Помеха обратного рассеяния под водой

научная статья по теме СТРОБИРУЮЩИЕ ЛАЗЕРНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ Машиностроение

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «СТРОБИРУЮЩИЕ ЛАЗЕРНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ»

СТРОБИРУЮЩИЕ ЛАЗЕРНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ

В. Л. Мартынов, канд. техн. наук, В. Е. Краснопольский, А. Б. Мальцев (ФГУП СПМБМ «Малахит»)

Известно, что в воде световой поток ослабляется значительно сильнее, чем в атмосфере. Можно компенсировать ослабление излучения повышением мощности светового пучка, однако это приводит к увеличению яркости дымки обратного рассеяния, снижающей контрастность изображения. Опыт эксплуатации подводных телевизионных систем (ТС) показывает, что для увеличения предельной оптической глубины т всего лишь на две единицы (15—20%) нужно увеличить мощность источника света в 10 раз [1].

Расширение пучков света, распространяющихся от источника до объекта и обратно, вызванное дифрагирующими свойствами воды, зависит только от ее свойств и простыми способами не может быть компенсировано. Изображение в ТС формируется фотонами — носителями световой энергии — на прямых трассах их распространения. Расширение фронта световой волны вызывает искривление траектории движения фотонов от прямолинейного направления движения. Это приводит к снижению энергетики ТС и, как следствие, уменьшает дальность визуального подводного наблюдения.

Помимо дифрагирующих свойств водной среды, неблагоприятно сказывающихся на дальности видимости объектов наблюдения, негативное влияние воды проявляется в виде случайного пространственно-временного распределения показателя преломления [2]. Искажения волнового фронта, обусловленные турбулентными флуктуациями показателя преломления, ухудшают качество изображения, которое проявляется в снижении его разрешающей способности. Это также приводит к тому, что для более детального наблюдения объектов поиска необходимо приближаться к ним вплотную, подвергая риску экипаж подводного аппарата (ПА). Сказанное наглядно иллюстрирует снимок, полученный при обследовании затонувшей подводной лодки с помощью ПА, помещенный на одном из сайтов в Интернете (рис. 1). Видно, что даже приближение вплотную к объекту не дает полной информации о том, что находится за рубкой, хотя расстояние до нее не превышает нескольких метров. Возникающая в канале распространения помеха обратного рассеяния (ПОР) создает значи-

тельные сложности при приеме слабого отраженного сигнала. ПОР, возникающая из-за отражения светового потока от неодно-родностей и взвесей водной среды, уменьшает контрастность изображения.

Таким образом, можно констатировать, что рассмотренный подводный видеосюжет представляет собой дифференциальный (разностный) сигнал — разность мощностей (энергий) оптического излучения, отраженного объектом и фоном. Чем меньше ПОР, тем более контрастным будет телевизионное изображение подводных объектов, а следовательно, и дальность их визуального наблюдения. Поэтому перед проектантами ПА стоит задача уменьшения ПОР и применения таких ТС, которые смогли бы эффективно минимизировать степень влияния водной среды на формируемое телевизионное изображение.

Практика показала, что наиболее простым и менее дорогостоящим способом борьбы с ПОР является разнесение излучателей световой энергии (прожекторов) и телевизионных приемников. Однако из-за малых размеров подводных кораблей данный способ недостаточно эффективен.

Анализ результатов работы отечественных подводных ТС, выполненный специалистами ФГУП СПМБМ «Малахит», позволяет сделать вывод, что возможности прожекторных осветителей для увеличения дальности подводного видения практически исчерпаны. Их самым большим достоинством является относительная дешевизна. Однако широкий волновой спектр излучения вызывает большие затухания светового потока синего и красного диапазонов длин волн уже на малых расстояниях. Оперативность использования подводных прожекторных осветителей оставляет желать лучшего из-за инерционности выхода на рабочий режим, вызванной большим временем под-жига. Кроме того, прожекторные осветители имеют недостаточно высокую надежность и небольшое время эксплуатации. Их использование не повышает поисковую производительность ПА из-за ограниченной дальности видимости и малой оперативности: оператор в состоянии визуально рассмотреть объекты, обнаруженные другими сред-

