Диссертация (1090210), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

В этом случаефункция рассеяния для ОС с круглым зрачком имеет вид2 2 J (u ) H 0 ( x ′, y ′) =  1  , u (4.7)гдеu=πDx ′2 + y ′2λf 0(4.8)а ОПФ –ν2~H Nλ (ν r ) =arccos rπν Mгде ν M =ν νr −1 −  rν M νM2,(4.9)D0– предельная пространственная частота;λf 0ν r = ν x2 + ν 2y .Более удобной для аппроксимации полихроматической функции рассеянияОС является двумерная функция Гаусса x ′2 + y ′2 1 ,H 0 ( x ′, y ′) =exp −22πr022r0(4.10)где r0 – эффективный радиус пятна рассеяния ОС.ОПФ в этом случае имеет вид~H N (ν x ,ν y ) = exp[−2π 2 r02 (ν x2 ,ν y2 )] .(4.11)1654.3.5.2 Построение математической модели ФПУ УФ диапазона на основеалмаза формата 128х128Как известно, ФПУ осуществляют преобразование оптического сигнала вэлектрический сигнал.

Основной характеристикой такого преобразования дляФПУ, работающих в ИК диапазоне длин волн излучения, является спектральнаяэнергетическая чувствительность S(λ), измеряемая в [В/Вт] или [А/Вт].Спектральную энергетическую чувствительность удобно представлять ввидеS (λ ) = S λM Sотн (λ )(4.12)где SλM – значение спектральной энергетической чувствительности на длиневолны, λМ – соответствующей максимальной чувствительности;S(λ) – относительная спектральная чувствительность.Пороговую чувствительность ПИ принято оценивать обнаружительнойспособностью Dλ∗M , которая определяется, какDλ∗M = SλMAФПУ ∆νσ ш2(4.13)где AФПУ – площадь чувствительного элемента ФПУ;σ ш2 – дисперсия шума чувствительного элемента ФПУ в полосе пропускания ∆ν электронного тракта;Таким образом, уровень минимального обнаруживаемого сигнала определяется дисперсией аддитивного шума ФПУ.

Более полной характеристикойшумовых свойств ФПУ является спектр мощности шума.В современных оптоэлектронных системах считывание изображения осуществляется непосредственно чувствительными площадками ФПУ. С этих позиций ФПУ можно рассматривать как пространственный фильтр, характеризуемый импульсным откликом или передаточной функцией.

Если чувствительные элементы ФПУ имеют форму прямоугольников с размерами a и, то эти характеристики, соответственно, представляются как166H ФПУ ( x ′, y ) =1 x′ y ′ rect  , aba b~H (ν x ,ν y ) = sinc(πνxa)·sinc(πνyb)(4.14)(4.15)ФПУ с накоплением сигналов, которые, как правило, представляют собоюматрицы, характеризуются параметром τН временем накопления (интегрирования) сигнала, а также периодом считывания Tk этого накопленного сигнала. Этипараметры, по существу, характеризуют ширину фильтрующего окна и периоддискретизации по временной координате.

Таким образом, сигнал на выходематричного ФПУ, подвергается фильтрации и амплитудно-импульсной модуляции по временной координате.Важным свойством многоэлементных ФПУ, является то, что, помимо пространственной фильтрации оптического сигнала, в них производится такжедискретизация этого сигнала по пространственным координатам. Если ФПУпредставляет собою матрицу чувствительных элементов, то дискретизацияосуществляется по двум координатам.Процесс дискретизации в модельном описании можно рассматривать какамплитудно-импульсную модуляцию, которая математически описывается операцией умножения исходного сигнала на модулирующий сигнал.

Таким образом, в оптических системах с многоэлементными ФПУ сигнал подвергаетсямодуляции как по временной, так и по пространственной координатам. Для варианта не сканирующей оптикоэлектронной системы с матричным ФПУ модулирующая функция имеет вид:m( t ) = y t  1 x 11comb  ⋅ comb  ⋅ comb T Tk Tk  Tx Tx  T y y(4.16)где Tx и Ty – периоды дискретизации сигнала по координатам x и y, соответственно, а Tk – период дискретизации во времени (период следования кадров).1674.3.5.3 Програмная реализация математической модели ФПУ УФ диапазона наоснове алмаза формата 128х128В качестве среды для программной реализации математической моделиФПУ УФ диапазона на основе алмаза был выбран пакет для матричных вычислений MatLab [121,122].Программа реализована в виде М-файла, который запускается из средыMatLab.

Листинг программы приведён в приложении В.Диалоговое окно программы показано на рисунке 4.12.Рис. 4.12 – Главное окно программы «Цифровая модель ФПУ УФ диапазона»Входные данные моделиМатематическая модель ФПУ УФ диапазона имеет следующие входныеданные (см. рисунок 4.12):1. Размерность матрицы ФПУ по осям Х и У;2.

