способ измерения спектральных характеристик отражения или излучения объекта в любой точке его телевизионного изображения и видеоспектрометр, реализующий этот способ в реальном или условном масштабе времени

Формула изобретения

1. Способ измерения спектральных характеристик отражения или излучения любой точки объекта в реальном или условном масштабе времени, состоящий в том, что формируют и запоминают телевизионное изображение объекта, при этом световой поток от каждой элементарной площадки поверхности объекта пропускают через устройство, обеспечивающее для каждого нормированного светоделенного измерительного канала селекцию своей спектральной зоны, после чего измеряют энергию в отдельных спектральных зонах, а в качестве изображающего и измерительного устройства используют ПЗС-матрицу со схемой управления с установленными перед ней объективом и устройством селекции в виде светофильтра, совместно с которыми матрица образует нормированный светоделенный измерительный канал, причем полученные сигналы подвергают линейным преобразованиям в блоке обработки и последующим преобразованиям в спецвычислителе, в который заложен алгоритм расчета спектральных характеристик излучения или отражения точек объекта - подстилающей поверхности на основе выражений:

S = (S_i+1+ S_i)

S_d= (S_i+1-S_i)

d= S_i+1/S_i

где d - отношение нормированных размахов видеосигнала для 2-х соседних нормированных светоделенных измерительных каналов;

i - номер нормированного светоделенного измерительного канала;

S - нормированный размах видеосигнала,

при этом нормированные светоделенные измерительные каналы формируют в соответствии со следующими условиями: спектральная характеристика светофильтра в первом нормированном светоделенном измерительном канале имеет форму равнобедренного треугольника, основание которого по шкале длин волн равно удвоенному расстоянию между средними значениями полос пропускания соседних нормированных светоделенных измерительных каналов, ширину спектральной характеристики каждого из нормированных светоделенных измерительных каналов выбирают в соответствии с требуемым отношением сигнал/шум в каждом нормированном светоделенном измерительном канале и необходимой точностью измерения спектральных характеристик, периодически перед каждым из нормированных светоделенных измерительных каналов устанавливают эталонный объект опорного белого цвета, освещенный действующим в данный момент источником освещения, после чего автоматически вычисляют и вводят поправки в коэффициенты преобразования для нормированных светоделенных измерительных каналов для данной цветовой температуры источника освещения объекта, отличающийся тем, что для каждой спектральной зоны используют свой нормированный светоделенный измерительный канал, при этом нормирование и измерение осуществляют во всех нормированных светоделенных измерительных каналах одновременно при синхронном считывании и обработке видеосигналов.

2. Способ измерения по п. 1, отличающийся тем, что селекцию из светового потока каждой спектральной зоны осуществляют последовательно по ходу светового потока светоделением, спектральная характеристика светофильтров второго и последующих нормированных светоделенных измерительных каналов имеет форму трапеции, нижнее основание которой, расположенное на шкале длин волн, равно удвоенному расстоянию между средними значениями полос пропускания соседних нормированных светоделенных измерительных каналов, а верхнее основание - половине нижнего основания, при этом одна граница спектральной зоны представляет собой вертикальное бедро трапеции, а другая граница - наклонное бедро трапеции, параллельное соответствующему бедру равнобедренного треугольника спектральной характеристики светофильтра первого канала.

3. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее N нормированных светоделенных измерительных каналов, каждый из которых состоит из оптической части, ПЗС-матрицы, выполненной со схемой управления, блока обработки видеосигнала, блок синхронизации и управления, спецвычислитель, контрольный дисплей, блок консервации информации, причем оптическая часть включает в себя измерительный светофильтр для селекции соответствующей спектральной зоны, выход которого оптически связан со входом соответствующего каждому каналу объектива, выход которого оптически связан со входом ПЗС-матрицы, выполненной со схемой управления, управляющий вход которой подключен к выходу блока синхронизации и управления, выход ПЗС-матрицы, выполненной со схемой управления, подключен ко входу блока обработки видеосигнала, выход спецвычислителя подключен ко входу контрольного дисплея, периодически перед каждым из нормированных светоделенных измерительных каналов устанавливают эталонный объект опорного белого цвета, отличающееся тем, что для каждой спектральной зоны используют свой нормированный светоделенный измерительный телевизионный канал, в каждом канале выход блока обработки видеосигнала подключен к своему входу спецвычислителя, соответствующие выходы которого подключены ко входам блока консервации информации, блока синхронизации и управления и к управляющему входу блока обработки видеосигнала, причем объективы всех измерительных каналов идентичны между собой.

