Известно, что при подсвете излучением оптических световозвращающих элементов часть энергии подсвета отражается от них и возвращается в сторону источника подсвета, создавая световой отклик – блик. В настоящее время часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда оптические или оптико-электронные средства наблюдения и прицеливания расположены скрытно. Однако их обнаружение возможно по бликам зондирующего излучения, отраженного в сторону наблюдателя от оптической поверхности прицельной марки или шкалы дневного прибора наблюдения или прицеливания либо от фотокатода электронно-оптического преобразователя прибора ночного видения или матрицы ПЗС телевизионной (ТВ) системы [1]. Этот эффект наиболее наглядно наблюдается при подсвете ночью светом фонаря людей или животных. При этом излучение подсвета отражается от сетчатки глаз и создает яркие светящиеся пятна, хорошо заметные в ночных условиях. В этих условиях в принципе для обнаружения бликов может быть использован любой прибор ночного видения (ПНВ) в сочетании с осветителем. Но наибольший эффект следует ожидать от активно-импульсных приборов ночного видения (АИ ПНВ) [2, 5]. Они позволяют обнаружить объект по бликам как при нормальной, так и при пониженной прозрачности атмосферы, в широком диапазоне изменения освещенности (вплоть до дневных условий) и при воздействии световых помех. При необходимости АИ ПНВ позволяют с высокой точностью измерить дальность до объектов наблюдения. При визуальном наблюдении блика в АИ ПНВ пороговая дальность его обнаружения зависит от пороговой контрастной чувствительности глаза и углового размера блика. В настоящее время наиболее полные и достоверные сведения о значениях порогового контраста и угловых размеров в функции яркости фона получены в лабораторных условиях Блэквеллом [3]. По данным работы [4], пороговые контрасты увеличиваются в 30-50 раз по сравнению с данными Блэквелла при наблюдении в прибор на основе ЭОП. Для работы лазерного осветителя АИ ПНВ в моноимпульсном режиме величина порогового контраста зависит от длительности единичного импульса подсвета. С учетом реальной кривой разгорания и затухания экрана ЭОП [5] принимаем эффективную длительность импульса излучения, воздействующего на глаз, равной 1 мс. Тогда, в соответствии с данными работы [5], необходимо пороговый контраст по кривым Блэквелла увеличить в 20 раз. С учетом этого можно вести расчет для моноимпульсного подсвета, используя изложенную ниже методику. Энергетический поток Ф (Вт) отраженного излучения, поступивший в объектив приемной части АИ ПНВ, определяется по формуле: где Iбл – сила отраженного излучения, Вт/Ср; dвх – диаметр входного зрачка объектива, м; tа, tоб, tф – пропускание атмосферы, объектива, фильтра соответственно; D – дальность до бликующего объекта, м. R = Iбл Eвх. зр.-1, где Eвх. зр. – энергетическая освещенность на бликующем элементе объекта, Вт/м2. где Р – средняя мощность излучения подсвета, Вт; w – телесный угол подсвета, Ср. Яркость Lбл Вт/м2 Ср) изображения блика (пятна) на экране ЭОП определяется по формуле: где Sl – спектральная чувствительность фотокатода ЭОП, А/Вт; h – коэффициент преобразования ЭОП; SS- интегральная чувствительность фотокатода ЭОП, А/лм; Гэ – электронно-оптическое увеличение ЭОП, крат. Яркость фона Lф экрана ЭОП, на котором наблюдается светящийся блик, складывается из яркости Lфе свечения экрана, создаваемой естественной освещенностью и темновым фоном ЭОП (Lт): где Q – скважность работы затвора ЭОП; Kз – коэффициент запирания затвора ЭОП; r – коэффициент отражения фона; еl – спектральное излучение