оптико-электронная система обзора и сопровождения

Формула изобретения

Оптико-электронная система обзора и сопровождения, содержащая монохромный оптико-электронный прибор, блок определения межкадрового смещения изображения и видеосмотровое устройство, отличающаяся тем, что введены блок псевдоцветности, выходом соединенный со входом видеосмотрового устройства, последовательно соединенные блок преобразования уровня сигнала, первый блок буферной памяти и блок сравнения уровней сигнала от общей части изображений, первым выходом соединенный с первым входом блока преобразования уровня сигнала, а также блок логики работы и второй блок буферной памяти, при этом второй выход первого блока буферной памяти соединен с первым входом блока определения межкадрового смещения изображений, первым выходом соединенного со вторым входом блока сравнения уровней сигнала от общей части изображения, первый вход второго блока буферной памяти соединен с выходом монохромного оптико-электронного прибора, а его первый, второй и третий выходы соединены соответственно со вторым входом блока определения межкадрового смещения изображения, третьим входом блока сравнения сигналов от общей части изображений и вторым входом блока преобразования уровня сигнала, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока логики работы соединены соответственно со вторым входом первого блока буферной памяти, третьим входом блока определения межкадрового смещения изображения, четвертым входом блока сравнения уровней сигнала от общей части изображений, третьим входом блока преобразования уровня сигнала и вторым входом второго блока буферной памяти, первый, второй, третий и четвертый входы блока логики работы связаны соответственно с третьим выходом первого блока буферной памяти, вторым выходом блока определения межкадрового смещения изображения, вторым выходом блока сравнения сигналов от общей части изображений и четвертым выходом второго блока буферной памяти, а вход блока псевдоцветности соединен с четвертым выходом первого блока буферной памяти.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области устройств, использующих оптико-электронные приборы, преобразующие электромагнитное излучение в электрический сигнал, несущий информацию об изображении, размещаемые на подвижном основании. Примерами таких приборов могут служить, например, субмиллиметровые телескопы, теплопеленгаторы, тепловизоры, телекамеры, визуализаторы рентгеновского излучения. Как правило, в таких приборах используются видеосмотровые устройства для наблюдения процесса работы оператором. Для получения возможно больших градаций яркости в формируемом изображении используется регулирование освещенности на фотоприемнике и растягивание видеосигнала от уровня черного до уровня белого.

Известна система для слежения за подвижными объектами [1], в которой имеются последовательно соединенные телекамера (оптико-электронный прибор) и видеоконтрольное (видеосмотровое) устройство, а также устройство, подключенное к выходу телекамеры, обеспечивающее слежение за двумя изображениями объектов. Недостатком этой системы является трудность наблюдения на экране видеосмотрового устройства за низкоконтрастными малоразмерными объектами, особенно на сложном фоне.

Известен также видеомонитор (видеосмотровое устройство), описанный в [2]. Он может использоваться для приема видеосигнала от тепловизора (оптико-электронного прибора) и содержит блок для преобразования монохромного (черно-белого) видеосигнала в цветной (блок псевдоцветности). Формирование цветного изображения на видеосмотровом устройстве существенно улучшает условия наблюдения для оператора. Но недостатком прямого преобразования монохромного видеосигнала в цветной является то, что при перемещении оптико-электронного прибора относительно фона или объекта при наличии контура регулировки освещенности либо автоматической регулировки усиления видеосигнала в оптико-электронном приборе цветовая гамма изменяется даже для тех фрагментов изображения, которые не изменили своей яркости. Это затрудняет процесс наблюдения для оператора.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является информационная телевизионная система [3] (стр. 7-8, рис. 3). В этой системе имеются последовательно соединенные телевизионный датчик, устройство усиления и обработки сигнала и видеоконтрольное (видеосмотровое) устройство, а также подключенный параллельно видеосмотровому устройству классификатор и синхронизатор, обеспечивающий согласованную работу блоков. Устройство усиления и обработки сигнала и телевизионный датчик могут рассматриваться как составные части оптико-электронного прибора. Классификатор обеспечивает сравнивание текущего сигнала с ранее запомненным. В результате сравнения могут быть определены параметры перемещения изображения. То есть классификатор может выполнять функцию определения смещения изображения. Недостатком этой системы является то, что для получения цветного изображения на экране видеосмотрового устройства требуется использование цветных телекамер или спектрозональных оптико-электронных приборов.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение условий наблюдения малоконтрастных, в том числе малоразмерных, объектов, увеличение дальности действия оптико-электронной системы обзора и сопровождения, возможность использования цветных видеосмотровых устройств при наличии лишь монохромного оптико-электронного прибора и, как следствие, уменьшения его массы.

