Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Анализаторы, выполняющие одновременно функции модулятора и сканирующего устройства, обычно перемещаются относительно изображения, либо изображение перемещается относительно неподвижного анализатора. Общая теория подвижных анализаторов подробно изложена в монографии В. Л. Левшина [13]. С помощью таких анали- 180 Глава 7. Анализаторы иэображения оптико-электронных приборов заторов решается важнейшая для многих ОЭП задача — фильтрация полезных сигналов на фоне помех и шумов.
Этим вопросам посвящена гл. 11. В основу классификации анализаторов изображения можно положить различные признаки. Наиболее распространена классификация по виду информативного параметра сигнала на выходе анализатора, т е. параметра, переносящего информацию об исследуемом изображении. По этому признаку различают амплитудные, амплитудно-фазовые, частотные, времяимпульсные, поляризационные и некоторые другие анализаторы. По конструктивному признаку различают растровые и светоделительные анализаторы, а также одно- и многоэлементные координатные (позиционно-чувствительные) и развертывающие анализаторы — приемники излучения, к которым часто относят и передающие телевизионные трубки н нх аналоги, например ПЗС. Достоинством растровых и светоделительных анализаторов является конструктивная простота, возможность работы в широком диапазоне оптического спектра с малыми потерями энергии, высокая чувствительность и точность.
С помощью растров проще всего совместить функции анализатора, модулятора и пространственного фильтра в одном звене. При использовании координатных и развертывающих приемников излучения в качестве анализаторов достигается большое быстродействие, появляются принципиальные возможности использовать более сложные алгоритмы обработки изображения, а также изменять эти алгоритмы в процессе работы ОЭП. Совмещение функций приемника и анализатора уменьшает потери потока излучения.
В то же время недостаточное качество ряда современных координатных и Развертывающих приемников приводит к необходимости усложнять электронный тракт обработки снимаемых с приемника сигналов. В последние годы в ряде ОЭП стали применять анализаторы„основанные на использовании некоторых физических эффектов, в частности, поляризации, интерференции, дифракции [3, 10, 21, 301. Однако большого распространения, за исключением поляризационных, эти анализаторы пока не получили. 7-2. Основные параметры и характеристики анализаторов Основной характеристикой анализатора изображения является его характеристика преобразования, или статическая характеристика. представляющая собой зависимость изменения информативного 181 Ю.Г.
Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов параметра выходного сигнала ЛФ от изменения отслеживаемого параметра изображения. Очень часто отслеживаемой величиной является смещение Лх изображения или какой-либо его точки, например энергетического центра тяжести, а информативным параметром — амплитуда, частота, фаза переменной составляющей потока излучения или электрического сигнала на выходе анализатора.
Крутизна статической харатстеристики определяет коэффициент преобразования (чувствительность) анализатора. Чем больше крутизна, тем выше чувствительность анализатора к изменению контролируемого параметра изображения. Необходимо отметить, что крутизна, как и диапазон изменений отслеживаемого параметра, в котором статическая характеристика линейна, для многих анализаторов зависит от закона распределения освещенности в изображении, т.е.
не является постоянной. Это в ряде случаев затрудняет сравнительную оценку различных анализаторов, которую проводят для однотипных изображений. Для такого сравнения иногда используют понятие относительная увствительность анализатора, определяемое, например, как отношение коэффициента преобразования К, = ЛФ/ Лх, взятого в рабочем диапазоне Лх, к значению этого параметра для границы всего диапазона статической характеристики анализатора. Важными критериями качества анализатора являются его точностные параметры и характеристики, соответствующие ГОСТ 8.009-84. К ним относятся, в первую очередь, инструментальные погрешности, анализ которых дан в (3].
Для разработчика ОЭП важны также конструктивные параметры анализатора, потребляемая мощность, вид необходимого питания, размеры, масса и т.д. Поскольку анализатор часто выполняет одновременно функции сканирующего элемента и модулятора потока, его быстродействие определяется не только требованиями к скорости анализа изображений, но и необходимостью обеспечить заданную частоту или другие параметры сканирующей системы, а также заданную или рассчитанную частоту модуляции потока. Кроме того, такие анализаторы должны обеспечивать максимально возможную глубину модуляции сигнала. К числу параметров и характеристик анализатора, от которых зависит его пространственное разрешение, относятся удельная разрешающая способность — число элементов изображения (разложения) на единицу длины или поверхности в плоскости анализа, а также зоннал характеристика.
описывающая изменение чувствительности по плоскости анализа. Они обычно служат для описания анализаторов на базе непрерывных (аналоговых) и дискретных (матричных и мозаичных) приемников излучения. Для этих анализаторов действительна 182 Глава 7. Анализаторы изображения оптико-электронных приборов практически вся система параметров и характеристик приемников, рассмотренная в гл.
6. В ряде случаев, когда анализатор выполняет и функции сканирующего (развертывающего) устройства, для его описания можно использовать систему параметров и характеристик сканирующих систем (см. гл. 8). 7.3. Саетоделительные амплитудные анализаторы Примером распространенного амплитудного анализатора, т.е. анализатора, позволяющего выделять полезную информацию, содержащуюся в амплитуде сигнала, может служить светоделительный блок. Схема простейшего ОЭП для определения направления на энергетический центр излучателя, в котором используется такой анализатор, представлена на рис.