судостроение 4*2005_СУД0З05 050РУД03АНЖ5

Рис. 1. Освещение затонувшего объекта прожекторными осветителями

ствами поиска (гидроакустическими, магнитометрическими), только изменив курс и подойдя к ним на расстояние, не превышающее 0,7761. Изменение маршрута поиска требует для его результативного продолжения возврата ПА на прежнее место. В условиях ведения счислимой прокладки с учетом различных навигационных погрешностей и наличия спонтанных морских течений возвращение в точку начала подводного маневра не всегда возможно. Это может привести к пропуску точечных целей и срыву поставленной задачи.

В итоге ПА, работающие на аккумуляторных батареях, находят применение только при работе с объектами, местонахождение которых известно заранее и гарантированно. Достоверность классификации этих объектов требует их обязательной визуализации с помощью телевизионных систем, имеющих ограниченное применение из-за несовершенных средств подсветки. Названные причины приводят к значительному уменьшению эффективности использования дорогостоящих ПА. Применение так называемых интеллектуальных светильников с регулировкой угла подсветки не дает значительного приращения дальности, но приводит к удорожанию ТС.

Расположение телекамер рядом с прожекторными осветителями позволяет обнаружить подводные цели при их нахождении на дистанции визуальной видимости ТС, составляющей всего лишь несколько метров (рис. 2). Эффективный поиск целей на дальностях, превышающих порог 0,776, при таком расположении забортных устройств ТС весьма проблематичен. Тем не менее перед ВМФ всегда будут стоять за-

Рис. 2. Расположение телекамеры и светильников на подводным аппарате

дачи, связанные с поиском объектов, местонахождение которых заранее не известно. Это могут быть мины, затонувшие летательные аппараты, потерпевшие аварию подводные лодки и надводные корабли, связь с которыми утеряна и чьи координаты необходимо определить в кратчайший срок, и т. д. В связи с этим специалистами СПМБМ «Малахит» предлагается комплексирование возможностей радиоэлектронной аппаратуры поиска, принцип действия которой основан на использовании различных физических полей (акустического, электромагнитного и др.), и формирование на этой основе единой системы подводного поиска.

Средства, имеющие больший поисковый энергетический потенциал, должны быть источниками первичного обнаружения. Для нахождения объектов, не создающих шумовых эффектов, такими средствами являются гидролокаторы. Учитывая ограниченные возможности по дальности подводных ТС, при использовании гидролокаторов достаточно ограничиться первичными диапазонами. Это даст возможность успешного их применения в высокочастотной области, что повысит достоверность первичной классификации при обнаружении.

Для визуализации акустического контакта необходимо в реальном масштабе времени выполнить подсветку обнаруженных целей. В качестве источников подсветки на ПА целесообразно использовать лазерные осветители, дальность действия которых в несколько раз превосходит возможности прожекторных осветителей. Преимущество лазерных осветителей перед традиционными прожекторными состоит в высокой концентрации световой энергии в

Рис. 3. Многоканальная телевизионная камера с перекрывающимися узкими углами полей зрения

узком световом пучке, что компенсирует потери фотонов при их распространении, а также в монохроматичности, т. е. излучении на одной длине волны, в когерентности, направленности, возможности использования импульсного метода освещения. Все это в совокупности позволяет максимально отстроиться от ПОР, что даст возможность впервые в практике использования подводного телевидения превысить порог визуальной дальности видимости, составляющий 0,77б.

