ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЮСТИРОВКИ ВИЗИРНОЙ ОСИ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ.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”;
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 · f 2/f1, (1)а число клеток N по вертикали – по соотношению: N = n · 1/k · f 2/f1, (2)где m и n – соответствующее число клеток по горизонтали и вертикали для каждой малой таблицы; 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.
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.
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.
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
Литература 1. Смелков В.М. Метод регулировки направления визирной оси телевизионной системы./Специальная техника, 2004, №5, с. 14 – 18. |