optical system can be selected from among the known ones and constitute a lens (special requirements for the lens do not apply). As a spatial scanner, any means known may be used, for example, a swinging mirror equipped with an appropriate drive, a rotating multifaceted prism, etc. As a photodetector, semiconductor photodetectors, electron-optical converters, pyroelectric receivers, etc. can be used. It is most advisable to use a line or matrix of charge-coupled devices (CCDs).

Как было показано выше, при отражении когерентного излучения от диффузно отражающей поверхности или при прохождении когерентного излучения через оптически неоднородную (диффузную) среду, в случае если масштаб неоднородности сравним с длиной волны излучения, формируемое излучение будет промодулировано спекл-структурой.As was shown above, when coherent radiation is reflected from a diffusely reflecting surface or when coherent radiation passes through an optically inhomogeneous (diffuse) medium, if the inhomogeneity scale is comparable to the radiation wavelength, the generated radiation will be modulated by the speckle structure.

Часть диффузно отраженного или диффузно рассеянного излучения через оптическую формирующую систему 4 (фиг.3) и пространственный сканер 5 направляется на фотоэлектрический приемник 6. При этом фотоэлектрический приемник 6 находится вне фокальной плоскости оптической формирующей системы 4, как это показано на фиг.3. Там же показано, что F=F₁+F₂ - заднее фокусное расстояние оптической системы 4, L - дистанция от выходного зрачка пространственного сканера до фоточувствительной поверхности фотоэлектрического приемника. Пространственный сканер 5 обеспечивает сканирование диффузно отраженного или диффузно рассеянного излучения по фоточувствительной поверхности фотоэлектрического приемника. Электрический сигнал с фотоприемника 6 предается на блок обработки и анализа 7, представляющее собой ЭВМ со специальным программным обеспечением. Исходя из анализа получаемого сигнала, алгоритм работы программы позволяет принять решение о наличии когерентного излучения и в случае обнаружения подать сигнал тревоги.Part of the diffusely reflected or diffusely scattered radiation through the optical forming system 4 (FIG. 3) and the spatial scanner 5 is directed to the photoelectric detector 6. In this case, the photoelectric receiver 6 is located outside the focal plane of the optical forming system 4, as shown in FIG. 3. It is also shown there that F = F ₁ + F ₂ is the back focal length of the optical system 4, L is the distance from the exit pupil of the spatial scanner to the photosensitive surface of the photoelectric receiver. The spatial scanner 5 provides a scan of diffusely reflected or diffusely scattered radiation on the photosensitive surface of the photoelectric receiver. The electrical signal from the photodetector 6 is transmitted to the processing and analysis unit 7, which is a computer with special software. Based on the analysis of the received signal, the algorithm of the program allows you to decide on the presence of coherent radiation and, if detected, give an alarm.

Claims (1)

Способ регистрации диффузно отраженного или диффузно рассеянного лазерного излучения, включающий пропускание отраженного от поверхности или рассеянного оптического излучения через оптическую систему и направление его с выхода оптической системы на фотоэлектрический приемник, находящийся вне фокальной плоскости оптической системы, при этом пучок отраженного или рассеянного оптического излучения сканируют относительно фотоэлектрического приемника, сигнал от фотоэлектрического приемника передают на блок его обработки и по наличию минимальных или максимальных сигналов от отдельных элементов фотоэлектрического приемника судят о наличии когерентного излучения в анализируемом пучке. A method for detecting diffusely reflected or diffusely scattered laser radiation, including transmitting reflected from the surface or scattered optical radiation through the optical system and directing it from the output of the optical system to a photoelectric receiver located outside the focal plane of the optical system, wherein the beam of the reflected or scattered optical radiation is scanned relatively photoelectric receiver, the signal from the photoelectric receiver is transmitted to the processing unit and, if available minimum or maximum signals from individual elements of the photoelectric receiver judge the presence of coherent radiation in the analyzed beam.

Images