Это возможно на базе современных технологий и достижений российской науки. С реализацией идеи комплексирования корабельных поисковых радиоэлектронных средств и внедрения лазерной телевизионной техники появляется возможность значительного улучшения эффективности использования ПА, повышения их поисковой производительности вследствие формирования единой системы сбора информации о подводной обстановке. В состав такой системы должны входить средства дальнего (т. е. гидроакустического) обнаружения, ближнего (телевизионного) поиска и лазерные осветители. С применением импульсного режима подсветки необходимо использование в бортовой аппаратуре телевизионного приемника с оптическим затвором. Это препятствует прохождению ПОР на вход приемного телевизионного канала в течение некоторого времени после излучения короткого импульса подсветки. Такой способ работы системы видения получил название способа строби-рования излучения. Он позволяет эффективно снизить степень влияния среды, хотя полностью исключить разрушение изображения рассеи-

1 — показатель прозрачности воды. Так, в Балтийском море

5 м, в Баренцевом и Норвежском морях

Рис. 4. Явление самоканалирования лазерного пучка

вающими свойствами водной среды практически невозможно.

Для эффективного проведения подводного поиска лазерные ТС должны сопрягаться со средствами предварительного целеуказания — бортовыми гидролокаторами. Информация об объектах, расположенных по траверзам ПА и обнаруженных гидролокаторами бокового обзора (дальность, курсовой угол, угол места), является целеуказанием для автоматического наведения узкого луча лазерного осветителя. Возможность ориентирования в ту же точку телекамеры с узким углом поля зрения позволит повысить отношение «сигнал/помеха» за счет устранения вуалирующей дымки обратного рассеяния. Таким образом, обеспечивается последовательная передача энергетического контакта от средств дальнего обнаружения к средствам ближнего обнаружения, а промежуточным звеном между ними выступает лазерный осветитель.

Специфика построения лазерных ТС как одного из классов локационных систем обусловлена главн

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Машиностроение»

БЕЛОВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ, КИРПИЧЕНКО ЮРИЙ РОМАНОВИЧ, КУРЯЧИЙ МИХАИЛ ИВАНОВИЧ, МАТВИЕНКО ГЕННАДИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ, ПАК РОМАН ЮРЬЕВИЧ, ПУСТЫНСКИЙ ИВАН НИКОЛАЕВИЧ, ШИЯНОВ ДМИТРИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ, ШУРЫГИН ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ — 2012 г.

Источник

Современные технологии подводного видения. Адаптивная система фото и видео регистрации для автономных необитаемых подводных аппаратов

В статье рассматриваются структура, составные части и основные технические решения, использованные АО «НИИ телевидения» при создании адаптивной системы подводного видения (АСПВ) со светодиодной импульсной подсветкой. АСПВ установлена на автономном необитаемом аппарате (АНПА) производства АО «Концерн «НПО «Аврора» и предназначена для проведения фото и видео съёмки морского дна на рабочих глубинах до 1000 м на дистанциях наблюдения от 2 до 5 метров с возможностью разрешения объектов размером от 20 мм при скорости хода АНПА до 3-х узлов.

В настоящее время уделяется повышенное внимание направлению создания автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) оснащенных системами подводного видения. Возможность получения объективной информации о подводной обстановке на различных глубинах погружения имеет важное значение для решения широкого спектра научных, народнохозяйственных и задач оборонного значения, при выполнении поисковых и аварийно-спасательных операций.

В частности, в интересах освоения природных ресурсов Мирового океана с использованием АНПА выполняются:

геодезическая съемка рельефа морского дна;

геологическая разведка на шельфе и в глубоководных районах Мирового океана;

осмотр и обследование подводных конструкций, установок нефте и газо добывающего комплекса, нефтепроводов и газопроводов, кабельных трасс и т. п.

В общем случае, при проектировании систем подводного видения АНПА, в зависимости от класса и решаемых ими задач, предъявляются соответствующие требования к дальности видимости, разрешающей способности, качеству получаемых фото и видео материалов, а также требования к массогабаритным характеристикам, рабочей глубине погружения и потребляемой мощности, определяющей время автономной работы при работе от аккумуляторных батарей.

В 2019 году АО «НИИ телевидения» в инициативном порядке разработало и изготовило образец АСПВ для малогабаритного АНПА АО «Концерн «НПО «Аврора», внешний вид которого приведен на рисунке 1.

