СМЕЛКОВ Вячеслав Михайлович, кандидат технических наук, доцент
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЮСТИРОВКИ ВИЗИРНОЙ ОСИ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ
В работе [1] был предложен метод регулировки направления визирной оси двухкамерной телевизионной системы. Под направлением визирной оси телевизионной системы понимается ориентация угла поля зрения каждой из телекамер (“широкоугольной” и “узкоугольной”) или положение оптических осей телекамер. Предполагается, что в пространстве относительно основания телевизионной системы оптические оси телекамер совпадают по вертикали и разнесены по горизонтали на величину базового расстояния.
Постановка задачи регулирования (юстировки) означает, что после ее завершения оптические оси телекамер должны быть параллельны между собой и параллельны посадочной плоскости основания телевизионной системы. Отличительным признаком метода, изложенного в работе [1], является необходимость на время регулировки выставить одинаковые величины углов поля зрения каждой из камер, что легко достигается путем выравнивания фокусных расстояний камерных объективов, т.е. применением в качестве объективов, как минимум, одного трансфокатора (вариообъектива).
Однако на практике задача юстировки визирной оси может быть сформулирована так, чтобы и при выполнении юстировки визирной оси сохранялись эксплуатационные значения фокусных расстояний применяемых объективов, а использование вариообъектива было исключено.
В настоящей работе для выполнения этой задачи предлагается использовать структурную схему юстировочного устройства, приведенную на рис.1. В отличие от варианта [1] в построение отдельных элементов схемы внесены следующие изменения:
- де-факто и во время регулировки первая телекамера 2 является “широкоугольной”, а вторая телекамера 3 – “узкоугольной”;
- в качестве отражательной таблицы 1 применена новая тест-таблица “сетчатое поле”;
- в качестве генератора электронной таблицы 7 применен генератор электрического сигнала “центральный крест”.
Рис. 1. Структурная схема устройства для
выполнения технологической регулировки направления
визирной оси телевизионной системы
Новая тест-таблица 1 разработана с учетом обоих возможных вариантов взаимного расположения телекамер на основании телевизионной системы. Она содержит две большие (левую и правую) перекрывающиеся таблицы “сетчатое поле”, ограниченные реперами и смещенные по горизонтали относительно друг друга на величину базового разнесения геометрических центров фотоприемников, которое кратно размерам клетки большой таблицы, а также две малые таблицы “сетчатое поле” (левую и правую), ограниченные реперами и расположенные симметрично относительно ее геометрического центра. Каждая большая и малая таблицы имеют отношение ширины к высоте, равное формату фотоприемника; размеры клетки большой таблицы кратны с коэффициентом k размерам клетки малой таблицы; число клеток M по горизонтали для каждой большой таблицы определяется по соотношению:
M = m · 1/k · f2/f1, (1)
а число клеток N по вертикали – по соотношению:
N = n · 1/k · f2/f1, (2)
где m и n – соответствующее число клеток по горизонтали и вертикали для каждой малой таблицы;
k – коэффициент кратности клеток;
f1 и f2 – фокусные расстояния для “широкоугольной” и “узкоугольной” телекамер.
Пример выполнения отражательной таблицы 1 для величины базового разнесения геометрических центров в 4 большие клетки, отношения фокусных расстояний (f2/f1), равного 4, и коэффициента кратности клеток (k), равного 2, показан на рис.2.
Рис. 2. Испытательная таблица “сетчатое поле”
Таблица содержит 20 больших клеток по горизонтали и 12 больших клеток по вертикали. Геометрический центр таблицы отмечен точкой “O”. Слева от центра “O” со смещением по горизонтали на две большие клетки отмечена точка “A”, а справа, также со смещением на две большие клетки – точка “B”. Со смещением вертикально вниз относительно центра “O” на четыре большие клетки на таблице отмечена точка “C”. Левая большая таблица отмечена горизонтальными клиновидными реперами, а правая большая таблица – вертикальными клиновидными реперами. Размер одной большой клетки по горизонтали и вертикали принят равным одной четвертой величины базового разнесения по горизонтали оптических осей телевизионных камер. Предположим, что величина указанного базового расстояния составляет 68 мм, тогда размер большой клетки – (17х17) мм.
Две малые таблицы (левая и правая), ограниченные ромбовидными реперами, расположены симметрично относительно геометрического центра “O”. Каждая из этих таблиц содержит 8 малых клеток по горизонтали и 6 малых клеток по вертикали. Размеры малой клетки вдвое меньше соответствующих размеров большой клетки, т.е. в нашем примере они составляют – (8,5х8,5) мм.
Генератор 7 предназначен для формирования электрического сигнала “центральный крест”. Размер “креста” по вертикали и горизонтали занимает соответственно всю высоту и ширину экрана монитора. На выходе генератора 7, на нагрузке (75 ± 3,75) Ом, вырабатывается полный телевизионный сигнал размахом (1 ± 0,2) В суммарного изображения, составляющими которого являются входной видеосигнал и сигнал “центральный крест”. Схемное решение генератора 7 может быть выполнено на базе известного на российском рынке процессора PIC16F873-201/SP.
Рассмотрим процесс регулировки направления визирной оси телевизионной системы, воспользовавшись структурной схемой на рис. 1.
