Функциональное компьютерное моделирование телевизионных приборов ночного видения Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 621.397: 621.391.8

В.В. Малинин, З.М. Цепиногова

СГГ А, Новосибирск

Г.Н. Попов, Г.А. Моисеенко

ФГУП «ЦКБ "Точприбор"», Новосибирск

В.В. Моисеенко

ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ

Приборы ночного видения (ПНВ) можно разделить на группы:

- Пассивные ПНВ обнаружения, наведения и прицеливания, основанные на регистрации собственного или отраженного излучения на фоне местности при естественной ночной освещенности (ЕНО);

- Активно-непрерывные ПНВ обнаружения и распознавания с использованием непрерывной подсветки объекта наблюдения специальным источником излучения (например, лазером). Применение полупроводниковых излучателей в качестве источников подсветки для ПНВ существенно улучшает их способность наблюдения в условиях слабой освещенности;

- Активно-импульсные ПНВ с использованием импульсного метода наблюдения специальным источником излучения (например, лазером). Он сводится к импульсной подсветке объектов наблюдения излучением лазерного осветителя. При этом синхронно управляется (сорбируется) затвор импульсного электронно-оптического преобразователя (ЭОП), установленного в приемной части прибора.

Задача доклада состоит в том, чтобы дать принципы метода математического описания ПНВ и компьютерной оценки дальности распознавания объекта наблюдения, а также показать перспективу его развития.

Базовая функциональная схема ПНВ приведена на рис. 1. С точки зрения преобразования информации целесообразно рассматривать пять составляющих ПНВ: внешние условия; входной объектив ОС-1; ЭОП; телевизионный тракт (ТВТ); излучатель. Перечень параметров этих составляющих, учитываемых при расчете дальности распознавания, приведен в табл. 1. Методы измерения некоторых параметров описаны в ГОСТ [11].

При расчете значения дальности распознавания в пассивном режиме используется итеративный метод вычислений. На ^м шаге используется значение дальности и значения промежуточных вычислений, рассчитанные на (к- 1)-м шаге. Итерации выполняются до достижения заданного значения допустимой погрешности Аь, (рис. 2). Если это условие не выполняется, то пересчитываются следующие коэффициенты: прозрачности атмосферы та, яркости дымки кд, яркости атмосферы ка, потери контраста в системе кп. На нулевой итерации принимается, что та, кд, ка = 1. На следующих итерациях

эти коэффициенты вычисляются по формулам, которые здесь не приводятся для экономии места.

Рис. 1. Функциональная схема ПНВ

В активно-импульсном режиме в исходных данных задается ряд значений требуемой дальности распознавания с определенным шагом. Итеративные вычисления выполняются до достижения заданного значения допустимой погрешности Аравной относительной разности значений расчетной и требуемой дальности распознавания.

Метод расчета дальности распознавания основан на определении разрешающей способности ПНВ, включая канал обработки информации, через воспринимаемый уровень отношения сигнал/шум (ОСШ). При выводе формул для расчета дальности распознавания цели использовались результаты, приведенные в работах [2... 7].

Укрупненная схема алгоритма приведена на рис. 2. Алгоритмы выполнения расчетов и обработки результатов полигонных испытаний защищены свидетельствами [8, 9, 10]. По ходу вычислений могут выдаваться результаты в контрольных точках согласно формулам (1.. .5).

Рассмотрим основные расчетные соотношения.

Дальность распознавания цели:

т —а

Ьр - ,

аъ

(1)

где а - эквивалентный размер цели, м;

а^ - суммарное предельное угловое разрешение системы «ПНВ-глаз»;

— {аСТр + ы-цор прив + аэл) , (2)

где а2стр - предельное угловое разрешение (рад), обусловленное погрешностями узлов прибора (объектив, ЭОП, ТВТ);

анОРпРт - предельное угловое разрешение ТВТ (рад) при заданной вероятности зрительного восприятия порога разрешения объекта;

а2эл - предельное угловое разрешение (рад), обусловленное

флуктуациями потока фотонов.