Для решения указанной задачи в оптико-электронную систему обзора и сопровождения, содержащую монохромный оптико-электронный прибор, блок определения межкадрового смещения изображения и видеосмотровое устройство, введены блок псевдоцветности, выходом соединенный со входом видеосмотрового устройства, последовательно соединенные блок преобразования уровня сигнала, первый блок буферной памяти и блок сравнения уровней сигнала от общей части изображений, первым выходом соединенный с первым входом блока преобразования уровня сигнала, а также блок логики работы и второй блок буферной памяти, при этом второй выход первого блока буферной памяти соединен с первым входом блока определения межкадрового смещения изображений, первым выходом соединенного со вторым входом блока сравнения уровней сигнала от общей части изображения, первый вход второго блока буферной памяти соединен с выходом монохромного оптико-электронного прибора, а его первый, второй и третий выходы соединены соответственно со вторым входом блока определения межкадрового смещения изображения, третьим входом блока сравнения сигналов от общей части изображений и вторым входом блока преобразования уровня сигнала, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока логики работы соединены соответственно со вторым входом первого блока буферной памяти, третьим входом блока определения межкадрового смещения изображения, четвертым входом блока сравнения уровней сигнала от общей части изображений, третьим входом преобразования уровня сигнала и вторым входом второго блока буферной памяти, первый, второй, третий и четвертый входы блока логики работы связаны соответственно с третьим выходом первого блока буферной памяти, вторым выходом блока определения межкадрового смещения изображения, вторым выходом блока сравнения сигналов от общей части изображений и четвертым выходом второго блока буферной памяти, а вход блока псевдоцветности соединен с четвертым выходом первого блока буферной памяти.

На фиг.1 приведена функциональная схема оптико-электронной системы обзора и сопровождения, на фиг.2 - блок-схема одного из вариантов реализации блока преобразования уровня сигнала, на фиг.3 - блок-схема одного из возможных вариантов блока псевдоцветности, на фиг.4а и 4б - блок-схема одного из возможных вариантов реализации блока логики работы, на фиг.5 - временная диаграмма передачи информации между блоками.

В оптико-электронную систему обзора и сопровождения входят последовательно соединенные первый блок буферной памяти 1 (ББП1), блок сравнения уровней сигналов от общей части изображений 3 (БСУ) и блок преобразования уровня сигнала 4 (БПУ), последовательно соединенные блок псевдоцветности 5 (БПЦ) и видеосмотровое устройство 6 (ВСУ), последовательно соединенные монохромный оптико-электронный прибор 7 (МОЭП) и второй блок буферной памяти 8 (ББП2), а также блок определения межкадрового смещения изображения 2 (БОМСИ) и блок логики работы 9 (БЛР). Второй выход ББП1 соединен с первым входом блока определения межкадрового смещения изображения 2, первым выходом соединенного со вторым входом БСУ 3. Третий выход первого блока буферной памяти 1 соединен с первым входом блока логики работы 9, а четвертый - со входом блока псевдоцветности 5. Первый вход ББП1 соединен с первым выходом блока преобразования уровня сигнала 4, а второй вход - с первым выходом блока логики работы 9. Первый, второй и третий выходы второго блока буферной памяти 8 соединены соответственно со вторым входом блока определения межкадрового смещения изображения 2, третьим входом блока сравнения уровней сигналов от общей части изображений 3 и вторым входом блока преобразования уровня сигнала 4. Второй, третий, четвертый и пятый выходы блока логики работы 9 соединены соответственно с третьим входом блока определения межкадрового смещения изображения 2, четвертым входом блока сравнения уровней сигналов от общей части изображений 3, третьим входом блока преобразования уровня сигнала 4 и вторым входом ББП2. Второй, третий и четвертый входы БЛР 9 соединены соответственно со вторым выходом блока определения межкадрового смещения изображения 2, вторым выходом блока сравнения уровней сигналов от общей части изображений 3 и четвертым выходом ББП2.