4. Устройство по п. 3, реализующее способ по п. 2, отличающееся тем, что оптическая часть дополнена съемочным объективом, общим для всех нормированных светоделенных измерительных каналов и оптически связанным своим выходом с набором измерительных светофильтров, представленным в виде последовательного ряда дихроических зеркал и образующим многоканальный - по числу дихроических зеркал - блок светофильтров, выход каждого из которых оптически связан со входом соответствующего каждому каналу объектива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области телевизионных измерений, а более конкретно к способам спектральных измерений характеристик отражения или излучения передаваемого объекта, а также к устройствам, реализующим эти способы.

Известны различные способы измерения спектральных характеристик излучения объекта.

К высокоточным способам следует отнести спектральное разложение поступающего в прибор отраженного или излученного светового потока и последующее измерение энергий его спектральных составляющих [1] . Спектральные измерения в этом случае можно производить с высокой точностью. Этот способ имеет ограничение, так как не позволяет оперативно измерять спектральные характеристики одновременно с измерением координат точек объекта, в которых производятся измерения спектральных характеристик в данный момент времени.

Способ, используемый при измерении спектральных характеристик объекта при помощи специального телевизионного устройства [2] , в принципе позволяет преодолеть это ограничение, однако не обеспечивает на практике требуемой точности определения координат точки объекта, в которой производятся измерения спектральной характеристики, практически не исключает влияния на точность измерений цветовой температуры источника освещения объекта и оптико-механической стабильности характеристик оптической системы. Кроме того, работа телевизионного устройства в режиме, когда чувствительность телевизионной системы близка к квантовому порогу преобразователя свет/сигнал, снижает его качественные показатели. Помимо принципиальных недостатков, присущих устройству [2] : малая разрешающая способность измерителя - лишь 72 точки в строке, снижение точности измерений из-за низкого отношения сигнал/шум, систематические ошибки измерений из-за несоответствия реально действующего источника освещения объекта и опорного источника света, имеется ряд эксплуатационных недостатков, вызванных тем, что прибор представляет собой комбинацию новейших телевизионных технологий и старого громоздкого классического спектрометра. В результате - трудности с обеспечением требуемых прочностных характеристик и устойчивости к климатическим воздействиям при размещении прибора на борту различных носителей, прежде всего на летательных аппаратах, так как малейшее изменение взаимного положения оптических компонентов прибора приводит к появлению ошибок определения спектральных характеристик из-за пространственного смещения изображения дисперсионной картины на ПЗС-матрице по отношению к положению телевизионной строки оптического изображения объекта. Перечисленные недостатки вынуждают работать в условном, как правило замедленном, масштабе времени с использованием регистратора.

Известны также способ и устройство для его реализации [3] , недостатки и сохраняющие достоинства упомянутых выше способов и устройств и позволяющие

обеспечить измерение в реальном или условном масштабе и с необходимой точностью спектральных характеристик любой точки объекта при одновременном измерении координат точки, в которой производятся спектральные измерения;

обеспечить прочностную и температурную стабильность качественных показателей устройства;

исключить зависимость точности спектральных измерений от изменения цветовой температуры источника освещения объекта.

Способом и устройством [3] , принятым нами за прототип, указанная задача решается применением телевизионной камеры, снабженной набором измерительных светофильтров (далее светофильтров), сменяемых синхронно с кадровой частотой камеры так, что каждый кадр несет информацию об изображении в спектральном диапазоне, определяемом спектральной характеристикой пропускания находящегося в данный момент в оптическом ходе светофильтра. Таким образом, камера с набором светофильтров образует нормированный набор коммутируемых последовательно нормированных светоделенных измерительных каналов (далее по тексту обозначение нормированных светоделенных измерительных каналов варьируется как измерительные светоделенные каналы, светоделенные каналы, измерительные каналы, измерительные телевизионные каналы и просто каналы), решая одновременно две задачи: изображение объекта и измерение спектральной характеристики излучения (отражения) каждой элементарной площадки (подстилающей поверхности) изображаемого объекта.