Основные технические характеристики АНПА [1]:

Габаритные размеры: диаметр – 200 мм, длина – 2150 м

Масса: 63 кг (включая твердый балласт

Глубина погружения: 1000 м

Максимальная скорость: 2,5 м/с

Автономность: не менее 6 ч

Система подводного видения АНПА предназначена для проведения фото и видеосъёмки морского дна на дистанциях от 2 до 5 метров с возможностью разрешения объектов размером от 20 мм при скорости хода АНПА до 3-х узлов. Для уменьшения мощности потребления АСПВ в режиме фото и видео съемки применена светодиодная импульсная подсветка. Конструкция составных частей АСПВ предусматривает их установку в герметичные отсеки АНПА, см. рисунок 2.

Рисунок 1. Внешний вид АНПА

Рисунок 2. Составные части АСПВ

В состав опытного образца АСПВ входят:

блок телекамеры (рисунок 2а);

конструктивная сборка Блока питания и управления и Процессорного модуля (рисунок 2б);

осветитель светодиодный (рисунок 2в).

Структурная схема АСПВ приведена на рисунке 3.

Блок телекамеры (рисунок 2а) конструктивно состоит из монохромной ТВ камеры с объективом и оправы с защитным стеклом для крепления в герметичный отсек АНПА. ТВ камера формирует изображения на дистанциях съемки от 2 до 5 м в широком диапазоне относительной прозрачности водной среды Z _б . Относительная прозрачность воды Z _б , измеренная по белому диску Секки, служит оценкой дальности видимости систем подводного видения. В настоящее время требование к дальности видимости монохромной системы подводного видения должно быть не хуже Z _б .

Для обеспечения возможности наблюдения и съёмки объектов указанного размера в водной среде на заданных дистанциях, ТВ камера системы подводного видения должна иметь высокую контрастную чувствительность и высокую разрешающую способность [2,3].

На основе анализа приведенных в работах [2,3] критериев выбора фоточувствительных матриц– квантовой эффективности, порога абсолютной чувствительности, величины отношения сигнал/шум, динамического диапазона и числа фоточувствительных элементов, была выбрана ТВ камера с Ethernet интерфейсом на монохромной КМОП матрице [Sony] IMX265LLR: число фоточувствительных элементов 2048×1536, размер элемента 3,45×3,45 мкм. ТВ камера имеет высокую контрастную чувствительность, небольшие массогабаритные характеристики и оптический формат 1/1.8ʺ.

Рисунок 3. Структурная схема АСПВ

В ТВ камере применен мега пиксельный объектив TAMRON M118FM06 с фокусным расстоянием 6 мм и диафрагменным числом 1,4, который обеспечивает угол поля зрения в воде 52 градуса и глубину резкости на дистанциях съёмки без подстройки. Для обеспечения импульсного режима подсветки ТВ камера имеет внешнюю синхронизацию и программное управление временем накопления.

С точки зрения критерия Джонсона [4], выбранная ТВ камера обеспечивает наблюдение неподвижных объектов размерами 20×20 мм и протяженных объектов размером от 20 мм, поскольку в неподвижном положении на дистанции съёмки 5 м объект занимает на матрице

7 эл, а на дистанции 2 м

Для обеспечения необходимого уровня освещённости объектов наблюдения на заданных дистанциях съёмки разработан осветитель светодиодный (рисунок 2в) на матрице SvL-23iP100. Осевая сила света осветителя 5700 кд, угол излучения в воде 60 0 , мощность потребления в непрерывном режиме излучения 100 ВА. В осветителе имеется контроллер с датчиками измерения температуры и влажности, кроме того, контроллер измеряет время наработки светодиодной матрицы.

При применении внешней подсветки контраст объекта уменьшается не только из-за ослабляющего действия воды, но и из-за эффекта объёмного рассеяния энергии при прохождении светового пучка через водную среду, которое воспринимается оптическим приёмником как свечение самой воды (световая дымка) и называется помехой обратного рассеяния (ПОР), которая значительно снижает яркостной контраст объекта наблюдения [5]. Заметим, что увеличение мощности источников света не позволяет пропорционально увеличить контраст объекта наблюдения, поскольку с ростом мощности излучения растёт и вуалирующая яркость ПОР.

