[go: up one dir, main page]

RU2841276C1 - Method of viewing surveillance objects using laser projection system with two-channel recording - Google Patents

Method of viewing surveillance objects using laser projection system with two-channel recording Download PDF

Info

Publication number
RU2841276C1
RU2841276C1 RU2024138781A RU2024138781A RU2841276C1 RU 2841276 C1 RU2841276 C1 RU 2841276C1 RU 2024138781 A RU2024138781 A RU 2024138781A RU 2024138781 A RU2024138781 A RU 2024138781A RU 2841276 C1 RU2841276 C1 RU 2841276C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
additional
main
pulse
active medium
Prior art date
Application number
RU2024138781A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Александрович Васнев
Николай Викторович Карасев
Владимир Олегович Троицкий
Максим Викторович Тригуб
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2841276C1 publication Critical patent/RU2841276C1/en

Links

Abstract

FIELD: quantum electronics.
SUBSTANCE: invention relates to quantum electronics and specifically to non-destructive inspection and diagnosis using optical techniques. Method of imaging objects shielded by a broadband powerful backlight, based on pumping a quantum amplifier on copper bromide vapour with main and additional high-voltage excitation pulses generated by two power sources, amplified spontaneous radiation pulses focusing on the observation object by the lens and the optical images formation with its help, their projection on the screen after the amplification by the quantum amplifier, differs in that additional pumping source generates additional active medium excitation pulse, then after a time delay of 50-300 ns, the main power supply generates the main excitation pulse of the active medium, the amplitude of which is 1.5-2 times higher than the amplitude of the additional pulse, and two computer-controlled machine vision cameras record images formed by two radiation pulses.
EFFECT: generation of two pulses of amplified spontaneous radiation.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к неразрушающему контролю и диагностике оптическими методами, и может быть использовано для визуализации тестовых объектов и быстропротекающих процессов, в том числе экранированных широкополосной мощной фоновой засветкой.The invention relates to the field of quantum electronics, namely to non-destructive testing and diagnostics using optical methods, and can be used to visualize test objects and fast-moving processes, including those shielded by broadband powerful background illumination.

Известен способ исследования процесса горения смеси крупнодисперсных порошков металлов [Evtushenko G.S., Trigub M.V., Gubarev F.A., Evtushenko T.G., Torgaev S.N., Shiyanov D.V. Laser monitor for non-destructive testing of materials and processes shielded by intensive background lighting // Review of Scientific Instruments - 2014. - Vol. 85. - Issue 3. - P. 154-159. - DOI: 10.1134/S102485602102010X], включающий фокусировку усиленного спонтанного излучения квантового усилителя на объекте исследования, формирующий изображение с помощью оптической системы, усиливающий изображение в активной среде и проецирующий его на высокоскоростную CCD-камеру. Экспозиция CCD-камеры синхронизируется с импульсом сверхсветимости квантового усилителя, что обеспечивает покадровую регистрацию процесса (регистрация изображения в каждом импульсе). Однако квантовый усилитель возбуждается одним источником питания и работает в традиционном импульсно-периодическом режиме в частотном диапазоне (20÷25) кГц, что исключает возможность формирования двух кадров с временной задержкой в наносекундном диапазоне. A method for studying the combustion process of a mixture of coarse metal powders is known [Evtushenko G.S., Trigub M.V., Gubarev F.A., Evtushenko T.G., Torgaev S.N., Shiyanov D.V. Laser monitor for non-destructive testing of materials and processes shielded by intensive background lighting // Review of Scientific Instruments - 2014. - Vol. 85. - Issue 3. - P. 154-159. - DOI: 10.1134/S102485602102010X], which includes focusing the amplified spontaneous radiation of a quantum amplifier on the object of study, forming an image using an optical system, amplifying the image in an active medium and projecting it onto a high-speed CCD camera. The CCD camera exposure is synchronized with the quantum amplifier superluminosity pulse, which ensures frame-by-frame registration of the process (image registration in each pulse). However, the quantum amplifier is excited by one power source and operates in the traditional pulse-periodic mode in the frequency range (20÷25) kHz, which eliminates the possibility of forming two frames with a time delay in the nanosecond range.

