автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Измерительная телевизионная аппаратура автоматического оптико-телевизионного инвариантного дальномера

СЛККТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЖСТИТУТ ТОЧНОЯ 12ЖШ И ОПТКНЙ

ИЗМЕРИТ ЕЛШЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ АППАРАТУРА АЕГС;.(АТ1Г1ЕСКОГО ОПТИКО-Г£ЛЕВ1'!ЗЯ01Ш0Г0 ИНВАРИАНТНОГО ДАХЬНОЕРА

(специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-

злектрокяые приборы)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ГОДОДУЖН Владимир Витальевич

УДК 631, 7. 067. 23 631.78. 01

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1992

Работа выполнена в Санкт-Петербургском институте точной механики и оптики

Научный руководитель - доктор технических наук., профессор

С. А. СУХОПАРОЕ

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Г. К. ГРЯЗИН - кандидат технических наук В. А. М/»ЛАРЕЗ

Ведущее предприятие - Санкт-Петербургский Государственный

оптический институт им. С. И. Вавилова

Занята диссертации состоятся "27" Лу&с-/.? 1992 г. е /5~ часов ОО мин. на заседании специализированного соЕета Д. 053. 26. 01 "Оптические и оптико-электронные приборы" при Санкт-Петербургском ордена Трудового Красного Знамени институте точкой механики и оптики по адресу.- 197101, Санкт-Петербург, Саблкнская ул. , 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " 7 " Реисц^/^г 1992 г.

Вали отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес института: 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14, секретарю специализированного совета

УЧ2ШЙ СЕКРЕТАРЬ -

специализированного совета Д. 053.26.01

кандидат технических наук, доцент

ОГОАЯ ХЛРАКТЗРЙГГ/КА .РАБОТЫ

Актуальность проблемы. 5 настоящее время одним из интенсивно развива:-от;;хся направлений опгико-электроники являются телевизионные измерительные системы (ТКС), которые наиболее приспособлены для работы в ре гаме пассивной иди полуактизной локации.

ТКС разделяются на системы, осуществляющие анализ лвукэрных (плоских) изображений и системы, анадязирушц!* изображения трехмерных сцен. К последки;.: относятся сптико-телевизионные дальномеры (ОТЛ), основной функцией которых является бесконтактное измерение расстояний до контролируемых объектсз пассивным способом.

Известен широкий круг ОТД. используемых в различных областях техники, авиации, астрономии, исследовании космического пространства. Однако изустные устройства и системы обладают рядом недостатков, в том числе они как правило еложны, требуют согдачия специфических услогий работы, обладаю? невысокой точностью, имеют ограниченные области применения и имеот недостаточный уровень автоматизации.

Основными источниками погрешностей таких систем являются: ограниченная разрепагацал способность впдеодатчиков, неидентичность формируемых в каналах телевизионных изсбралений, кеидентичность фокусировки и ориентации каналов при климатических воздействиях и вибрациях.

Вследствие этого известные дальнсмернке устройства работают как правило с малыми дистанциями (единицы, десятки метров) в составе систем и комплексов технического зрения и не применимы з областях со сложными условиями функционирования, включапщих большие перепады температур и давления, наличие вибрации и т. п. Кроме того известные системы не применимы в тех ебластях, где требуется измерение бсльсих дистаций (до 1СООО м) сравнительно небольшими логрепностями (десятки метров).

Таким образом, является актуальной задача разработки новых методов и принципов построения - телевизионных дальномерных /•стрсйств, сбладаюслх высокой точностью при измерении больших

-.А -

дистаций, обладав®« высоким уровне;-! автоматизации, способны наделаю работать в сложных условиях функционирования.

Для этого долхнк быть репена проблема повышения точкосг автоматической оценки линейного параллакса при откосителън низкой разрешающей способности существующих теле.виоионни датчиков, проблема построения оптических систем инвариантных условиям функционирования (температуре, вибрации 1! т.д.) проблема инвариантного к взаимному смещению сопрягай электронной и оптической частей дальномера, проблема гибког изменения базы дальномера, а тех»* проблема эф&гктивног использования кобьк дальномерных устройств з различнь измерительных комплекса:-: .

Цель'работы.- Целью диссо,:гашоЕйой работы являете расширение суцестьукцих и разработка и исследование кое; методов повышения точностных характеристик оптико-телевизиокш дальномеров, повышение их уровня автоматизации, расширен; функциональных возможностей и области применения.