В разработанной АСПВ для уменьшения ПОР применено пространственное разнесение источника света и ТВ камеры. Величина разнесения и угол наклона светильника относительно оптической оси объектива были рассчитаны таким образом, чтобы при заданных дистанциях наблюдения (2 – 5 м), габаритах АНПА и компоновки в нём оборудования, максимально уменьшить засвеченный объём воды от источника света перед ТВ камерой.

Рисунок 4. Пространственное разнесение осветителя и ТВ камеры в АНПА

Блок питания и управления конструктивно выполнен в виде печатной платы, размещенной над процессорным модулем, см. рисунок 2б. Блок питания и управления информационно связан с ТВ камерой, осветителем светодиодным и процессорным модулем, см. структурную схему АСПВ (рисунок 3), и выполняет следующие функции:

формирует из бортового напряжения 20…30В напряжения питания +5 В для процессорного модуля и контроллера осветителя и напряжение питания +12 В для ТВ камеры;

по команде процессорного модуля формирует импульсный или постоянный ток питания светодиодной матрицы в диапазоне от 0,1 до 3,5 А в зависимости от требуемой мощности излучения;

принимает по интерфейсу 1-Wire телеметрические данные от осветителя – температуру подложки матрицы, относительную влажность в отсеке осветителя и наработку светодиодной матрицы и передает данные по интерфейсу RS-422 в процессорный модуль для принятия решения о техническом состоянии устройства;

обеспечивает синхронизацию времени накопления ТВ камеры и времени излучения осветителя подачей сигнала синхронизации в ТВ камеру синхронно с формированием тока питания светодиодной матрицы осветителя.

Процессорный модуль – одноплатный компьютер формата 3,5ʺ на базе процессора Intel Atom E3845, 4 ядра, базовая частота 1.91 ГГц.

В процессорном модуле установлены:

оперативная память 4 GB;

Flash память 16 GB;

Flash диск 512 GB для записи и хранения фото и видео материалов;

разработанное специализированное ПО АСПВ.

Процессорный модуль АСПВ информационно связан с бортовым компьютером АНПА по сети Fast Ethernet, с ТВ камерой – по сети Gigabit Ethernet, а с блоком питания и управления – по интерфейсу RS-422, см. рисунок 3.

Процессорный модуль совместно с блоком питания и управления обеспечивает:

импульсный режим подсветки при формировании изображений, где время излучения согласовано с временем экспозиции в ТВ камере;

адаптацию длительности экспозиции к скорости хода АНПА и к дистанции съёмки;

адаптацию фотосъёмки к скорости хода АНПА;

адаптацию мощности излучения осветителя к прозрачности водной среды и к дистанции съёмки;

контроль технического состояния составных частей АСПВ.

Кроме того, процессорный модуль выполняет:

цифровую обработку изображений с использованием адаптивного алгоритма контрастирования CLAHE;

запись фото и видео изображений на Flash диск;

приём служебной информации о скорости хода АНПА, расстоянии до дна, географических координатах от бортового компьютера и передачу данных о техническом состоянии АСПВ в бортовой компьютер;

передачу записанных фото и видео изображений в бортовой компьютер АНПА.

Импульсный режим подсветки при фото и видеосъёмке значительно уменьшает потребляемую мощность осветителя АСПВ и позволяет увеличить время автономной работы АНПА при ограниченной мощности аккумуляторных батарей. Так, в режиме фотосъёмки с частотой 2 кадра/сек с 50% перекрытием кадров, при времени накопления 4 мс потребляемая мощность импульсного светильника будет в 125 раз меньше, а при частоте видеосъёмки 25 кадров/сек – в 10 раз меньше по сравнению с непрерывным излучением, что составляет 0,8 и 10 ВА, соответственно.