Известен способ исследования процесса горения порошков металлов или их смесей [Губарев Ф.А., Ли Л., Мостовщиков А.В., Ильин А.П. Способ исследования процесса горения порошков металлов или их смесей. Патент на изобретение №2685072. Дата государственной регистрации: 16.04.2019. Правообладатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"]. Способ позволяет осуществить поджиг порошков металла и исследовать процессы их горения, а также процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом. Однако скорость съемки также ограничивается импульсно-периодическим режимом работы лазерного усилителя (20 кГц), в связи с чем отсутствует возможность формирования последовательности из двух импульсов излучения с задержкой в наносекундном диапазоне и их последующей регистрации. A method for studying the combustion process of metal powders or their mixtures is known [Gubarev F.A., Li L., Mostovshchikov A.V., Ilyin A.P. Method for studying the combustion process of metal powders or their mixtures. Patent for invention No. 2685072. State registration date: 16.04.2019. Copyright holder: Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "National Research Tomsk Polytechnic University"]. The method allows igniting metal powders and studying the processes of their combustion, as well as the processes of interaction of laser radiation with matter. However, the shooting speed is also limited by the pulse-periodic mode of operation of the laser amplifier (20 kHz), and therefore there is no possibility of forming a sequence of two radiation pulses with a delay in the nanosecond range and their subsequent registration.

В качестве прототипа выбрана работа [Trigub M.V., Troitskii V.O., Dimaki V.A. Continuous control of CuBr laser pulse energy // Optics and Laser Technology - 2021. - Vol. 139. - P. 106929-1-106929-6. - DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.106929], в которой представлен лазер на парах бромида меди с возможностью управления энергией импульсов генерации за счет формирования импульсов предионизации дополнительным источником питания до формирования импульсов возбуждения основным источником питания. Временная задержка между импульсами предионизации и импульсами возбуждения варьировалась в диапазоне (0÷25) мкс. При временной задержке (0,2÷2) мкс генерация полностью подавлялась. При временной задержке >2 мкс, появлялась генерация желтой спектральной линии, а при временной задержке >5 мкс, появлялась и генерация зеленой спектральной линии. Описанный способ управления позволяет регулировать среднюю мощность (импульсную энергию) лазерного излучения, но не позволяет увеличить частоту кадров, формируемых в единицу времени лазерными проекционными системами.The work [Trigub M.V., Troitskii V.O., Dimaki V.A. Continuous control of CuBr laser pulse energy // Optics and Laser Technology - 2021. - Vol. 139. - P. 106929-1-106929-6. - DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.106929] was chosen as a prototype, which presents a copper bromide vapor laser with the ability to control the energy of generation pulses by generating preionization pulses by an additional power source before generating excitation pulses by the main power source. The time delay between the preionization pulses and the excitation pulses varied in the range of (0 ÷ 25) μs. With a time delay of (0.2 ÷ 2) μs, generation was completely suppressed. At a time delay of >2 μs, the generation of a yellow spectral line appeared, and at a time delay of >5 μs, the generation of a green spectral line also appeared. The described control method allows regulating the average power (pulse energy) of laser radiation, but does not allow increasing the frequency of frames formed per unit of time by laser projection systems.

Задача, решаемая изобретением: увеличение временного разрешения лазерной проекционной системы визуализации объектов наблюдения в условиях широкополосной мощной фоновой засветки.The problem solved by the invention: increasing the temporal resolution of a laser projection system for visualizing observation objects under conditions of broadband powerful background illumination.

Указанная задача решена за счет формирования двух импульсов возбуждения квантового усилителя (основного и дополнительного) с временной задержкой в диапазоне (50÷300) нс.The specified problem is solved by forming two excitation pulses of the quantum amplifier (main and additional) with a time delay in the range of (50÷300) ns.