Все используемые устройства являются известными или могут быть получены в результате объединения известных блоков известными методами.

В качестве монохромных оптико-электронных приборов могут использоваться субмиллиметровые телескопы, теплопеленгаторы, тепловизоры, телекамеры, визуализаторы рентгеновского излучения и т.п. Блоки буферной памяти могут быть выполнены, например, как это описано, в [4], [10] (стр. 27, рис. 1.4, стр. 230, рис. 7.1), [11] (стр. 87, рис.1, стр. 312-313, рис.2). Блок определения межкадрового смещения изображения может быть реализован на базе координаторов, описанных в [4, 5, 6, 7, 11], с тем отличием, что эталонное изображение будет изменяться не по мере изменения образа сопровождаемого объекта, а несколько чаще - в каждом кадре. Блок сравнения уровней сигналов от общей части изображений может быть создан на базе вычислителя, рассчитывающего отношение средних значений яркостей аналогичных фрагментов в двух последовательных кадрах. Блок преобразователя уровня сигнала может быть реализован на перемножителе. Блок псевдоцветности может быть выполнен аналогично сделанному в [2] или [9], стр. 272-273, 281. В качестве видеосмотрового устройства могут использоваться электронно-лучевые, жидкокристаллические, газоразрядные, светодиодные и т.п. устройства, преобразующие сигнал в видимое изображение. Блок логики работы может быть реализован на логических элементах либо программно в цифровом вычислительном устройстве в соответствии с операциями, описанными ниже.

При описании работы предлагаемой системы предполагается, что передача однородных массивов данных (элементов видеосигнала, релейных команд, наборов координат) осуществляется по каналам связи (шинам), использующим, например, временное, частотное, кодовое разделение сигналов, т.е. того или иного рода мультиплексирование. Кроме того, поскольку устройство, обеспечивающее синхронизацию работы системы, может находиться как в любом из блоков системы, так и быть конструктивно выделенным, этот аспект работы в дальнейшем не рассматривается и подразумевается, что работа блоков синхронизирована. Координация работы блоков осуществляется блоком логики работы. Следует также отметить, что входы и выходы блоков показаны как функциональные, физически же реализация блоков может иметь от одного (и более) входа-выхода, например, соединенного с общей шиной данных или многоабонентским мультиплексным каналом обмена, или локальной сетью, объединяющей блоки, и т.п.

При включении БЛР 9 выдает со своего четвертого выхода в БПУ 4 (третий вход) сигнал, по которому на выходе блока преобразования уровня сигнала устанавливается единичный коэффициент передачи (возможен вариант исполнения, когда по аналогичному сигналу коэффициент передачи принудительно устанавливается на выходе БСУ 3). В монохромном оптико-электронном приборе 7 поток излучения преобразовывается в информационный, например электрический, аналоговый или цифровой сигнал. В течение первого кадра осуществляется запись информации в ББП2. Исходя из конструктивных соображений, целесообразно выполнять ББП2 на цифровой элементной базе. То есть оцифровать входной сигнал в быстродействующем аналогоцифровом преобразователе (АЦП-видео), если из МОЭП 7 поступает аналоговый сигнал, и занести в код уровня в цифровое многоэлементное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Такой вариант описан, например, в [10] (стр. 230, рис. 7.1). Возможна также и чисто аналоговая реализация на элементах выборки-хранения (ЭВХ). В любом случае должны иметься коммутаторы входного и выходного сигналов. Эти коммутаторы должны обеспечивать последовательное подключение входа одного из элементов памяти ко входу второго блока буферной памяти (при необходимости - через АЦП) и выхода одного из элементов памяти (не обязательно того же) - к выходу ББП2. Второй блок буферной памяти 8 также выдает со своего четвертого выхода в БЛР 9 (четвертый вход) сигналы о начале (например, по концу кадрового синхроимпульса) и конце записи кадра (например, по началу кадрового синхроимпульса).