Адаптация длительности экспозиции к скорости хода АНПА и к дистанции съёмки уменьшает «смаз» изображений и обеспечивает требуемое разрешение АСПВ.

Адаптация режима фотосъёмки к скорости хода АНПА оптимизирует число записываемых кадров в процессе съёмки и позволяет уменьшить требование к объёму накопителя. При увеличении скорости хода АНПА число кадров съёмки увеличивается при сохранении требований к перекрытию кадров, а при уменьшении скорости хода – уменьшается.

Адаптация мощности излучения светильника к прозрачности водной среды и к дистанции съёмки позволяет дополнительно уменьшить мощность потребления АСПВ. В результате анализа в процессорном модуле гистограммы изображений от ТВ камеры, формируется необходимая величина тока питания светильника для изменения мощности излучения.

Информацию о скорости хода АНПА и расстоянии до дна для адаптации процессорный модуль АСПВ получает от бортового компьютера АНПА.

Основные технические параметры АСПВ приведены в таблице 1 [3].

Таблица 1. Основные технические параметры АСПВ

Для проверки возможности наблюдения и съёмки указанных объектов наблюдения на скоростях хода АНПА и режимов адаптации, была предложена методика проведения лабораторных испытаний АСПВ без водной среды, которая не исключает натурных испытаний, но позволяет проверить технические решения, промоделировать и отладить алгоритмы цифровой обработки в приближенных к натурным условиям наблюдения и, тем самым, сократить продолжительность испытаний АНПА в водной среде.

Суть методики испытаний состоит в том, чтобы создать в лабораторных условиях в воздухе такую освещенность объектов наблюдения, которая была бы аналогичной для объектов наблюдения в водной среде при заданных дистанциях наблюдения и относительной прозрачности воды, а также обеспечить перемещение объектов наблюдения в диапазоне скоростей хода АНПА.

Для этого аналитически рассчитываются коэффициенты ослабления прямого и отраженного от объекта наблюдения светового излучения водной средой, затем подбираются нейтральные светофильтры, обратная величина коэффициентов пропускания которых (коэффициенты ослабления) равнялась бы рассчитанным коэффициентам ослабления водной средой. Далее выбранные светофильтры устанавливаются перед объективом ТВ камеры для получения необходимой освещенности объектов наблюдения в процессе испытаний.

Для имитации движения АНПА со скоростями хода 1. 3 узла (0.5 м/с. 1.5 м/с), оценки обнаружения и разрешения объектов наблюдения с разными контрастами, была разработана круглая универсальная мишень, смотри рисунок 5, размещаемая на устройстве вращения.

Рисунок 5. Круглая универсальная мишень

На мишени нанесены три концентрические окружности. Длина большой окружности равна 1.5 м, средней — 1 м и маленькой окружности — 0.5 м. Таким образом, диаметр универсальной мишени немного больше или равен диаметру большой окружности.

На мишени напечатаны типовые объекты наблюдения в виде квадратов и протяженные объекты в виде штриховых мир, где низко контрастные объекты и миры имеют контраст 0.2 относительно фона. Размеры квадратов на мишени соответствуют объектам наблюдения 20*20 мм, а ширина штрихов миры — протяженным объектам шириной 20 мм на дистанциях наблюдения 2 м, 3 м и 5 м, соответственно.

Имитация движения объектов наблюдения со скоростями от 0.5 до 1.5 м/с осуществляется одновременно за счёт вращения универсальной мишени с частотой 1 оборот/сек. При этом линейная скорость перемещения элементов мишени, расположенных на окружности большого диаметра составляет 1.5 м/c, на окружности среднего диаметра – 1м/c и на окружности малого диаметра – 0.5 м/c. Объекты, расположенные между окружностями малого и большого диаметров, будут иметь скорости перемещения от 0.5 до 1.5 м/с.

Приведем некоторые результаты лабораторных испытаний с использованием описанной выше методики.