Технический результат заключается в генерации двух импульсов усиленного спонтанного излучения с регулируемой временной задержкой в диапазоне (50÷300) нс, формирующих усиленные изображения объекта наблюдения и регистрацию каждого из них с помощью отдельной камеры машинного зрения.The technical result consists in generating two pulses of amplified spontaneous radiation with an adjustable time delay in the range of (50÷300) ns, forming amplified images of the observation object and recording each of them using a separate machine vision camera.

Технический результат достигается за счет согласования частотно-временных и энергетических параметров основного и дополнительного источников питания, а также синхронизации импульсов экспозиции двух независимых камер машинного зрения с импульсами усиленного спонтанного излучения.The technical result is achieved by coordinating the frequency-time and energy parameters of the main and additional power sources, as well as synchronizing the exposure pulses of two independent machine vision cameras with pulses of amplified spontaneous emission.

Сущность изобретения заключается в том, что накачка квантового усилителя осуществляется двумя источниками питания таким образом, что сперва дополнительный источник питания формирует дополнительный импульс возбуждения активной среды квантового усилителя (активного элемента), в результате чего происходит генерация первого импульса излучения, затем по истечении временной задержки (50÷300) нс основной источник питания формирует основной импульс возбуждения активной среды квантового усилителя (активного элемента), амплитуда которого выше амплитуды импульса предионизации в (1,5÷2) раза, что приводит к генерации второго импульса усиленного спонтанного излучения. Таким образом, из-за различных энергетических параметров дополнительного и основного импульсов возбуждения в активной среде квантового усилителя происходит поочередное формирование двух импульсов усиленного спонтанного излучения. Временная задержка между импульсами излучения соответствует временной задержке между дополнительным и основным импульсами возбуждения. Формирование двух импульсов подряд происходит только в диапазоне временной задержки (50÷300) нс. На Фиг. 1. представлен пример осциллограмм импульсов возбуждения (дополнительного - U1, основного - U2) и усиленного спонтанного излучения (L1, L2). Пример представлен для временной задержки tз=86 нс. The essence of the invention lies in the fact that the quantum amplifier is pumped by two power sources in such a way that first the additional power source forms an additional excitation pulse of the active medium of the quantum amplifier (active element), as a result of which the first radiation pulse is generated, then, after a time delay of (50÷300) ns, the main power source forms the main excitation pulse of the active medium of the quantum amplifier (active element), the amplitude of which is higher than the amplitude of the preionization pulse by (1.5÷2) times, which leads to the generation of the second pulse of amplified spontaneous emission. Thus, due to different energy parameters of the additional and main excitation pulses, two pulses of amplified spontaneous emission are alternately formed in the active medium of the quantum amplifier. The time delay between the radiation pulses corresponds to the time delay between the additional and main excitation pulses. The formation of two pulses in a row occurs only in the range of the time delay of (50÷300) ns. In Fig. 1. An example of oscillograms of excitation pulses (additional - U1, main - U2) and amplified spontaneous emission (L1, L2) is presented. The example is presented for a time delay of tз=86 ns.

Каждый импульс усиленного спонтанного излучения подсвечивает объект наблюдения, который может быть экранирован широкополосной мощной фоновой засветкой, формирует оптическое изображение объекта с помощью объектива, в активной среде усилителя происходит повышение яркости (спектральное селективное усиление) изображения, проецируемого на экран, и далее изображения поочередно регистрируются двумя камерами машинного зрения с регулируемой задержкой импульсов экспозиции (момент формирования кадра) относительно импульсов усиленного спонтанного излучения. Each pulse of amplified spontaneous emission illuminates the object of observation, which can be screened by broadband powerful background illumination, forms an optical image of the object using a lens, in the active medium of the amplifier there is an increase in brightness (spectral selective amplification) of the image projected onto the screen, and then the images are alternately recorded by two machine vision cameras with an adjustable delay of the exposure pulses (the moment of frame formation) relative to the pulses of amplified spontaneous emission.

