RU2593627C1

RU2593627C1 - Active-pulsed night vision system

Info

Publication number: RU2593627C1
Application number: RU2015124091/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Владимирович Мартынюк; Евгений Сергеевич Кадиленко; Алла Александровна Кошурина
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-08-10

Abstract

FIELD: physics; optics.

SUBSTANCE: active-pulsed night vision device comprises as object illumination source a pulse emitter, and as image receiver EOP with pulse modulation of gain. Moment of connection of maximum gain of EOP is controlled by independent pulse generator, pulse repetition frequency of which differs from pulse repetition frequency pulse emitter.

EFFECT: avoiding synchronisation channel between EOP and pulsed illumination system, which enables simultaneous operation of multiple active-pulsed night vision devices in one direction.

1 cl

Description

Изобретение относится к средствам наблюдения в условиях пониженной прозрачности атмосферы из-за наличия аэрозольных помех: дождя, снегопада, задымления или тумана и может быть использовано в судовождении, при поисково-спасательных работах, для целей охраны и т.д.The invention relates to means of observation in conditions of reduced transparency of the atmosphere due to the presence of aerosol interference: rain, snowfall, smoke or fog and can be used in navigation, during search and rescue operations, for security purposes, etc.

Известен активно-импульсный ПНВ [1], выбранный в качестве прототипа, в котором для повышения контраста изображения наблюдаемого объекта и, соответственно, дальности действия ПНВ используется в качестве источника подсветки объекта импульсный излучатель, а прием изображения производится электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) с импульсной модуляцией коэффициента усиления, причем момент включения максимального усиления ЭОП регулируется относительно момента излучения импульса, что обеспечивает отсечку приема изображения прилегающего к ПНВ участка пространства, рассеяние света в котором дает наибольший вклад в фон, и возможность просматривания участков пространства, находящихся на различных расстояниях от ПНВ. Подсветка обеспечивает высокий коэффициент изображения объектов в условиях низкой освещенности и в абсолютной темноте, управление моментом включения максимального усиления ЭОП позволяет устранить помеху обратного рассеяния излучения подсветки на прилегающем к ПНВ участке атмосферы, а импульсное включение ЭОП резко снижает чувствительность к посторонним ярким фоновым засветкам.Known active-pulse NVD [1], selected as a prototype, in which to increase the contrast of the image of the observed object and, accordingly, the range of the NVD is used as a source of illumination of the object pulsed emitter, and the image is received by an electron-optical converter (EOP) with pulse modulation of the gain, and the moment of switching on the maximum amplification of the image intensifier tube is regulated relative to the moment of radiation of the pulse, which ensures a cut-off of image reception PNV it to plot space, scattering of light which makes the greatest contribution to the background, and the possibility of browsing space stations located at different distances from the PNV. The backlight provides a high image coefficient of objects in low light conditions and in absolute darkness, the control of the moment of switching on the maximum amplification of the image intensifier allows eliminating the backscattering interference of the backlight radiation adjacent to the NVD of the atmosphere, and the pulse switching of the image intensifier sharply reduces the sensitivity to extraneous bright background illumination.

