RU2554108C1 - Способ оптической локации и устройство для его реализации - Google Patents
Способ оптической локации и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554108C1 RU2554108C1 RU2014106247/07A RU2014106247A RU2554108C1 RU 2554108 C1 RU2554108 C1 RU 2554108C1 RU 2014106247/07 A RU2014106247/07 A RU 2014106247/07A RU 2014106247 A RU2014106247 A RU 2014106247A RU 2554108 C1 RU2554108 C1 RU 2554108C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- scanning
- video frame
- surrounding space
- laser range
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Предлагаемое изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к способам формирования электронного изображения окружающего пространства при его непрерывном сканировании. Достигаемый технический результат изобретения - возможность измерения дальности до объекта лазерным дальномером при непрерывном сканировании с большими скоростями окружающего пространства, в том числе и кругового. Указанный результат достигается тем, что окружающее пространство сканируют в азимутальной плоскости, выбирают видеокадр с объектом, до которого требуется измерить расстояние, измеряют вертикальную и горизонтальную координаты изображения объекта относительно координат начала видеокадра, устанавливают визирную ось лазерного дальномера по вычисленным координатам объекта, а замер дальности до объекта проводят при следующем цикле сканирования в момент начала формирования видеокадра с выбранным объектом. Реализация способа обеспечивается установкой на сканирующую платформу, снабженную приводом и датчиком углового положения, оптико-электронного модуля и лазерного дальномера, а перед лазерным дальномером размещают два оптических клина, каждый из которых снабжен приводом и датчиком углового положения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, в частности к устройствам измерения угловых координат и дальности до объектов при непрерывном сканировании окружающего пространства с возможностью измерения дальности до выбранных объектов лазерным дальномером, и может быть использовано при создании сканирующих устройств непрерывного обзора как стационарных, например, для обзора акватории морского порта, так и передвижных - для охраны границ. Возможная реализация предлагаемого способа представлена в устройстве оптической локации, приведенном в настоящем изобретении.
При круговом или секторном сканировании окружающего пространства проблемным является измерение дальности до объектов лазерными дальномерами, имеющими очень малое поле зрения - единицы угловых минут, в то время как поле зрения устройств технического зрения, например, теле- или тепловизионных камер, составляет единицы или даже десятки градусов. Эта проблема усугубляется при непрерывном сканировании окружающего пространства с угловой скоростью в сотни градусов в секунду и более. При этом объект, имеющий малые угловые размеры, пролетает поле зрения лазерного дальномера за десятые доли миллисекунды.
Известны оптико-локационные системы и системы кругового обзора [В.Я. Ширнин и др., Широкопольная инфракрасная система кругового обзора, патент РФ №2189049 от 03.10.2001 г.; А.Я. Прилипко, Н.И. Павлов, Теплопеленгатор, патент РФ №2458356 от 15.04.2011 г.; А.Я. Прилипко и др., Многофункциональная оптико-локационная система, патент РФ №2292566 от 15.09.2005 г.; В.Г. Архипов, Ю.В. Чжан, Оптический локатор кругового обзора, патент РФ №2352957 от 22.01.2007 г.], в которых применены оптико-электронные модули технического зрения. Основным недостатком этих систем является невозможность получения панорамной картины окружающего пространства и измерения дальности лазерным дальномером в процессе непрерывного сканирования окружающего пространства.
В известном способе и устройстве кругового обзора [Ф.М. Броун и др., Способ кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления, патент РФ №2445644 от 19.04.2010 г] формирование массива видеокадров осуществляют при непрерывном горизонтальном сканировании окружающего пространства оптико-электронным модулем с матричным фотоприемным устройством (МФПУ), а фиксацию оптического изображения на МФПУ обеспечивают вращающимся оптическим компенсатором.
В известном теплопеленгаторе [А.Я. Прилипко, Н.И. Павлов, Теплопеленгатор, патент РФ №2458356 от 15.04.2011 г.] смещение оптического изображения на МФПУ при сканировании компенсируют вращающимися оптическими клиньями.
