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Title:
SYSTEM FOR ARTIFICIALLY IMPROVING CONTRAST FOR DISPLAYING IMAGES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/113872
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system for artificially improving contrast for displaying images, formed by at least: a light source which emits short light pulses in the form of a divergent beam, a catadioptric or optical device which forms an output image from the light reflected by the objects illuminated by the source, a device which selectively blocks the system image output for pre-determined time intervals, and an electronic scanning and synchronisation device which controls the moments at which the light pulses are emitted and the time intervals during which the system image output is blocked, in order to select a distance range in which the objects located therein appear enhanced or with the contrast thereof enhanced in the image obtained.

Inventors:
MUNOZ LEO JOSE (ES)
Application Number:
PCT/ES2007/070059
Publication Date:
September 25, 2008
Filing Date:
March 19, 2007
Export Citation:
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Assignee:
MUNOZ LEO JOSE (ES)
International Classes:
H01J31/50; H04N5/235
Foreign References:
US6121600A2000-09-19
US6603507B12003-08-05
US20030155513A12003-08-21
Attorney, Agent or Firm:
PONS ARIÑO, Angel (Madrid, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

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 Ia luz reflejada por los objetos iluminados por Ia fuente, un dispositivo que bloquea selectivamente en intervalos de tiempo determinados Ia 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 Ia 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 Ia imagen obtenida. 2.- Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 1 ; caracterizado porque Ia 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 Ia 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 Ia divergencia del haz de iluminación y su dirección de salida.

A - Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 1 ; caracterizado porque el dispositivo óptico o catadióptrico que forma Ia 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 Ia 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 Ia imagen de salida del sistema se genera en dicha pantalla luminiscente como consecuencia de enfocar sobre el sensor del dispositivo optoelectrónico Ia 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 Ia 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 visualización de imágenes según reivindicaciones 1 , 5, 6 y 7; caracterizado porque Ia 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 Ia señal eléctrica de Ia imagen generada por Ia 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 Ia 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 Ia pantalla del intensificador tiene preferentemente una persistencia de Ia imagen del orden de unos pocos milisegundos.

13.- Sistema de mejora artificial de contraste para visualización de imágenes según reivindicación 12 caracterizado porque Ia 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 Ia cámara se realiza mediante bombardeo electrónico de los elementos sensibles de Ia cámara, integrando el intensificador y el sensor de Ia 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

Ia ganancia del dispositivo y permite controlar Ia misma mediante el control de

Ia polarización de Ia 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.

Description:

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 Ia 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 Ia presencia de focos intensos de luz, superficies reflectantes o capas difusoras de luz en Ia escena observada. Permite además, mediante el empleo de una fuente de iluminación auxiliar, modificar artificialmente el contraste entre objetos de Ia 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 Ia 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, Ia 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 Ia escena, de Ia luz emitida por alguna fuente de iluminación, ya sea natural o artificial. La misma situación tiene lugar cuando Ia

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, Ia inclusión de un dispositivo intensificador de imagen de los habitualmente empleados en sistemas de visión nocturna pasivos, como parte del sistema de observación, mejora Ia visualización permitiendo extender los rangos de detección e identificación. Cuando los objetos de Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia 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, Ia luz recibida en el sensor procedente de los objetos más débilmente iluminados queda considerablemente reducida, disminuyendo Ia relación señal/ruido, haciendo indiscernibles aquellos objetos cuya luz recibida se encuentra próxima o por debajo de Ia 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 Ia mejora de uniformes miméticos como en el apantallamiento del calor emitido por personal o vehículos. Se encuentra bajo estudio Ia 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 Ia participación de pigmentos.

Un uniforme mimético que evitase además Ia 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 Ia escena, representan también con frecuencia una situación desfavorable. Cuando Ia principal iluminación del objeto que se desea observar debe atravesar Ia superficie parcialmente reflectante, el sistema de observación recibe simultáneamente los reflejos superpuestos de Ia superficie y del objeto, pudiendo incluso resultar indiscernible el objeto sobre el fondo de luz reflejada por Ia superficie. Esta situación es también extensible a casos en que Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia invención, el sistema está basado en el empleo conjunto de iluminación mediante radiación pulsada y un dispositivo bloqueador de Ia 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 Ia luz de los pulsos de iluminación reflejada en parte hacia el sistema de observación por los objetos situados a Io largo del ángulo sólido iluminado.