НАЧАЛО

Переобоз

начение

переменн

ых

Ввод исходных данных

та , кд , ка , кп.стр, ” к ” 1

Вывод результатов

конец

Рис. 2. Укрупненная схема алгоритма вычисления дальности распознавания

ПНВ

Ниже приведены формулы для аСТР, а

2 и а2эл (3, 4, 5):

астр -

0.25

/

ГІ'&Б

ГЇ

1

Э і 1 1 1

—2— ------- ’—2----*-------------^------

N ОБ ПРИВ Nэоп Nоп ПРИВ Nтвт

(3)

(4)

где КИОП - контраст изображения, воспринимаемого ТВТ. Значение

вероятности определяется значением показателя степени у при

К

ИОП

[6];

где FЗ - коэффициент засветок;

х1 - коэффициент, учитывающий влияние термоэмиссии. Остальные обозначения описаны в табл. 1.

Коэффициент контраста объект/фон Коб.ф определяется для данного типа приемника с учетом спектральных коэффициентов яркости объекта и фона и относительной плотности излучения источника подсветки.

Различение объекта возможно, если с заданной вероятностью на минимальном размере по критерию Джонсона разрешается 8...12 пар линий штриховой пространственной миры, эквивалентной объекту наблюдения.

Рассмотренный выше алгоритм вычисления основных параметров ПНВ сначала был реализован, совершенствовался и успешно эксплуатировался в течение ряда лет в среде СУБД «СНррег». В развитие этой модели предлагается новая версия, разработанная в среде МАТЬАВ.

Вид главной панели пользовательского интерфейса показан на рис. 3.

Рис. 3. Панель управления процессом моделирования ПНВ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кощавцев Н.Ф Определение вероятности распознавания объектов наблюдения / Н.Ф. Кощавцев, С.С. Романов, Д.С. Соколов // Труды Московский энергет. ин-т. 1973. -Вып. 167.

2. Гаврилов В.А. Видимость в атмосфере./ В.А. Гаврилов. - Л.: Гидрометиздат,

1966.

3. Куклев С.В. Электронно-оптические преобразователи / С.В. Куклев, Д.С. Соколов, И.Н. Зайдель. - М., 2004.

4. Изнар А.Я. Электронно-оптические приборы / А.Я. Изнар. - М.:

Машиностроение, 1977.

5. Карасик В.Е. Лазерные системы видения / В.Е. Карасик, В.М. Орлов В.М. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

6. Мешков В.В. Основы светотехники. Ч. 2. Физиологическая оптика и колориметрия / В.В. Мешков. - М.: Госэнергоиздат, 1961. - 416 с.

7. Мешков В.В. Основы светотехники / Ч. 2. Физиологическая оптика и колориметрия / В.В. Мешков, А.Б. Матвеев. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Моисеенко Г.А. Расчет основных характеристик оптико-электронных приборов. Пакет прикладных программ / Г.А. Моисеенко, А.В. Андреев, А.С. Кандауров. -Свидетельство № 2003610053 по заявке № 2002611870 от 04.01.2003.

9. Моисеенко Г.А. Обработка результатов полигонных испытаний. Пакет прикладных программ / Г.А. Моисеенко, А.В. Андреев, А.С. Кандауров. - Свидетельство № 2004610314 по заявке № 2003612513 от 28.01.2004.

10. Кандауров А.С. Расчет основных параметров оптико-электронных приборов с ТВ-каналом (ППП «Импульс-ТВ») / А.С. Кандауров, Г.А. Моисеенко. - Свидетельство № 2006613057 по заявке № 2006612299 с приоритетом от 01.09.2006.

11. ГОСТ 21815.19-90 / Преобразователи электронно-оптические. Методы

измерения энергетических и оптических параметров. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 16 с.

© В.В. Малинин, З.М. Цепиногова, Г.Н. Попов, Г.А. Моисеенко, В.В. Моисеенко, 2007