Недостаток указанных устройств состоит в невозможности измерения лазерным дальномером расстояния до объектов, попадающих в процессе сканирования в поле зрения оптической системы, из-за его малого поля зрения, составляющего единицы угловых минут, и большой скорости сканирования.
Частично этот недостаток преодолен в оптико-пеленгационной системе кругового обзора [В.В. Тарасов и др., Оптико-пеленгационная система кругового обзора, патент РФ №2356063 от 27.11.2007 г.]. Указанная система содержит оптико-электронный блок электронного сканирования пространства, имеющий несколько оптико-электронных каналов электронного сканирования (ОЭКЭС), объективы которых равномерно расположены в азимутальной плоскости на окружности с радиальным расположением их оптических осей, в фокальной плоскости каждого объектива расположена фоточувствительная поверхность МФПУ. Поля обзора этих объективов перекрывают сканируемое пространство в азимутальной плоскости без пропусков, что позволяет получить соответствующий массив видеокадров.
Система дополнительно включает оптико-электронный канал механического сканирования пространства, оптическая ось объектива которого проходит перпендикулярно азимутальной плоскости через центр окружности, на которой расположены объективы оптико-электронных каналов электронного сканирования. Оптико-электронный канал механического сканирования включает поворотное зеркало, расположенное на оптической оси его объектива под углом к ней и выполненное с возможностью поворота как по азимуту, так и по углу места.
Система также содержит светодальномерный канал, управляемый в соответствии с наблюдением за объектом в поле обзора оптико-электронного канала механического сканирования.
Недостатки указанной системы состоят: во-первых, в большом количестве ОЭКЭС, необходимых для обзора, уменьшение числа которых автоматически ведет к увеличению их полей зрения, а следовательно, к уменьшению масштаба видеоизображений, и, как результат, к уменьшению дальности обнаружения и распознавания объектов, вплоть до их пропуска; во-вторых, в потере времени, необходимого для наведения на объект по двум осям светодальномерного канала, в-третьих, в наличии двухосного карданного подвеса, на котором установлены оптико-электронный канал и лазерный дальномер, что вносит свои погрешности в измерения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность измерения трех координат объекта: горизонтального и вертикального углов и дальности до объекта при непрерывном сканировании с большими угловыми скоростями окружающего пространства, в том числе и кругового, при этом дальность измеряется лазерным дальномером, а также повышение точности измерений координат.
Этот результат достигается тем, что, во-первых, окружающее пространство сканируют оптико-электронным модулем вокруг одной вертикальной оси, известными средствами непрерывно получают массив видеокадров сканируемого пространства, который запоминают в видеопамяти, выбирают видеокадр и объект в нем, измеряют горизонтальную и вертикальную координаты объекта в координатной системе выбранного видеокадра, устанавливают визирную ось лазерного дальномера по измеренным горизонтальной и вертикальной координатам объекта, и при следующем цикле сканирования проводят замер дальности до объекта в момент начала формирования кадра с выбранным объектом, который совпадает с моментом прохождения визирной оси лазерного дальномера через объект; во-вторых, оптико-электронный модуль и лазерный дальномер жестко закреплены на одной платформе, что существенно снижает вероятность разъюстировки их визирных осей; в-третьих, существенным преимуществом оптических клиньев является наличие «оптической редукции» между углом поворота клина и углом отклонения визирной оси лазерного дальномера [М.М. Мирошников, Теоретические основы оптико-электронных приборов, Ленинград, Машиностроение, Ленинградское отделение, 1983, §6.2, стр.106], что повышает точность выставки визирной оси лазерного дальномера по измеренным координатам объекта.
Аппаратно указанная последовательность операций обеспечивается жесткой установкой оптико-электронного модуля и модуля лазерного дальномера на сканирующую платформу, вращающуюся вокруг вертикальной оси. Сканирующая платформа снабжена приводом и датчиком углового положения. Перед лазерным дальномером размещен блок с оптическими клиньями, каждый из которых снабжен приводом и датчиком угла. Управление всем устройством осуществляет вычислительный блок, к видеовыходу которого подключен монитор, а к информационному входу/выходу через шину последовательного обмена подключены входы/выходы всех приводов, датчиков углов, блока видеопамяти и устройства выбора объекта.
Видеокадры окружающего пространства отображаются на экране монитора вычислительного блока. Выбор объекта осуществляет оператор с помощью устройства выбора объекта, например, компьютерной «мыши», наведением на него курсора, при этом вычислительный блок определяет вертикальные и горизонтальные координаты выбранного объекта относительно центра видеокадра.
На фиг.1 показана структурная схема устройства. На фиг.2 приведен пример положения объекта на экране монитора и соответствующие этому положению его координаты.
Устройство непрерывного обзора с измерением дальности до объектов содержит сканирующую платформу 1 (фиг.1), на которой размещены оптико-электронный модуль 2 и модуль лазерного дальномера 3 с лазерным дальномером 4. Привод сканирования 5 и датчик угла сканирования 6 соединены с осью вращения сканирующей платформы 1. Вход привода сканирования 5 и выход датчика угла сканирования 6 через шину последовательного обмена 7 соединены с информационным входом/выходом вычислительного блока 8.
Оптико-электронный модуль 2 содержит оптическую систему 9, блок оптического компенсатора 10, телекамеру 11 и блок видеопамяти 12. В фокальной плоскости оптической системы 9 расположено МФПУ телекамеры 11. Телекамера 11 соединена своим выходом с входом блока видеопамяти 12, вход/выход которого через шину последовательного обмена 7 соединен с вычислительным блоком 8. Блок оптического компенсатора 10 установлен между оптической системой 9 и телекамерой 11 и через шину последовательного обмена 7 соединен своим входом с информационным входом/выходом вычислительного блока 8.
Модуль лазерного дальномера 3 содержит лазерный дальномер 4, узел оптических клиньев 13, выполненный в виде двух оптических клиньев 14 и 15, каждый их которых установлен в свою вращающуюся обойму 16 и 17 соответственно. Каждая обойма с клипом снабжена приводом 21, 22 и датчиком угла 23, 24 соответственно.
Информационные входы/выходы лазерного дальномера 4, привода сканирования 5, датчика угла сканирования 6, приводов клиньев 21 и 22, датчиков угла 23 и 24, блока видеопамяти 12, монитора 25 и устройства выбора объекта 26 через шину последовательного обмена 7 подключены к вычислительному блоку 8.
Устройство работает следующим образом.
Вычислительный блок 8 задает скорость и углы сканирования приводу сканирования 5, который вращает сканирующую платформу 1 с установленными на ней оптико-электронным модулем 2 и модулем лазерного дальномера 3. Оптическая система 9 с блоком оптического компенсатора 10 формируют последовательность оптических изображений, которую телекамера 11 преобразует в массив видеокадров. Эти видеокадры запоминают в блоке видеопамяти 12.
Оператор просматривает видеокадры на мониторе 25 (фиг.2) и с помощью устройства выбора объекта 26 (например, компьютерной «мыши») выбирает видеокадр (на фиг.2 это видеокадр N) и объект в нем, координаты которого требуется измерить. Оператор с помощью устройства выбора объекта 26 наводит курсор вычислительного блока 8 на изображение объекта на мониторе и дает команду на определение угловых координат объекта и дальности до него. По этой команде вычислительный блок 8 вычисляет горизонтальную x и вертикальную y координаты объекта в выбранном кадре относительно координатной системы фотоприемной матрицы с началом координат в ее центре x0 и y0.
На основании [М.М. Мирошников, Теоретические основы оптико-электронных приборов, Ленинград, Машиностроение, Ленинградское отделение, 1983, §6.2, стр.104-105] можно показать, что углы поворота клиньев, необходимые для вывода визирной оси лазерного дальномера на координаты X и Y, для положительных значений X равны
а для отрицательных значений X
где β1 и β2 - углы поворота клиньев,
X и Y - угловые координаты объекта в поле зрения оптико-электронного модуля,
x и y - линейные координаты изображения объекта в координатной системе фотоприемной матрицы с началом координат в центре матрицы,
f - фокусное расстояние оптической системы оптико-электронного модуля,
σ - угол при вершине клиньев,
n - показатель преломления материала клиньев. С учетом представленных выше формул вычислительный блок 8 анализирует знак координаты объекта по оси ординат, определяет углы β1 и β2 и выдает на приводы 21 и 22 сигналы, пропорциональные этим вычисленным углам. Приводы 21 и 22 поворачивают клинья 14 и 15 и выводят визирную ось лазерного дальномера 4 на вычисленные углы.
Контроль поворота осуществляет вычислительный блок 8 по информации с датчиков угла 23 и 24.
После выполнения операции поворота визирной оси лазерного дальномера на заданные углы, вычислительный блок 8 выдает лазерному дальномеру 4 команду на подготовку замера дальности.
Получив сигнал готовности лазерного дальномера к замеру дальности, вычислительный блок 8 в следующем цикле сканирования выдает команду лазерному дальномеру 4 на измерение дальности в момент tn (фиг.2) начала формирования видеокадра с выбранным объектом, который совпадает с моментом прохождения визирной оси лазерного дальномера 4 через выбранный объект.
Claims (2)
1. Способ оптической локации, включающий сканирование окружающего пространства, формирование его оптического изображения на фоточувствительной поверхности матричного фотоприемного устройства и запись многокадрового панорамного видеоизображения в электронную память, отличающийся тем, что окружающее пространство сканируют в азимутальной плоскости, выбирают видеокадр и объект в видеокадре, до которого требуется измерить расстояние, измеряют вертикальную и горизонтальную координаты изображения выбранного объекта в координатной системе, связанной с матричным фотоприемным устройством, устанавливают визирную ось лазерного дальномера по измеренным координатам объекта, а замер дальности до объекта проводят в следующем цикле сканирования в момент начала формирования видеокадра с выбранным объектом.
2. Устройство оптической локации, содержащее сканирующую в азимутальной плоскости платформу, снабженную электроприводом и датчиком углового положения, оптико-электронный модуль, установленный на этой платформе и формирующий последовательность оптических изображений окружающего пространства на фоточувствительной поверхности матричного фотоприемного устройства телекамеры, подключенной к входу блока видеопамяти, который подключен к вычислительному устройству с монитором и устройством выбора объекта на мониторе, и лазерный дальномер, жестко закрепленный на сканирующей платформе, отличающееся тем, что перед лазерным дальномером установлен узел с двумя оптическими клиньями, каждый из которых снабжен приводом и датчиком углового положения клина, подключенными к вычислительному устройству.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106247/07A RU2554108C1 (ru) | 2014-02-19 | 2014-02-19 | Способ оптической локации и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106247/07A RU2554108C1 (ru) | 2014-02-19 | 2014-02-19 | Способ оптической локации и устройство для его реализации |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2554108C1 true RU2554108C1 (ru) | 2015-06-27 |
Family
ID=53498327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014106247/07A RU2554108C1 (ru) | 2014-02-19 | 2014-02-19 | Способ оптической локации и устройство для его реализации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2554108C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2653158C1 (ru) * | 2017-06-19 | 2018-05-07 | Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Локационный оптико-электронный модуль |
RU2760298C1 (ru) * | 2020-09-04 | 2021-11-23 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Карат" | Оптико-электронный комплекс для оптического обнаружения, сопровождения и распознавания наземных и воздушных объектов |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6031605A (en) * | 1995-03-28 | 2000-02-29 | Hollandse Signaalapparaten B.V. | Arrangement for the detection of targets |
WO2002086532A3 (en) * | 2001-04-19 | 2003-03-13 | Raytheon Co | Solid state modulated beacon tracking system |
SU1840554A1 (ru) * | 1979-12-11 | 2007-08-20 | Научно-производственное объединение "Астрофизика" | Способ определения угловых координат объекта в оптической локации |
RU2356063C1 (ru) * | 2007-11-27 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН" | Оптико-пеленгационная система кругового обзора |
RU98309U1 (ru) * | 2010-04-20 | 2010-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерные диагностические инструменты-Русприбор" | Устройство формирования нормированного видеосигнала для сканирования изображений поверхностей объектов |
RU2464590C1 (ru) * | 2011-06-15 | 2012-10-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ лазерной локации |
RU2480712C2 (ru) * | 2011-04-28 | 2013-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" | Оптическая система для многочастотной лазерной локации и способ ее осуществления |
EP2676153A1 (en) * | 2011-02-18 | 2013-12-25 | Nikon Metrology NV | System for measuring the position and movement of an object |
-
2014
- 2014-02-19 RU RU2014106247/07A patent/RU2554108C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1840554A1 (ru) * | 1979-12-11 | 2007-08-20 | Научно-производственное объединение "Астрофизика" | Способ определения угловых координат объекта в оптической локации |
US6031605A (en) * | 1995-03-28 | 2000-02-29 | Hollandse Signaalapparaten B.V. | Arrangement for the detection of targets |
WO2002086532A3 (en) * | 2001-04-19 | 2003-03-13 | Raytheon Co | Solid state modulated beacon tracking system |
RU2356063C1 (ru) * | 2007-11-27 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт "ЦИКЛОН" | Оптико-пеленгационная система кругового обзора |
RU98309U1 (ru) * | 2010-04-20 | 2010-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерные диагностические инструменты-Русприбор" | Устройство формирования нормированного видеосигнала для сканирования изображений поверхностей объектов |
EP2676153A1 (en) * | 2011-02-18 | 2013-12-25 | Nikon Metrology NV | System for measuring the position and movement of an object |
RU2480712C2 (ru) * | 2011-04-28 | 2013-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" | Оптическая система для многочастотной лазерной локации и способ ее осуществления |
RU2464590C1 (ru) * | 2011-06-15 | 2012-10-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ лазерной локации |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2653158C1 (ru) * | 2017-06-19 | 2018-05-07 | Акционерное общество "Швабе - Технологическая лаборатория" | Локационный оптико-электронный модуль |
RU2760298C1 (ru) * | 2020-09-04 | 2021-11-23 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Карат" | Оптико-электронный комплекс для оптического обнаружения, сопровождения и распознавания наземных и воздушных объектов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107588913B (zh) | 一种桥梁挠度检测***及检测方法 | |
CN102445195B (zh) | 测量方法和测量设备 | |
RU2562391C1 (ru) | Способ и устройство оптической локации | |
CN104539829A (zh) | 一种基于红外面阵探测器扫描成像的光机结构 | |
JP2016017874A (ja) | 測量装置 | |
CN104159007B (zh) | 一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置 | |
JP5028164B2 (ja) | 測量機 | |
CN102589529B (zh) | 扫描近景摄影测量方法 | |
EP3234683B1 (en) | Imaging system | |
RU2554108C1 (ru) | Способ оптической локации и устройство для его реализации | |
CN111007481B (zh) | 大气探测激光雷达接收望远镜视场的测量装置和测量方法 | |
RU2604959C1 (ru) | Теплопеленгатор | |
RU2445644C2 (ru) | Способ кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления | |
US10698069B2 (en) | Method for adjusting an equatorial or altazimuth mount | |
RU2457504C1 (ru) | Способ обзора пространства оптико-электронной системой | |
RU2562750C1 (ru) | Оптико-электронный локатор | |
CN106896497A (zh) | 高精度可调库德镜控制角的解算方法 | |
RU162322U1 (ru) | Теплопеленгатор | |
JP2011203056A (ja) | 距離測定装置及び飛翔***置測定装置 | |
RU2343407C2 (ru) | Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат | |
RU152656U1 (ru) | Оптико-электронное устройство для обнаружения малогабаритных беспилотных летательных аппаратов | |
RU2584370C2 (ru) | Видеоизмерительное устройство для контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности | |
RU2653158C1 (ru) | Локационный оптико-электронный модуль | |
CN215984574U (zh) | 一种多波段光电跟踪与天文定向装置 | |
JP7403328B2 (ja) | 測量装置 |