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

-Un dispositivo que bloquea selectivamente Ia salida de Ia 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 Ia imagen de los objetos iluminados sobre el elemento fotosensible, en el que se generará una señal eléctrica que contiene Ia información de Ia imagen. Independientemente de sus mecanismos de funcionamiento interno, este dispositivo o sistema generará en Ia pantalla luminiscente o electroluminiscente una imagen réplica de Ia imagen focalizada sobre su sensor. La imagen generada en Ia 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 Ia constitución descrita para el elemento bloqueador, de un tubo intensificador de imagen presenta Ia ventaja de que es capaz de proporcionar ganancia en luminancia. -un dispositivo electrónico de exploración y sincronismo del sistema, que controla los instantes de emisión de los pulsos de iluminación y su potencia óptica, y transcurrido un determinado intervalo de tiempo ajustable, inhibe el bloqueo de Ia imagen durante un intervalo de tiempo ajustable, de manera que se controla un rango de distancias dentro del cual los objetos que reflejen Ia luz de iluminación aparecerán en Ia imagen, eliminando cualquier reflexión causada por objetos que se encuentren fuera del rango de distancias seleccionado por el ajuste de los intervalos de tiempo descritos. De este modo Ia imagen de los objetos iluminados, y situados dentro del rango de distancias seleccionado, aparecerá sobre un fondo oscuro, quedando realzado su contraste.

Mediante una exploración adecuada utilizando distintos valores para los intervalos de tiempo, puede obtenerse información sobre los objetos situados en diferentes planos, recibiendo el sistema información suficiente para realizar una representación tridimensional de Ia posición de los objetos contenidos dentro del campo de iluminación, y siendo posible mediante operaciones electrónicas conocer Ia distancia al sistema de observación de diferentes objetos.

Descrito el funcionamiento básico del sistema objeto de esta invención, procede describir las siguientes variaciones que mejoran sus características: La imagen de salida puede ser captada mediante una cámara de televisión basada en un tubo electrónico de captación de imagen o bien una cámara de estado sólido basada en un sensor bidimensional de tecnología CCD o CMOS, y visualizada directamente en un monitor de televisión. Se puede añadir un sistema electrónico que procese Ia señal eléctrica de Ia imagen generada en Ia cámara previamente a su visualización en el monitor, con objeto de mejorar Ia calidad de Ia imagen o acentuar características de interés para Ia detección e identificación de objetos, tales como realce de

bordes, suavizado, realce adicional de contraste, selección de un nivel umbral, etc.

BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra esquemáticamente el sistema de Ia invención en el caso de utilizar el ojo humano como sensor final.

La figura 2 muestra esquemáticamente el sistema de Ia invención en el caso de utilizar una cámara de televisión como sensor final, y un monitor para Ia visualización de las imágenes.

DESCRIPCIóN DE UNA REALIZACIóN PRáCTICA DE LA INVENCIóN

Descrito el sistema inventado y sus componentes principales, se procede a describir una realización práctica del mismo.

El sistema de Ia invención está constituido por una fuente de iluminación 1 que emite pulsos divergentes de corta duración. Está constituida por un láser 1a, que genera estos pulsos luminosos de corta duración en forma de haz luminoso con un grado elevado de colimación, y un elemento óptico 2 de orientación/expansión. El haz láser colimado incide en el elemento óptico 2, que introduce una divergencia en el haz de iluminación y permite controlar tanto el grado de divergencia como Ia dirección en que se emite el haz de iluminación 11 , bien mediante un sistema adecuado de lentes o espejos desplazables cuya posición se controla a través de motores eléctricos, o bien mediante el empleo de elementos ópticos que cambian sus características de refracción mediante Ia aplicación de una señal eléctrica. En ambos casos el sistema incluirá una unidad electrónica de control 7 de este dispositivo óptico 2.

