Результат интеллектуальной деятельности: Телевизионный прицел

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено в качестве дневно-ночного прицела, используемого в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известен дневно-ночной прицел со встроенным каналом подсветки (см. патент RU 2451958, опубл. 27.05.2012), содержащий дневной и ночной каналы, систему совмещения дневного и ночного каналов в виде ромб-призмы и канал подсветки объектов. Дневной канал состоит из дневного объектива, линзовой оборачивающей системы и общих с ночным каналом сетки и окуляра. Ночной канал содержит ночной объектив, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) и линзовую оборачивающую систему. Канал подсветки объектов совмещен с дневным каналом, содержит светодиод и размещен в общем с дневным и ночным каналами корпусе прицела. В дневном режиме ромб-призма установлена входной гранью на оптической оси дневного канала, а выходной гранью - на оптической оси ночного канала. В ночном режиме ромб-призма выводится из световых пучков дневного и ночного каналов. Ромб-призма является нерасстраиваемым элементом и установлена в параллельном пучке, ее перемещение не приводит к рассогласованию каналов, чем достигается упрощение конструкции и повышение технологичности прицела.

Недостатками этого устройства являются: неустойчивость ЭОПа к вибрации, перепадам температуры, влажности и давления, наличие подвижных элементов для переключения режимов работы, большие габаритные размеры и вес прицела

Наиболее близким по технической сущности является телевизионный прицел (см. полезная модель RU 67805, опубл. 27.10.2007), содержащий объектив с установленным на его визирной оси матричным ПЗС, осветитель, состоящий из расширителя пучка и излучателя, блок визуализации, устройство управления и блок питания, при этом выход матричного ПЗС связан с входом устройства управления, выходы которого соединены со входами блока визуализации и излучателя, а объектив выполнен с переменным фокусом и ирисовой диафрагмой, при этом вход объектива соединен с выходом устройства управления, осветитель дополнительно содержит фотодиод, вход-выход которого соединен с устройством управления, а вход-выход последнего соединен с матричным ПЗС. Такой телевизионный прицел обеспечивает возможность работы в условиях предельно низких освещенностей (1×10^-5 лк) без активной подсветки и в условиях высоких освещенностей (1×10⁵ лк), а также расширяет функциональные возможности системы.

Недостатком этого телевизионного прицела является наличие демаскирующего активного режима работы, запуск которого осуществляется без участия наблюдателя автоматическим включением излучателя при малой освещенности, наличие демаскирующих излучений при измерении дальности в импульсном режиме работы излучателя, а также сложность конструкции, технологического процесса изготовления и сборки, обусловленная наличием механизма автоматической регулировки диафрагмы, необходимого для ограничения засветки ПЗС при высоких уровнях внешней освещенности.

Задачей настоящего изобретения является создание телевизионного прицела, исключающего наличие демаскирующих излучений в рабочем режиме, включающемся без участия наблюдателя, а также упрощение конструкции и повышение технологичности телевизионного прицела с сохранением возможности работы в условиях как низких, так и высоких уровней освещенности.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в телевизионном прицеле, содержащем объектив, осветитель, блок визуализации, устройство управления и блок питания, в отличие от известного, на визирной оси объектива установлено матричное КМОП фотоприемное устройство, выход которого соединен с селектором синхронизации и с аналого-цифровым преобразователем, выход селектора синхронизации связан с входом устройства управления, вход-выход АЦП соединен с устройством управления, а также дополнительно содержится центральный процессор и два двухпортовых оперативно-запоминающих устройства, входы-выходы которых связаны с устройством управления, кроме того, осветитель имеет собственный блок управления осветителем, а объектив оснащен откидной крышкой с центральным отверстием, при этом выполняются следующие соотношения:

при

при

при

при

где D₁ - диаметр входного зрачка объектива при знаменателе относительного отверстия, равном 1;

D₂ - диаметр центрального отверстия в откидной крышке объектива;

E_{ф/п.макс.} - максимальная рабочая освещенность матричного КМОП фотоприемного устройства, нормируемая при знаменателе относительного отверстия, равном 1;

Е_{ф/п.мин.} - минимальная рабочая освещенность матричного КМОП фотоприемного устройства, нормируемая при отношении сигнал/шум, равном 10, и знаменателе относительного отверстия, равном 1;

Е_м.макс. - максимальная возможная освещенность на местности, задаваемая при проектировании;

Е_м.мин. - минимальная возможная освещенность на местности, задаваемая при проектировании;

n_п - число пикселей матричного КМОП фотоприемного устройства, объединяемых в строке в один пиксель и число строк, суммируемых с соседними, поочередно в каждом из двух ОЗУ;

А - знаменатель относительного отверстия применяемого объектива.

Такой телевизионный прицел исключает наличие рабочих режимов с демаскирующими излучениями, приводимыми в действие без участия наблюдателя, а также обеспечивает упрощение конструкции и повышение технологичности телевизионного прицела с сохранением возможности работы в условиях как низких, так и высоких уровней освещенности.

Функциональная схема телевизионного прицела приведена на фигуре 1.

Телевизионный прицел содержит объектив 1, на визирной оси которого установлено малогабаритное высокоразрешающее высокочувствительное матричное КМОП фотоприемное устройство 2, селектор синхроимпульсов 3, аналого-цифровой преобразователь АЦП 4, устройство управления и блок питания 5, центральный процессор 6, первое оперативное запоминающее устройство ОЗУ 7, второе оперативное запоминающее устройство ОЗУ 8, блок визуализации 9, откидную защитную крышку 11, дополнительную крышку 12, ось дополнительной крышки 13, ось откидной защитной крышки 14, излучатель 15 и блок управления излучателем 16. Глаз наблюдателя 10 показан для пояснения.