Недостаток этого решения - возможность «паразитной» засветки при одновременной работе нескольких ПНВ в одном направлении. Например, при частоте следования импульсов импульсного излучателя 5.2 кГц и дальности распознавания 2000 м [2], каждый импульс подсветки будет давать отражённый от аэрозольной помехи сигнал в течение ≈13 мкс, при общем интервале между импульсами 185 мкс. То есть для работы других активно-импульсных ПНВ остаётся 172 мкс. При отсутствии синхронизации между ПНВ вероятность засветки одного ПНВ импульсным излучателем другого ПНВ составляет: при одновременной работе 2-х ПНВ - 14.0 %, при одновременной работе 2-х ПНВ - 37.6 %, при одновременной работе 4-х ПНВ - 62.6 %. Данный недостаток может проявить себя при работе группы поисково-спасательных средств. The disadvantage of this solution is the possibility of "parasitic" exposure during the simultaneous operation of several night vision devices in one direction. For example, at a pulse repetition rate of 5.2 kHz and a recognition range of 2000 m [2], each backlight will produce a signal reflected from aerosol interference for ≈13 μs, with a total pulse spacing of 185 μs. That is, for the operation of other active-pulse NVDs, 172 μs remain. In the absence of synchronization between NVDs, the probability of flashing one NVD by a pulsed emitter of another NVD is: at the simultaneous operation of 2 NVDs - 14.0%, with simultaneous operation of 2 NVDs - 37.6%, with simultaneous operation of 4 NVDs - 62.6%. This disadvantage can manifest itself in the work of the search and rescue team.

Таким образом, из анализа уровня существующих активно-импульсных ПНВ понятно, что в известных устройствах не решена задача использования данных приборов в группе.Thus, from the analysis of the level of existing active-pulse NVD it is clear that the known devices have not solved the problem of using these devices in a group.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.These shortcomings are eliminated by the proposed solution.

Решается задача совместного использования нескольких активно-импульсных ПНВ, с возможностью одновременной работы нескольких активно-импульсных ПНВ в одном направлении.The problem of the joint use of several active-pulse NVD is solved, with the possibility of the simultaneous operation of several active-pulse NVD in one direction.

Технический результат - отсутствие канала синхронизации между ЭОП и системой импульсной подсветки.The technical result is the absence of a synchronization channel between the image intensifier tube and the pulse illumination system.

Этот технический результат достигается тем, что в известном активно-импульсном ПНВ, содержащем в качестве источника подсветки объекта импульсный излучатель, а в качестве приемника изображения ЭОП с импульсной модуляцией коэффициента усиления момент включения максимального усиления ЭОП регулируется с помощью независимого генератора импульсов, частота следования импульсов которого отличается от частоты следования импульсов импульсного излучателя.This technical result is achieved by the fact that in the well-known active-pulsed NVD containing a pulsed emitter as a source of illumination of an object, and as an image intensifier tube with pulse modulation of the gain, the moment of switching on the maximum amplification of the image intensifier is controlled by an independent pulse generator, the pulse repetition rate of which differs from the pulse repetition rate of the pulsed emitter.

Данный комплекс работает следующим образом. Зона наблюдения освещается короткими световыми импульсами, длительностью t_{импульса}, с интервалом между импульсами T_{прожектора}. Длительность t_{импульса} должна быть значительно меньше времени распространения света до объекта и обратно. Интервал между импульсами T_{прожектора} должен превышать время прихода самого дальнего отражения, для того, чтобы гарантированно обеспечить временной интервал с полным отсутствием подсветки и наложение отражений друг на друга. При этом объект наблюдается в действующей независимо от прожектора ЭОП с импульсной модуляцией коэффициента усиления, обеспечивающей время экспозиции - t_{экспозиции}. Изображение, полученное с ЭОП в течение времени экспозиции далее будем называть кадром. В том случае, когда временная задержка между моментом излучения импульса и началом кадра равна удвоенному времени, необходимому для прохождения светом расстояния до объекта и обратно, наблюдатель будет видеть только сам объект и участок пространства, непосредственно его окружающий. Глубина этого пространства определяется максимальной из двух длительностей t_{импульса} и t_{экспозиции}:This complex works as follows. Observation area is illuminated with short light pulses, _{a pulse width} t, with the interval between the pulses T _illuminator. The duration t of the _pulse should be significantly less than the propagation time of light to the object and vice versa. The interval between pulses T of the _searchlight must exceed the time of arrival of the farthest reflection, in order to guarantee a time interval with a complete absence of illumination and superposition of reflections on each other. At the same time, the object is observed in an image intensifier tube operating independently of a searchlight with pulsed modulation of the gain providing the exposure time - t _exposure . The image obtained from the image intensifier tube during the exposure time will be called a frame. In the case when the time delay between the moment of emission of the pulse and the beginning of the frame is equal to twice the time required for the light to travel the distance to the object and back, the observer will see only the object itself and the portion of space directly surrounding it. The depth of this space is determined by the maximum of two durations t _pulse and t _exposure :