ночного или дневного неба, Вт/м2 мкм; Dl – полоса пропускания фильтра, мкм; О – относительное отверстие объектива; t – пропускание всего оптико-электронного тракта. Задаваясь пороговым контрастом Кпор при определенной яркости адаптации Lф, определяем необходимую яркость блика: D = (P R dвх2 t Sl (4 Кпор Lф w Sбл SS Гэ2)-1)0,5. (9) Диаметр изображения бликующего элемента dбл определяется по формуле: где dфк, – диаметр изображения бликующего элемента на фотокатоде ЭОП, мм, dоб, dэ – диаметры кружков рассеяния объектива и ЭОП, мм. С учетом формул (10) – (12), перейдя от миллиметров к метрам, получим Sбл =0,25 p dбл2. Зная, что tg(g)= dбл Гок/250 где Гок – увеличение окулярной части, крат, находим по данным Блэквелла [3] (рис. 1) значение порогового контраста, соответствующее при данной Lф значению g. Увеличивая полученное значение порогового контраста в 20 раз, получаем Кпор, используемый в формуле (9). Рис. 1. Зависимость порогового контраста от яркости фона и углового размера объекта где dоп – диаметр изображения бликующего элемента, создаваемого оптикой переноса изображения с экрана ЭОП на светочувствительный элемент ТВ-камеры, мм; где Nоп, Nтв – разрешающая способность оптики переноса и ТВ-канала соответственно, штр/мм. где lопт – оптимальное расстояние от зрачка глаза до экрана ТВ-монитора, мм (lопт = 5 – 6 диагоналей экрана ТВ-монитора). Проведенные эксперименты показали, что может быть достигнута дальность обнаружения бликов до 5000 м при нормальной прозрачности атмосферы (tа і 0,8) и в дождь (tа=0,69). В условиях легкого тумана эта дальность уменьшается до 3000 м [1]. Для более объективной оценки возможности обнаружения по бликам объекта при его расположении под различными ракурсами по отношению к оптической оси АИ ПНВ необходимо знать функции световозвращения бликующих элементов, т.е. распределение R как функцию угла между нормалью к поверхности объекта и оптической осью АИ ПНВ. Один из них – малогабаритная лазерная локационная аппаратура дистанционной разведки оптических и оптико-электронный средств “Антиснайпер-1” [6]. Результаты ее экспериментальных исследований даны на фото 1. Дальность действия прибора для R = 5 м2/Ср составляет 500 м. Лазерный осветитель генерирует на длине волны 0,8 мкм мощность излучения 0,7 Вт. Приемником излучения является ТВ-камера на базе матрицы ПЗС с чувствительностью до 10-3 лк. Угол поля зрения прибора равен 5х70 [6]. Дальнейшим развитием этих приборов явились устройства “Антиснайпер-М” [7] и “Антиснайпер-М2” [8]. В приборе “Антиснайпер-М” лазерный осветитель генерирует мощность излучения 1 Вт на той же длине волны. Дальность действия прибора для R = 5 м2/Ср составляет 800 м. Прибор “Антиснайпер-М2” обладает еще более высокими характеристиками. Для повышения чувствительности приемного канала применяется новейшая матрица ПЗС фирмы “SONY”, выполненная по технологии “ExviewHAD” с цифровым блоком обработки изображения. При этом повышение чувствительности достигается за счет пространственного и временного интегрирования сигналов накопительных элементов матрицы. Это дает выигрыш в отношении сигнал/шум ночью в 100 раз. В лазерном осветителе используется полупроводниковый излучатель с мощностью 2 Вт, работающий в импульсном режиме и управляемый встроенным микрокомпьютером [8]. Блок схема этого прибора дана на рис. 2. Предельная дальность обнаружения световозвращателей с R = 1 м2/Ср (в диапазоне рабочих освещенностей 10-3 – 7х104 лк) не менее 2000 м. Лазерный осветитель работает на частоте 50 Гц и имеет угол подсвета 2х30. В приемном канале используется объектив-трансфокатор с переменным увеличением и автодиафрагмой. Угол поля зрения этого канала по горизонту меняется от 30 до 180. Минимальная рабочая освещенность местности ночью составляет 10-4 лк. Масса прибора 1,4 кг, габариты 230х120х90 мм. Фото 1. Результаты экспериментальных исследований прибора “Антиснайпер-1” [6] Оптико-электронный прибор “АНТИСВИД” предназначен для дистанционного обнаружения по блику работающих или отключенных систем скрытого видеонаблюдения, замаскированных в деталях интерьера, помещений, одежде, личных вещах и т.