Предположим, что в качестве телекамеры 2 использован камерный модуль VNI-702, выпускаемый ЗАО “ЭВС” (г. С.-Петербург), а фокусное расстояние объектива составляет 30 мм. Фотоприемником этого модуля служит матрица ПЗС с числом элементов 768(H)х576(V) и размером мишени 1/2 дюйма или (6,4х4,8) мм при формате 4/3. Поэтому эксплуатационное значение углового поля зрения первой телекамеры составляет 12(H)х7,8(V) град.
Пусть в качестве телекамеры 3 применен тот же камерный модуль, но фокусное объектива составляет 120 мм. Тогда эксплуатационное значение углового поля зрения второй телекамеры составит 3(H)х2(V) град.
В качестве видеомонитора 5 рекомендуется использовать монитор с преобразователем “сигнал – свет”, выполненным на базе жидкокристаллического экрана, в котором по сравнению с кинескопом на электронно-лучевой трубке отсутствуют координатные искажения растра.
В качестве лазерного целеуказателя 6 может быть применен лазерный модуль KLM-650/5 от фирмы “ФТИ-Оптроник” (г. С.-Петербург), который обеспечивает длину волны лазерного излучения 650 нм, начальный диаметр пучка излучения не более 3,4 мм и мощность лазерного излучения не менее 5 мВт.
Канал 8 предназначен для задания направления лазерного излучения от целеуказателя 6. Канал 8 может быть выполнен в виде “канавки” в основании 9 телевизионной системы методом точного фрезерования.
Телекамеры 2 и 3 работают одновременно в режиме синхронизации по частоте и фазе кадровой и строчной разверток от сигнала синхронизации приемника камеры 2.
Коммутатор видеосигналов 4 по внешней команде подает на вход генератора 7 полный телевизионный сигнал от телекамеры 2 или от телекамеры 3. В генераторе 7 в видеосигнал добавляется маркерный сигнал “центральный крест”. Суммарный сигнал изображения воспроизводится на видеомониторе 5.
Сначала ориентируют положение отражательной таблицы 1 так, чтобы при взгляде на нее регулировщик мог зафиксировать пятно от лазерного целеуказателя в точке “C”.
Затем приступают к анализу телевизионных изображений. Предположим, что на выход телевизионной системы коммутируется видеосигнал от “широкоугольной” телекамеры 2.
Плавно регулируя в небольших пределах “вперед – назад” положение отражательной таблицы 1, вписывают по реперам в растр фотоприемника изображение ее большой правой таблицы (рис. 3). Размеры вписанной области составляют 16(H)х12(V) больших клеток. Формат этой области 4/3, а ее геометрический центр совпадает с точкой “B” на таблице 1.
Затем при помощи предусмотренных в конструкции телекамеры 2 регулировок механизма углового перемещения направления ее оптической оси добиваются максимального совмещения наблюдаемого центра телевизионного изображения “B” отражательной таблицы 1 с геометрическим центром электронного креста.
Рис. 3. Изображение с экрана видеомонитора
от “широкоугольной” телекамеры
Далее, не меняя пространственного положения отражательной таблицы 1, коммутируют на выход телевизионной системы сигнал изображения от “узкоугольной” телекамеры 3. При этом на экране видеомонитора 5 должно наблюдаться изображение малой левой таблицы с центром в точке “A” и ограниченной ромбовидными реперами (рис. 4). Формат этой области – 4/3, а число малых клеток наблюдаемого телевизионного изображения составляет 8(H)х6(V). Затем аналогично, используя регулировки механизма углового перемещения направления оптической оси “узкоугольной” камеры 3, добиваются максимального совмещения наблюдаемого центра “A” с геометрическим центром электронного креста.
Рис. 4. Изображение с экрана видеомонитора
от “узкоугольной” телекамеры
Юстировку направления визирования телевизионной системы считают выполненной, если при коммутации телевизионных изображений центры “A” и “B” отражательной таблицы в них последовательно совпадают с центром электронного маркера, а проекция лазерного зонда сохраняется в точке “C”.
Проведем инженерную оценку технического результата предлагаемого изобретения.
При совмещении центров таблицы “A” и “B” с электронным центром точность направления визирной оси телевизионной системы определяется толщиной электронного маркера по горизонтали и вертикали, которая составляет 2 элемента разложения по каждому направлению.
Для углового поля зрения “широкоугольной” камеры 2 по горизонтали, составляющего 12 угловых градусов, и применяемому фотоприемнику с числом элементов в строке 768 это обеспечивает следующую величину погрешности (D) в непараллельности визирования:
D = (12/768 · 2 · p/180 · 1000) мрад. (3)
В результате получаем величину ошибки направления визирования 0,54 мрад.
Очевидно, что для “узкоугольной” камеры, для которой угловое поле зрения составляет 3 угловых градуса, величина погрешности (D) при выполненной юстировке направления визирования будет в четыре раза меньше, т.е. около 0,14 мрад.
В качестве выводов
- Из соотношения (3) следует, что для обеих камер погрешность визирования будет тем меньше, чем выше информационная емкость фотоприемника.
- Для повышения объективности результата юстировки телевизионной системы целесообразно структурную схему устройства для ее выполнения дополнить персональным компьютером, обеспечивающим по вводимому сигналу суммарного изображения измерение “остаточных” угловых смещений направления визирной оси.
Литература
Статья опубликована на сайте: 19.09.2006