Через БПУ 4 (второй вход и выход) сигнал из второго блока буферной памяти 8 поступает в первый блок буферной памяти 1 (в течение первого кадра коэффициент передачи БПУ, определяемый в остальное время сигналом с выхода блока сравнения уровней сигналов от общей части изображений 3, равен единице, для чего с четвертого выхода блока логики работы 9 выдается соответствующий сигнал на третий вход блока преобразования уровня сигнала 4). Блок преобразования уровня сигнала функционально выполняет роль перемножителя и аппаратно может быть выполнен, например, на цифровых или аналоговых умножителях или операционных усилителях с управляемым значением коэффициента передачи. Так как в начальный момент времени уровень коэффициента передачи устанавливается принудительно, необходимы соответствующий переключающий элемент 11 (на фиг.2 показан нормально замкнутым) и преобразователь сигнала 10, который по команде из блока логики режимов 9 устанавливает на своем первом выходе команду для управления переключающим элементом, а на втором выходе - сигнал, соответствующий единичному коэффициенту передачи. Первый блок буферной памяти 1 в случае аналогового исполнения может быть реализован аналогично соответствующему исполнению для ББП2, а в случае цифрового исполнения содержать только ОЗУ (оцифровка сигнала уже произведена).

Блок определения межкадрового смещения изображения 2 и блок сравнения уровня сигнала от общей части изображений 3 в первом кадре вычислений не производят (соответствующие разрешающие команды не выдаются со второго и третьего выходов БЛР 9). Команды на начало и конец записи сигнала выдаются в ББП1 (второй вход) из БЛР 9 (первый выход).

Во втором кадре осуществляется запись текущего кадра из МОЭП 7 в ББП2. Сигнал о начале записи выдается с четвертого выхода второго блока буферной памяти 8 на четвертый вход блока логики работы 9. Также из второго блока буферной памяти 9 осуществляется и передача информации о втором кадре в БОМСИ 2 и БСУ 3 (с первого и второго выходов ББП2 соответственно на второй вход БОМСИ и третий вход БСУ). Учитывая, что скорость передачи информации (до нескольких Гбит/с в современных электронных устройствах) может на несколько порядков превосходить скорость ее поступления (несколько Мбит/с), начало записи в БОМСИ и БСУ может быть при необходимости сдвинуто к концу второго кадра. Параллельно в БОМСИ и БСУ выдается информация из первого блока буферной памяти 1 о первом кадре (с первого и второго выходов ББП1 на первые входы соответственно БСУ и БОМСИ). Разрешающие команды на чтение выдаются с первого и пятого выходов БЛР 9 на вторые входы соответственно ББП1 и ББП2. Полный объем необходимой для работы БОМСИ 2 информации поступает вскоре после окончания записи второго кадра в ББП2. (Передача информация в БОМСИ имеет приоритет по сравнению с передачей информации в БСУ 3 с точки зрения обеспечения быстродействия всей системы, поэтому в БСУ 3 она может выдаваться и с некоторой задержкой, но желательно, чтобы она уже имелась в БСУ к моменту окончания расчета в БОМСИ 2). Получив образы первого и второго кадров, блок определения межкадрового смещения изображения 2 сравнивает их между собой. Для определения межкадрового смещения изображения нужно в общем случае определить смещение центра второго изображения относительно первого (координаты X, Y), изменение масштабов изображений (m), поворот второго изображения относительно первого (). Для анализа величины этого смещения могут использоваться корреляционные, контрастные, пространственно-спектральные и другие виды алгоритмов. Устройство, решающее все три задачи, описано, например, в статье: Маклин А.Г., Тинсдейл Г.Е. “Система полутонового технического зрения фирмы "Вестингауз", предназначенная для управления и контроля в реальном масштабе времени” ([11], стр. 310-319). При достаточно высоком быстродействии данные о перемещении второго кадра относительно первого могут быть рассчитаны в течение части длительности кадрового синхроимпульса третьего кадра. Передача информации о взаиморасположении кадров производится с первого выхода блока определения межкадрового смещения изображения 2 на второй вход блока сравнения уровней сигнала от общей части изображений 3, а признака окончания решения задачи - со второго выхода БОМСИ на второй вход БЛР 9. При известной форме растра задача определения общих для двух кадров зон сводится к поиску границ пересечения двух множеств и определению тех точек множеств, которые лежат внутри этих границ. Эта задача решается в БСУ 3. В течение еще некоторого времени БСУ 3 также определяет коэффициент изменения яркости, например, по зависимостям:

где А_ср - среднее значение яркости в зоне;

а_i - яркость i-го пиксела;

n - число пикселов в зоне.

