Использование в составе цифрового прицела фотоприемника с избыточным разрешением Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 623:681.7

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СОСТАВЕ ЦИФРОВОГО ПРИЦЕЛА ФОТОПРИЕМНИКА С ИЗБЫТОЧНЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ

Александр Андреевич Голицын

Филиал Института физики полупроводников СО РАН «Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 2/1, ст. инженер-электроник, тел. (383)330-91-88, e-mail: aag-09@yandex.ru

Описывается способ ввода поправок цифрового прицела путем перемещения изображения наблюдаемой сцены относительно неподвижного прицельного знака, постоянно находящегося в центре экрана. Возможность перемещения изображения реализуется путем использования в составе прибора фотоприемника с заведомо большим, по сравнению с дисплеем, разрешением.

Ключевые слова: цифровой прицел, угол прицеливания, ввод поправок.

THE USE OF THE IMAGE SENSOR WITH EXCESS RESOLUTION AS A COMPONENT OF THE DIGITAL SIGHT

Alexandr A. Golitsyn

Design and Technology Institute of Applied Microelectronics (Branch of The Institute of Semiconductor Physics), 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Lavrentev av., electronic engineer, tel. (383)330-91-88, e-mail: aag-09@yandex.ru

The article describes the way of making the amendments while shooting with digital sight by moving the image on the sight's screen with fixed reticle in the screen center. The feature is implemented by using as a part of the device the image sensor with the resolution obviously higher than the display's one.

Key words: digital sight, angle of sighting, reticle adjustment.

Цифровой прицел - это устройство, предназначенное для наведения оружия на цель, принцип действия которого основан на преобразовании оптического изображения в электрические сигналы, их преобразованием и отображением на дисплее. Конструктивно он напоминает собой цифровую видеокамеру и отличается от нее наличием крепления к оружию, наличием встроенной в изображение прицельной шкалы и устойчивостью к ударным нагрузкам. Устойчивость к ударным нагрузкам позволяет прибору не выходить из строя в процессе стрельбы, а также обладать свойством «несбиваемости» - расположение и ориентация объектива и фотоприемника прибора относительно оружия после выстрела не изменяются [1].

При разработке цифрового прицела одной из задач является выбор фотоприемного устройства. Помимо очевидных характеристик, таких как чувствительность, кадровая частота, рабочий температурный диапазон, энергопотребление, тип фотоприемника (ПЗС или КМОП) важной характеристикой в процессе выбора конкретного фотоприемника является его разрешение. Для запол-

нения всего поля зрения на дисплее прибора разрешение фотоприемника должно быть не меньшим, чем разрешение дисплея. В противном случае необходимо будет прибегнуть либо к электронному масштабированию изображения, либо изображением сцены на дисплее будет заполнена не вся область. Типовым разрешением современных микромониторов является разрешение 800*600 элементов [2, 3], следовательно, для заполнения всего поля на дисплее разрешение фотоприемника должно быть не менее 800*600. При использовании фотоприемника с большим разрешением, чем 800*600 на дисплее отображается не полный кадр изображения, а его фрагмент.

Наличие некоторого запаса по разрешению изображения, полученного фотоприемником, позволяет осуществлять смещение изображения относительно центральной точки дисплея. Применительно к цифровым прицелам на экран прибора изображение может выводиться таким образом, чтобы точка прицеливания большую часть времени использования прицела находилась в центре экрана (рис. 1), то есть при изменении точки прицеливания на дисплее осуществлялось не смещение прицельной шкалы относительно изображения, а наоборот смещение изображения относительно прицельного знака.

используемый фрагмент

полный кадр

Рис. 1. Выбор фрагмента из изображения форматом 1280*960 для передачи на дисплей разрешением 800*600

Одна из причин смещения точки прицеливания относительно получаемого изображения обусловлена необходимостью выверки прицела на конкретном оружии [4]. Другая причина заключается в необходимости ввода поправок при стрельбе. При стрельбе на большие расстояния оружию могут потребоваться относительно большие углы прицеливания, особенно это касается оружия, предназначенного для стрельбы патронами с дозвуковой скоростью, пули которых имеют достаточно крутую траекторию полета. При больших углах прицеливания, прицельная марка в классических прицелах смещается вниз относительно наблюдаемого изображения, соответственно, при наведении марки на цель верхняя часть поля зрения прибора оказывается занятой изображением неба, а интересующие стрелка объекты и потенциальные цели, находящиеся ниже точки прицеливания, оказываются за пределами поля зрения. Смещение же

изображения вместо смещения прицельной шкалы позволяет потенциальным целям оставаться в пределах поля зрения, и таким образом, повышается информативность изображения на мониторе прибора. Схематично процесс прицеливания изображен на рис. 2.