Расчет параметров варианта исполнения телевизионного прицела при исходных данных:

E_{ф/п.макс.} = 30000 лк;

Е_{ф/п.мин.} = 0,002 лк;

Е_м.макс. = 150000 лк;

Е_м.мин. = 0,001 лк;

А=1; D₁=35 мм

обеспечивает выполнение заданных требований:

- для Е_м.макс. = 150000 лк при D₂=15,6 мм;

- для E_м.мин. = 0,001 лк при n_п=2 (2×2 - при объединении 2-х пикселей в один и 2-х строк в одну).

Принцип действия телевизионного прицела заключается в следующем.

Светосильный объектив 1 строит изображение на высокочувствительном матричном КМОП фотоприемнике 2, обладающем большей устойчивостью к засветке при высоких уровнях освещенности, чем ПЗС фотоприемник.

Селектор синхроимпульсов 3 выделяет из видеосигнала синхросигнал строчной и кадровой частот и сигнал четного/нечетного поля, которые поступают на устройство управления 5. Аналого-цифровой преобразователь

4 преобразует аналоговый видеосигнал в цифровой, который поступает на устройство управления 5. Устройство управления 5 синхронизирует работу всех устройств. Двухпортовые оперативные запоминающие устройства 7 и 8 работают поочередно, пока производится запись видеокадра в ОЗУ 7, из ОЗУ 8 производится считывание в блок визуализации 9 предыдущего видеокадра. В следующий видеокадр, данные АЦП 4 пишутся в ОЗУ 8, а считываются из ОЗУ 7. Каждый видеокадр состоит из двух полей - первого и второго или нечетного и четного. Режимы работы устройства управления 5 регулирует центральный процессор 6, который учитывает состояние кнопок управления (включения/выключения прицела, яркости экрана, включения прицельной марки, выверки прицельной марки, вывода служебной информации, ввода реальных величин дальности и поправок и др.)

Для обеспечения работоспособности прибора на уровнях освещенности на местности Е_м.макс., превышающих максимально допустимую Е_{ф/п.макс.} для фотоприемного устройства 2, объектив 1 закрывается основной защитной крышкой 11 с центральным отверстием, диаметр D₂ которой выбирается из соотношения:

при

при

В нерабочем положении отверстие закрывается дополнительной крышкой 12 для предохранения объектива 1 от повреждений.

Таким образом, при максимально допустимой для фотоприемного устройства освещенности Е_{ф/п.макс.} = 30000 лк и при максимально возможной на местности освещенности Е_м.макс. = 150000 лк работоспособность телевизионного прицела обеспечивается, если диаметр центрального отверстия D₂ будет выполнен в пределах от ~ 1,5 до ~ 15 мм при размере входного зрачка D₁ объектива 1, равном 35 мм.

При снижении внешней освещенности менее Е_{ф/п.макс.} основная крышка 11 открывается, обеспечивая работу телевизионного прицела на полном входном зрачке D₁ объектива 1. При снижении внешней освещенности Е_м.мин. до уровня менее, чем минимальная рабочая освещенность Е_{ф/п.мин.} матричного КМОП 2, устройство управления 5 получает информацию об освещенности с матричного КМОП 2 и запускает алгоритм работы по объединению нескольких пикселей в один, повышая чувствительность телевизионного прицела. После окончания кадрового синхроимпульса производится суммирование соседних по времени пар пикселей и запись данных первого поля в ОЗУ 7 (ОЗУ 8). Во втором поле сначала производится считывание данных первого поля из ОЗУ 7 (ОЗУ 8), затем производится суммирование соседних по времени пар пикселей и запись данных в ОЗУ 7 (ОЗУ 8). Таким образом, в каждой ячейке будет храниться сумма соседних пар пикселей первого и второго полей, т.е. каждый формируемый пиксель суммируется с соседним как по пикселям в строке, так и по строкам полей, при этом выполняются следующие соотношения:

при

при

Здесь при минимально допустимой для фотоприемного устройства освещенности Е_{ф/п.мин.} = 0,002 лк и при минимальной заданной на местности освещенности Е_м.мин. = 0,001 лк работоспособность телевизионного прицела обеспечивается, если число n_п пикселей (и строк), объединяемых в один будет составлять n_п=2 (2×2 - при объединении 2-х пикселей в один и 2-х строк в одну), или 4 (4×4 - при объединении 4-х пикселей в один и 4-х строк в одну).

Режим объединения пикселей обеспечивает работоспособность телевизионного прицела ночью в пассивном режиме. При необходимости проведения работ в условиях полной темноты (осуществление выверки, вынужденное наблюдение и др.) используется встроенный в общий корпус прицела излучатель 15, включение которого осуществляется наблюдателем через блок управления излучателем 16.

Такой телевизионный прицел исключает наличие рабочих режимов с демаскирующими излучениями, приводимыми в действие без участия наблюдателя, а также обеспечивает упрощение конструкции и повышение технологичности телевизионного прицела (исключает наличие трудоемкой конструкции ирисовой диафрагмы, а также сложных электромеханических узлов автоматического управления ирисовой диафрагмой) с сохранением возможности работы в условиях как низких, так и высоких уровней освещенности.