где j - номер текущего кадра.

Как только коэффициент изменения яркости определен, и его значение с первого выхода БСУ передано на первый вход БПУ 4, а признак окончания решения задачи - со второго выхода БСУ на третий вход блока логики работы 9, по команде, поступающей с пятого выхода БЛР на второй вход ББП2, начинается передача информации из ББП2 (третий выход) о втором кадре, которая, как уже указывалось, может быть осуществлена достаточно быстро, на первый вход ББП1 через блок преобразования уровня сигнала 4 (второй вход и выход). В блоке преобразования уровня сигнала 4 яркость каждого пиксела из ББП2 домножается на полученный из БСУ коэффициент и в результате формируется сигнал, в котором общая с предыдущим кадром зона имеет такую же среднюю яркость. Следовательно, обеспечивается поддержание в видеосигнале постоянной яркости от неизменных элементов фона. Соответственно, в БПЦ 5 для неизменных элементов фона будет поддерживаться постоянный цвет.

Если процесс вычислений в БОМСИ 2 и БСУ 3 укладывается в период длительности кадрового синхроимпульса, то с момента начала второго кадра по команде с первого выхода БЛР 9 на второй вход ББП1 из первого блока буферной памяти 1 (четвертый выход) на вход блока псевдоцветности 5 выдается информация о первом кадре. Она может выдаваться как с высокой частотой при наличии в БПЦ 5 промежуточного буфера памяти, так и с тактом передачи, соответствующим длительности элемента разложения (пиксела) в строке. Например, для прямоугольной развертки с длительностью развертки строки 60 мкс и числом элементов в строке 1024 интервал, соответствующий пикселу, будет примерно равен 58,6 не. В последнем случае существует также необходимость передачи видеосигнала полями (блоками строк, количество которых менее общего числа активных строк в растре), соответствующими стандарту воспроизведения изображения на ВСУ. Если же цикл вычислений занимает и часть третьего кадра, то передача информации о первом кадре через блок псевдоцветности 5 на видеосмотровое устройство 6 начнется лишь с началом третьего кадра. Для такого варианта исполнения потребуется больший объем памяти блоков 1 и 8.

В третьем кадре в ББП2 начинается запись информации о текущем кадре из МОЭП 7 без стирания информации о предыдущем до передачи информации о нем через БПУ 4 в первый блок буферной памяти 1 (здесь следует отметить, что при времени решения задачи в БОМСИ и БСУ менее 0,1 мкс сверх длительности кадрового синхроимпульса во втором блоке буферной памяти 8 потребуется место для записи дополнительно только одного пиксела для стандартного сигнала прямоугольной развертки с кадровой частотой 50 Гц при замещении информации предыдущего кадра, уже переданной в ББП1, информацией текущего кадра). Очевидно, что второй блок буферной памяти функционально необходим из-за того, что размеры общих зон заранее неизвестны, а потому средняя яркость в зоне не может быть рассчитана в то же время, когда происходит считывание информации о текущем кадре из МОЭП 7. Физически же блоки памяти могут реализовываться и в форме единого устройства.

Аналогично вышесказанному для второго кадра, в БОМСИ 2 и БСУ 4 передается информация о третьем кадре из ББП2 и о втором кадре из ББП1, а также производится определение коэффициента для коррекции яркости третьего кадра. Если, как уже говорилось выше, время осуществления операций в БОМСИ и БСУ не превышает длительности кадрового синхроимпульса, то с началом третьего кадра в блок псевдоцветности 5 передается второй кадр. В противном случае - первый. Как видно из сказанного из блоков памяти в разные блоки системы (БОМСИ, БСУ, БПУ) выдаются не разные, но для каждого блока памяти однотипные сигналы, хотя и в разные для каждого из принимающих сигналы блоков моменты времени. Функционально это отражено как различные выходы блоков памяти.