б

Рис. 2. Схематичное изображение процесса прицеливания:

а) смещением прицельной шкалы - верхняя часть поля зрения не используется; б) смещение изображения - в нижней части поля зрения появляются ранее не видимые объекты, являющиеся потенциальными целями

Справедливый вопрос: каково должно быть разрешение фотоприемной матрицы, чтобы учесть все допустимые смещения точки прицеливания? Например, если прицел предназначен для использования на винтовке ВСС, то его угловое поле зрения по вертикали П по должно быть 6° - по аналогии с угловым полем зрения прицела ПСО-1 [5], угол прицеливания Пприц для винтовки ВСС составляет примерно от 0,1° до 1,9° при стрельбе на расстояния от 100 до 400 метров (данные получены расчетом, исходя из начальных скоростей пуль для патронов СП-5 и СП-6), а смещение прицельной шкалы П^шерки при выверке прицела на конкретной винтовке в угловых размерах примем равным ±0,6° или 10 тысячных дальности, что является наиболее распространенным диапазоном выверки линии прицеливания для оптических прицелов российского и зарубежного производства (диапазон выверки для прицела ПСО-1 составляет ±8 тысячных [5]). Отсюда следует, что суммарный запас смещения прицельного знака относительно изображения должен составлять

п = П + 2О = 19° + 2 ■ 0 6° = 3 1° (1)

Псмещ Пприц ' 2 Пвыверки 1,9 1 2 0,6 3,1 , V1)

а общее угловое поле зрения фотоприемной матрицы по вертикали должно быть равным

Побщ = П + Псмещ = 6° + 3,1° = 9,1°. (2)

Разрешение фотоприемника по вертикали должно быть в Побщ/П раз большим, чем соответствующее разрешение дисплея. Численно это значение равно

Y = 600 ■ 9,1° / 6,0° = 910 [пикселей] (3)

Аналогично рассчитывается необходимое горизонтальное разрешение фотоприемной матрицы исходя из величины горизонтального смещения линии прицеливания при выверке и угловой величины боковых поправок.

Ближайшим типовым разрешением фотоприемников для вертикального размера более 910 элементов является разрешение 1280x960, таким разрешением обладают многие фотоприемники, например, ПЗС-фотоприемники серии ICX445 производства Sony.

Таким образом, при проектировании цифрового прицела на этапе разработки принципиальной схемы и выбора фотоприемника не следует ограничиваться разрешением дисплея. Более целесообразным является выбор фотоприемной матрицы с избыточным разрешением, дающим возможность реализовать метод пристрелки и ввода поправок в прицельный знак с неподвижной относительно центра поля зрения прибора прицельной шкалой. Численное значение разрешения может быть рассчитано по аналогии с приведенным в работе примером.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Голицын А. А. Преимущества и недостатки цифровых прицелов для стрелкового оружия // Спецтехника и связь. - 2012. - №5-6. - С.14-18.

2. SVGA+ Rev3 XL Series Active Matrix OLED Microdisplay. User's Specification. Rev. 4 - USA: eMagin Corporation, 2010. - 46 p.

3. SVGA060 Series Low-Power AMOLED Microdisplay. Data Sheet / Olightek OptoElectronic Technology Co., LTD [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.highnessmicro.com/lcdpanelspdf/SVGA060.pdf.

4. Выверка прицелов, проверка боя и приведение к нормальному бою артиллерийского вооружения. Учебно-методическое пособие / Под общ. ред. В.Г. Сикерина [и др.] - Пермь: Звезда, 2001. - 69 с.

5. Изделие ПСО-1С (индекс 6Ц1С). Техническое описание и инструкция по эксплуатации. АЛ3.812.000-01 ТО - Новосибирск: НПЗ, 1990. - 42 с.

© А. А. Голицын, 2016