Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes que está constituido por,

al menos, una fuente de iluminación que emite pulsos de luz de corta duración en forma de haz divergente, un dispositivo óptico o catadióptrico que forma una imagen de salida a partir de la luz reflejada por los objetos iluminados por la fuente, un dispositivo que bloquea selectivamente en intervalos de tiempo determinados la salida de imagen del sistema, y un dispositivo electrónico de exploración y sincronismo que controla los instantes de emisión de los pulsos de iluminación, así como los intervalos de tiempo en que permanece bloqueada la salida de imagen del sistema, en orden a seleccionar un rango de distancias donde los objetos situados en el mismo aparecerán resaltados o con su contraste realzado en la imagen obtenida

Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de mejora de contraste para sistemas de observación que emplean sensores bidimensionales de luz, tales como cámaras de televisión (TV) o el propio ojo humano. Permite extender el rango de detección o identificación de objetos o personal en condiciones adversas para la observación, toda vez que evita -o reduce considerablemente-, las disminuciones de contraste y consiguiente calidad de las imágenes observadas debidas a efectos degradatorios originados por la presencia de focos intensos de luz, superficies reflectantes o capas difusoras de luz en la escena observada. Permite además, mediante el empleo de una fuente de iluminación auxiliar, modificar artificialmente el contraste entre objetos de la imagen, incrementando con ello los rangos de detección e identificación de un sistema convencional.

Antecedentes de la invención

La capacidad de detección o identificación de blancos durante la observación de escenas a través de instrumentos ópticos convencionales o circuitos cerrados de televisión, resulta de sumo interés para aplicación en diversos ámbitos tales como protección civil, rescate, operaciones militares y policiales, investigación científica, etc. A diferencia de los sistemas de observación basados en cámaras térmicas, donde los blancos de una escena -objetos o personal-, emiten radiación que puede detectarse, la visualización de blancos no emisores, mediante sistemas de TV que operan con elementos sensores en el infrarrojo cercano o longitudes de onda inferiores requiere reflexión parcial hacia el sistema de observación por parte de un blanco o de otros elementos de la escena, de la luz emitida por alguna fuente de iluminación, ya sea natural o artificial. La misma situación tiene lugar cuando la visualización se realiza a través de un ojo humano ayudado por instrumentos ópticos convencionales basados en lentes. La capacidad de detección o identificación de objetos mediante estos sistemas de observación convencionales, se ve limitada en situaciones de baja luminancia. En este caso, la inclusión de un dispositivo intensificador de imagen de los habitualmente empleados en sistemas de visión nocturna pasivos, como parte del sistema de observación, mejora la visualización permitiendo extender los rangos de detección e identificación. Cuando los objetos de la escena a observar no reciben suficiente iluminación, es también posible iluminar con una fuente artificial auxiliar, con objeto de recibir una mayor cantidad de luz reflejada por los objetos, mejorando la relación señal/ruido tanto si se incluye en el sistema un intensificador de imagen como si no. Por otro lado, en situaciones en las que la escena a observar contiene focos intensos de luz -además de blancos pasivos-, se requiere un elevado margen dinámico en el detector -inalcanzable en muchos casos-, para que los efectos de saturación no deterioren el contraste entre los diferentes objetos en el sensor de la cámara o en el tubo intensificador, resultando como consecuencia una pérdida de contraste en las inmediaciones del foco emisor, que reduce los rangos de detección y/o identificación. Un recurso en este caso consiste en atenuar el nivel de señal sobre el detector, de modo que se eviten efectos de saturación en el mismo, ya sea mediante el empleo de filtros, reducción del nivel de iluminación auxiliar, u otras técnicas. De este modo, la luz recibida en el sensor procedente de los objetos más débilmente iluminados queda considerablemente reducida, disminuyendo la relación señal/ruido, haciendo indiscernibles aquellos objetos cuya luz recibida se encuentra próxima o por debajo de la potencia equivalente de ruido del sistema.

Otra situación desfavorable tiene lugar cuando un objeto se encuentra mimetizado por su entorno pudiendo resultar difícil, cuando no imposible, su detección o identificación.