Возможный вариант формирования логики выработки команд управления блоками отражен на фиг.4а, 4б. Входные воздействия поступают в мультиплексированной форме на входы демультиплексора 73 (ДМП), а выходные команды группируются на входах, связанных с соответствующими выходами, мультиплексора 72 (МП). Команда “Сброс” формируется при включении системы либо, при необходимости, в устройстве, куда входит система. Индексы сигналов и команд, если иное не оговорено особо, показывают, в каком блоке они выработаны. В формирователе кадровых синхроимпульсов 21 (ФКСИ) из последовательности синхроимпульсов ПСИ_n*j, соответствующей телевизионным полям, формируется последовательность синхроимпульсов KCИ_j, соответствующих полным кадрам или полям, имеющим номер l*j+1 (подразумевается, что в кадре l полей и nl - номер поля в кадре j). Счетчики полей 22 (СП) и кадров 23 (СК) обеспечивают их подсчет. Они могут быть реализованы, например, как это описано в [3], стр. 103-106. Первый (БС1), второй (БС2) и третий (БСЗ) блоки сравнения 24-26 осуществляют соответственно операции выявления первого кадра МОЭП, того, что первый кадр еще не начал вырабатываться и что число кадров не менее двух. Кроме того, в блоке логики работы 9 используются логические элементы И 27-47, НЕ 48-62, ИЛИ 63-71. При этом

а) группа блоков 27-30, 48, 49, 63 используется для формирования команды управления записью З41₉ из ББП1 в БОМСИ;

б) группа блоков 33, 66, 36, 50, 53 используется для формирования команды управления чтением Ч82₉ из ББП2 в БОМСИ;

в) группа блоков 39, 69, 42, 54, 58 используется для формирования команды управления чтением Ч83₉ из ББП2 в БСУ;

г) группа блоков 43, 70, 46, 44, 62 используется для формирования команды управления чтением Ч84₉ из второго блока буферной памяти 8 в блок преобразования уровня сигнала 4;

д) группа блоков 38, 67, 40, 55, 57 используется для формирования команды управления чтением Ч12₉ из первого блока буферной памяти 1 в блок определения межкадрового смещения изображения 2;

е) группа блоков 37, 68, 41, 56, 59 используется для формирования команды управления чтением Ч13₉ из ББП1 в блок сравнения уровней 3;

ж) группа блоков 45, 71, 47, 60, 61 используется для формирования команды управления чтением Ч15₉ из ББП1 в блок псевдоцветности 5;

з) группа блоков 31, 64, 34, 51 используется для формирования команды управления началом расчета смещения РС₉ в БОМСИ;

и) группа блоков 32, 65, 35, 52 используется для формирования команды управления началом расчета соотношений уровней сигналов от общей части изображений РУ₉ в БСУ.

В блоке псевдоцветности 5 уровню черно-белого сигнала ставится в соответствие определенный цвет и производится преобразование цветного видеосигнала в стандарт (например, ПАЛ или СЕКАМ), в котором работает видеосмотровое устройство 6. Как известно, для воспроизведения цветного изображения для восприятия глазом человека требуется смешать в общем случае не менее трех базовых цветов (см., например, [8], стр. 23-30, 62-74). График цветности, в соответствии с которым можно определить соответствие синтезируемого цвета и уровней сигналов R, G, В, приведен, например, в [8], стр. 66, рис. 4.3а. При известном динамическом диапазоне сигнала от монохромного оптико-электронного прибора можно предложить по крайней мере два основных подхода к раскраске изображения:

а) низкоуровневые сигналы интерпретировать как “холодные” фиолетово-сине-зеленые оттенки, среднюю часть диапазона представлять в нейтральной зелено-желтой гамме, а сигналы, близкие к максимальным, расцвечивать в “теплые” красно-оранжевые тона (о психологии восприятия цвета см., например, [14]);

б) проводить раскраску, ставя в соответствие уровню сигнала частоту в видимом спектральном диапазоне, то есть возрастанию сигнала должно соответствовать синтезирование цвета в направлении красный-оранжевый-желтый-зеленый-голубой-синий-фиолетовый.

Сам процесс преобразования монохромного сигнала в цветное изображение известен достаточно давно и для инфракрасных приборов описан, например, в [9], стр. 272-273, 280-281.

