Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978), страница 60

В идеальном случае кажущаяся и измеренная контактным способом температуры каждой поверхности должны быть одинаковыми, так что температура источника и маски может измеряться термопарами, термисторами или полупроводниковыми диодами, находящимися в контакте с поверхностями. Это более предпочтительный способ, поскольку небольшие разности температур надежнее н дешевле измерять контактными, а не радиометрическими методапи. Излучающая щель должна быть намного уже, чем пространственное разрешение системы, но не настолько узкой, чтобы нельзя было получить достаточного для обеспечения высокого отношения сигнала к 1пуму излучения, измеряемого в единицах разности температур.

Эффективная разность температур щели приблизительно равна действительной разности температур, умноженной на отношение угловой ширины щели к разрешению системы. Коллиматор может быть линзовым или зеркальным, однако объектив с высоким разрешением, используемый в птироком спектральком диапазоне, легче и дешевле изготовить зеркальным. Недостатком зеркальных коллиматоров является необходимость применения диафрагм для исключения попадания на приемник его отраженного расфокусированного изображения и отраженных бликов от посторонних окружающих предметов.

Прежде чем приступить к измерению ОПФ, необходимо знать ОПФ всех измерительных и регистрирующих приборов, а также пространственно-частотный спектр излучающей щели. К приборам, ОПФ которых может отличаться от единицы, относятся коллиматор, микрофотометр и двухкоординатный самописец. Отличный от единицы пространственно-частотный спектр линейного источника влияет на ОПФ измеряемой функции рассеяния, и это необходимо учитывать при расчетах.

Первым этапом при измерении ОПФ является фокусировка приемного устройства на изображение в фокальной плоскости коллиматора и установка приемного устройства таким образом, нзмГРвнпв хагакткгистик систвм чтобы щель оказалась перпендикулярной направлению, в которем предполагается измерить ОПФ. Если в системе есть окуляр, его необходимо отрегулировать, чтобы выходящий пучок был параллельным.

Затем изображение щели на экране необходимо сфокусировать на сканирующую щель фотометра, обеспечив параллельность обеих щелей. Второй этап заключается в определении масштабного коэффициента для данного эксперимента, т. е. переводного коэффициента от миллиметров в плоскости сканирующей щели фотометра к миллирадианам в пространстве объектов. Это позволяет перевести ФРЛ, измеренную по миллиметровой шкале, в шкалу миллирадиан в выбранной плоскости объекта. Способ определения коэффициента перевода, который сводит к минимуму ошибку из-за рассеяния изображения, заключается в использовании штрихового тест-объекта с известным угловым периодом и определении усредненных расстояний между пиками яркости на экране индикатора.

Третьим этапом в измерении ОПФ является установление условий существования ОПФ, определенных в гл. 3, а именно: линейности, пространственной инвариантности и высокого отношения сигнала к шуму. По-видимому, требование пространственной инвариантности будет выполняться, если выбрать достаточно малый участок на экране для проведения измерений. Однако чрезвычайно трудно обеспечить одновременно выполнение требований линейности и низкого уровня шумов, поскольку, по существу, все системы имеют шумы, являются нелинейными и обладают ограниченным динамическим диапазоном. Таким образом, достаточно яркое изобрах<ение, характеризуемое высоким отношением сигнала к шуму, вероятно, будет обрабатываться нелинейно, в то время как линейно преобразуемое изображение, по-видимому, будет иметь большие шумы.

По этой причине важно знать вид передаточной функции сигнала. Еще одна, связанная с обеспечением надлежащих условий измерения задача заключается в том, что фотоумножитель, используемый для измерения яркости экрана, должен быть относительно малошумящим и иметь линейную характеристику. Существенным на третьем этапе является выбор эффективной разности температур, обеспечивающей отношение сигнала к шуму, равное 10 или более, а также выбор такого уровня регулировки яркости и контраста системы, при котором ПФС была бы практически линейна во всем диапазоне изменения сигнала к шуму.

Четвертый этап заключается в формировании функции рассеяния линии (ФРЛ) и зондировании ее движущейся щелью фотометра. Движение щели должно быть медленным, чтобы кадровая развертка в системе совместно с движением щели не приводила к недостаточному числу выборок ФРЛ. Медленное движение позволяет также сузить полосу подавляющего шумы электрического ззо ГЛАВА 1! фильтра без искажения ФРЛ. ФРЛ обычно регистрируется двух- координатным самописцем, хотя может использоваться описанная ниже более ело!иная техника автоматической записи. Можно приближенно осуществить преобразование ФРЛ, приводя ее к такой функции, преобразование которой известно, например к гауссовой.

