Системы лазерной локации с обнаружением по изображению и стробированием по дальности

Системы лазерной локации с обнаружением по изображению и стробированием по дальности P = Pоб + PПОР + P с об + P с ПОР АТМОСФЕРА и МОРЕ - ОПТИЧЕСКАЯ ПОМЕХА Атмосфера и морская среда поглощают и рассеивают излучение подсвета, что снижает качество обнаружения по изображению наблюдаемого объекта. Контраст изображения резко снижается и может приводить к полной потери видимости в условиях дымки, тумана, дождя, снегопада и пыли. При расположении лазерной системы локации над поверхностью моря сигнал, формирующий элемент изображения, слагается из следующих составляющих: P = Pоб + PПОР + P с об + P с ПОР , где Pоб , PПОР ~ мощность лазерного сигнала и солнечной засветки, отраженных от объекта наблюдения; P с об - мощность помехи обратного рассеяния, представляющей собой сумму трех составляющих: атмосферной дымки, солнечного излучения, отраженного от морской поверхности, и солнечного излучения, выходящего из толщи моря, P с ПОР - мощность помехи обратного рассеяния, обусловленной обратным отражением лазерного импульса от слоя атмосферы (расположенного между лазерной системой локации и поверхностью моря), от морской поверхности и толщи морской среды АКТИВНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД НАБЛЮДЕНИЯ (стробирование по дальности ) Активно-импульсный метод наблюдения был описан в середине 30-х годов 20-го века русским ученым профессором А. Лебедевым. Метод заключается в облучении пространства короткими импульсами световой энергии и в синхронизированном приеме сигналов, отраженных от объектов облучения. Это позволяет как бы «вырезать» по глубине из окружающего пространства участки, представляющие интерес, и уменьшить зависимость наблюдения от внешних условий освещенности и от степени прозрачности атмосферы. Выбор длины волны 532 нм Изменения числа фотоэлектронов от глубины погружения n 8 10 Nоб 7 10 Nф 6 10 Nпор 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 10 -1 10 -2 10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 z, м Предельная дальность до объекта Кобн, Красп 10 10 10 10 10 10 10 10 10 -1 -2 -3 -4 Кобн Kобн min -5 Красп Красп мин -6 -7 -8 -9 10 -10 10 10 20 30 40 50 60 z, м Воспринимаемый контраст в изображении Значение модуляционного контраста не совпадает со значением воспринимаемого контраста. Наиболее отчетливо эти расхождения проявляются там, где изображение формируется на экране монитора и анализируется оператором. Пусть изображение содержит m×n элементов (пикселей), а распределение яркости описывается двумерной дискретной функцией L(x,y) = Lmn. Средний уровень яркости в изображении Воспринимаемый контраст в изображении Данный контраст характеризует отклонение яркостного уровня элементов изображения от среднего. Расчетное задание для усвоения лекционного материала № 1: Для индикатора 256×256 с уровнями яркости от 0 до 255 вычислить воспринимаемый контраст при 64 пикселях с максимальной яркостью, 64 пикселей с нулевой яркостью и остальных пикселях с яркостями А) 128 Б) 64 С) 192. Рассчитать для данных случаев модуляционный контраст и сравнить с воспринимаемым. Случай наблюдения объекта прямоугольной формы Рассмотрим случай видения объекта прямоугольной формы с распределением яркости, равной единице на поверхности объекта, и нулю в области фона y x a – длина стороны прямоугольного объекта вдоль оси х, а b – вдоль оси y. Пространственно-частотный спектр в этом случае: Учитывая, что: получаем выражение для вычисления модуля пространственно-частотного спектра Пусть данный спектр проходит через МПФ, которая имеет форму фильтра Гаусса Произведение спектра сигнала на спектр фильтра приведет к формированию изображения, которое будет представлять свертку исходного распределения яркости со следующей функцией Вследствие наличия помехи обратного рассеяния от солнечной или лунной засветки наблюдаемый контраст фона и объекта меняется, что приводит к дополнительному искажению изображения. Решить эту проблему можно за счет стробирования по дальности. Такое решение позволяет обеспечить: Всепогодное видение в условиях дымки, тумана, дождя, снегопада Круглосуточное видение Обнаружение встречного оптического наблюдения, прицеливания и видеосъемки Защита от встречных засветок Разделение наблюдаемых объектов по дальности Разделение наблюдаемых объектов по отраженному ИК контрасту Подсвет затененных пространств Видение через тонированные и бликующие стекла зданий и автомобилей Идентификация объектов Определение дальности до наблюдаемых объектов Всепогодное видение Получение качественного изображения удаленных объектов в сложных метеоусловиях Изображение, полученное с помощью обычной ТВ камеры Изображение, полученное с помощью лазерного подсвета и стробирования по дальности Круглосуточное видение Круглосуточное видение позволяет вести наблюдение при любой внешней освещенности: от полной темноты до яркого солнечного дня Изображение, полученное с помощью низкоуровневой ТВ камеры Изображение, полученное с помощью лазерного подсвета и стробирования по дальности Подсвет затененных пространств Изображение, полученное низкоуровневой ТВ камерой Изображение, полученное с помощью лазерного подсвета и стробирования по дальности Видение через бликующие и тонированные стекла зданий Изображение, полученное низкоуровневой ТВ камерой Изображение, полученное с помощью лазерного подсвета и стробирования по дальности Разделение наблюдаемых объектов по дальности Беззвездная безлунная ночь. Бойцы идут вдоль кромки леса. Расстояние - 430 м. Беззвездная безлунная ночь. Боец идет вдоль кромки леса. Расстояние - 100 м. Идентификация наблюдаемых объектов Чтение бортовых номеров Видео Расстояние - 250 м Технические данные системы с активным подсветом и стробированием по дальности Поле зрения (Г x В) 5,5 × 4,1 Дальность распознавания объектов: - фигуры человека 600 м - танка 900 м Дальность обнаружения прицелов: - ПСО-1 1200 м - S&B 3-12x42 1500 м Интерфейс управления RS485 / USB Стандарт видео CCIR (PAL) / USB Время работы от батареи 4ч Внешнее электропитание: - от сети 110-240 В, 50-60 Гц - в автомобиле 9-15 В, макс. 1A Вес с батареей 1,75 кг Габаритные размеры 225×145×70 мм Примеры изображений в системе со стробированием по дальности И в отсутствии стробирования по дальности Расчетное задание для усвоения лекционного материала № 2: Выбрать длительность импульса стробирования для получения изображения танка типа Т-34 (при ракурсе наблюдения сбоку)