В представленном способе предлагается формировать два импульса возбуждения активной среды с малой временной задержкой относительно друг друга, что является нетипичным режимом накачки активной среды (активного элемента) квантового усилителя на парах бромида меди. Дополнительный источник питания (ИП1) формирует дополнительные импульсы возбуждения, основной источник питания (ИП2) формирует основные импульсы возбуждения активной среды. The presented method proposes to form two excitation pulses of the active medium with a small time delay relative to each other, which is an atypical mode of pumping the active medium (active element) of a quantum amplifier on copper bromide vapor. An additional power source (APS1) forms additional excitation pulses, the main power source (MPS2) forms the main excitation pulses of the active medium.

Способ визуализации и реализующая его лазерная проекционная система с двухканальной регистрацией представлены на фиг. 2.The visualization method and the laser projection system with two-channel registration that implements it are shown in Fig. 2.

Способ визуализации объектов и быстропротекающих процессов, экранированных широкополосной мощной фоновой засветкой, осуществлен с помощью лазерной проекционной системы, которая содержит активный элемент на парах бромида меди (1), на оптической оси которого с одной стороны последовательно расположены объектив (2) и тестовый объект (процесс) наблюдения (3). С другой стороны активного элемента (1) на его оптической оси последовательно установлены полупрозрачное зеркало (4) и проекционный экран (5), в плоскости которого формируется резкое усиленное увеличенное изображение объекта наблюдения. The method of visualizing objects and fast-flowing processes, screened by broadband powerful background illumination, is implemented using a laser projection system, which contains an active element on copper bromide vapor (1), on the optical axis of which, on one side, an objective (2) and a test object (process) of observation (3) are successively located. On the other side of the active element (1), on its optical axis, a semitransparent mirror (4) and a projection screen (5) are successively installed, in the plane of which a sharp, enhanced, enlarged image of the object of observation is formed.

Для двухканальной регистрации изображений объектов наблюдения используются две независимые камеры машинного зрения (6, 7), например, Baumer VLG-20C (27 fps) и JAI GO-5000C (3846 fps), управляемые персональным компьютером (ПК). Импульсы экспозиции скоростных камер синхронизировались с импульсами излучения. Для этого часть излучения отводилась с помощью полупрозрачного (4) и глухого (8) зеркал на фотоприемник (9), например ФЭК-22-СПУ-М. Выходной сигнал с фотоприемника поступает на вход генератора импульсов (ГИ), например, Г5-63. Выходной сигнал генератора импульсов (ГИ) инициировал работу цифровой системы синхронизации (СС), к выходным каналам которой подключаются камеры машинного зрения (6, 7). For two-channel recording of images of the observed objects, two independent machine vision cameras (6, 7) are used, for example, Baumer VLG-20C (27 fps) and JAI GO-5000C (3846 fps), controlled by a personal computer (PC). The exposure pulses of the high-speed cameras were synchronized with the radiation pulses. For this purpose, part of the radiation was diverted using a translucent (4) and a opaque (8) mirror to a photodetector (9), for example, FEK-22-SPU-M. The output signal from the photodetector goes to the input of the pulse generator (PG), for example, G5-63. The output signal of the pulse generator (PG) initiated the operation of the digital synchronization system (SS), to the output channels of which the machine vision cameras (6, 7) are connected.

Claims (1)