Размер пиксела по осям Х и У;3. Максимальная емкость накопления ячейки мультиплексора;1684. Максимальная яркость изображения в мкВт/пиксель;5. Время кадра;6. Длина волны излучения;7. Токовая чувствительность пикселя;8. Удельная обнаружительная способность пиксела;Файл изображения.Размерность матрицы ФПУ по осям Х и Y.Размерность матрицы задаётся целыми числами. По умолчанию введенозначение 128х128 пикселов.Размер пикселя по осям Х и Y.Размер пикселя задаётся в микрометрах.

Параметр необходим для вычисления площади пикселя. В данной модели подразумевается равенство размеровпикселя по осям Х и Y (как у реального ФПУ).Максимальная емкость накопления ячейки мультиплексора.Максимальная емкость накопления ячейки мультиплексора задаётся в пКл.В данной модели по ней высчитывается верхняя граница динамического диапазона. По умолчанию введено значение реально изготовленного мультиплексора.При введении другого числа, разделитель между целой и дробной частью вводить в виде точки.

Если ввести его в виде запятой, то программа выдаст ошибкуи откажется пересчитывать результат.Максимальная яркость изображения.Максимальная яркость изображения задаётся в мкВт/пиксель. Задаётся исходя из фоноцелевой обстановки и параметров оптической системы.Время кадраВремя кадра задаётся в секундах и используется для вычисления временинакопления. По умолчанию введено время кадра указанное в ТЗ.Длина волны излученияДлина волны излучения задаётся в нм.

По умолчанию выставлена длинаволны 214 нм.Токовая чувствительность пикселя169Токовая чувствительность пикселя задаётся в единицах А/Вт. Используется для расчёта преобразования яркости изображения в распределение зарядовпо ячейкам мультиплексора ФПУ. Значение для исследуемого ФПУ Si = 0,021А/Вт.Удельная обнаружительная способность пикселаУдельная обнаружительная способность пикселя задаётся в Вт-1·Гц-1/2·см.Используется для расчёта нижней границы динамического диапазона.

Значениедля исследуемого ФПУ D = 2,78·1014 см·Гц1/2/ВтФайл изображенияФайл изображения используется для придания наглядности процессу преобразования изображения пространства предметов в изображение на экранеотображающего устройства.Файл изображения может задаваться в следующих форматах: .png, .tiff,.bmp, .gif.

Файл должен быть несжатым. В противном случае возможны шумо-вые искажения изображения связанные с операциями сжатия и восстановленияфайла. Файл изображения должен быть с градациями серого цвета. Если чёрнобелое изображение будет храниться в файле с качеством 24 или 32 бит, то приего обработке возможно окрашивание итогового изображения в непредвиденные цвета.Изображение должно иметь равное количество пикселей по X и Y.4.3.5.4 Алгоритм работы программыАлгоритм работы программы представлен на рисунке 4.13170Рис. 4.13 – Алгоритм работы программы.4.3.5.5 Примеры работы программыНа рисунке 4.14 изображено исходное полутоновое изображение.171Рис. 4.14 – Исходное изображение.На рисунке 4.15 показана зависимость качества изображения от временикадра (времени накопления).Изображения сняты со следующими параметрами:Размерность матрицы – 128х128;Площадь пикселя – 20х20 мкм;Максимальная мощность облучённости – 1,3·10-5 Вт/пиксель;Удельная обнаружительная способность – 1019 Вт-1Гц-1/2см;а)б)в)г)д)е)Рис.

4.15 – Изображения снятые при разном времени кадра.а – время кадра 0,6 с; б – время кадра 0,4 с;в – время кадра 0,2 с; г – время кадра 0,1 с;д – время кадра 0,08 с; е – время кадра 0,04 с.На рисунке 4.16 показана зависимость качества изображения от удельнойобнаружительной способности.172Исходное изображение показано на рисунке 4.3.Изображения сняты со следующими параметрами:Размерность матрицы – 128х128;Площадь пикселя – 20х20 мкм;Максимальная мощность облучённости – 1,3·10-5 Вт/пиксель;Время кадра – 0,18 с.а)б)в)г)д)е)Рис.4.16 – Изображения снятые при разной удельной обнаружительной способности.а – 2·1011 Вт-1Гц-1/2см; б – 1·1011 Вт-1Гц-1/2см;в – 9·1010 Вт-1Гц-1/2см; г – 8·1010 Вт-1Гц-1/2см;д – 7·1010 Вт-1Гц-1/2см; е – 6·1010 Вт-1Гц-1/2см.На рисунке 4.17 показана зависимость качества изображения от размерности матрицы.а)б)в)г)Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации