Тепловизионный прицел

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Батюшков Валентин Вениаминович Тареев Анатолий Михайлович Бондаренко Михаил Михайлович Конев Иван Леонидович Кологривов Виктор Павлович Чеча Эдуард Петрович Дмитрущенков Олег Анатольевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) 1. Тепловизионный прицел, содержащий инфракрасный объектив, установленное в его фокальной плоскости фотоприемное устройство, включающее матричный приемник теплового излучения и устройство формирования видеосигнала, и видеосмотровое устройство, отличающийся тем, что в него введены компенсатор расфокусировки изображения с электроприводом, расположенный на оптической оси объектива перед приемником теплового излучения, выполненный в виде линзы, установленной с возможностью перемещения вдоль оси объектива, электронный блок управления и обработки видеоизображения и пульт управления, при этом электронный блок управления и обработки видеоизображения имеет, по меньшей мере, два входа и два выхода, его первый вход подключен к выходу устройства формирования видеосигнала, второй вход - к выходу пульта управления, первый выход подключен к входу электропривода компенсатора, а второй выход - к видеосмотровому устройству. 29602006.08.30 2. Тепловизионный прицел по п. 1, отличающийся тем, что объектив включает, по меньшей мере, две линзы, при этом последняя по ходу лучей линза установлена с возможностью перемещения вдоль оси объектива и выполняет функцию оптического компенсатора. 3. Тепловизионный прицел по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что в качестве приемника теплового излучения используется микроболометрическая матрица.(56) 1. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. - М. Военное издательство, 1989. 2. Неохлаждаемый тепловизионный прицел 1000, рекламный проспект фирмы , 2002 (прототип). Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности к устройствам для преобразования инфракрасных изображений в видимые, и может быть использована в системах охраны, военной технике, в частности при модернизации бронетанковой техники. В настоящее время для видения в условиях недостаточной естественной освещенности, а также при низкой прозрачности атмосферы или при использовании искусственных помех все большее распространение получают различные тепловизионные приборы 1. Это объясняется тем, что изображение в тепловизионных приборах формируется благодаря собственному тепловому излучению объектов и фонов и отраженному от них инфракрасному излучению естественных и искусственных источников, что обеспечивает яркость значительно более высокую по сравнению с яркостью в видимой области спектра. Эта яркость практически не зависит от времени суток. Кроме того, инфракрасное излучение в диапазонах 3-5 и 8-14 мкм значительно меньше ослабляется в атмосфере по сравнению с видимым излучением, особенно при наличии дымки и тумана. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является тепловизионный прицел 2, содержащий инфракрасный объектив, установленное в его фокальной плоскости фотоприемное устройство, включающее матричный приемник теплового излучения и устройство формирования видеосигнала, а также видеосмотровое устройство. Основными недостатками известного тепловизионного прицела являются применение ручного привода фокусировки объектива на резкое изображение наблюдаемых предметов,а также невозможность дистанционного управления тепловизионным прицелом одним или несколькими операторами, что ограничивает область использования тепловизионого прицела. Задачей полезной модели является расширение области использования тепловизионого прицела путем обеспечения возможности дистанционного управления, включая фокусировку на резкое изображение объектов, одним или несколькими операторами с различных мест расположения. Для решения поставленной задачи в тепловизионном прицеле, содержащем инфракрасный объектив, установленное в его фокальной плоскости фотоприемное устройство,включающее матричный приемник теплового излучения и устройство формирования видеосигнала, а также видеосмотровое устройство, введены компенсатор расфокусировки изображения с электроприводом, расположенный на оптической оси объектива перед приемником теплового излучения, выполненный в виде линзы, установленной с возможностью перемещения вдоль оси объектива, электронный блок управления и обработки видеоизображения и пульт управления, при этом электронный блок управления и