Автореферат (1025261), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Таким образом, с помощьюпредложенной методики численно проведена оценка параметров ТГцизображающей системы, используемых для оценки качества ее работы.В третьей главе приведено экспериментальное подтверждение результатовчисленных расчетов. Для этого разработана методика и стенд дляэкспериментальных исследований индикатрисы рассеяния ТГц излученияструктурной группой частиц (Рис. 3). Разработаны экспериментальные образцынескольких групп, представляющих собой структуру из параллельныхцилиндрических частиц, оси которых расположены перпендикулярнонаправлению распространения излучения.
Образец закреплялся в разработанномдержателе, который позволял установить частицы параллельно друготносительно друга с погрешностью 0,15 мм на длине 50 см.Рис. 3. Схема стенда дляэкспериментальных исследованийиндикатрисы рассеяния излучениягруппами частиц: 1, 5, 8 – линзы сфокусным расстоянием 50 мм,120 мм и 100 мм, соответственно;2 – модулятор, 3 – аттенюатор, 4 –плоскоезеркало,6–четвертьволновая пластинка, 7 –диафрагма,9–автоматизированныйблокуглового перемещения, 10 –детектор (ячейка Голея), 11 – блокустановкиобразца,12–осциллограф, ИП – источникпитания, ПК – персональныйкомпьютерДля анализа индикатрисы рассеяния из измеренного сигнала была выделенасоставляющая рассеянного излучения (Рис. 4, а).
При увеличении числа частиц вобразце сохранялось положение побочного максимума в угловом распределениирассеянной интенсивности излучения, его амплитуда при этом возрастала.Влияние ошибки точной ручной установки частиц приводила к незначительномуросту погрешности δ определения побочного максимума при увеличенииколичества частиц в группе. Ее значения не превышали 25% (Рис.
4, б).9Данные экспериментальных исследований подтвердили результатыматематического моделирования, в частности, неоднородность индикатрисырассеяния излучения группой упорядоченных частиц и влияние на нее числачастиц в группе.Рис. 4.а)б)Результат измерений интенсивности рассеянного излучения группамиупорядоченных частиц (а); сравнение экспериментально полученныхзначений и результатов численного моделирования индикатрисырассеяния излучения группой из 52 частиц и погрешность δопределения χ(θ) (б)На основании предложенной схемы активно-пассивной ТГц системывидения разработан макетный образец и стенд для проведенияэкспериментальных исследований формирования изображений в ТГц диапазонепри наблюдении объектов через структурированные рассеивающие среды(Рис.
5).Для равномерной подсветки области исследуемого объекта в работепредложено использовать интегратор, состоящий из пластиковых сферическихчастиц, помещенных в полую металлическую призму.Для проведения экспериментальных исследований был приготовлен набортест-объектов (шпальных мир), изготовленных из чередующихся металлическихи картонных полос (Рис.
6). Между изображающей системой и объектомпомещался слой рассеивающей среды (одежды). На основании сформированныхизображений тест-объектов (Рис. 7) был проведен анализ системной МПФ вактивном и пассивном режимах. Применяя гармоническую аппроксимациюметодом наименьших квадратов для усредненных кривых интенсивности погоризонтальному сечению в области присутствия миры = + (2 + ),где – горизонтальная координата в плоскости изображения, отношениекоэффициентов B и A определяет МПФ на данной пространственной частоте .10Рис. 5.Структурная схема макета активно-пассивной ТГц изображающейсистемыРис. 6.Схематичное изображение человека, слоя одежды и тест-объектовразличных пространственных частотРис.
7.Примеры ТГц изображений тест-объектов, полученных прираспространении излучения через слой рассеивающей среды, вактивном (i) и пассивном (ii) режимах работы системыНа Рис. 8 приведены полученные значения МПФ в активном и пассивномрежимах работы системы, демонстрирующие эффективность активного режимадля передачи низких пространственных частот и пассивного режима – длявысоких (красные и синие области на графиках, соответственно). В качествеструктурированных рассеивающих сред были выбраны следующие образцыодежды: футболка (образец 1, (б)), пиджак (образец 2 (в)) и пальто (образец 3 (г)).11Отличия МПФ в двух режимах обусловлены, главным образом, присутствиемрассеивающих сред, в которых излучение внешнего источника (ЛОВ)распространяется дважды, в то время как собственное излучение объектапроходит через тот же слой однократно.Для получения максимальных значений МПФ во всей частотной областипредложено комбинировать изображения посредством псевдо-цветовогопредставления, используя алгоритм пороговой фильтрации изображения (Рис.
9).За счет использования изображения, полученного в пассивном режиме,уменьшается влияние рассеивающей среды и увеличивается разрешающаяспособность. За счет использования изображения, полученного в активномрежиме, увеличивается контраст изображения на низких пространственныхчастотах.Рис. 8.12а)б)в)г)Пример профиля яркости ТГц изображения (непрерывные линии) и егогармоническая аппроксимация (штриховые линии) (а); МПФ системыТ(ν) в активном и пассивном режимах для тест-объектов принаблюдении через три образца рассеивающей среды (б – г)Рис.