При этом:

спектральная характеристика пропускания каждого светофильтра имеет форму равнобедренного треугольника;

ширина спектральной характеристики пропускания по своему основанию равна удвоенному расстоянию между вершинами характеристик соседних каналов;

спектральные характеристики чувствительности всех каналов в абсолютных единицах строго идентичны и сбалансированы на цветовую температуру источника освещения объекта, действующего в данный момент времени, так что видеосигналов в каждом канале при передаче "опорного белого" цвета оказываются равными. Для этого предусматривается периодическое автоматическое или оператором вручную введение в оптический тракт прибора элемента "опорного белого" цвета, освещенного источником с действующей в данный момент цветовой температурой, вычисление поправочного коэффициента каждого спектрального канала и введение этой в коэффициенты передачи светоделенного канала;

полный цикл получения данных, необходимых для измерения спектральных характеристик любой точки изображения, заключается в последовательной записи видеосигналов изображений, соответствующих всему комплекту светофильтров.

Вид спектральных характеристик измерительных каналов прибора, построенного по описываемому принципу, приведен на фиг. 1 (рисунки верхний и средний). С помощью этого прибора можно измерить размахи видеосигналов, соответствующих любому из элементов изображения, полученного при прохождении светового потока от него поочередно через все светофильтры набора. Далее, используя алгоритм, описываемый выражениями

S = (S_i+1+ S_i);

S_d = (S_i+1 - S₁);

d = S_i+1/S_i,

где S_i - размах видеосигнала в канале "i";

S_i+1 - размах видеосигнала в канале "i+1",

для всех светоделенных можно вычислить спектральную характеристику отражения или излучения данной точки объекта в данное время. Здесь и далее нормированным светоделенным каналом понимается телевизионный канал с находящимся в оптическом ходе светофильтром. Количество светоделенных каналов равно количеству светофильтров в диске, при этом количество отсчетов спектрального отражения данной точкой не равно (много более) числу светоделенных каналов.

Производя требуемые вычисления для данной точки периодически в темпе, можно определить временную эволюцию этой характеристики.

Приемлемое отношение сигнал/шум получается при предлагаемого способа благодаря тому, что спектральная характеристика пропускания светофильтра, действующего в любой момент времени, имеет достаточную ширину, которая выбирается в соответствии с компромиссом между заданной точностью измерений и требуемой минимальной освещенностью объекта.

Пространственное разрешение прибора определяется выбором ПЗС-матрицы и требуемой скоростью получения информации, причем автоматически происходит "обмен скорости на качество", т. е. при большей требуемой скорости может быть меньшей точность спектральных измерений или меньшим пространственное разрешение. Достижение компромисса в указанном противоречии может быть обеспечено либо применением известных сканеров, компенсирующих смещение носителя за время спектральных измерений для данной точки подстилающей поверхности, либо применением одного из известных методов корреляционной обработки видеосигнала в спецвычислителе, что может быть учтено при программировании последнего. При этом возможно в спецвычислителе поправки на скорость носителя.

Архитектура устройства, реализующего принятый за прототип способ [3] , иллюстрируется блок-схемой, приведенной на фиг. 4.

Оно состоит из диска 1 с набором светофильтров, объектива 2, ПЗС-матрицы 3 со схемой управления, блока 4 обработки видеосигнала, привода 5 диска светофильтров, блока 6 автоматического регулирования частоты и фазы вращения диска светофильтров, кодера 7 спектрального номера, блока 8 синхронизации и управления, блока 9 автоматического баланса, радиолинии или иной линии 10 связи, блока 11 консервации информации, буферной памяти 12, первого коммутатора 13, аналого-цифрового преобразователя - АЦП 14, второго коммутатора 15, многовходового блока 16 памяти, третьего коммутатора 17, вычислителя 18, пульта 19 управления вычислителем и блока 20 управления памятью. Периодически вводимый в оптический тракт прибора элемент опорного белого обозначен позицией 21.

Световой поток от объекта, пройдя через светофильтр диска 1 и объектив 2, преобразовывается ПЗС-матрицей 3 в видеосигнал, который проходит необходимые линейные преобразования в блоке 4 обработки видеосигнала; далее видеосигнал поступает в два адреса: на блок 9 автоматического баланса, при помощи которого в режиме настройки осуществляется баланс видеосигналов во всех светоделенных каналах видеоспектрометра от нейтрального объекта, освещенного внешним источником света, а также на вход радиолинии или иной линии 10 связи или (при отсутствии таковой) на входы первого коммутатора 13 и блока 11 консервации информации.