обработки видеоизображения имеет, по меньшей мере, два входа и два выхода, его первый вход под 2 29602006.08.30 ключен к выходу устройства формирования видеосигнала, второй вход - к выходу пульта управления, первый выход подключен к входу электропривода оптического компенсатора,а второй выход - к видеосмотровому устройству. В частном случае выполнения объектив включает, по меньшей мере, две линзы, при этом последняя по ходу лучей линза установлена с возможностью перемещения вдоль оси объектива и выполняет функцию оптического компенсатора. В качестве приемника теплового излучения используется микроболометрическая матрица. Введение компенсатора расфокусировки изображения, расположенного на оптической оси объектива перед матричным приемником теплового излучения и выполненного в виде линзы, установленной с возможностью перемещения вдоль оси объектива, электронного блока управления и обработки видеоизображения, электропривода перемещения линзы оптического компенсатора, а также пульта управления, при этом электронный блок управления и обработки видеоизображения имеет, по меньшей мере, два входа и два выхода, его первый вход подключен к выходу устройства формирования видеосигнала, второй вход - к выходу пульта управления, первый выход подключен к входу электропривода перемещения линз оптического компенсатора, а второй выход - к видеосмотровому устройству, обеспечивает возможность дистанционного управления фокусировкой изображения и параметрами (яркость, контраст, электронное увеличение и др.) тепловизионного прицела одним или несколькими операторами, а следовательно, позволяет его использование не только как переносное средство наблюдения, но и в системах технического зрения, в объектах, требующих дистанционного управления, например в объектах бронетанковой техники, то есть обеспечивает расширение области использования тепловизионого прицела. На фиг. 1 приведена функциональная схема тепловизионного прицела, на фиг. 2 блок-схема тепловизионного прицела. Тепловизионный прицел включает (фиг. 1) инфракрасный объектив 1, оптический компенсатор для фокусировки на резкое изображение наблюдаемых объектов, выполненный в виде линзы 2, установленной с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива, матричный приемник 3 теплового излучения, электронное устройство 4 формирования видеосигнала, электронный блок 5 управления и обработки видеоизображения,видеосмотровое устройство 6, пульт управления 7, а также электропривод 8 перемещения линзы 2 оптического компенсатора. Электронный блок 5 управления и обработки видеоизображения имеет, по меньшей мере, два входа и два выхода, его первый вход подключен к выходу устройства 4 формирования видеосигнала, а второй вход - к выходу пульта управления 7, первый выход подключен к входу электропривода 8 перемещения линзы 2 оптического компенсатора, а второй выход - к видеосмотровому устройству 6. На фиг. 1 показаны также прицельная марка 9 и изображение 10 цели, наблюдаемые на экране видеосмотрового устройства 6. Электронный блок 5 управления и обработки видеоизображения (фиг. 2) содержит электрически связанные устройство управления 11 с видеопроцессором и устройство 12 коммутации. Устройство управления 11 с видеопроцессором имеет первый вход, подключенный к выходу электронного устройства 4 формирования видеосигнала, а устройство 12 коммутации имеет первый выход, подключенный к входу электропривода 8 перемещения линзы 2 оптического компенсатора, и второй выход, подключенный к видеосмотровому устройству 6, а второй вход подключен к пульту управления 7. Работает тепловизионный прицел следующим образом. Оптическое излучение от цели проходит (фиг. 1) объектив 1, линзу 2 оптического компенсатора и формирует в чувствительной плоскости матричного приемника 3 теплового излучения изображение цели, которое электронным устройством 4 формирования видеосигнала преобразуется в видеосигнал, поступающий на первый вход устройства управле 3 29602006.08.30 ния 11 с видеопроцессором электронного блока 5 управления и обработки видеоизображения. Устройство управления 11 с видеопроцессором осуществляет цифровую обработку(регулирование яркости и контрастности изображения, цифровая фильтрация, электронное увеличение, смена полярности тепловизионного изображения, реверс изображения по горизонтали и вертикали и т.