∆d=2C·∆t,Δd = 2C

где ∆d - диапазон дистанций (в направлении распространения света), отражённый свет с которых фиксируется одним кадром, C - скорость света, а ∆t=max.where ∆d is the range of distances (in the direction of light propagation), the reflected light from which is captured in one frame, C is the speed of light, and ∆t = max.

Расстояние от ЭОП до наблюдаемого пространства в каждом следующем кадре будет изменяться на величину:The distance from the image intensifier to the observed space in each next frame will change by:

∆D=2C·∆T,ΔD = 2C

где ∆D - шаг изменения расстояния до пространства наблюдаемого в двух соседних кадрах, C - скорость света, а ∆T - остаток от деления T_ЭОП на T_{прожектора}.where ∆D is the step of changing the distance to the space observed in two adjacent frames, C is the speed of light, and ∆T is the remainder of dividing T _{image intensifier} by T _searchlight .

Значение ∆D<∆d позволит получать развёртку перекрывающихся по дальности кадров. Скорость изменения расстояния от ЭОП до наблюдаемого пространства регулируется соотношением периодов T_ЭОП и T_{прожектора}.The value ∆D <∆d allows you to get a scan of frames overlapping in range. The rate of change in the distance from the image intensifier to the observed space is regulated by the ratio of the periods T of the _{image intensifier} and the _searchlight T.

Если t_{импульса} < t_{экспозиции} - уменьшается энергия импульса подсветки и повышаются требования к чувствительности ЭОП.If t _pulse <t _exposure - the energy of the backlight pulse decreases and the requirements for the sensitivity of the image intensifier increase.

Увеличение t_{импульса} относительно t_{экспозиции} приводит к снижению разрешающей способности.An increase in t _pulse relative to t _exposure leads to a decrease in resolution.

Оптимальными является соотношение длительностей t_{импульса} = t_{экспозиции}.The optimal ratio is the duration of t _pulse = t _exposure .

В качестве ЭОП с независимой импульсной модуляцией коэффициента усиления может быть использована высокоскоростная видеокамера со временем экспозиции, сравнимым с длительностью импульса подсветки.A high-speed video camera with an exposure time comparable to the duration of a backlight pulse can be used as an image intensifier tube with independent pulse modulation of the gain.

Использование в качестве системы импульсной подсветки не лазерного (монохроматического), а светодиодного (ахроматического) прожектора обеспечит дополнительное повышение видимости/контрастности за счёт цветоразличения.Using as a system of pulsed illumination not a laser (monochromatic), but an LED (achromatic) searchlight will provide an additional increase in visibility / contrast due to color discrimination.

Источники информацииInformation sources

1. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М., Воениздат, 1989, с. 115-118.1. Orlov V.A., Petrov V.I. Surveillance devices at night and with limited visibility. M., Military Publishing, 1989, p. 115-118.

2. В.М. Белоконев, В.Г. Волков, В.Л. Саликов Лазерный осветитель для приборов ночного видения. Успехи прикладной физики, 2013, том 1, № 3.2. V.M. Belokonev, V.G. Volkov, V.L. Salikov Laser illuminator for night vision devices. Advances in Applied Physics, 2013, Volume 1, No. 3.

Claims

Active-impulse night vision complex, containing a pulsed emitter as a source of illumination of an object, and an image intensifier tube with pulse modulation of the gain, characterized in that the moment of switching on the maximum amplification of the image intensifier is controlled by an independent pulse generator, the pulse repetition rate of which differs from pulse repetition rate of the pulse emitter.