Tras incidir parte del haz de iluminación en un objeto 12, situado dentro del campo angular iluminado 11 , se refleja una fracción de Ia luz 13 del pulso de iluminación hacia un dispositivo óptico 3 que forma una imagen del objeto u objetos iluminados. Este dispositivo óptico está basado en un conjunto de lentes de focal variable, tal como un zoom o un teleobjetivo, que permite ajustar

Ia distancia de enfoque del sistema y Ia profundidad de campo bien mediante motores eléctricos que varían Ia posición relativa de sus lentes, o bien mediante el empleo de elementos ópticos cuyas características de refracción pueden ser variadas mediante una señal eléctrica. En ambos casos el sistema incluirá el control de este dispositivo óptico 3 en Ia unidad electrónica 7.

La imagen de los objetos iluminados formada por este sistema se enfoca sobre el fotocátodo de un tubo intensificador de imagen 4, que forma una réplica de Ia imagen en su pantalla fosforescente. Esta imagen de Ia pantalla puede ser considerada como imagen de salida del sistema y ser visualizada directamente por el ojo 5 en el dibujo 1 , o adaptar un ocular para una observación relajada de Ia pantalla por parte del ojo. El tubo intensificador actuará como dispositivo bloqueador de Ia formación de Ia imagen de salida. La formación de Ia imagen de salida del sistema permanecerá bloqueada Ia mayor parte del tiempo, manteniendo Ia polarización del fotocátodo del intensificador invertida respecto a su condición normal de operación, bloqueando de este modo el proceso de fotoemisión que tiene lugar en estos dispositivos, y restableciendo Ia polarización correcta durante intervalos de tiempo cortos seleccionados mediante un elemento 6 de control de tiempos y sincronismo del sistema. Durante los intervalos de tiempo en que Ia fotoemisión está desinhibida, tendrá lugar Ia transferencia de imagen del fotocátodo a Ia pantalla, acompañada de una ganancia en luminancia, característica de este tipo de dispositivos, siendo dicha ganancia ajustable. Para ello, es preferible que el intensificador de imagen incorpore al menos una placa microcanal en su interior, que además de contribuir significativamente a Ia ganancia del dispositivo, permite controlar su ganancia mediante el control de Ia polarización de Ia placa. Los electrodos de polarización del fotocátodo deben estar accesibles externamente para realizar los procesos bloqueo/desbloqueo de Ia fotoemisión (gating), y Ia fuente de alimentación del dispositivo debe incorporar una salida externa para el control de su ganancia. Para conmutar Ia polarización del fotocátodo, que involucra tensiones elevadas, se utilizará preferentemente un elemento electrónico 8 en los dibujos 1 y 2 disponible comercialmente para este fin (unidad de gating), gobernable mediante una

señal eléctrica de baja tensión. El tiempo de conmutación de Ia polarización del fotocátodo afectará sensiblemente a Ia capacidad de discriminación de distancias en el sistema, siendo aconsejable un tiempo de conmutación no superior a 5 nanosegundos. Con el fin de poder observar escenas con presencia de personal, conviene que el fotocátodo del intensificador presente buena eficiencia cuántica en el rango espectral del infrarrojo cercano, dentro de las longitudes de onda que se consideran seguras para el ojo humano, por encima de 1500 nanometros. De este modo el láser de Ia fuente de iluminación podrá emitir pulsos intensos con longitud de onda en este mismo rango espectral, sin que representen un peligro potencial para el ojo del personal presente en el campo de iluminación del sistema. La persistencia del fósforo de Ia pantalla del intensificador no debe ser ni muy corta, ni muy larga. Debido a que en ocasiones el sistema opera con intervalos de transmisión de imagen del orden de pocos nanosegundos, una cierta persistencia ayudará a recibir señal durante más tiempo en el ojo. Por otro lado, un valor demasiado alto limitará Ia velocidad de respuesta del sistema. Un buen valor para Ia persistencia se sitúa en algún milisegundo, tiempo característico de los fósforos P43. Además, el máximo de emisión de este tipo de fósforos se produce en Ia zona verde del espectro, situación favorable para Ia observación de Ia pantalla con un ojo, o para captar Ia imagen mediante una cámara de estado sólido, que típicamente tienen su máxima sensibilidad en el rango espectral verde.