д.) поступающего на его первый вход видеосигнала в соответствии с управляющими сигналами, поступающими на его второй вход от устройства коммутации 12. Аналоговый дифференциальный монохромный видеосигнал в формате(625 строк, 50 Гц) с выхода устройства управления 11 с видеопроцессором поступает на первый вход устройства коммутации 12. Устройство коммутации 12 осуществляет формирование управляющих сигналов для устройства управления 11 с видеопроцессором и электропривода 8 перемещения линзы 2 оптического компенсатора в соответствии с командами, которые поступают от пульта управления 7. Устройство коммутации 12 также осуществляет передачу видеосигнала, который поступает от устройства управления 11 с видеопроцессором и при этом вводит в видеосигнал изображение прицельной марки и алфавитно-цифровую информацию (служебную информацию от объекта применения тепловизионного прицела и сервисную информацию, сопровождающую команды пульта управления 7). Формирование на изображении алфавитно-цифровой информации и прицельной марки или другой графической информации может осуществляться также устройством управления 11 с видеопроцессором. С появлением программируемых логических интегральных схем стало возможным существенно уменьшить габариты блока управления с видеопроцессором и сделать гибкой его архитектуру в части решения различных задач цифровой обработки видеосигнала. Ниже приведен один из возможных примеров реализации электронного блока 5 управления и обработки видеосигнала. Устройство управления 11 с видеопроцессором выполнено на одной плате, содержащей две цифровые программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС 1 и ПЛИС 2) на основе статической памяти каждая ( серии -3,.,США), связанные между собой 4-мя цифровыми дифференциальными -линиями одну цифровую программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС 3) на основе флэш-памяти ( серии ,., США), которая связана с ПЛИС 1 и ПЛИС 2 и последовательной перепрограммируемой энергонезависимой памятью, в которой храниться конфигурация для ПЛИС 1 и ПЛИС 2. На плате также установлены и электрически связаны с ПЛИС 1 микросхема синхронной динамической оперативной памяти(, 4 Мбит 32), которая используется для цифровой обработки видеосигнала, поступающего от устройства 4 формирования видеосигнала матричного приемника 10 разрядный цифроаналоговый преобразователя (ЦАП) с дифференциальным аналоговым выходом приемо-передатчик последовательного канала-422 для обмена с устройством коммутации 12 кварцевый генератор на 80 МГц, электрически связанный также с ПЛИС 2 и ПЛИС 3, который используется в качестве задающего генератора для устройства управления 11 с видеопроцессором. Плата устройства управления 11 с видеопроцессором также содержит электрически связанный с ПЛИС 2 двухканальный 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь с раздельными тактовыми входами (частотой дискретизации до 40 МГц) и несимметричными аналоговыми входами с входным сопротивлением 75 Ом по каждому каналу. Аналоговые входы могут быть использованы в случае реализации устройства 4 формирования видеосигнала матричного приемника с аналоговым выходом. ПЛИС 2 платы устройства управления 11 с видеопроцессором имеет 2 цифровых 29602006.08.30 формирования видеосигнала матричного приемника данного тепловизионного прицела используется один -канал. ПЛИС 2 имеет также третий цифровой -канал (4 дифференциальные цифровые -линии) для связи с другой такой же платой для повышения производительности устройства управления 11 с видеопроцессором в случае реализации его на нескольких таких платах. Внутри ПЛИС 1 платы устройства управления 11 с видеопроцессором реализованы видеопроцессор, который осуществляет цифровую обработку изображения, поступающего с устройства 4 формирования видеосигнала матричного приемника контроллер, управляющий непосредственно 4-канальный контроллер прямого доступа в память , который обеспечивает видеопроцессору, АЦП, ЦАП доступ кв процессе работы устройства управления 11 с видеопроцессором. Видеопроцессор в устройстве управления 11 с видеопроцессором может также быть реализован в виде отдельной микросхемы цифрового сигнального процессорасо встроенными в него контроллероми контроллером . Устройство коммутации 12 функционально содержит, по крайней мере, электрически связанные плату контроллера, осуществляющего управление электроприводом 8 перемещения линзы 2 оптического компенсатора, формирование управляющих сигналов для устройства управления 11 с видеопроцессором и обеспечивающего передачу видеосигнала на монитор 6 плату источника