Для определения времени накопления ТВ камеры и длительности импульсов подсветки для разрешения типовых объектов в режимах фото и видео съемки на скоростях хода АНПА расчетное время экспозиции вычислялось из допустимости «смаза» 4 мм при наблюдении объектов размерами 20*20 мм.

На рисунке 6 приведены изображения, полученные при времени накопления 8 мс, 4 мс, 2.7 мс. Освещенность мишени соответствует освещенности объектов в водной среде с дистанции наблюдения ТВ камерой 2 м при Zб=10 м.

Время накопления t=8мс

Время накопления t=4мс

Время накопления t=2,7мс

Рис.6 Примеры изображений для определения времени накопления на скоростях хода АНПА без цифровой обработки

Миры 1,3 и 2 соответствуют объектам наблюдения размером 20 мм на дистанциях наблюдения 2 м, 3 м и 5 м.

При времени накопления 8 мс разрешаются миры 1 и 3 при скорости их перемещения 0.5 м/с. При времени накопления 4 мс разрешаются миры 1,2 и 3 при скорости перемещения 0.5 м/с, а при скорости 1м/с разрешаются миры 1 и 3. При времени накопления 2.7 мс разрешаются миры 1 и 3 при скорости перемещения 1.5 м/с, а мира 2 не разрешается. Для разрешения миры 2 необходимо уменьшить время накопления до 2 мс.

Протяженные объекты наблюдаются при любой экспозиции, но с увеличением смаза и уменьшением их контрастности.

При уменьшении относительной прозрачности водной среды и с увеличением дистанции наблюдения качество получаемых изображений значительно ухудшается и для улучшения качества получаемых изображений требуется цифровая обработка.

Результаты моделирования показали, что для повышения качества фото и видео изображений в водной среде целесообразно использовать алгоритм адаптивного контрастирования CLAHE, см рисунок 7, а при ухудшении условий наблюдения режим автоматического перехода на биннинг 2*2 с контрастированием, но за счет уменьшения разрешения.

Zб=10 м

Zб=7 м

Zб=7 м
Биннинг 2*2

Рис.7 Изображения после обработки алгоритмом контрастирования CLAHE для дистанции наблюдения 3 м, экспозиция 4 мс.

Область робототехники с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов, оснащенных системами подводного видения, имеет важное значение для решения широкого спектра научных, народнохозяйственных и оборонных задач.

При создании систем подводного видения для автономных подводных аппаратов целесообразно использовать импульсный режим подсветки, где время излучения согласовано с временем накопления в ТВ камере. Это позволяет при фото и видеосъёмке значительно уменьшить потребляемую мощность осветителя АСПВ и увеличить время автономной работы АНПА, что важно при ограниченной мощности аккумуляторов.

Адаптация времени накопления ТВ камеры к скорости хода АНПА и к дистанции съёмки позволяет обеспечить требуемое разрешение АСПВ и повысить качество формируемых изображений.

Адаптация режима фотосъёмки к скорости хода АНПА оптимизирует число записываемых кадров в процессе съёмки и позволяет уменьшить требование к объёму накопителя.

Для повышения качества формируемых изображений необходимо использовать ТВ камеры с высокой контрастной чувствительностью и разрешением, пространственное разнесение источника света и ТВ камеры, а также использовать адаптивный алгоритм цифрового контрастирования CLAHE.

2. Войтов А.А., Сергеев В.В., Соколов В.А., Форсов Б.Ю. «Формирование изображений в активных системах подводного видения». Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2015, вып.5. С. 21-31.

3. Сергеев В.В., Карпов В.В., Прибылов Ю.С., Соколов В.А. «Активная система подводного видения для автономных необитаемых подводных аппаратов». Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2019, вып.2, с. 53-61.

4. Воробьев А.Л., Журик Ю.П., Краснов А.М., Шашков С.Н. «Методика вероятностного анализа процесса наблюдения в цифровых телевизионных системах видимого диапазона». Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск № 49, 2011, 29 с.

5. Долин Л.С., Левин И.М. «Справочник по теории подводного видения». – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 229с.

Источник