На современной элементной базе операция замены кода уровня на RGB-коды цвета может быть достаточно просто реализована с помощью постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), в которых код уровня используется как адрес ячейки, в которой записан код цвета, на основании которого устанавливают уровни составляющих в формируемом видеосигнале. В аналоговом исполнении преобразование также достаточно очевидно (см. фиг.3). Например, диапазон видеосигнала (обычно от 0 до 1 В) разбивается на три интервала (в блоках соответственно 12, 13, 14), в простейшем случае равных, а в более общем - от 0 до U1, от U1 до U2, от U2 до Um (здесь Um - верхнее значение диапазона). Сигналы одного из диапазонов определяют уровень R-составляющей, другого - G-составляющей, третьего - В-составляющей. Выходы блоков, разбивающих монохромный видеосигнал на диапазоны, соединены соответственно с одним из усилителей (при необходимости - нелинейным) уровня составляющей цветности (R, G или В). На фиг.3 эти усилители 16, 17, 18 обозначены как У_R, У_G, У_B. В кодирующей матрице 19 (KM) сигналы с выходов У_R, У_G, У_B преобразуются в цветоразностную форму и при необходимости пропускаются через фильтры низкой частоты. Цветоразностные сигналы в кодирующей матрице 20 (КдМ) преобразуются в форму, соответствующую стандарту, используемому видеомонитором (ВСУ). На ВСУ индицируется цветное изображение. В этом варианте в видеосигнале на входе видеосмотрового устройства 6, формируемом на основании сигнала, подключенного ко входу БПЦ, будет передаваться оттенок красного, зеленого или синего цвета, яркость которого будет определяться уровнем поступающего на блок псевдоцветности 5 сигнала.

Даже в этом довольно простом случае имеется несколько разных вариантов раскраски изображения. Более сложные варианты можно получить, если вместо блоков, выделяющих некоторый поддиапазон входного сигнала, использовать масштабирующие устройства, реализующие для каждого из базовых цветов свой закон изменения в зависимости от величины входного сигнала.

Для сравнения можно также указать, например, на [12], рис. 5.3а, стр. 114-115, где описано формирование цветного сигнала от трех фотоэлектронных преобразователей (ФЭП). Если вместо ФЭП использовать блоки выделения поддиапазонов входного сигнала и добавить кодирующее устройство ([12], стр. 127, рис. 5.9), то фактически имеем аналог блока псевдоцветности.

Цветовая гамма формируемого на экране видеосмотрового устройства 6 цветного изображения остается достаточно стабильной от кадра к кадру в результате того, что, во-первых, обеспечивается однозначное соответствие уровня черно-белого сигнала и имитируемого цвета и, во-вторых, поддерживается в среднем одинаковая яркость общих для последовательно идущих кадров элементов изображения. Это существенно облегчает процесс наблюдения за происходящим для оператора. Задержка же на один-два кадра (40-80 мс при стандартной прямоугольной пятидесятигерцовой чересстрочной развертке) существенно не влияет на человека как звено в системе управления, так как его собственная постоянная времени не менее 0,1 с (см., например, [13]).

В четвертом и последующих кадрах работа блоков аналогична их работе в третьем (см. также циклограмму на фиг.5). На фиг.5, за исключением БПЦ и ВСУ, для которых сигналы показаны на их входах, сигналы изображены на выходах соответствующих блоков. Номер выхода показан через дробь. Если с одного выхода может выдаваться несколько сигналов, то номер указан двумя цифрами: 11, 12 и т.д., 21, 22 и т.д., где первая цифра - номер выхода, а вторая - условный номер сигнала на этом выходе. Обозначения сигналов приведены рядом с интервалами их передачи, нарисованными в виде меандров или импульсов относительно горизонтальной оси (оси времени).

Человек с нормальным цветоощущением может различить до нескольких тысяч оттенков, при том что человеческий глаз сохраняет возможность распознавания цветов для объектов с угловым размером не менее 2" [8] (стр. 92-93). Под таким углом с расстояния 30 см виден объект размером 0,17 мм. То есть при развертке в 600 активных строк уже при диагонали экрана ВСУ больше 17,5 см (6,9 дюйма) каждый пиксел выводимого изображения будет восприниматься как цветной. Вместе с тем в [3] (стр. 12-13) указывается, что для монохроматических изображений малоразмерных объектов возможно их различение от фона лишь при контрастности, близкой к 90%, и даже для самых крупных объектов контрастная чувствительность не превышает 1,7%. То есть в диапазоне черное-белое (100%) уровень различаемых сигналов может различаться не более чем в 58,82 раз. Соответственно, учитывая логарифмическую характеристику восприятия глаза, может быть различено не более 238 градаций (так как справедливо: ln{1/0,017}/ln{1/(1-0,017)}237,636). Следует отметить, если угловые размеры объектов изменяются в обратно пропорциональной зависимости от дальности до объекта, то энергетический поток от них, с одной стороны, пропорционален телесному углу, под которым они видны (обратно пропорционально квадрату от дальности), а с другой, - поглощается атмосферой по экспоненциальной зависимости. Поэтому контраст изображения наблюдаемого объекта относительно фона уменьшается при увеличении дальности существенно быстрее, чем его видимые угловые размеры. Следовательно, при прочих равных условиях наблюдение за малоразмерным объектом, изображение которого воспринимается наблюдателем как окрашенное, может осуществляться при больших дальностях до него, чем при восприятии монохромного изображения.