9.Примеры комбинированных изображений тест-объектов принаблюдении через рассеивающие средыДля подтверждения результатов численных расчетов МПФ и разрешающейспособности изображающей системы был произведен анализ полученныхзначений для рассмотренных сред в активном и пассивном режимах работы иопределена разрешающая способность изображающей системы в каждом случае.Значение порогового контраста в соответствии с приведенным численнымрасчетом было принято равным 0,6. Сравнение полученных во второй главерезультатов численных расчетов с экспериментальными значениями показало,что предложенный методик расчета позволяет с большой достоверностьюмоделировать МПФ изображающей системы, а также вычислять ее разрешающуюспособность (Рис.
10), осуществляя в дальнейшем оценку качества работы ТГцизображающих систем и влияния на него рассеивающей среды. Полученныезначения разрешающей способности в результате численных расчетов иэкспериментальных исследований приведены в Таблице 1. Средняя погрешностьчисленного расчета не превышала 15%.Представленныерезультатыэкспериментальныхисследованийиндикатрисы рассеяния и формирования изображений в ТГц диапазоне принаблюдении через рассеивающие среды подтвердили результаты примененияпредложенного в диссертации методика расчета характеристик рассеянияструктурированных сред и параметров изображающих систем.
Полученныезначения МПФ и разрешающей способности также подтвердили предположение олинейности ТГц изображающей системы, сделанное во второй главе.Таблица 1.Разрешающая способность изображающей системы, результаты численногорасчета (расч.) и экспериментальных (эксп.) исследованийРазрешающая способность, рад−1Пассивный режимАктивный режимТип рассеивающей средырасч.эксп.расч.эксп.футболка26,025,240,838,8пиджак25,618,835,638,0пальто21,624,828,833,613Рис.
10.14а)б)в)г)Результаты численного расчета и экспериментального исследованияМПФ в пассивном (а, в) и активном (б, г) режимах работы с учетомобразцов рассеивающих сред: ткань футболки, пиджака и пальтоВ общих выводах сформулированы основные результаты, полученные входе проведения работы.ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫПредложен метод расчета индикатрисы рассеяния и угловогораспределения яркости ТГц излучения, многократно рассеянногоструктурированными средами, на основе численного решения уравненияпереноса излучения.
Метод позволяет учесть влияние интерференции волн,рассеянных на частицах структурированной среды.Реализованы алгоритм численного моделирования распространения ТГцизлучения в случайных и структурированных средах и алгоритм расчетамодуляционной передаточной функции и разрешающей способности ТГцизображающей системы.
Численные результаты подтвердили влияниеструктурированных сред на ослабление прошедшего через них ТГцизлучения и параметры формируемого изображения.Проведена классификация структурированных рассеивающих сред,основанная на анализе многократно рассеянного такими средами ТГцизлучения. В зависимости от соотношения параметров среды (толщинаслоя, характерный размер частиц, среднее расстояние между частицами) идлины волны ТГц излучения можно применить один из методовопределения индикатрисы рассеяния и моделирования переноса излученияв среде, способствующий оптимизации численных расчетов.Разработан стенд для экспериментальных исследований характеристик ТГцизлучения, рассеянного структурированными средами. Результатыэкспериментальных исследований подтвердили влияние упорядоченностичастиц среды, размеры которых сравнимы с длиной волны ТГц излучения,на появление эффектов локализации волн рассеянного излучения.Разработана система синтеза изображений в ТГц диапазоне,осуществляющая обработку изображений, формируемых изображающейсистемой в активном и пассивном режимах работы.
Экспериментальнопоказано, что синтез изображения позволяет использовать высокоепространственное разрешение за счет работы в пассивном режиме ивысокий контраст изображений на низких пространственных частотах засчет работы в активном режиме.Экспериментально полученные значения модуляционных передаточныхфункций и разрешающей способности, согласующиеся с даннымичисленных расчетов, позволяют обосновать использование теориилинейных систем для анализа характеристик ТГц изображающих систем.15Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:1. BWO based THz imaging system / A. N. Perov [et al.] // Journal of Physics:Conference Series. 2014.
Vol. 486, № 1. P. 012027. (0,57 п.л./ 0,45 п.л.).2. Scattering in structured two-layered medium / I. N. Dolganova [et al.] // Journal ofPhysics: Conference Series. 2015. Vol. 584, № 1. P. 012019. (0,69 п.л./ 0,52 п.л.).3. Peculiarity of Terahertz Waves Scattering / I. N. Dolganova [et al.] // InternationalJournal of High Speed Electronics and Systems. 2015.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