п. [9]. Дальность действия прибора составляет 0 – 15 м, минимальный диаметр объектива системы скрытого видеонаблюдения равен 1 мм, рабочий диапазон естественной фоновой освещенности доходит до 1000 лк. Углы обзора 3600 по горизонту и ±600 по вертикали, энергопотребление 5 Вт. Прибор работает в ближней ИК области спектра. Аналогичное назначение имеет прибор “АНТИСВИД” [10]. Его внешний вид дан на фото 2, а результаты экспериментальных исследований – на фото 3. Дальность действия прибора составляет до 10 м при вероятности достоверного обнаружения 0,99, точность обнаружения 1 см, время непрерывной работы не менее 8 часов, питание осуществляется от напряжения постоянного тока =12 В при энергопотреблении не более 10 Вт, габариты 230х140х80 мм, масса не более 2 кг. Дальнейшим развитием этого прибора является устройство с одноименным названием (фото 4) [11]. Прибор обеспечивает расстояние обнаружения скрытых систем видеонаблюдения с диаметром зрачков объектива 1 мм от 1 до 15 м с вероятностью достоверного обнаружения 0,99 и точностью обнаружения 1 см. Время непрерывной работы не менее 6 часов, питание обеспечивается от аккумулятора =6 В или от внешнего источника питания =12 В, масса 1,6 кг, габариты 275х120х75 мм. Фото 3. Визуализация с помощью прибора “АНТИСВИД” местоположения портативных систем видеонаблюдения, закамуфлированных в предметах интерьера [10] Прибор дистанционного обнаружения оптических и оптико-электронных средств, прицелов, длиннофокусных объективов “АНТИСНАЙПЕР” [12] (фото 5) имеет дальность обнаружения прицелов до 1000 м при R = 0,5 – 20 м2/Ср. Ориентировочная точность обнаружения на расстоянии 50 м составляет 10 см, а на расстоянии 1000 м – 2 см. Масса прибора не превышает 1,5 кг, габариты 273х110х110 мм. Прибор-обнаружитель “Алмаз” [13] (фото 6) предназначен для обнаружения скрытых микро-видеокамер всех типов во включенном и выключенном состоянии – скрытые внутри упаковки, в стенах и потолках. Внутри электромагнитного экрана. Масса прибора составляет 0,2 кг, габариты 50х50х100 мм, время непрерывной работы до 30 часов, выходная мощность лазера подсвета составляет менее 10 мВт. Прибор лазерной разведки ЛАР-1 [14] (фото 7) предназначен для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов и систем при ручном сканировании местности. Дальность действия прибора 50 – 1000 м (рис. 3), скорость сканирования по азимуту составляет до 1 град/с, мгновенное поле обзора 6х30, вероятность обнаружения типового прибора на дальности 1 км свыше 90%, масса 1,8 кг. Индикатор оптических систем “ЛУЧ” [15] (фото 8) предназначен для обнаружения оптических приборов и приборов ночного видения, а также для измерения дальности до обнаруженного объекта. Приемником отраженного от объекта лазерного излучения в блоке обнаружения бликов является фотоприемное устройство. Блок обнаружения монтируется на прибор наблюдения. Индикация факта обнаружения – звуковая. Сообщение о дальности до обнаруженного объекта подается синтезированным голосом от встроенного источника звука или через головной телефон. Эффективная дальность обнаружения оптического снайперского прицела ПСО-1 составляет 800 м при максимальной дальности обнаружения 2000 м. Максимальная скорость обзора пространства – 90?