7.1, а. ех .1в Х чье Е Рис. 7.1. Схема ОЭП с анализатором — светолелительным блоком: а — структурная схема, "б — расположение изображения относительно ребра пркзмы-алализатора: в — статическая характеристика Изображение прямоугольной визирной марки (на рис.
7.1, б оно заштриховано) строится объективом 1 в его фокальной плоскости, где размещается ребро светоделительного блока — призмы 3. Весь поток Ф делится анализатором на две части: Ф, и Ф, попадающие на идентичные фотоприемники 2, 6.
Сигналы с приемников поступают на блок 183 Ю.Г. Якуптвнков. Теория и расчет оптико-электронных приборов сравнения 4, на выходе которого образуется их разность. Пропорциональный этой разности Ф«м = Ф,-Фв сигнал с выхода блока сравнения поступает на индикатор б. Очевидно, что при смещении визирной марки с оптической оси системы ее изображение будет смещаться относительно ребра анализатора (рис. 7.1, б).
Разность потоков Ф, будет меняться пропорционально этому смещению, т.е. пропорционально угловому рассогласованию между оптической осью и направлением на энергетический центр марки, до тех пор, пока изображение целиком не перейдет на одну из граней светоделительного блока. При равномерной освещенности изображения статическая характеристика имеет вид ломаной, представленной на рис. 7.1, в.
Важно отметить, что ширина линейной зоны статической характеристики определяется размером изображения и законом распределения освещенности в нем. Принцип работы анализатора на базе двухэлементного разрезного приемника (рис. 7.2) аналогичен изложенному выше. Здесь роль граней призмы играют две чувствительные площадки приемника, включенные по дифференциальной схеме, а роль ребра призмы — разделяющий эти площадки промежуток. Рнс.
7.2. Двухэлвмвнтный приемник излучения— проствйтпнй амплитудный анализатор изображения Помимо двухканальных (двухэлементных) светоделительных анализаторов, осуществляющих определение положения энергетического центра тяжести изображения вдоль одной оси, в ОЭП применяют и двумерные амплитудные анализаторы такого типа. Наиболее распространены анализаторы в виде зеркальных четырехгранных пирамид, а также четырехплощадочные квадрантные приемники. Для получения наибольшей крутизны статической характеристики целесообразно отдельные площадки таких анализаторов располагать так, как это показано на рис.
7.3, а. В зависимости от взаимной ориентации осей системы координат, в которой измеряется смещение изображения от центра анализатора, и границ между площадками анализатора 1... 4 (см. Рис. 7.3) образуются различные комбинации сигналов, снимаемых с этих площадок. Для устранения зависимости крутизны статической характеристики от изменения освещенности изображения эти комбинации сигналов обычно нормируют путем деления на величину, пропорциональную сумме сигналов, снимаемых со всех Глава 7.
Анализаторы изображения оптико-электронных приборов четырех площадок анализатора. Например, для анализатора, представленного на рис. 7.3, 6, целесообразно определять смещения изображения по осям х и у как (Фт«фз) ~Фз«Ф«~. (Фт«Ф«) (Фз+Фз) Фт+Фз+Фз+Ф«Фт+Фз» Фз+Ф« где Ф„..., Ф вЂ” потоки, попадающие на соответствующие квадранты анализатора. Достоинствами анализаторов этого У У 1 т типа являются простота конструкции, 1 отсутствие подвижных деталей, возможность получения очень высокой чувствительности. 1 Основные их недостатки: плохая и) 1 помехозащищенность, так как появлер с 7 2 к н й ние какой-либо помехи в оДном из ка- ис... вухкоордннатный вмплнтудныйанвлнзвтор палов анализатоРа вызывает его «Раз- баланс«, т.е.
смещение нуля и изменение вида статической характеристики; трудность обеспечения идентичности параметров отдельных каналов (плеч) анализатора, особенно при использовании двух- и четырехплощадочных приемников излучения в качестве анализатора, поскольку в процессе работы ОЭП коэффициенты пропускания этих каналов, как и чувствительности отдельных элементов приемника, могут случайным образом измениться; наличие промежутков между отдельными элементами приемника- анализатора и ряд других. Для устранения отмеченных недостатков приходится использовать схемы автоматической компенсации разброса параметров анализатора и их нестабильности во времени. По указанным причинам такие анализаторы наиболее эффективны при пассивном методе работы ОЭП по высококонтрастным излучателям в пределах небольших угловых полей, где рядом с наблюдаемым объектом нет излучающих помех и неоднородных фонов.
у.4. Амплитудно-фазоаые аналиааторы Очень распространены на практике амплитудно-фазовые анализаторы, которые в результате сканирования изображения создают сигнал с амплитудой и фазой, меняющимися в зависимости от параметров звзображения, чаще всего в зависимости от координат изображения в ттлоскости анализа. Примером простейшего анализатора такого типа является вращающийся полудиск (рис. 7.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