Методы исследований. При ресенки поставленных гад; использовались: математический аппарат совремменн! геометрической оптики и цифровой обработки изобраканп математическое моделирование на ПЭВМ "Нейрон. И9.66-02 лабораторные и натурные эксперименты.

Научная, новизна. Научная новизна результатов, полученных в работе, заключается б том, что:

1. Разработан новый корреляционный интэрполяционн алгоритм высокоточной оценки линейного параллакса.

2. Разработана, новая имитационная математическая моде измерителя линейного параллакса.

3. Получены количественные характеристики потенциала точности нового корреляционного интерполяционного алгори-;

' оценки линейного параллакса;

4.. Разработан новый способ инвариантного сопрялэ! твердотельных телевизионных приемников с оптической систо дальномера.

5. Разработаны новые инвариантные оптические схемы , оптико-телевизионного дальномера:

- с использованием инвариантного сопряжения телевизион • каналов с помощью контрольного канала;

- е использованием оптической свлзи шгэду те ле виг ионньки каналами;

- е использованием коеткой механической связи уехду телевизионными канатам:«

Практическая ценность работы заключается з том, что:

1. Разработаны новые схемы измерителен линейного параллакса трех мохифхкацхй: на теской логике; . ка ■икропроцессорнсм контроллере; комбинированный вариант.

?.. разработана новая схема измерительно';: . аппаратуры .втоматкческого оптк<е-тедегпзиснкого дальномера, в том числе' : для работы г> многофункциональном резаа».

3. Разработан и испытан в работе автоматизированный стенд ля исследования процессов функционирования автоматических птпко-телевизионных дальномеров, который вкл¡смает в себя г;гическу:о часть, реализующую инвариантные схемы лтико-телевизионного дальномера; электронную часть; ро г р^ммное обе с пе че ние.

4. Получены количественные точностные оценки разработанных стоматических оптико-телевизионных дальномеров з ходе доведения лабораторных и натурных испытаний их мскетов.

5. Диссертационная работа выполнена з соответствии с :;анои госбюджетных и хоздоговорных работ Санкт-Петербургского ГКО. Результаты работы внедрены в Каучно-иеследогателъком <ституте телевидения, в/ч 62728, кафедре АКОП ИТМО, что )дтвер«деко актами о внедрении.

Апробация работы. Материалы работы обсуждались ка ¡седании кафедры "Автоматизации и конструирования оптических ибороз" ИТМО, на заседании секции Научно-технического совета !И телевидения, докладывались на Всесоюзном семинаре "Оптико-'.ектронньй методы и средства в контрольно-измерительной хнике" (г.Москва, 1991 г).

Публикации. Осконные материалы диссертации опубликованы в ми печатных работах.

Структура и об-^ем работы. Диссертация состоит из Введения, е:< глав, Заключения, библиографического списка из 71 именования, приложений, содеркч 125 страниц текста, включая рисунков на 27 страницах.

С0ДЕРХАК1Е РАБОТЫ

Введение содерда обоснование актуальности работы, изложение направлений исследований, основные. алучш© полождака и результаты диссертационной работы, ешосимьн на защиту, а также структура и объем работы.

В первой главе представлен агшлитичеагий ос-оор существующих способов и систем, сбоспечиваюк-'.х бесконтактное пассивное измерение расстояний до контролируемых объектов с помогаю телевизионных средств, тенденций -развития данных систем и перспектив их дальнейшего использования, Еиявлению проблем, возникающих при. их создании,

Показано, что в основе известных способов определения расстояний до удаленных объектов дожит способ определения неличины параллактического угла (либо ликеиного параллакса) путем получения изображения объектов с помокьм телевизионных регистраторов с кодлинеарными оптическими осями и определения взаимного смещения изображений либо на экране видеоконтрольного устройства, либо путем использования автоматизированных анализаторов.

Отмечено, что основными тенденциями современной телевизионной дальнсметрии являются увеличение надежности и точности производила измерений, а так,га упрощение способа измерений расстояний.

Для формирования геометрически высокоточного ; синхронного считывающего растра все больнее предпочтет« отдается использованию ГОС-отруктур, а для оценки величин! относительного смешения изсбраж-ний в каналах дальномер; разработаны различные методы взд-элепия признаков различи . изображений и их сравнения: корреляционный метод, различны, методы, основанные на сравнении характерных точек, а тага граничных лризнакоз различия, причем использование этих методе требует обязательного применения средств вычислительной техник для переработки больших объемов информации, .помаду ^дн: разымаются специализированные и универсальные вичислителькь устройства, применяемые в составе дальномеров.