El empleo del intensificado de imagen presenta Ia ventaja adicional de proporcionar una elevada ganancia y una figura de ruido reducida, por Io que constituye un elemento ideal como primera etapa amplificadora según Ia conocida fórmula de Friis para Ia propagación de ruido en un sistema completo, en caso de añadir etapas amplificadoras adicionales en el sistema.

Alternativamente, como se ha comentado unas líneas más arriba, Ia imagen generada en Ia pantalla del intensificador puede ser transferida a una cámara de televisión 5 en dibujo 2, bien mediante un acoplo óptico, o bien mediante el empleo de fibra óptica coherente compuesta por un número elevado de fibras ópticas individuales. En este último caso, es conveniente que Ia ventana de salida del intensificador sea de fibra óptica. La señal eléctrica

generada en Ia cámara, puede ser visualizada directamente en un monitor de televisión 10 en dibujo 2, o ser introducida en un sistema de procesado electrónico 9 en dibujo 2 previamente a su envío al monitor con fin de mejorar Ia calidad de Ia imagen visualizada en el monitor, o introducir funciones simples que faciliten Ia detección o identificación de objetos en Ia imagen, tales como realce de bordes, cuantificación de Ia luminancia en niveles discretos, establecimiento de un nivel umbral de luminancia, vídeo inverso, etc.

El sistema electrónico de sincronismo 6 en los dibujos 1 y 2 contendrá una base de tiempos con frecuencia de reloj de 50 o 60 ciclos/segundo, con el fin de garantizar un parpadeo imperceptible de Ia imagen y Ia compatibilidad con sistemas estándar de televisión. La señal de reloj disparará Ia emisión de pulsos de Ia fuente de iluminación de manera periódica en cada uno de sus ciclos. Inevitablemente, existirá un pequeño retraso -típicamente de pocos cientos de microsegundos- entre el flanco de activación de Ia emisión del pulso de iluminación y Ia emisión real del pulso. Interno a esta unidad, se encuentra una unidad de retardo (no representada específicamente en los dibujos), que recibe Ia señal de reloj de Ia base de tiempos, y genera una nueva versión de Ia señal periódica de reloj, de nivel apropiado para el gobierno de Ia unidad de gating 8, sufriendo Ia nueva señal de reloj un retardo ajustable por el operario del sistema, y siendo también posible por parte del operario el ajuste de su relación cíclica. Para que el rango de distancias de visualización en que opera el sistema comience justo en Ia entrada del propio sistema, el retardo mínimo en Ia señal de reloj modificada debe ser tal que Ia emisión del pulso de iluminación y el desbloqueo efectivo de Ia fotoemisión ocurran simultáneamente. El valor del retardo determinará Ia distancia mínima al sistema que podrá tener un objeto para ser visualizado. El ajuste de Ia relación cíclica determinará Ia distancia máxima al sistema, medida respecto al objeto más próximo, a que podrá estar un objeto para ser visualizado a través del sistema. Las distancias mínima y máxima pueden ser por tanto ajustadas por el operario.

Gracias a Ia acción bloqueadora del tubo intensificador de imagen, y al carácter pulsado de Ia fuente de iluminación del sistema, Ia transmisión de