/с. Точность измерения дальности до обнаруженного оптического объекта равна ±10 м. Время непрерывной работы от автономного источника питания доходит до 18 часов. Масса блока обнаружения бликов – 0,9 кг. [15]. Активно-импульсный прибор обнаружения оптических и оптико-элеткронных систем “Миф-300” [16] (фото 9) имеет дальность обнаружения бликов от 1 до 300 м, угол поля зрения 60, энергопотребление от встроенного источника питания 4 Вт, массу 1,5 кг. Прибор такого же типа “Миф-350” [17] имеет дальность действия 0,5 – 400 м, угол поля зрения в пассивном режиме 60, в активно-импульсном режиме 50, глубину просматриваемого пространства в этом режиме 15 м, напряжение питания =9 – 36 В или ~100 – 240 В с частотой 50 – 60 Гц (через сетевой адаптер – до 1200 м) при ток потребления соответственно 0,6 А и 0,07 А, время непрерывной работы 3 часа, массу 1,1 кг и габариты 175х100х75 мм. Телевизионный активно-импульсный прибор “МИРАЖ-1200” [18] (фото 10) имеет дальность действия 0 – 1785 м при глубине просматриваемого пространства 15, 30, 60, 600 м. Минимальное расстояние видения равно 3 м. Угол поля зрения в пассивном режиме составляет 4,5х3,30, в активно-импульсном режиме – 4х30. Напряжение питания равно =9 – 36 В или ~10 – 240 В с частотой 50-60 Гц (через сетевой адаптер) при энергопотреблении соответственно 13 и 16 Вт и времени непрерывной работы 1,5 и 3 часа. Масса прибора не более 2,3 кг, габариты 325х140х80 мм. Фирма SET-1 (РФ) [19] разработала оптическое поисковое устройство (фото 11). Оно предназначено для обнаружения и идентификации скрытых объективов типа “pinhole” для видиокамер и прочих оптических закладных устройств. Прибор, выполненный на базе бытовой видеокамеры, содержит импульсный источник белого света и лазерный осветитель с длиной волны 0,61 мкм. Дальность обнаружения составляет 0,5 – 7 м, время непрерывной работы от встроенного аккумулятора – свыше 1,5 часов, масса 3 кг, габариты (в переносной сумке) 250х150х140 мм. Прибор обнаружения бликов PAPV [20, 21] (фото 12) имеет дальность действия 300 – 1500 м при частоте подсвета лазерным излучением 6 Гц. Прибор работает от автономного источника питания и имеет массу 56 кг. С помощью мощного лазерного излучения он повреждает прицельные шкалы и фоточувствительные элементы обнаруженных устройств. Прибор может быть использован для антитеррористических операций по борьбе со снайперами. По утверждению фирмы-разработчика, прибор не предназначен для оказания неселективного влияния на органы зрения человека, не оснащенные оптическими устройствами. Прибор PAPV аналогичен устройству Stingray, разработанному для армии США [20]. Во Франции фирма CILAS разработала такое же устройство на базе маломощного лазера для обнаружения снайперов. Это устройство использовалось в Сараево в середине девяностых годов [21]. В США разработан прибор обнаружения бликов AN/PLQ-5 (AN/PLQ-4), монтируемый на автомате М16 [22]. Прибор обеспечивает обнаружение наземных и воздушных целей с измерением дальности до них. Если световозвращающие элементы образуют определенную конфигурацию, характерную только для данного объекта наблюдения, то по бликам его можно не только обнаружить, но и распознать. На рис. 4 приведена схема АИ ПНВ, обеспечивающая решение подобной задачи. В ТВ-системе АИ ПНВ, выполненной на базе матрицы ПЗС, создается изображение, в котором присутствуют все яркостные точки, соответствующие бликующим элементам. Координаты этих точек в кадре изображения записываются в оперативных запоминающих устройствах встроенной в прибор микроЭВМ. После этого производится определение принадлежности этих точек отдельным множествам. Можно считать, что совокупности точек, имеющих координаты x1i, x1i . . ., xni, y1i, y2i, . . ., yni, принадлежат к i-му множеству, если xi 1, i – xj,i Ј k, yj 1, I - yj, i Ј l, 0 Ј j Ј n, т.