питания, содержащую преобразователи напряжения (/конверторы), которая формирует вторичные напряжения питания, необходимые для работы тепловизионного прицела в целом (для устройства 4 формирования видеосигнала матричного приемника, контроллера устройства коммутации 12, устройства управления 11 с видеопроцессором). Контроллер устройства коммутации 12 выполнен на одной плате, которая содержит,по меньшей мере, одну ПЛИС на основе статической памяти ( серии ,., США) и электрически связанные с ней микросхему последовательной перепрограммируемой энергонезависимой памяти, в которой хранится конфигурация для ПЛИС микросхему статической оперативной памяти (, 32 8, с временем выборки адреса 20 нс), в которой хранится графическая информация, формируемая на изображении два приемо-передатчика последовательного канала-422 для обмена с устройством управления 11 с видеопроцессором и пультом управления 7 кварцевый генератор на 30 МГц, который используется в качестве задающего генератора для платы контроллера,аналоговый видеоусилитель со схемой восстановления постоянной составляющей видеосигнала, вход которого подключен к выходу дифференциального аналогового видеоусилителя, на дифференциальный вход которого поступает аналоговый видеосигнал с выхода устройства управления 11 с видеопроцессором селектор синхроимпульсов, обеспечивающий выделение из видеосигнала устройства управления 11 с видеопроцессором строчных и кадровых синхроимпульсов, необходимых для синхронизации вводимого в видеосигнал изображения прицельной марки и алфавитно-цифровой информации, вход которого подключен к выходу того же дифференциального аналогового видеоусилителя 4-канальный аналоговый мультиплексор, осуществляющий ввод в аналоговый видеосигнал, с восстановленной постоянной составляющей, прицельной марки и алфавитноцифровой информации и обеспечивающий передачу видеосигнала на монитор 6. Один вход аналогового мультиплексора соединен с выходом аналогового видеоусилителя со схемой восстановления постоянной составляющей видеосигнала, второй вход аналогового мультиплексора соединен с аналоговым выходом цифроаналогового преобразователя,связанного своими цифровыми входами с ПЛИС и задающего уровень яркости формируемой на изображении прицельной марки и алфавитно-цифровой информации. Два других аналоговых входа 4-канального аналогового мультиплексора подключены к общему сигнальному проводнику с нулевым потенциалом платы контроллера. 5 29602006.08.30 Восстановление постоянной составляющей видеосигнала необходимо для формирования фона у вводимой в аналоговый видеосигнал алфавитно-цифровой информации, т.е. алфавитно-цифровая информация отображается на мониторе 6 с фоном, при этом фон отображаемого символа - черный, а сам символ - белый. При восстановлении постоянной составляющей происходит привязка уровня черного видеосигнала к нулевому потенциалу платы контроллера. Контроллер устройства коммутации 12 содержит микропроцессор, реализованный в виде отдельной микросхемы и электрически связанный с ПЛИС, который управляет электроприводом 8 перемещения линзы 2 оптического компенсатора и вводом в видеосигнал прицельной марки и алфавитно-цифровой информации, хранящейся вплаты контроллера, в соответствии с командами, поступающими от пульта управления 7 по последовательному каналу-422. В случае применения в плате контроллера устройства коммутации 12 ПЛИС другой серии (например, -3,., США) микропроцессор может быть реализован внутри нее. В простейшем случае устройство 4 формирования видеосигнала может быть выполнено в виде модуля, состоящего, по меньшей мере, из 2-х электрически связанных платы матричного приемника излучения и платы формирователя видеосигнала. Плата формирователя видеосигнала управляет платой матричного приемника и формирует видеосигнал в цифровой форме, который передается пятью цифровыми дифференциальными линиями в устройство управления 11 с видеопроцессором. В качестве фотоприемного устройства может быть использован тепловизионный микроболометрический модуль 109. Используя пульт управления 7 (фиг. 1), оператор может осуществлять включение/выключение тепловизионного прицела, выполнять поиск цели, фокусировку на резкое изображение цели, регулировку яркости, контраста изображения, смену увеличения (электронным путем) и выполнять другие функции. Таким образом, новый тепловизионный прицел обеспечивает расширение области его использования. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6