imagen al elemento sensor final (ojo o cámara de TV) puede controlarse de modo que Ia luz que el sensor recibe, corresponda únicamente a luz reflejada por objetos que se encuentran situados en un rango de distancias al sistema de observación comprendido entre los valores cxTe/2 y (Te+δT)xc/2, siendo c Ia velocidad de propagación de Ia luz, Te el intervalo de tiempo transcurrido entre Ia emisión del pulso de iluminación y el desbloqueo del intensificador de imagen, e δT el intervalo de tiempo durante el cual se permite Ia transmisión de imagen en el interior del tubo intensificador (intervalo de desbloqueo del intensificador). El factor 2 en las expresiones anteriores se introduce para tener en consideración el doble trayecto de ida y vuelta requerido por el pulso de iluminación para viajar desde Ia fuente a los objetos, reflejarse en parte, y regresar de nuevo al sistema. Para realizar una observación continua sin parpadeos, tanto mediante el ojo como mediante un sistema convencional de televisión, Ia fuente de iluminación emitirá pulsos de iluminación de manera periódica, siendo conveniente -aunque no necesario-, que Ia frecuencia de repetición en Ia emisión de pulsos sea al menos de 25 ciclos/segundo. La frecuencia de repetición de los pulsos de iluminación (fr en Io sucesivo), será Ia frecuencia de reloj con Ia que operará el sistema, y se obtendrá de una base de tiempos electrónica para el correcto sincronismo del sistema. De esta manera, el paso de imagen a través del intensificador tendrá también lugar de manera periódica, durante los intervalos de tiempo δT. La distancia D entre el sistema y el plano de observación más próximo al sistema quedará entonces determinada por el valor D=cxTe/2, y Ia profundidad de campo iluminado PC -distancia entre los planos más próximo y más lejano observados por el sistema- será PC=cxδT/2. La luz emitida por Ia fuente de iluminación del sistema que resulte reflejada por objetos o elementos dispersores situados fuera del rango de distancias D+PC verá bloqueado su paso al elemento sensor final del sistema.

Si los objetos en Ia escena a observar reflejan luz que provenga de una fuente de iluminación externa al sistema, o bien si alguno de ellos emite luz en dirección al sistema, no puede bloquearse totalmente su paso al detector, y contribuirá a Ia imagen con una potencia integrada (energía) dada por Pm x δT,

siendo Pm Ia potencia media recibida en el sistema durante el intervalo de tiempo δT.

El sistema aquí descrito, presenta Ia particularidad de que puede, mediante una elección adecuada de los valores de Te e δT, formar sobre el sensor Ia imagen de un intervalo de distancias reducido, y situado a una distancia determinada del sistema, discriminando de esta forma los objetos que se encuentran fuera de un rango seleccionado de distancias al sistema de observación.

Esta capacidad permite al sistema una mejora considerable en Ia detección e identificación de objetos, en comparación con sistemas convencionales de observación.

De acuerdo con Ia descripción anterior, eligiendo un valor δT reducido, si un foco presente en el campo de observación emite en dirección al fotocátodo una potencia luminosa constante -o lentamente variable-de valor medio Pe, el sensor recibirá a Io sumo una potencia media también constante -o lentamente variable- de valor (Pe x δT x fr). Para los valores δT=40 ns y fr= 25 c/s, Ia potencia óptica media recibida en el sensor, proveniente del foco, será un millón de veces inferior a Ia potencia media que recibiría en régimen continuo. Como consecuencia, el foco aparece en Ia imagen como una fuente de luz de intensidad un millón de veces inferior a Io que Io haría en un sistema convencional de observación. En circunstancias normales, una fuente convencional de iluminación difícilmente producirá en el sensor efectos de saturación, con Ia consiguiente pérdida de contraste.

Este mismo factor de atenuación resultaría sobre Ia luz reflejada por un objeto de Ia escena a observar que se encontrara iluminado por una fuente convencional no pulsada.

Por otro lado, las fuentes láser pulsadas pueden emitir pulsos de luz muy intensos concentrados en intervalos de tiempo muy reducidos. Siguiendo el ejemplo anterior, un objeto de tamaño y forma similar al foco, situado a Ia misma distancia del sistema de observación que el foco, e iluminado por pulsos de luz láser de 40 ns de duración emitidos por Ia fuente de iluminación, necesitaría reflejar hacia el sensor del sistema una potencia igual a Ia del foco,