Конечно, получить цветное изображение можно и с помощью нескольких оптико-электронных приборов, работающих в разных диапазонах, путем синтеза их сигналов, каждый из которых рассматривается, например, как сигнал определенного цвета переменной яркости. (Для трех приборов - наиболее просто использовать синтез цветного изображения как RGB-сигнала, для сравнения см. [12], рис. 5.3а). Однако при наблюдении за объектами, быстро перемещающимися относительно носителя оптических приборов, увеличение массы поворачиваемых в его сторону приборов существенно ухудшает характеристики приводов, а следовательно, ставит под вопрос и саму возможность сопровождения. Поэтому применение одного монохромного оптико-электронного прибора с последующим преобразованием черно-белого сигнала в цветной в этом случае выглядит предпочтительнее.

Таким образом, в результате применения описанного технического решения, во-первых, улучшаются условия наблюдения малоконтрастных, в том числе малоразмерных, объектов за счет как преобразования монохроматического видеосигнала в цветной, так и обеспечения стабильности цветовой гаммы в процессе перемещения относительно фона. Во-вторых, увеличивается дальность действия оптико-электронной системы обзора и сопровождения в результате того, что даже объекты размером не более пиксела могут различаться как окрашенные с соответствующей возможностью различения большого количества градаций цвета при соответствующем выборе размера экрана ВСУ, в то время как для монохроматического сигнала необходима для различения очень высокая контрастность точечного объекта. В-третьих, обеспечивается возможность использования цветных видеосмотровых устройств при наличии лишь монохромного оптико-электронного прибора за счет преобразования монохромного сигнала в цветной, что улучшает условия наблюдения. И, наконец, в-четвертых, уменьшается масса оптико-электронного прибора, наводимого на объект, при том что изображение наблюдаемой картины индицируется полихроматически.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. СССР №1019673, МКИ H 04 N 7/18, 1982, аналог.

2. Vector. Vetronics flat panel display system. BARCO nv. Display Systems, Kortrijk, Belgium, ref. 99003/IND - June 1999, аналог.

3. Грязин Г.Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства: Системы телевидения. Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-е, 1988, стр. 7-8, рис. 3, прототип.

4. А.с. СССР №1592956, МКИ H 04 N 7/18, 1988.

5. Петраков А.В. Автоматические телевизионные комплексы для регистрации быстропротекающих процессов, М.: Энергоатомиздат, 1987, стр. 76-79, аналог.

6. Барсуков Ф.И., Величкин А.И., Сухарев А.Д. Телевизионные системы летательных аппаратов, М.: Советское радио, 1979.

7. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения, М.: Радио и связь, 1982.

8. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений, изд. 2-е, перераб. и доп., М.: Связь, 1976.

9. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение, пер. с франц., М.: Мир, 1988 г., стр. 272-273, 280-281.

10. Техническое зрение роботов. /Под ред. д.т.н. Якушенкова Ю.Г., М.: Машиностроение, 1990.

11. Техническое зрение роботов. /Под ред. Пью А., М.: Машиностроение, 1987.

12. Быков Р.Е., Сигалов В.М., Эйссенгардт Г.А. Телевидение. /Под ред. Быкова Р.Е., М.: Высшая школа, 1988.

13. Цибулевский И.Е. Человек как звено следящей системы, М.: Наука, 1981, стр.189-255.

14. Самохина Н. Желтый - цвет отличного настроения. - В еженедельнике “Слобода” №34 (302) за 24-31 августа 2000 г., стр. 9.