En el caso de operaciones militares se trabaja actualmente tanto en la mejora de uniformes miméticos como en el apantallamiento del calor emitido por personal o vehículos. Se encuentra bajo estudio la aplicación de técnicas difractivas para el apantallamiento de radiación térmica, basadas en un principio similar al que emplean algunos tipos de mariposa para cambiar el color de sus alas sin la participación de pigmentos.

Un uniforme mimético que evitase además la emisión al exterior de calor, permitiría ocultar blancos a los sistemas de observación basados en cámaras térmicas y a los sistemas de observación convencionales.

La presencia de superficies parcialmente reflectantes situadas entre el sistema de observación y algún objeto de la escena, representan también con frecuencia una situación desfavorable. Cuando la principal iluminación del objeto que se desea observar debe atravesar la superficie parcialmente reflectante, el sistema de observación recibe simultáneamente los reflejos superpuestos de la superficie y del objeto, pudiendo incluso resultar indiscernible el objeto sobre el fondo de luz reflejada por la superficie. Esta situación es también extensible a casos en que la luz que del objeto recibe el sistema de observación se encuentra superpuesta a un fondo de luz reflejada por una capa dispersora de luz, como por ejemplo humo, niebla o lluvia intensa, o por ejemplo superpuesta a la luz recibida de una cortina de fuego más cercana al sistema de observación que el objeto.

Se hace pues necesario, introducir mejoras sobre los de sistemas convencionales de observación, de modo que permitan mejorar su rango de detección e identificación, en condiciones desfavorables, o permitan la visualización de blancos térmicamente apantallados no realizable mediante sistemas de observación basados en cámaras térmicas.

El sistema objeto de esta invención viene a cubrir en buena medida estas necesidades.

Descripción de la invención

El sistema objeto de esta invención sirve de una manera óptima para mejorar los rangos de detección e identificación de objetos o personal observados bien a través de un sistema óptico convencional, o bien a través de un circuito de televisión, en condiciones para las que resulta difícil o imposible con el empleo de sistemas convencionales de observación o sistemas térmicos de observación en presencia de apantallamiento térmico.

De acuerdo con la invención, el sistema está basado en el empleo conjunto de iluminación mediante radiación pulsada y un dispositivo bloqueador de la formación de imágenes, y comprende, al menos, los siguientes elementos:

- Una fuente de luz pulsada, idealmente un láser, o un diodo electroluminiscente. Los pulsos luminosos, de corta duración, son emitidos en forma de haz divergente en un rango de direcciones o ángulo sólido de iluminación, con el fin de iluminar transitoriamente los objetos situados en dicho rango de direcciones, siendo la luz de los pulsos de iluminación reflejada en parte hacia el sistema de observación por los objetos situados a lo largo del ángulo sólido iluminado.

- Un dispositivo óptico o catadióptrico que recibe luz reflejada por los objetos iluminados y forma una imagen de los mismos. Idealmente, este dispositivo será de focal variable, controlable mediante motores eléctricos u otra técnica, permitiendo la focalización a distancia variable, y el control de la profundidad de campo óptico.

- Un dispositivo que bloquea selectivamente la salida de la imagen del sistema, permitiendo que el sistema produzca una imagen de salida únicamente durante determinados intervalos de tiempo. Puede tratarse de un dispositivo optoelectrónico, electroóptico, acustoóptico o un dispositivo basado en cristal líquido. Preferentemente, el bloqueo se realizará mediante un dispositivo o sistema optoelectrónico de transferencia de imagen, que contará con un elemento fotosensible bidimensional, y una pantalla luminiscente o electroluminiscente. El sistema óptico focalizará la imagen de los objetos iluminados sobre el elemento fotosensible, en el que se generará una señal eléctrica que contiene la información de la imagen. Independientemente de sus mecanismos de funcionamiento interno, este dispositivo o sistema generará en la pantalla luminiscente o electroluminiscente una imagen réplica de la imagen focalizada sobre su sensor. La imagen generada en la pantalla podrá ser observada directamente con el ojo, a través de un ocular, o podrá ser captada por una cámara de televisión y visualizada en un monitor. La utilización, como caso particular de la constitución...

1. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes; caracterizado porque está constituido por, al menos, una fuente de iluminación que emite pulsos de luz de corta duración en forma de haz divergente, un dispositivo óptico o catadióptrico que forma una imagen de salida partir de la luz reflejada por los objetos iluminados por la fuente, un dispositivo que bloquea selectivamente en intervalos de tiempo determinados la salida de imagen del sistema, y un dispositivo electrónico de exploración y sincronismo que controla los instantes de emisión de los pulsos de iluminación, así como los intervalos de tiempo en que permanece bloqueada la salida de imagen del sistema, en orden a seleccionar un rango de distancias donde los objetos situados en el mismo aparecerán resaltados o con su contraste realzado en la imagen obtenida.

2. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 1; caracterizado porque la fuente de iluminación en forma de haz divergente está constituida por un láser o bien un diodo electroluminiscente, que emite pulsos de luz de duración inferior a 30 nanosegundos, y un elemento de orientación/expansión del haz generado en la fuente de iluminación.

3. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 2; caracterizado porque el elemento de extensión/orientación del haz de iluminación, se basa en un sistema de lentes ópticas o un sistema catadióptrico cuyos elementos varían su posición relativa mediante el uso de motores eléctricos controlados electrónicamente, o en el que las características refractivas de sus lentes se varían mediante una señal eléctrica con el fin de ajustar la divergencia del haz de iluminación y su dirección de salida.

4. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 1; caracterizado porque el dispositivo óptico o catadióptrico que forma la imagen de los objetos iluminados consiste en un conjunto de lentes de focal variable (zoom o teleobjetivo), cuya distancia de enfoque y profundidad de campo se pueden ajustar mediante el empleo de motores eléctricos, o variando las características refractivas de sus lentes mediante una señal eléctrica.

5. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 1; caracterizado porque el dispositivo que bloquea selectivamente la salida de imagen consiste en un dispositivo optoelectrónico, electroóptico, acustoóptico, o un dispositivo basado en cristal líquido.

6. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 5; caracterizado porque el dispositivo optoelectrónico contiene un sensor bidimensional fotosensible y una pantalla bidimensional luminiscente, de manera que la imagen de salida del sistema se genera en dicha pantalla luminiscente como consecuencia de enfocar sobre el sensor del dispositivo optoelectrónico la imagen de los objetos iluminados formada por el sistema óptico o catadióptrico.

7. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 6; caracterizado porque el dispositivo que bloquea selectivamente la salida de imagen es un tubo electrónico intensificador de imagen, de los habitualmente empleados en sistemas de visión nocturna, o una asociación en cascada de más de un tubo intensificador.

8. Sistema de mejora artificial de contraste para 5 visualización de imágenes según reivindicaciones 1, 5, 6 y 7; caracterizado porque la imagen de salida del sistema se recoge mediante una cámara de televisión y se visualiza a través de un monitor.

9. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 8; caracterizado porque opcionalmente la señal eléctrica de la imagen generada por la cámara de televisión se procesa electrónicamente previamente a su visualización en el monitor.

10. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 2; caracterizado porque la fuente de iluminación consiste en un láser que emite luz de longitud de onda igual o superior a 1500 nanometros, en alguna zona del espectro infrarrojo de las consideradas seguras para el ojo humano.

11. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 7; caracterizado porque el tubo intensificador de imagen es del tipo de respuesta extendida hacia el infrarrojo, pudiendo operar eficientemente en un rango espectral superior a 1500 nanometros.

12. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicaciones 7 y 11 caracterizado porque la pantalla del intensificador tiene preferentemente una persistencia de la imagen del orden de unos pocos milisegundos.

13. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 12 caracterizado porque la pantalla del intensificador se materializa en fósforos tipo P43.

14. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 7 y 8; caracterizado porque el acoplo de imágenes entre el tubo intensificador y la cámara se realiza mediante bombardeo electrónico de los elementos sensibles de la cámara, integrando el intensificador y el sensor de la cámara en un único dispositivo.

15. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 7; caracterizado porque el intensificador de imagen incorpora, al menos, una placa microcanal en su interior, que aumenta la ganancia del dispositivo y permite controlar la misma mediante el control de la polarización de la placa.

16. Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicaciones 1 y 7; caracterizado porque el dispositivo electrónico de exploración y sincronismo incluye un elemento de control de tiempos y sincronismo del sistema y un elemento de conmutación del fotocátodo de intensificador.