durante el intervalo δT, Io que representa una fracción muy pequeña en general de Ia potencia emitida en un pulso láser. Denominando P IR a Ia potencia reflejada hacia el sistema de observación por un objeto iluminado con Ia luz pulsada del sistema, Ia luz total (energía luminosa) recibida en sistema en el intervalo de tiempo δT, correspondiente a dicho objeto será P O =(P R +P IR )XδT, donde P R representa Ia potencia de iluminación externa o ambiental reflejada por el objeto hacia el sistema, o emitida por el objeto (en el caso de un foco) hacia el sistema. Habida cuenta de que en una escena iluminada uniformemente por el láser del sistema, el valor P IR =P B +R, donde P B es Ia luz pulsada de iluminación recibida por el blanco y R su coeficiente de reflexión para Ia luz pulsada de iluminación, es en general mucho mayor que P R , y el sistema operará de igual modo en ambientes de iluminación diurna o nocturna (P R =O), y Ia imagen coincidirá esencialmente con una distribución de coeficientes de reflexión a Ia longitud de onda de iluminación del sistema. Por otro lado, el coeficiente de reflexión efectivo puede hacerse cero para objetos fuera del intervalo de distancias asociadas a δT, apareciendo como oscuros, y mejorando el contraste entre los límites de un objeto incluido en δT y otro que no Io está, facilitando su detección e identificación. Del mismo modo, un objeto anterior a δT aparecerá como una sombra, también facilitando Ia detección e identificación de su perfil.

Esencialmente, Ia distribución espacial de luz sobre el sensor, y por tanto en Ia imagen observada, coincidiría con Ia distribución de coeficientes de reflexión de los objetos observados.

Cuando un objeto (que denominaremos "blanco")se encuentra situado delante de otros objetos que tienen coeficiente de reflexión similar, y alguno de los bordes que limitan el blanco (o todos ellos) se visualizan sobre un fondo formado por dichos objetos, se produce un efecto de mimetismo. Mediante una adecuada selección del valor Te, de modo que su valor esté ajustado a Ia distancia de observación en que se encuentra el blanco, se puede bloquear Ia reflexión de los objetos que mimetizan el blanco a observar, apareciendo sus límites definidos sobre un fondo oscuro. También es posible ajustar el tiempo Te a Ia distancia de visualización de los objetos mimetizantes que se

encuentran a mayor distancia del sistema que el propio blanco. En esta situación, se recibirá luz reflejada por los objetos mimetizadotes, a excepción de Ia porción ocupada por el blanco, pues éste hace sombra al paso de Ia luz de iluminación hacia los objetos mimetizadores. De este modo el blanco se visualiza como una imagen oscura (negra) sobre Ia imagen de los objetos mimetizadores.

También es posible Ia visualización a través de una superficie parcialmente reflectante 14 en los dibujos 1 y 2, detrás de Ia cual se encuentra el blanco 15 en los dibujos. Efectivamente, al ser parcialmente reflectante Ia superficie, reflejará luz hacia el sistema de observación, y transmitirá a su vez parte de luz del pulso de iluminación, que continuará su propagación iluminado en cierta medida el objeto 15. Parte de Ia luz reflejada por el objeto 15, atravesará Ia superficie 14 en dirección al sistema. En determinadas condiciones, puede suceder que Ia luz reflejada por Ia superficie 14 hacia el sistema, sea mucho más intensa que Ia luz reflejada por el objeto 15 recibida recibida en el sistema, siendo el objeto difícilmente discernible, o imposible de discernir sobre el reflejo de Ia superficie 14. Ajustando el adecuadamente el intervalo de tiempo de inhibición del bloqueo del sistema, se eliminará en Ia imagen de salida Ia luz reflejada en Ia superficie 14, permitiendo observar únicamente Ia luz reflejada por el objeto 15, haciendo posible su detección y/o identificación.

La capacidad de discriminación del sistema depende del valor al cual pueden reducirse los intervalos de captación de imagen δT. Del mismo modo, el valor de Ia potencia media recibida en el ojo observador o en el sensor del sistema, disminuye al hacerlo δT. Por este motivo, es conveniente introducir en el sistema un dispositivo capaz de proporcionar una elevada ganancia en luminancia, que permita reducir los valores de δT a intervalos muy cortos, y al mismo tiempo mantener una buena relación señal/ruido en Ia imagen final observada.