RU167202U1

RU167202U1 - TELEVISION MONITORING SYSTEM

Info

Publication number: RU167202U1
Application number: RU2016118429/28U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Тареев; Ирина Владимировна Васильева; Татьяна Васильевна Топленикова; Ольга Ильинична Панько; Ольга Романовна Горбачевская; Здислав Иосифович Поконечный; Михаил Михайлович Бондаренко
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2016-12-27

Abstract

1. Телевизионная система наблюдения, содержащая установленные последовательно и оптически связанные объектив, виньетирующий элемент и расположенный в фокальной плоскости объектива матричный приемник оптического излучения с электронным устройством формирования видеосигнала, имеющий выход для подключения к монитору, отличающаяся тем, что введен комбинированный ослабитель света, расположенный перед матричным приемником оптического излучения или перед виньетирующим элементом и включающий, по меньшей мере, два светофильтра, установленных с возможностью поочередного ввода каждого из них в оптический тракт, при этом все светофильтры имеют одинаковую оптическую толщину, а виньетирующий элемент выполнен в виде диафрагмы с отверстием, площадь которого меньше площади сечения рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы.2. Телевизионная система наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что комбинированный ослабитель света включает три светофильтра, первый из которых имеет широкую область спектрального пропускания в пределах области спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения, второй выполнен в виде широкополосного ослабителя света, а третий обладает ограниченной областью спектрального пропускания, сдвинутой в длинноволновую область кривой спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения.3. Телевизионная система наблюдения по п. 1, отличающаяся тем, что отверстие в диафрагме имеет круглую или прямоугольную форму.1. A television surveillance system comprising a sequentially and optically connected lens, a vignetting element, and a matrix receiver of optical radiation with an electronic video signal conditioning apparatus located in the focal plane of the lens, having an output for connecting to a monitor, characterized in that a combined light attenuator located in front of matrix detector of optical radiation or in front of the vignetting element and including at least two filters, setting GOVERNMENTAL to be alternatively input into each optical path, the optical filters all have the same optical thickness, and vignettes member is a diaphragm with a hole whose area is smaller than the cross sectional area of the working beam in the plane of diafragmy.2. The television surveillance system according to claim 1, characterized in that the combined light attenuator includes three light filters, the first of which has a wide spectral transmission region within the spectral sensitivity region of the matrix optical radiation receiver, the second is in the form of a broadband light attenuator, and the third has a limited region spectral transmittance shifted to the long wavelength region of the spectral sensitivity curve of a matrix detector of optical radiation. 3. The television surveillance system according to claim 1, characterized in that the hole in the diaphragm has a round or rectangular shape.

Description

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, более конкретно - к телевизионным системам наблюдения, работающим в дневное время суток или в сумерках.The utility model relates to the field of optoelectronic instrumentation, and more specifically to television surveillance systems operating in the daytime or at dusk.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является телевизионная система наблюдения [1], содержащая установленные последовательно на одной оси объектив, виньетирующий элемент и расположенный в его фокальной плоскости матричный приемник оптического излучения, например, на основе ПЗС-матрицы, с электронным устройством формирования видеосигнала, имеющим выход для подключения к монитору.The closest in technical essence to the claimed utility model is a television surveillance system [1], which contains a lens mounted in series on one axis, a vignetting element and a matrix receiver of optical radiation located in its focal plane, for example, based on a CCD matrix, with an electronic forming device video signal having an output for connecting to a monitor.

Основными недостатками известной телевизионной системы наблюдения являются невозможность во многих случаях получения высококачественного изображения малоконтрастных удаленных объектов, расположенных на земной поверхности, например, при наличии ярких (бликующих) объектов в поле зрения или при наличии солнца вблизи от угла поля зрения телевизионной системы, что обусловлено отсутствием элементов подавления негативных факторов, таких как рассеянное излучение, блики от поверхностей оправ объектива, линз и др. Виньетирующий элемент в виде шторки позволяет частично решить задачу повышения контраста цели в случае яркого неба, но не обеспечивает повышение контраста в случаях произвольного расположения ярких объектов относительно поля зрения. Кроме того, практическое применение данной телевизионной системы ограничено многими внешними условиями, например, она может работать только в условиях ограниченного диапазона освещенностей, так как не имеет элементов регулировки освещенности. Также отсутствует возможность повышения контраста наблюдаемой цели в зависимости от особенностей фона, на котором она наблюдается (песок, трава, лес и т.д.). Указанные недостатки во многих практических случаях снижают дальность обнаружения и распознавания наблюдаемых объектов и ограничивают возможность использования телевизионной системы.The main disadvantages of the known television observation system are the impossibility in many cases of obtaining a high-quality image of low-contrast distant objects located on the earth's surface, for example, in the presence of bright (glare) objects in the field of view or in the presence of the sun close to the angle of the field of view of the television system, due to the absence of elements for suppressing negative factors, such as scattered radiation, glare from the surfaces of the lens frames, lenses, etc. Vignetting element in e curtain can partially solve the problem of increasing contrast targets in case of a bright sky, but does not provide contrast enhancement in the cases of arbitrary objects relative location of bright field of view. In addition, the practical application of this television system is limited by many external conditions, for example, it can only work in a limited range of illuminances, since it does not have elements for adjusting the illumination. There is also no possibility of increasing the contrast of the observed target, depending on the characteristics of the background on which it is observed (sand, grass, forest, etc.). These shortcomings in many practical cases reduce the range of detection and recognition of observed objects and limit the possibility of using a television system.

Задачами полезной модели являются увеличение дальности обнаружения и распознавания объектов путем повышения контраста изображения в плоскости матричного приемника оптического излучения, а также обеспечение возможности использования телевизионной системы в условиях сложной фоно-целевой обстановки.The objectives of the utility model are to increase the range of detection and recognition of objects by increasing the contrast of the image in the plane of the matrix receiver of optical radiation, as well as providing the possibility of using a television system in a complex background-target environment.

Для решения указанной задачи в телевизионную систему наблюдения, содержащую установленные последовательно и оптически связанные объектив, виньетирующий элемент и расположенный в фокальной плоскости объектива матричный приемник оптического излучения с электронным устройством формирования видеосигнала, имеющий выход для подключения к монитору, введен комбинированный ослабитель света, расположенный перед матричным приемником оптического излучения или перед виньетирующим элементом и включающий, по меньшей мере, два светофильтра, установленных с возможностью поочередного ввода каждого из них в оптический тракт, при этом все светофильтры имеют одинаковую оптическую толщину, а виньетирующий элемент выполнен в виде диафрагмы с отверстием, площадь которого меньше площади сечения рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы.To solve this problem, in a television surveillance system containing a serial and optically connected lens, a vignetting element, and a matrix receiver of optical radiation with an electronic video signal conditioning device located in the focal plane of the lens, having an output for connecting to a monitor, a combined light attenuator located in front of the matrix an optical radiation receiver or in front of a vignetting element and including at least two light filters, anovlennyh to be alternatively input into each optical path, the optical filters all have the same optical thickness, and vignettes member is a diaphragm with an opening area which is smaller than the cross sectional area of the working beam in the plane of the diaphragm.

Комбинированный ослабитель света может включать три светофильтра, первый из которых имеет широкую область спектрального пропускания в пределах области спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения, второй выполнен в виде широкополосного ослабителя света, а третий обладает ограниченной областью спектрального пропускания, сдвинутой в длинноволновую область кривой спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения.A combined light attenuator can include three light filters, the first of which has a wide spectral transmittance region within the spectral sensitivity region of the matrix detector of optical radiation, the second is made as a broadband light attenuator, and the third has a limited spectral transmittance region shifted to the long-wavelength region of the matrix spectral sensitivity curve optical radiation receiver.

Отверстие в диафрагме может иметь круглую или прямоугольную форму.The hole in the diaphragm may have a round or rectangular shape.

Введение в телевизионную систему наблюдения комбинированного ослабителя света, расположенного перед матричным приемником оптического излучения или перед виньетирующим элементом и включающего, по меньшей мере, два светофильтра, установленных с возможностью поочередного ввода каждого из них в оптический тракт и имеющих одинаковую оптическую толщину, позволило добиться повышения контраста изображения в условиях конкретной сложной фоно-целевой обстановки и, следовательно, увеличить дальность обнаружения и распознавания объекта.The introduction into the television observation system of a combined light attenuator located in front of the matrix detector of optical radiation or in front of the vignetting element and including at least two filters installed with the possibility of alternating input of each of them into the optical path and having the same optical thickness, made it possible to increase the contrast image in a specific complex phono-target environment and, therefore, increase the range of detection and recognition of the object.

Выполнение виньетирующего элемента в виде диафрагмы с отверстием круглой или прямоугольной формы, площадь которого меньше площади сечения рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы, уменьшает количество бликов и рассеянного света в плоскости матричного приемника оптического излучения, в том числе от солнца, расположенного вблизи угла поля зрения телевизионной системы, тем самым повышая контраст изображения.The implementation of the vignetting element in the form of a diaphragm with an aperture of round or rectangular shape, the area of which is less than the cross-sectional area of the working light beam in the plane of the diaphragm, reduces the number of glare and scattered light in the plane of the matrix receiver of optical radiation, including from the sun, located near the angle of the field of view television system, thereby increasing the contrast of the image.

Введение в оптический тракт телевизионной системы наблюдения первого светофильтра, который имеет широкую область спектрального пропускания в пределах области спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения, позволяет повысить контраст изображения при низких и нормальных условиях освещенности объекта.The introduction of the first light filter into the optical path of the television observation system, which has a wide spectral transmission region within the spectral sensitivity region of the matrix detector of optical radiation, makes it possible to increase the image contrast under low and normal illumination conditions of the object.

Введение в оптический тракт телевизионной системы наблюдения второго светофильтра, выполненного в виде широкополосного ослабителя света, позволяет повысить контраст изображения при высокой освещенности местности (яркий солнечный день) и появлении в поле зрения пересветов и бликующих зон, затрудняющих наблюдение объекта.The introduction into the optical path of the television observation system of the second filter, made in the form of a broadband light attenuator, allows you to increase the image contrast in high-light areas (bright sunny day) and the appearance of overexposures and glare areas that impede the observation of the object.

Введение в оптический тракт телевизионной системы наблюдения третьего светофильтра, обладающего ограниченной областью спектрального пропускания, сдвинутой в длинноволновую область кривой спектральной чувствительности матричного приемника оптического излучения, обеспечивает максимальный контраст изображения при нормальных и высоких уровнях освещенности в сложной фоно-целевой обстановке: в условиях дымки, запыленности, выпадаемых (дождь) и конденсированных (инея и росы) осадков, соляного (морского) тумана.Introduction to the optical path of the television observation system of the third filter, having a limited spectral transmittance region shifted to the long-wavelength region of the spectral sensitivity curve of the matrix detector of optical radiation, provides maximum image contrast at normal and high levels of illumination in a complex background-target environment: in conditions of haze, dust , precipitation (rain) and condensed (hoarfrost and dew) precipitation, salt (sea) fog.

Таким образом, применение соответствующего фильтра комбинированного ослабителя света позволило добиться повышения контраста изображения объекта в условиях конкретной сложной фоно-целевой обстановки, и следовательно, увеличить дальность обнаружения и распознавания объекта.Thus, the use of an appropriate filter of a combined light attenuator made it possible to increase the contrast of the image of an object in a specific complex phono-target environment, and therefore, increase the range of detection and recognition of the object.

Принципиальная схема телевизионной системы наблюдения представлена на фигуре.A schematic diagram of a television surveillance system is presented in the figure.

Телевизионная система наблюдения включает установленные последовательно и оптически связанные объектив 1, виньетирующий элемент 2 и расположенный в фокальной плоскости объектива 1 матричный приемник 3 оптического излучения с электронным устройством 4 формирования видеосигнала, имеющий выход для подключения к монитору 5, а также комбинированный ослабитель света 6, расположенный перед матричным приемником 3 оптического излучения или перед виньетирующим элементом 2 и включающий в конкретном исполнении три светофильтра 7, 8, 9, установленных с возможностью поочередного ввода каждого из них в оптический тракт. Виньетирующий элемент 2 выполнен в виде диафрагмы с отверстием, площадь которого меньше площади сечения рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы.The television surveillance system includes a sequentially and optically coupled lens 1, a vignetting element 2 and a matrix receiver 3 of optical radiation with an electronic device 4 for generating a video signal located in the focal plane of the lens 1 having an output for connection to a monitor 5, as well as a combined light attenuator 6 located in front of the matrix receiver 3 of optical radiation or in front of the vignetting element 2 and including, in a particular embodiment, three light filters 7, 8, 9 installed with the possibility of alternately entering each of them into the optical path. The vignetting element 2 is made in the form of a diaphragm with a hole whose area is less than the cross-sectional area of the working light beam in the plane of the diaphragm.

Матричный приемник 3 оптического излучения в конкретном исполнении может быть выполнен на основе ПЗС или КМОП-матрицы.The matrix receiver 3 of optical radiation in a specific implementation can be performed on the basis of a CCD or CMOS matrix.

Электронное устройство 4 формирования видеосигнала представляет собой электронную плату, обеспечивающую управление считыванием зарядов с фотоприемников матрицы и преобразование полученной информации в видеосигнал требуемого формата.The electronic device 4 for generating a video signal is an electronic board that provides control of reading charges from the photodetectors of the matrix and converting the received information into a video signal of the required format.

Светофильтры 7, 8 и 9 имеют одинаковую оптическую толщину. Первый из светофильтров 7 имеет широкую область спектрального пропускания в пределах области спектральной чувствительности матричного приемника 3 оптического излучения и предназначен для наблюдения при низких и нормальных условиях освещения. Второй из светофильтров 8 выполнен в виде широкополосного ослабителя света и предназначен для наблюдения при высоких уровнях освещенности (яркий солнечный день) и появлении в поле зрения пересветов и бликующих зон, затрудняющих наблюдение цели. Светофильтр 8 может представлять собой нейтральный светофильтр с малым коэффициентом пропускания (например, τ=0,01), который устраняет избыток освещенности на матричном приемнике 3 оптического излучения и существенно улучшает видимость цели. Третий светофильтр 9 обладает ограниченной областью спектрального пропускания, сдвинутой в длинноволновую область спектральной чувствительности матричного приемника 3 оптического излучения и предназначен для наблюдения при нормальных и высоких уровнях освещенности в сложной фоно-целевой обстановке: в условиях дымки, запыленности, выпадаемых (дождь) и конденсированных (инея и росы) осадков, соляного (морского) тумана, так как в этих условиях в силу минимального рассеяния света, зависящего от длины волны излучения, он обеспечивает максимальный контраст изображения.The filters 7, 8 and 9 have the same optical thickness. The first of the filters 7 has a wide spectral transmission region within the spectral sensitivity region of the matrix detector 3 of optical radiation and is intended for observation under low and normal lighting conditions. The second of the filters 8 is made in the form of a broadband light attenuator and is intended for observation at high levels of illumination (bright sunny day) and the appearance in the field of view of overexposure and glare zones that make it difficult to observe the target. The filter 8 may be a neutral filter with a low transmittance (for example, τ = 0.01), which eliminates the excess illumination on the matrix receiver 3 of optical radiation and significantly improves the visibility of the target. The third filter 9 has a limited region of spectral transmission shifted to the long-wavelength region of the spectral sensitivity of the matrix detector 3 of optical radiation and is intended for observation at normal and high levels of illumination in a complex background-target environment: in conditions of haze, dust, precipitated (rain) and condensed ( frost and dew) precipitation, salt (sea) fog, because under these conditions, due to the minimum scattering of light, depending on the radiation wavelength, it provides a maximum High contrast image.

Конструктивно комбинированный ослабитель света 6 может быть выполнен в виде турели (на фигуре не показана), представляющей собой обойму, с установленными на ней двумя и более светофильтрами. С помощью электродвигателя или вручную осуществляется поочередное введение светофильтров в оптический тракт с центрировкой относительно оси объектива 1 и дальнейшая фиксация выбранного положения. В зависимости от решаемой задачи выбирается количество и оптические свойства светофильтров.Structurally, the combined light attenuator 6 can be made in the form of a turret (not shown in the figure), which is a clip with two or more light filters mounted on it. With the help of an electric motor or manually, the filters are introduced into the optical path one by one with centering relative to the axis of the lens 1 and further fixation of the selected position. Depending on the problem to be solved, the number and optical properties of the filters are selected.

При расположении диафрагмы 2 вблизи объектива 1 ее отверстие будет иметь круглую форму, которая наиболее эффективно подавляет рассеянное излучение ярких источников, отраженное от цилиндрических поверхностей линз и оправ объектива 1. Отверстие диафрагмы 2 для достижения оптимального контраста изображения имеет диаметр, меньший по сравнению с сечением рабочего светового пучка в плоскости расположения диафрагмы 2. При расположении диафрагмы 2 ближе к матричному приемнику 3 оптического излучения для обеспечения более высокого контраста изображения объектов отверстие диафрагма 2 может иметь прямоугольную форму, подобную рабочей зоне матричного приемника 3 оптического излучения.When the diaphragm 2 is located near the lens 1, its hole will have a round shape, which most effectively suppresses the scattered radiation of bright sources reflected from the cylindrical surfaces of the lenses and lens mounts 1. The hole of the diaphragm 2 has a diameter smaller than the working section for optimal image contrast light beam in the plane of the diaphragm 2. When the diaphragm 2 is closer to the matrix receiver 3 of optical radiation to provide higher contrast from mapping objects diaphragm aperture 2 may have a rectangular shape similar to the work area 3 of the optical receiver matrix radiation.

Работает телевизионная система наблюдения следующим образом.The television surveillance system operates as follows.

Оптическое излучение от объекта наблюдения падает на объектив 1, формирующий изображение в плоскости чувствительной площадки матричного приемника 3 оптического излучения, который преобразует оптический сигнал в стандартный телевизионный сигнал. Посредством электронного устройства 4 формирования видеосигнала телевизионный сигнал преобразуется в видеосигнал, который с выхода электронного устройства 4 формирования видеосигнала передается на монитор 5. На экране монитора 5 оператор наблюдает изображение объектов, находящихся в поле зрения телевизионной системы наблюдения.Optical radiation from the object of observation falls on the lens 1, forming an image in the plane of the sensitive area of the matrix receiver 3 of optical radiation, which converts the optical signal into a standard television signal. By means of an electronic device for generating a video signal, the television signal is converted into a video signal, which is transmitted from the output of the electronic device 4 for generating a video signal to the monitor 5. On the monitor screen 5, the operator observes an image of objects in the field of view of the television surveillance system.

Излучение, вошедшее в объектив 1, проходит также через виньетирующий элемент - диафрагму 2 с отверстием и комбинированный ослабитель 6, включающий светофильтры 7, 8 и 9. Ослабление света происходит благодаря действию диафрагмы 2 с отверстием, положение и размер отверстия которой рассчитаны из условий уменьшения яркости изображения небесного свода и максимального подавления бликов от поверхностей оптических элементов и оправ линз объектива телевизионной системы наблюдения, возникающих в плоскости матричного приемника 3 оптического излучения, от солнца и других ярких источников вблизи от угла поля зрения телевизионной системы наблюдения. При этом достигается оптимальное перераспределение освещенности в плоскости матричного приемника 3 оптического излучения, что обеспечивает повышение контраста наблюдаемого изображения интересующего объекта на фоне земли или неба, а также благодаря различной спектральной фильтрации или широкополосному ослаблению света различными светофильтрами 7, 8 или 9, что также в зависимости от условий освещения или фоно-целевой обстановки обеспечивает повышение контраста наблюдаемого изображения, а следовательно, повышение дальности обнаружения и распознавания целей.The radiation that entered the lens 1 also passes through the vignetting element — diaphragm 2 with an aperture and a combined attenuator 6, including filters 7, 8, and 9. Light attenuation occurs due to the action of the diaphragm 2 with an aperture, the position and size of which aperture is calculated from the conditions for decreasing brightness images of the vault of the sky and the maximum suppression of glare from the surfaces of optical elements and lens mounts of the lens of the television surveillance system occurring in the plane of the matrix receiver 3 of optical radiation tions, from the sun or other bright sources near the corner of the field of view of the television surveillance system. In this case, an optimal redistribution of illumination in the plane of the matrix detector 3 of optical radiation is achieved, which provides an increase in the contrast of the observed image of the object of interest against the background of the earth or sky, as well as due to different spectral filtering or broadband attenuation of light by different filters 7, 8 or 9, which also depends from lighting conditions or phono-target environment provides an increase in the contrast of the observed image, and therefore, an increase in the detection range I and target recognition.

В зависимости от фоно-целевой обстановки и от изменяющихся условий наблюдения оператор последовательным введением в оптический тракт светофильтров 7, 8 или 9 выбирает светофильтр, обеспечивающий наилучшие условия наблюдения выбранной цели, когда достигается максимальный контраст наблюдаемого на экране монитора 5 изображения интересующего объекта.Depending on the background-target situation and on changing observation conditions, the operator selects the light filter by successively introducing the filters 7, 8 or 9 into the optical path, providing the best conditions for observing the selected target when the maximum contrast of the image of the object of interest is observed on the monitor screen 5.

Таким образом, новая телевизионная система наблюдения обеспечивает увеличение дальности обнаружения и распознавания объектов путем повышения контраста изображения в плоскости матричного приемника оптического излучения, а также обеспечение возможности использования телевизионной системы в условиях различной сложной фоно-целевой обстановки.Thus, the new television observation system provides an increase in the range of detection and recognition of objects by increasing the contrast of the image in the plane of the matrix receiver of optical radiation, as well as providing the possibility of using a television system in various complex phono-target environments.

Источник информацииThe source of information

1. BY №4544 U (ОАО «ПЕЛЕНГ») 2008.08.30, весь документ - прототип.1. BY No. 4544 U (OJSC "PELENG") 2008.08.30, the entire document is a prototype.

Claims

1. A television surveillance system comprising a sequentially and optically connected lens, a vignetting element, and a matrix receiver of optical radiation with an electronic video signal conditioning apparatus located in the focal plane of the lens, having an output for connecting to a monitor, characterized in that a combined light attenuator located in front of matrix detector of optical radiation or in front of the vignetting element and including at least two filters, setting GOVERNMENTAL to be alternatively input into each optical path, the optical filters all have the same optical thickness, and vignettes member is a diaphragm with an opening area which is smaller than the cross sectional area of the working beam in the plane of the diaphragm.

2. The television surveillance system according to claim 1, characterized in that the combined light attenuator includes three filters, the first of which has a wide spectral transmittance region within the spectral sensitivity region of the matrix receiver of optical radiation, the second is in the form of a broadband light attenuator, and the third has limited region of spectral transmittance shifted to the long wavelength region of the curve of spectral sensitivity of the matrix receiver of optical radiation.

3. The television surveillance system according to claim 1, characterized in that the aperture in the diaphragm has a round or rectangular shape.