е. координаты xj,I смежных точек отличаются не более чем на k элементов, а координаты yj, I этих точек отличаются не более чем на l строк. В идеальном случае k = 1, l = 1. Однако для исключения влияния импульсных помех может даваться запас на несколько элементов строк. Затем производится усереднение координат точек внутри множеств: Рис. 4. Блок-схема АИ ПНВ с автоматизированным распознаванием объекта наблюдения по бликам:1 – блок наблюдения, 2 – объектив, 3 – импульсный ЭОП, 4 – оптика переноса изображения, 5 – передающая ТВ-камера, 6 – видеоусилитель, 7 – ТВ-монитор, 8 – синхрогенератор, 9 – импульсный лазерный осветитель, 10 – объектив формирования излучения, 11 – импульсный лазерный полупроводниковый излучатель, 12 – блок накачки, 13 – блок управления и синхронизации, 14 – задающий генератор импульсов, 15 – блок регулируемой задержки, 16 – формирователь импульсов строба, 17 – микроЭВМ, 18 – дисплей; Т, С, К – соответственно выходы тактовой, строчной и кадровой синхронизации синхрогенератора 8 Усередненные значения координат множеств принимаются за координаты вершин геометрических фигур. Далее проводится систематизация полученных данных в порядке возрастания xi и соответствующих им значений yj : x1, x2 . . ., xi, . . . , xn. После этого производится вычисление длин сторон геометрической фигуры: Для обеспечения большей достоверности распознавания необходимо привести наблюдаемое изображение к единому масштабу. Для этого используется вводимый в микроЭВМ 17 сигнал с выхода блока 15 регулируемой задержки. Величина сигнала пропорциональна дальности до наблюдаемого объекта. Имея данные по дальности (по величине задержки), осуществляем нумерование длин строк геометрической фигуры: Аналогичным образом определяются нормированные значения длин сторон геометрической фигуры. Далее, по количеству ее вершин после предварительной оценки значений координат микроЭВМ выбирает из своей памяти эталонное изображение, наиболее близкое по конфигурации к наблюдаемому. После этого определяются отношения длин сторон геометрических фигур наблюдаемого и эталонного изображений: где dj – длина соответствующей стороны эталонной геометрической фигуры. Однако практически всегда сказывается неточность измерения и вычисления координаты. Поэтому целесообразно воспользоваться средним квадратическим критерием в виде: где m – число сторон геометрической фигуры (равно числу вершин); e – заданный порог. Согласно приведенному критерию, если среднее квадратическое отклонение ? длин сторон наблюдаемого изображения не превышает некоторого заданного порога ?, то считается, сто система распознала изображение объекта наблюдения. При этом в соответствии с конфигурацией геометрической фигуры в микроЭВМ осуществляется переход к соответствующей программе, которая выводит на дисплей текстовую и (или) графическую информацию о распознанном объекте. Если s > e, эталонный объект не соответствует наблюдаемому, в микроЭВМ осуществляется переход к другой подпрограмме, которая извлекает из памяти микроЭВМ параметры другого наиболее близкого по конфигурации изображения и производит его сравнение с наблюдаемым изображением согласно приведенному выше