Способ визуализации объектов, экранированных широкополосной мощной фоновой засветкой, основанный на накачке квантового усилителя на парах бромида меди основным и дополнительным высоковольтными импульсами возбуждения, формируемыми двумя источниками питания, фокусировке импульсов усиленного спонтанного излучения на объекте наблюдения объективом и формировании с его помощью оптических изображений, их проецировании на экран после усиления квантовым усилителем, отличающийся тем, что дополнительный источник накачки формирует дополнительный импульс возбуждения активной среды, затем по истечении временной задержки 50-300 нс основной источник питания формирует основной импульс возбуждения активной среды, амплитуда которого выше амплитуды дополнительного импульса в 1,5-2 раза, и две камеры машинного зрения, управляемые персональным компьютером, регистрируют изображения, сформированные двумя импульсами излучения.A method for visualizing objects shielded by broadband powerful background illumination, based on pumping a quantum amplifier on copper bromide vapor with the main and additional high-voltage excitation pulses formed by two power sources, focusing the pulses of amplified spontaneous radiation on the object of observation by the lens and forming optical images with its help, projecting them onto a screen after amplification by the quantum amplifier, characterized in that the additional pump source forms an additional excitation pulse of the active medium, then after a time delay of 50-300 ns the main power source forms the main excitation pulse of the active medium, the amplitude of which is higher than the amplitude of the additional pulse by 1.5-2 times, and two machine vision cameras controlled by a personal computer record the images formed by the two radiation pulses.
RU2024138781A 2024-12-21 Method of viewing surveillance objects using laser projection system with two-channel recording RU2841276C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2841276C1 true RU2841276C1 (en) 2025-06-05

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010054391A (en) * 2008-08-29 2010-03-11 Nano Photon Kk Optical microscope, and method of displaying color image
US8194126B2 (en) * 2004-02-04 2012-06-05 Elbit Systems Ltd. Gated imaging
RU2685040C1 (en) * 2018-07-06 2019-04-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for investigation of metal powders combustion process or their mixtures
RU2755256C1 (en) * 2021-02-01 2021-09-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) Bistatic laser monitor
RU2757559C1 (en) * 2021-02-04 2021-10-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Active-pulse monitoring device
RU228791U1 (en) * 2024-06-14 2024-09-11 Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" Combined active-pulse night vision device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8194126B2 (en) * 2004-02-04 2012-06-05 Elbit Systems Ltd. Gated imaging
JP2010054391A (en) * 2008-08-29 2010-03-11 Nano Photon Kk Optical microscope, and method of displaying color image
RU2685040C1 (en) * 2018-07-06 2019-04-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for investigation of metal powders combustion process or their mixtures
RU2755256C1 (en) * 2021-02-01 2021-09-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) Bistatic laser monitor
RU2757559C1 (en) * 2021-02-04 2021-10-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Active-pulse monitoring device
RU228791U1 (en) * 2024-06-14 2024-09-11 Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" Combined active-pulse night vision device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4556057A (en) Cancer diagnosis device utilizing laser beam pulses
US9912852B2 (en) Real-time, ultrafast framing optical imaging device with high spatial resolution
Bathel et al. Development of a self-aligned compact focusing schlieren system for NASA test facilities
Bretthauer et al. An electronic Cranz–Schardin camera
JPS6353443A (en) Measuring apparatus with high spatial/temporal resolution
RU2841276C1 (en) Method of viewing surveillance objects using laser projection system with two-channel recording
RU2685040C1 (en) Device for investigation of metal powders combustion process or their mixtures
Trigub et al. Brightness amplifiers with PRF up to 100 kHz
RU2685072C1 (en) Method to investigate combustion process of metal powders or their mixtures
RU2841288C1 (en) Laser projection system with double-channel image recording
Gubarev et al. An optical system with brightness amplification for studying the surface of metal nanopowders during combustion
RU2687308C1 (en) Device for investigation of combustion process of powders of metals or their mixtures
RU126852U1 (en) LASER PROJECTION MICROSCOPE
RU2463634C1 (en) Laser projection microscope
JP3535577B2 (en) Optical process dynamic image diagnostic apparatus and optical process diagnostic method
RU2755256C1 (en) Bistatic laser monitor
JPH0947432A (en) Oral cavity tissue observation device
Gubarev et al. A two-channel laser monitor for observing processes of high-temperature combustion of metal nanopowders
TWI884657B (en) Processing and testing equipment and testing equipment
JPS62298707A (en) Optical inspection method
RU2692084C1 (en) Method and device for image projection with laser brightness enhancement
Trigub et al. High-speed process visualization using CuBr-laser
JPH0527178A (en) Microscope observation device
Antipov et al. Rotational Projection Optical System for Nanopowder Combustion Monitoring
RU2746308C1 (en) Device for researching the process of combustion of metal nanopowders or their mixtures