При помощи кодера 7 спектрального номера формируется код номера действующего в данный момент светофильтра из набора, смонтированного в диске 1, который (код) замешивается в видеосигнал во время кадрового гасящего импульса в блоке 4. Информация о частоте и вращения диска светофильтров поступает на блок 6 автоматического регулирования частоты и фазы вращения, сигнал управления с которого посыпает затем на привод 5 диска светофильтров. Блок 8 синхронизации и управления, содержащий также декодер номера светофильтра, обеспечивает необходимую временную синхронизацию работы блоков, формирует все необходимые для работы ПЗС-матрицы 3 сигналы управления, формирует на основе кода спектрального номера спектрально-временной код для индексации видеосигнала каждого кадра, который поступает на блок 4 обработки видеосигнала и записывается в межкадровом соответствующего кадра во время кадрового гасящего импульса. Таким образом, видеосигнал, соответствующий каждому кадру изображения, несет всю необходимую для последующей обработки информацию. Кроме того, блок 8 синхронизации и управления автоматически переключает режимы работы блока 9 автоматического баланса ("настройка - работа").

Далее видеосигнал, поступивший на первый коммутатор 13 и блок 11 консервации информации, записывается на носитель. Таким образом, имеется возможность работы видеоспектрометра как в реальном масштабе времени, так и при воспроизведении информации с блока 11 консервации информации через буферную память 12. Выбор режима производится при помощи первого коммутатора 13. Видеосигнал с выхода первого коммутатора 13 поступает на вход аналого- цифрового преобразователя 14, где преобразуется в цифровой поток, поступающий при помощи второго коммутатора 15 последовательно на входы многовходового блока 16 памяти. Количество входов этого блока равно числу светоделенных каналов видеоспектрометра. В многовходовом блоке 16 памяти собирается для последующей обработки видеоинформация полного цикла измерений.

После выполнения алгоритма работы видеоспектрометра для данного объекта, т. е. находящегося в поле зрения камеры в данный момент времени, цифровые потоки попарно последовательно поступают через третий коммутатор 17 на входы вычислителя 18, где проводится необходимый комплекс вычислений, сравнение с имеющимися в памяти вычислителя нормирующими номограммами и запись результатов спектральных измерений. Управление работой второго коммутатора 15 и многовходового блока 16 памяти производится блоком 20 управления памятью. При помощи пульта 19 управления вычислителем управляется третий коммутатор 17 и на вычислитель подается команда выбора режима работы.

Возможны следующие режимы работы вычислителя:

измерение спектральных характеристик заданных точек изображения;

поиск и выделение на изображении участков с заданными спектральными характеристиками излучения путем программирования спецвычислителя;

сравнение спектральных характеристик одного и того же объекта;

измерение координат любых участков (точек) изображения и т. д.

Прототип имеет, однако, существенный недостаток: так как измерения спектральных характеристик производятся путем последовательной смены светофильтров, имеющих специальную форму спектральных характеристик, и получения и анализа телевизионных изображений, полученных с каждым фильтром, то использование такого видеоспектрометра на летательных аппаратах (ЛА), перемещающихся с большой скоростью, невозможно. Прототип нельзя применять также для измерения спектральных характеристик быстротекущих процессов, поскольку скорость чередования светофильтров определяется кадровой частотой телевизионной камеры. Ограниченность возможностей обусловлена наличием движущейся детали, а именно диска светофильтров. По этой же причине невозможно получить требуемое время экспонирования как и спектрометра в приемлемых массогабаритных величинах и с устойчивостью к внешним механическим и температурным воздействиям. Исходя из принципиального замысла способа и устройства [3] , принятых за прототип, следовало устранить присущие им недостатки, для чего потребовались изменения как в части совокупности и взаимосвязи приемов, составляющих способ, так и в части набора и взаимосвязи узлов и блоков, образующих спектрометр.

Приведенное выше описание способа [3] позволяет выделить его принципиальную схему, на которой базируется техническое решение поставленной задачи. Принципиальная схема способа [3] заключается в том, что измерения спектральных характеристик излучения любой точки объекта в реальном или условном масштабе времени формируют и запоминают телевизионное изображение объекта, при этом световой поток от каждой элементарной площадки поверхности объекта пропускают через устройство, обеспечивающее для каждого измерительного канала селекцию своей спектральной зоны, после чего измеряют энергию в отдельных спектральных зонах, а в качестве изображающего и измерительного устройства используют ПЗС-матрицу со схемой управления с установленным перед ней объективом и устройством селекции, например светофильтром, совместно с которыми матрица образует нормированный светоделенный измерительный канал, причем полученные видеосигналы подвергают линейным преобразованиям в блоке обработки и последующим преобразованиям в спецвычислителе, в котором заложен алгоритм расчета спектральных характеристик излучения или отражения точек объекта - подстилающей поверхности на основе выражений