критерию. Указанный алгоритм повторяется столько раз, сколько в памяти микроЭВМ содержится эталонных изображений с данным числом координат. Если после перебора всех эталонных изображений объект не будет распознан, то микроЭВМ выдаст на дисплей информацию об этом. После окончания процесса распознавания начинается новый процесс записи координат бликующих точек на изображении в оперативных запоминающих устройствах микроЭВМ, а после окончания кадра - считывание информации и распознавание. Таким образом, данный АИ ПНВ позволяет распознать при работе в активно-импульсном режиме объект наблюдения на той дальности, на которой обнаруживаются его блики. Расчеты показывают, что эта дальность не менее чем в два раза превышает дальность распознавания объекта по его контуру при работе АИ ПНВ в том же режиме. Тем самым решается задача автоматизации процесса распознавания. Это представляет несомненный интерес для разработки перспективных приборов. 1. Волков В.Г. Применение активно-импульсных приборов наблюдения для видения бликующих элементов. Вопросы оборонной техники, 1995, серия 11, вып.1 – 2 (144 – 145), с. 3 – 7. 2. Волков В.Г. Активно-импульсные приборы ночного видения. Специальная техника, 2003, №3, с. 2–11. 3. Волков В.Л., Луизов А.В., Овчинников Б.В., Травникова Н.П. Эргономика зрительной деятельности человека. Л., Машиностроение, 1989. 4. Луизов А.В. Инерция зрения. М., Оборонгиз, 1961. 5. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях. М., ООО “Недра-Бизнесцентр”, 1999, 286с. 6. Малогабаритная лазерная локационная аппаратура дистанционной разведки оптико-электронных средств “Антиснайпер-1”. Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 2002. 7. Малогабаритная лазерная локационная аппаратура обнаружения оптических и оптико-электронных средств “Антиснайпер-М”. Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 2003. 8. Малогабаритная лазерная локационная аппаратура обнаружения оптических и оптико-электронных средств “Антиснайпер-М2”. Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 2003. 9. Оптико-электронный прибор для дистанционного обнаружения систем скрытного видеонаблюдения “АНТИСВИД”. Проспект МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 2002. 10. Оптико-электронный прибор АНТИСВИД. Проспект ассоциации “СПЕКТР-ГРУПП”, РФ., М., 2002. 11. Оптико-электронный прибор “АНТИСВИД”. Проспект МНПО “СПЕКТР”. РФ, М., 2003. 12. Оптико-электронный прибор “АНТИСНАЙПЕР”. Проспект МНПО “СПЕКТР”. РФ, М., 2003. 13. Алмаз. Обнаружитель микро-видеокамер. Проспект ЗАО “БРОНЕАВТОЗАЩИТА”. РФ, М, 2002. 14. Прибор лазерной разведки ЛАР-1. Проспект ФГУП “ОКБ “ГРАНАТ”. РФ, М., 2002. 15. Индикатор оптических систем Луч. Проспект НПЦ “ТРАНСКРИПТ”. РФ, М., 2001. 16. Прибор обнаружения оптических и оптико-электронных систем “Миф-300”. Проспект НПЦ “ТРАНСКРИПТ”. РФ, М., 2001. 17. Прибор обнаружения оптических и оптико-электронных систем “Миф-350”. Проспект НПЦ “ТРАНСКРИПТ”. РФ, М., 2001. 18. Прибор обнаружения оптических и оптико-электронных систем и круглосуточного видения “Мираж-1200”. Проспект НПЦ “ТРАНСКРИПТ”. РФ, М., 2001. 19. Корнилов С.Ф. Проблемы и техника весны 2000 года. Специальная техника, 2000, № 3, с. 58 – 63. 20. PAPV. Portable Automatic Sighting Device. Проспект КБ точного машиностроения. РФ, М., 2002. 21. Controversy could await Russian EO countermeasures system.36, No.5, p.18. 22. Laser Countermeasure System, AN/PLQ-5 and AN/PLQ-4. Проспект Night Vision and Electronic Sensors Directorate. US Army Communications – Electronics Command Research, Development and Engineering Center. США, 1999. |