Однако, за исключением некоторых частных случаев, такой способ недостаточно точен, и преобразование ФРЛ приходится производить с помощью ЭВМ. В полученную ОПФ требуется затем вносить поправки, учитывающие ошибки измерений, для чего ее делят на ОПФ измерительной аппаратуры и пространственно-частотный спектр линейного источника.

Изложенная в общих чертах методика определения ОПФ требует болыпих затрат времени и весьма утомительна, поэтому желательно автоматизировать получение данных. Обычно исследователю приходится несколько раз измерять характеристики, прежде чем ему удастся решить все экспериментальные проблемы и получить удовлетворительные результаты. Таким образом, процесс измерений вполне может занять целый рабочий день. Молтон и др. ]5], а также и авторы работы ]6] объединили установку для определения ОПФ с цифровыми электронными вычислительными устройствами, чтобы уменыпить ошибки, связанные с определением ОПФ вручную. Принципиальная схема такой установки с ЭВМ показана на фиг. 11.4.

Аналоговое напряжение, соответствующее амплитуде ФРЛ при определенном положении сканирующей щели, поступает на управляемый вычислительной машиной двухканальный аналого-цифровой преобразователь, а затем в память вычислительной машины. ЭВМ производит быстрое фурье-преобразование ФРЛ и строит графики ФРЛ, МПФ и ФПФ. Пример полученных таким образом графиков был приведен ранее (см. фиг. 3.10). Имеется множество экспериментальных погрешностей, которые могут привести к тому, что результаты определения ОПФ окажутся неверными.

Сендалл ]7) указывает, что высокое мгновенное значение яркости элемента разложения на экране индикатора, требуемое для достижения приемлемой средней яркости в системах с быстрой,]кадровой разверткой, может вызвать насыщение сигнала используемого фотоумножителя. Поэтому следует обеспечить соответствующий динамический диапазон работы фотоумножителя. Браун ]8] указал, что для систем с окуляром входной зрачок фотометра при измерении ФРЛ должен быть согласован со зрачком глаза.

Это предотвращает влияние аберраций объектива, не видимых оператором, которые в противном случае внесут свой вклад в ОПФ, и последняя окажется несогласованной с условиями зрительного восприятия. Другой проолемой при измерении ОПФ является трудность оценки точности результатов. Возможно, лучший способ проверки правильности полученных результатов ох о х о х о о х х о о о . х о о х а $' х" х х:х х хох хх ох о х -Е~ хо о о хо хо Р ооо х ог а хо о ~ охО хххххохоо~-чехо х о ахах ахо~оо хо~а~ах о""о о ~ххххх хх оо, ьхоохХ оохьо хоо ах'„Ь (, хх~ х ~! "~а х ~ ох о а о хохх.-оо о а о~хоа х Хх ..ха Р хо ох Ха а ахо х нх х ~.-ахоа ахоо о!ааоаной~.ооо О ох$ оооаоооо хххо оахаохха о о о ох Ьо й~Ф хах Ь х х,| оо а " .~Ы.. о'ах о хха~ ! ~! о х и о ГЛАВА 1! 392 заключается в сравнении измеренных значений ОПФ с ожидаемыми и с экспериментальными данными по АТрррр.

Методы измерения ОПФ систем, работающих в видимой области спектра, описаны в работах [9 †1. 11.3. Измерение минимальной разрешаемой разности температур Минимальная разрешаемая разность температур АТр„р была определена в гл. 5 как эквивалентная черному телу разность температур объекта и фона (фиг. 5.5), при которой отдельные штрихи объекта на данной частоте разрешаются наблюдателем. При проектировании установки и разработке методики измерений нужно обеспечить условия, необходимые для определения АТр„р. Система должна иметь такой уровень регулировки или такие пределы его изменения, чтобы ее характеристики были практически линейными и шумы были хорошо видны на экране индикатора.

'1'аким образом, возможности системы будут ограничены скорее шумами, а не недостаточно высоким контрастом. Насколько выполняется первое условие, можно проверить, обратившись к кривым ПФС, в то время как в справедливости второго можно убедиться только по субъективной оценке наблюдателем уровня шумов. Тест-объекты можно устанавливать на конечном расстоянии, и тогда объектив должен быть сфокусирован на это расстояние, а можно рассматривать и на бесконечности, для чего их нун!но поместить в фокальную плоскость коллиматора.