S = (S_i+1+ S_i); (1)

S_d = (S_i+1 - S_i); (2)

d = S_i+1/S_i, (3)

где d - отношение нормированных размахов видеосигнала для двух соседних по спектру каналов,

i - номер светоделенного канала,

S - нормированный размах видеосигнала,

при этом каждый светоделенный канал формируют в соответствии со следующими условиями: спектральная характеристика пропускания каждого канала имеет форму равнобедренного треугольника, основание которого по шкале длин волн равно удвоенному расстоянию между средними значениями полос пропускания соседних каналов, ширину спектральной характеристики каждого из светоделенных каналов выбирают в соответствии с требуемым отношением сигнал/шум в данном светоделенном канале и необходимой точностью определения спектральных характеристик, периодически перед каждым из светоделенных каналов автоматически или вручную устанавливают эталонный объект опорного белого цвета, освещенный действующим в данный момент источником освещения, после чего автоматически вычисляют и вносят поправки в коэффициенты преобразования для светоделенных каналов для данной цветовой температуры источника освещения объекта. Спектральные характеристики пропускания соседних по спектру каналов показаны на верхнем и среднем рисунках фиг. 1.

В способе-прототипе [3] устройством, обеспечивающим для каждого измерительного канала селекцию своей спектральной зоны, является набор сменных светофильтров, совместно с которыми матрица образует набор нормированных светоделенных измерительных каналов, во времени последовательно коммутируемых друг за другом, что требует введения кода номера действующего в данный момент светофильтра в межкадровом интервале во время гасящего импульса дальнейшей индексации кадров, соответствующих данному светофильтру и накапливаемых в многовходовом блоке памяти, связанном со спецвычислителем. Необходимость этих операций обусловлена тем обстоятельством, что способ [3] предполагает образование набора измерительных светоделенных каналов сменой фильтров перед одним и тем же объективом, установленным на входе единственного телевизионного канала. Перечисленные в данном абзаце операции перестают быть необходимыми, если использовать для каждого одиночного светофильтра свой измерительный светоделенный телевизионный канал.

Исходя из этого, задача в плане способа решается тем, что для каждой спектральной зоны используют свой нормированный светоделенный измерительный канал, при этом процесс нормирования и измерения осуществляют во всех каналах одновременно при синхронном считывании и обработке видеосигналов. Спектральные характеристики соседних по спектру каналов будут при этом такими же, как и в способе-прототипе [3] и показаны на верхнем и среднем рисунках на фиг. 1.

Для анализа процессов, происходящих на конечном расстоянии от видеоспектрометра и требующих более высокой точности геометрических и спектральных измерений, требуется обеспечить оптическую соосность всех светоделенных каналов. Для достижения этой цели предлагается дополнить заявляемый способ особенностью спектральной характеристики светофильтров второго и последующих каналов, которая обретает форму трапеции, нижнее основание по шкале волн равно удвоенному расстоянию между средними значениями полос пропускания соседних каналов, а верхнее основание - половине нижнего основания, при этом одна граница спектральной зоны - коротковолновая - представляет собой вертикальное бедро трапеции, а другая граница - длинноволновая - наклонное бедро трапеции, параллельное бедру равнобедренного треугольника таким образом, что результирующая спектральная характеристика пропускания каждого из каналов имеет форму равнобедренного треугольника, а ширина спектральной характеристики по своему основанию равна удвоенному расстоянию между вершинами характеристик соседних каналов. На нижнем рисунке фиг. 1 изображены спектральные характеристики светофильтров каналов при их оптической соосности в телецентрическом ходе лучей при условии спектральной нейтральности ПЗС-матрицы.

Наиболее близок к заявляемому видеоспектрометру спектрометр [3] , выбранный за прототип. Его скелетная архитектура, повторяющаяся в заявляемом видеоспектрометре, содержит оптическую часть, ПЗС-матрицу. выполненную со схемой управления, блок обработки видеосигнала, блок синхронизации и управления, блок консервации информации, спецвычислитель и контрольный дисплей, причем оптическая часть включает в себя измерительный светофильтр из набора светофильтров для селекции соответствующей части спектральной зоны, эталонный объект опорного белого цвета, объектив, выход которого оптически связан со входом ПЗС-матрицы, выход которой подключен ко входу блока обработки видеосигнала, а управляющий вход - к выходу блока синхронизации и управления, причем выход спецвычислителя подключен ко входу контрольного дисплея.