Далее в главе рассмотрены не достатки судгстьуккнх способ: и систем на основе которых сформулирсваки £aдa^

- 7 -

г гс о лс- л ^ в и г; г й.

Ко ь'хрси главе представлены результаты теоретических ьмедокаш ыххч^хю'г ичг.кдокзнко путей автоиаткэакии яро-:сов сцокгд дистанции в ОТ Л, {дорзйзуку методов достигенка ;о::ой чувствительности к точности ОТД. исследование путей г?рэ*нич н^оасстганвак/дихел оптк'^сгаа: систем ОГД, разработку луктурь: курительной телевизионной аппаратуры автоматяческо-СТД, ви^ор путей достижения многофункциональности ОТД.

Отмечено, что огневой алгоритмов и методов, применяемых в ; яь.'иется геометрический телевизионный метод, • основанш/й на юльосвании двух ндеитнчнвг/. толевизкоквах камер с параллель-си оптическими ссами с базовой линией перпендикулярной ог.ти-осям. В этом случае дистанцию до объекта определяется. >а.хзнкэм вида:

в-г о -- ,

а

где 0 - дистанция, до обгекта; а - линейный глртл.та-.г или паратасстъ; В - база системы; г' - сопусное р-юстоянке оо-ьок-ов камер.

Далее представлен анализ влияния погрешностей измерения ейного параллакса на точность измерения дистанции и отмече-

что для требуема точностей измерения днетации ( при базах 3 и и фокусные расстояниях, рапных 200 1.{У, а также исполь-ании в качестве оотсприемннксв ПЗС-матриц) погрешности изме-ия линейного параллакса не дол>;)ш презвкать сотых долей зле-та разложения телевизионного изображения.

Затем описаны способ автоматической оценил дистанции еви?нонн!,П!1; средств?-'.!!! и структурная схема дальномера, лизуюдего представленный способ.

В главе рассмотрены методы повышения чувствительности и нссти ОТД, причем отмечено, что для увеличения чувствитель-и дальномера необходимо либо увеличивать базу дальномера, э повидать точность измерителя линейного параллакса (ЛТП), звная функция которого - определение ведитаны взаимного сме-ия изображении каналов дальномера.

Рассматривая г.ути повышения точности дальномера за счет

повышения точности ИЛП, определено, что г, настоящее ь.ре используются два осксышх способе; опреде л-.-кил смешения: контрастный к корреляционный. Контрастны.: способ является иоле, простым в реализации", однако требует вприоркоЗ информации с форме видеосигнала, сос -.зтс~гув::;его объекту контроля, что ■ каком случае неприемлемо.

Применительно к корреляции пгобраяэний используются дв; основных вида алгоритмов: алгоритмы определения степе!;; идентичности изображений (алгоритмы вычисления степе!'] корреляцию и алгоритш определения их различия (алгоритм! вычисления значения среднего квадрата разности или средне, абсолютной разности яркостей изображений).

Далее отмечено, что для учета разностей контраста : различия фонов в каналах дальномера в качество кореляционно метрики при оценке снесения изображений целесссбразн< использовать модифицированный средний квадрат разности зида:

Й

0(1,3) - £ Ул (х + 1, У + :) - А-Уп (х, у) - В ],

х у

где Ул( ) - яркость элемента изображения левого канал дальномера; Уп( ) - яркость элемента нзобра.«с-ния правого канал дальномера; х,у - координаты элементов изебрахений; величины относительного смешения изображений лоеого и правой каналов изображения по координате х и у соответственно; А коэффициент, учитывающей различие контрастов в левом и право каналах дальномера; В - коэффициент, учитллаюзий разлиже- Лояо в левом и правом каналах дальномера.

Преимуществом данной метрики является то, что возмом оптимизация . величины А, . что позволяет - привести вырахени метрики к виду:

2 2 Бл Бп 5л« 5п 'с

О(из) - ( Пл--) ( Оа--) - ( Клп--;- ) .

