Подводное видео наблюдение, структура построения системы наблюдения, примеры выполнения

В телевизионных системах видения, устанавливаемых на подводных аппаратах, приоритетен вопрос увеличения дальности видимости, т. к. от него зависит повышение поисковой производительности. Решение задачи увеличения дальности видимости, в свою очередь, находится в прямой зависимости от того, насколько успешно удастся снизить помеху обратного рассеяния (ПОР). Она образуется, когда при прохождении светового пучка через водную толщу некоторая, сравнительно небольшая часть его энергии рассеивается на большие углы и образует сигнал объемного рассеяния, который воспринимается ТВ-приемником как свечение самой среды (световая дымка). Световая дымка, вызванная обратным рассеянием света, приводит к снижению контраста изображения: приемное устройство любой системы видения регистрирует дифференциальный сигнал — разность мощностей (энергий) оптического излучения, отраженного объектом и фоном. Такая ситуация соответствует использованию ТВ камеры с осветителями в виде прожектора. Сама водная среда при наличии в ней неоднородностей и взвесей отражает свет, препятствуя визуальному наблюдению на большие дальности. Самым распространенным методом снижения ПОР на подводных аппаратах является метод снижения помехи обратного рассеяния за счет увеличения базы между оптическими осями осветителя и ТВ-камеры. По результатам исследований, системы дальнего наблюдения требуют снижения ПОР на входе ТВ-камеры в 1000 раз. Это вызывает необходимость резкого повышения качества формирования пучка света. Однако формирование качественных световых потоков ведет к большим потерям энергии и снижает эффективность осветительной установки.

Подводные светильники можно разделить на два типа: со сплошным спектром освещения и с ограниченным спектром освещения. Первый тип необходим для работы цветных ТВ-камер, второй — черно-белых. Существует ряд факторов, влияющих как на качество получаемого подводного изображения, так и на дальность видимости в водной среде. К ним относятся: прозрачность и рассеяние воды, поглощение и упомянутая выше ПОР. Качество изображения зависит от разрешающей способности преобразователя «свет-сигнал», т. е. от количества элементов в строке и от количества строк в изображении, а также от угла поля зрения, т. е. от объектива. Как правило, подводные ТВ системы, работающие в вещательном стандарте разложения, имеют разрешение 400_500 твл и 600_800 элементов в строке. Углы поля зрения выбираются от 10до 80°. Чем меньше угол поля зрения, тем выше разрешение и больше дальность видимости. Но при малом угле поля зрения в поисковых подводных ТВ-системах при движении подводного аппарата и непрерывном просмотре зоны, особенно малой дальности, мо_ жет наблюдаться «смаз» изображения. Оптимальной, с точки зрения работы подводных систем видения и получения качества изображения, по мнению авторов, является система, в которой углы поля зрения камерной установки и осветителя одинаковы или же угол поля зрения осветителя может быть на 10-15° больше. Для большей дальности видимости угол поля зрения камерной установки, как показали эксперименты, должен быть порядка 20-30°. Поэтому лучшим вариантом может быть ТВ система видения, при которой в камерной установке используется объектив с изменяющимся углом поля зрения, например, 10-40° по диагонали и таким же или на 10° большим углом освещения светильника.

Среди общих требований, предъявляемых к световым приборам ближнего и дальнего действия, можно выделить следующие:

- световой прибор должен обладать максимальной светоэнергетической эффективностью - световым потоком, формируемым в заданном телесном угле, приходящемся на единицу потребляемой мощности;

- режим работы светового прибора – непрерывный;

- спектральный состав излучения светового прибора должен обеспечивать возможность работы цветных камерных установок;

- световой прибор должен обеспечивать максимально возможные равномерность освещенности по полю и резкие границы светового пучка, соответствующие углу поля зрения ТВ камеры и необходимые для уменьшения световой помехи обратного рассеяния;

- световой прибор должен обеспечивать формирование светового пучка, освещающего любое направление в пределах нижней полусферы.

В настоящее время в подводном телевидении применяется оптическая аппаратура, которая либо сканирует пространство обзора постоянным углом поля зрения, либо имеет возможность менять угол поля зрения с помощью вариообъектива. ТВ_камера с постоянным углом поля зрения малоэффективна вследствие ряда причин. Применение вариообъективов имеет недостаток, заключающийся в том, что в подводном положении «теряется» внешняя обстановка при их использовании. Для устранения возможных недостатков необходимо применять несколько камерных блоков, совмещенных в одной батисфере и имеющих узкие углы полей зрения. Создание такой камерной установки, состоящей из нескольких узкоугольных оптических систем, сопряженных с ПЗС-матрицами, является наиболее эффективным методом борьбы со всеми видами оптических помех.

«Многоглазая» (фасеточного типа) приемная ТВ-система с узкими фиксированными полями зрения каждой матрицы, образующими единое поле зрения ТВ-комплекса, позволит увеличить темп поступления видеоинформации при сохранении высокой разрешающей способности, увеличит полосу обзора пространства в направлении её ориентации. Сигнал от каждой фотоприёмной матрицы системы передается по параллельным трактам, где предварительно обрабатывается и формируется (например, контрастируется), затем записывается в единое ОЗУ в соответствии с адресом (координатами) данной матрицы в поле зрения комплекса.

Возможно применение комбинированного варианта, когда центральная камера имеет вариообъектив, а крайние камеры — объективы с узкими фиксированными углами полей зрения. Такое построение видеокамеры позволит сформировать широкий угол обзора с любым задаваемым разрешением с помощью узкоугольных камер и обеспечит детальный просмотр любого видеосюжета с помощью вариообъектива. Для просмотра подводной обстановки может быть использован монитор с полиэкраном, одна часть которого реализует функции вариообьектива, а другая часть используется для воспроизведения всей обстановки в целом.

Таким образом, ТВ-камера фасеточного типа обеспечит увеличение полосы просмотра подводного пространства с разрешением не ниже заданного.