Заявляемый видеоспектрометр отличается тем, что устройство содержит для каждой спектральной зоны свой нормированный светоделенный телевизионный канал, в каждом канале выход блока обработки видеосигнала подключен к соответствующему входу спецвычислителя, соответствующие выходы которого подключены ко входам блока консервации информации, блока синхронизации и управления и к управляющему входу блока обработки видеосигнала, причем объективы всех измерительных каналов идентичны между собой. Таково устройство в своем первом заявляемом варианте, предназначенном для проведения спектральных и геометрических измерений с быстролетящего летательного (ЛА), когда объект исследования находится на значительном удалении от видеоспектрометра, а к последнему предъявляются высокие требования в отношении устойчивости к внешним механическим и температурным воздействиям. Спектральные характеристики чувствительности всех каналов заявляемого устройства в абсолютных единицах строго идентичны, сбалансированы на цветовую температуру источника освещения объекта, действующего в данный момент, и представлены верхним и средним рисунками на фиг. 1.

На фиг. 2 представлена блок-схема заявляемого устройства по первому варианту, а на фиг. 3 - по второму.

Второй вариант заявляемого устройства предназначен анализа процессов, происходящих на конечном расстоянии от видеоспектрометра и требующих высокой точности геометрических и спектральных измерений, но не предъявляющих высоких требований в отношении устойчивости к внешним механическим и температурным воздействиям. Этот вариант является реализацией способа с использованием оптической соосности светофильтров в телецентрическом ходе лучей и спектральной характеристики светофильтров во втором и последующих каналах, изображенной на нижнем рисунке фиг. 1. Из рисунка видно, что характеристика светофильтра в первом канале имеет форму равнобедренного треугольника. В последующих каналах характеристика каждого светофильтра имеет форму неравнобедренной трапеции, что является следствием прохождения луча через последовательный ряд дихроических зеркал.

Таким образом заявляемое устройство по первому варианту содержит N каналов, каждый из которых состоит из оптической части, включающей в себя светофильтр из набора светофильтров 1a, 1b, 1n, объектив 2, преобразователь свет-сигнал в виде ПЗС-матрицы 3, выполненной со схемой управления, блока 4 обработки видеосигнала при общих блоке 5 синхронизации и управления, спецвычислителе 6, контрольном дисплее 7 и блоке 8 консервации информации. Телевизионный участок (далее ТВ-участок) каждого канала образован объективом 2, ПЗС- матрицей 3, выполненной со схемой управления и блоком 4 обработки видеосигнала. При калибровке прибора эталонный объект 9 опорного белого цвета устанавливается перед оптической частью каждого из нормированных светоделенных измерительных каналов.

Видеоспектрометр по первому варианту работает следующим образом:

в каждом из падающего светового потока его оптической частью: светофильтром из набора светофильтров 1 и объективом 2 - выделяется его спектральная часть, умножив которую на спектральную характеристику преобразователя свет/сигнал, выполненного как ПЗС-матрица 3, получим спектральную характеристику данного канала. Форма спектральной характеристики соответствует условиям, приведенным в прототипе [3] . Видеосигнал, полученный в результате преобразования оптического изображения на мишени ПЗС-матрицы 3, выполненной со схемой управления, поступает на блока 4 обработки видеосигнала, где проходит линейную обработку, и затем поступает на вход спецвычислителя 6, который выполняет следующие функции:

определение максимального сигнала в каждом канале, сравнение сигналов с нормой и регулирование времени экспозиции;

вычисление в реальном масштабе времени спектральных характеристик в каждой точке телевизионного изображения,

формирование сигнала автоматического баланса для его подачи в блок 4 обработки видеосигнала;

формирование на рабочем выходе сигнала в виде, удобном для консервации информации;

управление блоком 5 синхронизации и управления подачей в этот блок импульса синхронизации с целью установления оптимального времени экспозиции, одинакового во всех преобразователях свет/сигнал;

формирование выходного контрольного видеосигнала для контрольного дисплея 7.