К N N

- о ~

где D.n, Dn - cywva квадратов яркостей элементов обрабатываемых 1тагмотсз изобрр.'^пнй соответственно б левом и правом каналах дальномера; йл, Sa -сумма яркостей тех до элементов, Клп -еумма призкодоиий яркостей соответствую^« элементов в левом и 1равом каналах дальномер!, N - число элементов.

Отмечено, что использование предложенной метрики для ахоэдення ликерного паргижкез ясгвожтет определить его только ; точностью пространственной дискретизации изображения, что шляется недостаточны1,! и требует апроксимации функции различия :ля нахождения ее более точного ¡;ннн'.!ума.

Затем проведен анализ известных вариантов интерполяции имметричньгх сигналов с использованием, полиномов четвертого орядка , тригонометрических полиномов и других на основе оторого был сделан еывод, что в практической реализации зсестные способы достаточно сложны и эффективно работает-с ль ко при определенных (для г.ахдого метода своих) ограничениях э. форму сигнала.

Далее в главе списан Солее простой в реализации и эстаточно зффоютшшй вариант квадратичной интерполяции зрреляционней метрики, приводя^:;'! к выражении вида:

1 D( 1^1+1, jrO - Df inr-1. j:n)

Z 1 ГЛ 4- - [ ------- ] ,

2 2-D(i~, jn) - D( int-1, j.t) - D( irr+1, jn)

;o irr., in - то'а-л грубого минимума корреляционной метрики.

Затем на основе выпоизлох.'нного описан алгоритм оценки кейного параллакса, включокеий оценку грубого минимума и и числение точного сначекия с помопго • квадратичной терпо сличи.

Далее представлены описание специально разработанной тематической модели КЛП и результаты исследования на модели зрабстанного алгоритма оценки' линейного параллакса, которые, •сазгли, что разработанный ачгсоитм имеет методическую грзшость измерения линейного параллакса, относительная абильность ксторсЯ для сирокего класса сбгеотоз пезвеляет ее Ачителыю уменьшить до во личин, ссответствуг.-хих тысячным

долям линейного размера элемента ПЗС-матрицы пух< соответствующей коррекции. Кроме того, установлено, что д. широкого класса изображений объектов (при отношениях сигнал/'Д с нккней границей 25 сШ, что характерно для среднего качесг черно- белого изображения ) погрешности измерений линейно параллакса не превысахя1 сотой доли линейного размера элемен1 ПЗС-матрицы, что вполне достаточно для построения высокоточно телевизионного дальномера.

В главе представлено описание трех вариантов ИЛ реализующих разработанный алгоритм сценки линейного параллакс на микропроцессорном контроллере, на жесткой логике комбинированный Еариант. Отмечено, что з первом случ преимущественно все операции при реализации разработанко алгоритма выполняет специализированный микропроцессоры контроллер. Преимуществом данной реализации являют относительно малые аппаратурные затраты, а основным недостати -- относительно малое быстродействие. Ео втором слу, реализация основных функций ИЛИ возлагается на уз: построенные преимущественно на жесткой логике. Основа недостатком данного варианта построения УЛП являются больи аппаратурные затраты, а преимуществом - большое сыстродейств^ Третий вариант построения ЛЯП позволяет оптимально сочетг аппаратурные затраты с требуемым быстродействием, дан; материалы проиллюстрированы структурными схемами ИЛП представлением описания их работы.

В главе представлены результаты исследований пуг построения нерасстраиьахются оптических систем ОТД. Реализа) измерительной системы с помощью двух телевизионных камер параллельными визирными осями требует сохранения параллельно; осей. Параллельность визирных осей телевизионных камер мо; быть достигнута либо путем регулировки (выверки), применяемо: "расстраивающихся" системах, либо использованием пространств но инвариантной (керасстраиваяцейся) оптической системы, сох ¡швдей параллельность осей при смещении и поворотах оптичэс элементов, вследствие механических и температурных воздейсть причем второй вариант является более предпочтительным.

Теоретической основой построения нерасстраиваюиихся с приборов, в той числе точных измерительных, является тео

пространсгвеянь.'х передаточшж функций (ППСО оптических приборов, из которой выводятся критерии пространственной инвариантности - нечувствительности прибора к изменению положения его оптических деталей и систем.