Далее сигнал с рабочего выхода спецвычислителя 6 поступает на вход блока 8 консервации информации, где записывается на носитель информации, а сигнал с контрольного выхода поступает на контрольный дисплей 7 для оперативного контроля.

Незначительное пространственное разнесение каналов не имеет значения, так как оно ничтожно мало по сравнению с расстоянием до объекта исследований и не вносит никаких искажений в совмещенное изображение со всех каналов.

Преимущества данного варианта видеоспектрометра по сравнению с прототипом [3] следующие:

нет ни одной движущейся детали; очевидная простота оптического блока каждого канала;

значительное сокращение числа функциональных блоков в устройстве,

короткое время цикла экспонирования во всех каналах (при средней освещенности объекта-1/10000 с), что позволяет использовать видеоспектрометр на больших скоростях ЛА.

возможность изготовления в приемлемых массогабаритных величинах изделия, устойчивого к внешним механическим и температурным воздействиям.

Для быстротекущих процессов, происходящих на конечном расстоянии от видеоспектрометра и требующих высокой точности геометрических и спектральных измерений, предлагается вариант видеоспектрометра, приведенный на фиг. 3.

Он состоит из общего для всех съемочного объектива 9 при периодическом наличии перед ним эталонного объекта 10 опорного белого цвета, многоканального блока 1 светофильтров и N каналов с идентичными по характеристикам ТB-участками. ТB-участок каждого канала состоит из объектива 2, ПЗС-матрицы, выполненной со схемой управления, блока 4 обработки видеосигнала. Как и в предыдущем варианте, устройство содержит блок 5 синхронизации и управления, спецвычислитель 6, контрольный дисплей 7, блок 8 консервации информации. Функциональная взаимосвязь между блоками такая же, как и в предыдущем варианте:

выходы всех каналов соединены с соответствующими входами спецвычислителя 6, который имеет четыре выхода: на блок 5 синхронизации и управления, на блок 8 консервации информации, на контрольный дисплей 7 и на блок 4 обработки видеосигнала. Блок 5 синхронизации и управления связан своим выходом с управляющим входом ПЗС-матрицы 3, выполненной со схемой управления.

Работает этот вариант видеоспектрометра следующим образом.

После калибровки прибора путем установки перед объективом 9 эталонного объекта 10 опорного белого цвета при помощи съемочного объектива 9 осуществляется фокусировка на исследуемый объект, многоканальный блок 1 светофильтров располагается в телецентрическом ходе лучей, благодаря чему минимизируются цветовые искажения в каждом канале. Далее объектив 2 в канале формирует изображение объекта в своем спектральном диапазоне на мишени ПЗС-матрицы 3, выполненной со схемой управления; сигнал поступает с выхода ПЗС- матрицы 3 на вход блока 4 обработки видеосигнала, где проходит линейную обработку. Выходные, сигналы каждого канала поступают на соответствующие входы спецвычислителя 6, который выполняет функции, аналогичные предыдущему варианту. Назначение и выполняемые функции блока 5 синхронизации и управления, блока 8 консервации информации и контрольного дисплея 7 идентичны предыдущему варианту. Второй и последующие каналы при условии спектральной нейтральности ПЗС-матрицы работают от тех ячеек блока 1, которые имеют спектральные характеристики, изображенные на нижнем рисунке фиг. 1.

Несмотря на сложность оптической части второго варианта видеоспектрометра, он имеет одно важное преимущество:

все каналы оптически соосны и светоделение в многоканальном блоке светофильтров осуществляется в телецентрическом ходе лучей. Все это гарантирует минимум геометрических и спектральных искажений независимо от расстояния до объекта исследований.

В настоящее время разрабатывается комплект конструкторской документации и программное обеспечение экспериментальных образцов обоих вариантов видеоспектрометра.

Использованные источники

1. Спектрофотометр СФ-46. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Ю-34.11.629-ТО. Ленинград. 1992 г.

2. Advanced Airborne Hiperspectral Jonaging Sistem (AAHJS) - an miaging spectrometer for maritime applications. 1994. Материалы фирм:

SETS Technology Inc. (авторы: Marc A. Volker, Ronald G. Resmini и др. )

Science Applications International Corp. (авторы: Cristopher C. Coyl, Richard D. Anderson). 1994.

3. Способ измерения спектральных характеристик отражения или излучения объекта в любой точке его телевизионного изображения и видеоспектрометр, реализующий этот способ в реальном или условном масштабе времени. Описание изобретения к патенту по заявке N 97118187/09.