¿ели необходимо обеспечить неизменность положения изображения или направления лучей, то реакция изобращения на смешение оптических деталей до.таа быть равна нулю (абсолютная инвариантность). Если необходимо обеспечить неизменность взаимного положения изображений, образованных несколькими оптическими каналами в одном поле, то реакции всех изображений дол.шы быть равны (относительная инвариантность). Если достаточно обеспечить разное взаимное изменение положения идентичных изображений в разных полях, то достаточно, если будут равны разности Функции в разных полях (дифференциальная инвариантность).

Для создания керасстраизакдейся схемы ОТД достаточно вшолкить критерий дифференциальной инвариантности, т. к. ОТД является дальномером геометрического типа, т. е. определяющем расстояние до объекта по геометрическим параметрам: известной стороне В измерительного треугольника и измеряемому противоле.тягцему (параллактическому) углу е - углу между направлениями на объект пунктов направления, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называемой базой 3.

Параллактический угол е не изменяется при изменении горизонтальной наводки, при которой происходит одинаковое смещение изображений в разных полях. Следовательно если произойдет одинаковое изменение поло.югний в разных полях от изменения положения оптических узлов или их элементов, то это ке изменит величину измеряемого параллактического угла, а следовательно и измеряемого расстояния.

Вахнеяпики элементами инвариантной оптической схемы ОТД является инвариантные объективы телевизионных камер, обеспечиваюдих инвариантное сопряжение телевизионных приемников .излучения (ПЗС-матриц) с оптической системой.

Сдким из способов достижения относительной: и диЗДеренциалькой" инвариантности является четкая связь элементов с равными пространственшгми' шредаточкшн газМициентэмй - нормированными ПП5.

- а- -

Дат осуществления згого сгосооа б да-.-ной ра5от гнпользуется жеетксе соедкве.'.*;:; ПЗС-матрицы с оЗъектмс канальной телевизионной кам-;рк. с ц'.льу ПЬС-ис^иц

жестам ¡слоем крспитьсл на пев:рхноогь сл-екгхх-а. д.. я получеьи изображения предмета на 1Ъ>мат;.";во, за объективе устанавливается лдосиаа отрсаатап:! поьорхностг. располо.тонпа на половине фокусного расстояния объектива.

Принципиальная оптическая схема ооюктива такого тип (см. рис.1) состоит из однокомлонинтной линзы 1 с приклеенной ней ЮС-матрицей 4 и трехкошоьенткой линии 2, в:г ■.-ч.-.:- ::е положительную и отрицательную лиясл и малуп отрицательную линь 3. Линза 1 образует основную оптическую ск^у объэкгива, линза служит для коррекции аберраций, линза Я предназначена дл изменения фокусного расстоянии ооьсктива. Далее « г.тзве ¿•.•••тс обоснование , того, что дпнш'й объектиг является, полнестъ инвариантным,' т.е. нечувствительны к цоперсччону смещения повороту как всего объектива, так и его отдилдых ;»шокс.;ггсв Данный объектив является оспявнш компонент;..-.! в сглическк схемах ОТД.

В главе представлены три оптичиею.* сг.емн ОТД: с тнмм сопряжением телсииспонких каналов с помочью канала; с использованием оптической связи мегду тс..еЕИЗи*)!:нк.--: каналами; с использованием жесткой механической свази млгду те левпзионкыми каналами.

Наиболее универсальной оптической с>:-;Т/оп ОТД дя^етс вариант пространственно-инЕариангиоП с\емы, Г:рс-дстсшл-ааш» и .рис. 2. Изображения объектов проециру^гся сб-уктизами 1 на ГОС-матрицах 2-х канальных техевиокоини/. камор, иложгпи изображений на матрицах определяет лиизинп! параллакс (а; соответствующий измеряемому расстоянию (П):

Взаишшй поворот канальных телевизионных ¡с?„\!е контролируется специально введенным контрольным каналом. Пр развороте камер друг относителх-но друга I-сс-те с призма!,« 6 и на матрице 2 контрольного канале, происходит- смецеки изображения знака контрольного канала, гезавнЬимо от тог повернулась левая или правая камера.

Объективы из и 4 установлены на расстоянии 0,5 и фокусных расстояний от отра^чглдх поверхностей призм 0 и V

-едет!:!.;: о те г о небрег прлом о к 7 гкзивает одинаковое ча ШС-млтркдас капэльнш: телевизионных гл::.т-.г контрольного канала, и поэтому, разворот гчпт: дается при расчете дальности в виде:

Г: - ; со

3 = - ,

где 0 - длотакщп-:; В - база ОГД; Геб - фкусноо расстояние ¡Съяятс'я а - лкюЯшй ларяллакс; ак- смещение игобратеиия ::ага. (пятна, гтрахг) контрольного канала.

Далее в главе представлен подробный анализ данной оптнчос-:оГ; схемы в результате которого сделаны следующие выводы:

1. Система полностью ¡сквзриантна. Рее иоточпкш систскати-"ск;;х погрешностей полностью исключены.

Угловое рассогласование левой и правой базовых канальных амер контролируется специально введенным контрольным глналом. ри повороте гак левой, тол; и Прагой базовых телевизионных клер возникает смещение изображения штриха контрольного канала а матрице контрольного глнала. При этом контрольный качал вы-элняет роль оптического дифференциала, суммирует поворот как -.■вой так и правой базовых камер. Величина смещения изображения :; матрице контрольного канала учитывается при вычислении рас-гсяния .

Оокусные расстояния всех указанных объективов долкны быть пены. Для обеспечения этого требования предусмотрена ггулнревка фокусных расстояний. Для регулирования фокусных гсотоянпй предусмотрено соевое перемещение трехлинзового ¡мпонента 2,3 объектива ,

Жесткость связи концевых частей датькомера ограничена лиаь измерамл полей контрольного качана и базовых камер.

Смещение объективов с ШЙ-матрицами не вносит рассогласо-.нил, т.к. при хестксм соединении матриц с объективами изобра-ние смещается на такув хз величину, на которую.сместится мат-:ца вместе с объективом и положением изображения относительно

ТрКЦЫ.

Поворот обг/.'ктква с ыагркигй вокруг оптической осп не колет ■ вызвать погр^жность е.т^годагя ссг-мс-^нкс матрицы с центром объектива. Смешение ж» ц:птра матрицы еа счет погрешностей центрировки при малых углах поворота пкчто.чпо малы.

Шгрзпксстк при поворотах вокруг осой, перпондпкул.фних к оптической оси, ис^явча^гсл благодаря совмещении плоскости матрицы с главкой плоскостью объектива.

Поворот прямоугольны.-: григм левой и правей половины вызывает одинаковое изменение направления лучей, строг.енпых от двух граней каждой из ирисм. При одияакогих фжусяих расстояниях объективов и />аопслслении матриц на половине Фокусных расстояний объективов от отралакаих граней призм, поворот призм вызовет одинаковые смещения изображении па матрицах.

2. Оптическая система является универсальной для дальиоме-ров с разными базами в широком диапазоне, ограниченном дивь виньетированием поля, разного угловому размеру штриха коллиматора.

Т&к мо.т?;у ооъективами контрольного канала г,о>:одиг ла-ралледьиип 1 кйлдкмроваяиу:;'; пуч?к лучей, то при кем: дальномера изменяется ллыь расстояние ме.уду головными частями (.базовыми каморами) дальшн^-ра оез всяких измен-., ний их кцпют-ров и лиса при оолы.их базах молат возникнуть ки&егкрмьиь.: поля штриха колчпматзра.

3. Температурные погрйааюстк могут воз:',и:.чуть вследстие изменения угла 000коицевах призы АР-90°при испеиекж температуры . Однако применение таких ж пркгм в приборах ЗДН покрало , что при изменении температуры в диапазоне от -40°С до 450°С изменение угла призм не превышает 1".

Благодаря тому, что приемы в оптической схеме ОТД работай; только на отроение, они могут быть изготовлены па плавяенсгс кварца, тогда постоянство угла призм при изменении температура будет более высокое.

Стабильности углов призм способствует малые габариты приз? вследствие расположении их на половине фокусного расстояния о: объектива, где сечение апертурного пучка составляет О,.1 зрачка.

Другие элементы оптической схемы ОТД с инвариантны; сопра/лниом телевизионных 1саиалов с помощью : ентрольноко канал:

4 псдеглгяки«.' температуры, т.е. изменение их параметров т изм^нешш температуры не моязг вызвать погрешности в ¡мереяилх.

5. Представленная оптическая схема ОТД предельно проста. . > стабильность обеспечивается, кроме инвариантности, еще и I счет чалого числа элементов.

Принципиальная оптическая схема ОТД с использованием ¡тпческой связи, ме.гду телевизионными каналами представлена на :с. 3 и включает в себя: два объектива 1 (с прикленными к ним ^-матрицами Й ), установленных на расстояние 0,5 их фокусных ¡сстоянии от отразивших поверхностей прямоугольной призма 3; нтапризму 4 и клиновидное защитное стекло 5.

Оптическая схема ОТД является инвариантной. Инвариантность еспечивается использованием в схеме инвариантных объективов а также использованием пенталризмы 4, поворот которой не :ияет на изменение относительного хода лучей в каналах, т. е, ттслняется критерий относительной инвариантности. Данная тическая схема молот использоваться в ОТД с малыш базами.

Опти.ческая схема ОТД с использованием же с кой механической язи между телевизионными каналами является частным вариантом нверсальной схемы ОТД и отличается от последней отсутствием нтрольного канала. Принципиальная опти.ческая схема ОТД предс-влена на рис. 4 и включает в себя два идентичных инвариантных тических канала, каждую из которых- состоит из объектива 1 с коеккой к нему ПЗС-матрипей 2,. установленного на расстояние

5 его фокусного расстояния от страдающей поверхности зеркала и клиновидного защитного стекла 4,

/¿.".вариантные каналы механически жетко связаны между собой г.омоиьй элемента механической связи 5. Предполагается, что змент 5 является достаточно жестким и не изменяет своих раметров з процессе функционирования ОТД.- При этих условиях гическая схема ОТД является малорастраиваюдейся (по критерию яосительноп инвариантности).

Данная оптическая схема может использоваться в ОТД с мзлы-и средним базам!. 3 дальномерах с мадыми багам:! зеркала 3 .-ут заменяться одним общим зеркалом В этом случае оптическая »ма станоьхтся рерасстраигыадэйся по критерии относительной, вариантности.

Исходя из проведенных исследований в части использования г составе ОТД кераостраивакдзассд оптических систем, ?. том числе оптических систем с контрольным каналом, в заключении в глав; конкретизируется состав и структура телевизионной измерительно:' аппаратуры автоматического ОТД, с представление!; варианта, работающего в составе телевизионных навигационных систем во многофункциональном режиме работы.

3 третьей главе представлены результаты экспериментальны; исследований диссертационной работы, которые включаю? описали* автоматизированного стенда для исследования процессов функционирования ОТД, а также результаты испытаний макетов ОТД в лабораторных и натурных условиях работы.

В главе представлены описания оптической и электронно составляющих разработанного и испытанного стенда, а сое

тав и структура программного обеспечения.

Отмечено, что оптическая часть стенда состоит из набор сменных нерасстраиваащихся оптических систем, каждая из которь соответствует своему типу ОТД и представляет по ct5.~ и*рассоривающуюся многоканальную оптическую систему, с обт/т.-.т'л.аун имеющими оптические детали (линзы) j^ctko связанные о кика^ь* ми фотоэлектрическими преобразователями ({сад^ешдао! причем количество преобразователей равно числу каналов в ОТ?!,

Б стенде используется ододую^иэ варианты ся оптических систем: о инвариантным солркхениом базисных качг лов с помоигью контрольного канала, с постоянной и переменнс базами; с использованием оптической связи моду базисными кан; лтли; с использованном жсткой механической связи тяду Сгаисш ми каналами, причем первая и втора« системы являются трохк; нальними, а третья и четвертая - двухкалальнымл.

Далее в главе описывается макеты ссстзвгяших оптической части стенда с представлением иллюстраций в виде ох«м к фото рафий.

Электронная часть стенда включает в себя (см. рис.5): т канальных камерных блока (К5Л-КЕК); коммутатор (К аналого-цифровой преобразователь (АЦП); буС'ерн олеративное-запеминатадее устройство (ЗОЗУ); схему гыСа каналов (ОВЮ: цийро-аналоговый лрео азс^атель (ДА: смеситель (СМ); знакогенератор (ЗГ); устройство солрл>акил (У

видео-контрольное устройство (ЕКУ) ; ПЭВМ типа "Нейрон. И9.65-С2". Затем предетаз.теко описание назначения устройств электронной части стенда, а такхе их конструкции с иллюстрациями в виде фотографий.

Отмочено, что ядром электронной части стенда является ПЗЕМ типа "Нейрон. К?. Ô6-Q2", которая осуществляет управление элементами олектрокной части и сСеелечизаст реализацию следующих ¿ункций: последовательный ввод фрагментов изображений с каналов дальномера; предобработку Фрагментов изображений; вывод предоб-работанкьгх сррагментоз изображений для визуализации; комплексную обработку многоканального телевизионного сигнала с целью оценки линейного параллакса и дистанции; статистическую обработку результатов комплексной обработки; вывод результатов комплексной ебработки в графическом, либо знаксбуквенном виде.

Далее представлены состав и описание программного обеспечения стенда. Отмечено, что программное обеспечение написано на г:ьке высокого уровня ТУРБО ПАСКАЛЬ и работает в среле операционной системы МЗ DOS lia компьютерах, совместиуих с IBM PC.

Б главе представлены результаты испытаний макетов двух модификаций СТД, на основе которых сделан вывод о подтверждении ;ринципиалькой возможности построения высокоточных аЕТОматичес-:их ОТЛ нового типа на основе нерасстраивающихся оптических :истем, с телевизионными камерами на ПЗС-матрицах, с измерите-нми лишенного параллакса, реаяизуюдах корреляционный интерпо-¡лционный алгоритм оценки, а тй.ч>» предложены пути дальнейшего оверпенствовакия ОТД данного типа.

ЗАЖЧЕНЙЕ

Полученные результаты исследований позволяют сформудиро-ать следушие основные вн^о.пы.

1. Разработан новый способ автоматической оценки дистанции елевизионными средствами.

2. Разработан новый корреляционный интерполяционный алго-итм высокоточной оценки линейного параллакса.

3. Разработана, реализована на ЭВМ и испытана ноьая мате-¿ткческая модель измерителя линейного параллакса.

•1. Разработаны новые структуры измерителей линейного па-

раллакса, реализующие корреляционный интеполяционкый алгорит высокоточной оценки линейного параллакса.

Б. Разработан новый способ инвариант:-"- сопряжения твер дотельных телевизионных приемников с оптической системой даль номера.

6.' Разработаны новые инвариантные оптические схемы для ол тико-телевизионкого дальномера:

- с использованием инвариантного еопрякгння телевизионных каналов с помощью контрольного канала;

- с использованием оптической связи медду телевизионными каналами;

- с использованием иесткой механической связи ме.чду телевизионными каналами;

7. Разработаны новые структуры измерительной аппарату; автоматического оптике-телевизионного дальномера, в том числе для работы ео многофункциональном режме.

8. Разработан и испытан автоматизированный стенд д. исследования процессов функционирования автоматичесн оптико-телевизионных дальномеров.

Я. Получены количественные точностныо оценки разработан.1: автоматических оптике-телевизионных дальномеров в >:о проведения натур:;ых и лабооаторных испытаний их макетов.

По теме диссертации олубликезаяа следуэдко работы.-

1. Голодухин Б. В. , Рябова Н. Е , Тяыолук И. Е Пространстзенно-инварлачтное сопряжение приемников лучист энергии с оптическими системами. // Научно-технический семи: "Оптико-электронные методу и средства в контрольно-игм^рител» технике", Москва, 1991 г.

2. Сухопаров С. А. , Голодухин В. Б., Ткмощук И, Е Автоматизированный стекд для исследования многоканальных опт; телевизионных систем. // Научно-технический семинар "Оптико-электронные методы и средства в контрольно-измерител: технике", Москва, 1991 г.

3. Положтельное решение ка заявку N 4854584/10

от 23.06.91, приоритет 03. 09. 50, С. А, Сухспаров, И, Т. Разумовский, К. Н. Рябова, Б. 3. Голодухин, И. Е Гимзгук.

4. А. с. N 333137 СССР.

0. Голодухин 3. В. , Иванкин II Р. , Эвентаве Ю, М. Влияние попрек-гостей относительной привязки телевизионного датчика на точность определения координат объекта. //"Техника • средств связи", "Техника телевидения", 1985, вып. 4, с. 68.

6. Ганин А. А. , Голодухин В. В., Ззентаве ¡0. М, Эффективность функционирования телевизионной измерительной системы при смещенных оценках по1сазателей. // ВИШ,

"еп. 01.02.89, N Д07578.

7. А. с. N 1412460 СССР .

Рис, 5 Рис. 4

Рис. t>

Подписано к'печати 25.11.92 г. Объег.- 1,2 п.л

Еаказ 404 Tupas ICO экз. Г-еегшатно.

Ротапринт. ИТКО. ISC0C0,- С.-Петербург, пер.Грдзцог-а, 14