Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 39

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

Текст из файла (страница 39)

Однако большие выходные емкости столбцов ПЗИ приводят к возрастанию шумов и усложняют прием слабых сигналов из строк. Такие анализаторы гораздо инерционнее ПЗС. Несмотря на эти недостатки ПЗИ-анализаторы непрерывно совершенствуются и в ближайшее время могут найти широкое применение в ОЭП. Еще одним направлением совершенствования матричных анализаторов является расширение спектрального диапазона их работы. Пока большинство ПЗС используются в видимой и ближней ИК области спектра.

Ведутся работы как по расширению этого диапазона собственно ПЗС и ПЗИ, так и по созданию гибридных анализаторов, в которых прием излучения осуществляется матрицей или мозаикой фоторезисторов или фотодиодов, а хранение, перенос и дальнейшая обработка сигналов ведется с помощью ПЗС-структур. Анализаторы на ПЗС успешно используются для определения координат малоразмерных изображений. Так же, как и в матричных анализаторах, описанных выше„в них можно применить ряд специальных алгоритмов обработки сигналов и получить высокую точность измерений, характеризуемую погрешностями в десятые и даже сотые доли размера одного элемента. Другим важным применением ПЗС в ОЭП является так называемое межкадровое вычитание, используемое при пространственной фильтрации, селекции движущихся излучателей и в ряде других практических задач (см.

ниже гл. 11). 7.10. Спектр сигнала на выходе многозлементного анализатора изображений Как отмечалось в 6 7.1, анализ изображения часто осуществляется путем дискретной выборки оптического сигнала, описываемого распределением освещенности в изображении — функцией Е(х,у). Зту выборку можно производить с помощью растра с определенным чередованием прозрачных и непрозрачных участков или многоэлементного приемника излучения. Поскольку площадь прозрачного участка растра или одного элемента приемника конечна, то при дискретной выборке (дискретизация изображения) происходит сглаживание сигнала (размыв изображения) в пределах этого участка или элемента, т.

е. свертка функции Е(х,у) с функцией а(х,у), описывающей распределение пропускания растра или чувствительности приемника. Таким образом, сигнал на выходе анализатора У „(х.у)=Е(х,у)**а(х,у) Знак ** обозначает двумерную свертку. 207 ЕЩ 209 208 Кз.Г. Якушенкти. Теория и расчет оптико-электронных приборов Спектр этого сигнала по теореме о спектре свертки будет представлять собой произведение спектров функций Е(х,у) и у(х,у), т,е.

к/,„„(а„а„) = Е(а„а„) кх(а„а„). Для распространенного на практике случая, когда двумерная выборка изображения, описываемого функцией Е(х,у), осуществляется прямоугольной апертурой с размерами а ж Ь, например, прямоугольной полностью прозрачной диафрагмой или приемником излучения с равномерной по прямоугольному фотослою чувствительностью, сигнал на выходе этой апертуры описывается выражением с/,„„(х,у) =Е(зс,у)*вгесС(х/а,у/Ь), )х/а < 0,5(, (у/Ь < Об( где гесС(х/а,у/Ь) = при 0 ~х/а > 05), (у/Ь > О.Б) Если выборка осуществляется матрицей прямоугольных апертур с периодами Х и У по осям х и у соответственно, то выходной сигнал 1/,„„(х.у) =(Е(х, у) **гесС(х/а, у/Ь) ) сотЬ(х/Х, у/У).

где сотпЬ(х/Х,у/У) = ', ~~ Б( — -и) 5~ — — нт) . э и Пользуясь теоремами о спектрах (см. б 2.1), можно найти пространственно-частотный (двумерный) спектр этого сигнала: (/,„„(а„,а„) = )Е(а„,а„)з(пс(аа„,Ьа„) )**сошЬ(Ха„.уа„), з1п(наа„) мп~иЬьц~ где вше(аа„Ьа„) = лаа, пЬа„ Рассмотрим преобразования спектров в системе, где осуществляется выборка, для простейшего одномерного случая, когда выборка изображения Е(х) осуществляется линейкой прямоугольных апертур или приемников, имеющих размер а по оси выборки х. На рис.

7.17 представлены сигналы и соответствующие им спектры. Спектр анализируемой функции Е(х) принят низкочастотным. Как отмечалось в 5 2.1, спектр последовательности одинаковых импульсов с периодом Х состоит из отдельных гармоник, отстоящих друг от друга на величину а, = 2н/т = 2п/Х, а их огибающая повторяет огибающую спектра одиночного импульса. Таким образом, спектр сигнала, соответствующий выборке сигнала Е(х) последовательностью пря- Глава 7. Анализаторы изображения оптико-электронных приборов Рис. 7. 17. Сигналы (о) и спектр выходного сигнала (б) в системе с многоэлементным внвлизвтором моугольных импульсов у(х) - гесС (х/а) графически может быть представлен рис.

7.1 7, б. Операция выборки как бы размножает спектр Е(а„) функции Е(х). Математическое описание этого процесса см. ниже в з 9.1. Если спектр Е(а„) широк, т.е. максимапьная (по теореме Котельникова) частота этого спектра а, - 2п / достаточно велика, то ширина боковых полос может превысить 2х/Х. При этом отдельные полосы спектра (/ „(а„) будут перекрываться (явление наложения частот и возникновения побочных низкочастотных составляющих в спектре сигнала на выходе всей системы), и сигнал, восстанавливаемый из этого спектра, будет искажен.

Из рис. 7.17, 6 легко увидеть, что условием отсутствия редукции является 2н/Х > 2а„или а > а, где ам = и/ Х так называемая частота Найквиета. Поэтому обычно стремятся к тому, чтобы выбирать частоту Найквиста, определяемую периодом Расположения апертур или площадок приемника Х, больше максимальной частоты в спектре сканируемого или анализируемого изображения. Для исключения эффекта наножения иногда можно размыть изображение, чтобы оно занимало несколько элементов, т.е.

как бы Ввести низкочастотный фильтр. Расстояние между элементами должно быть согласовано с разрешающей способностью объектива и характером изображения. Если это Расстояние будет большим, то возможно нарушение условий, вытекающих из теоремы Котельникова, т.е. потеря информации об анали- Коятрольяьке вопросы 211 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов зируемом изображении. С другой стороны, уменьшение этого расстояния ведет к усложнению технологии изготовления многоэлементного приемника, увеличению числа элементов, составляющих его, т.е.

к удорожанию приемника-анализатора. Следует отметить, что после дискретизации изображения (пространственной выборки) фильтрация сигнала в электронном тракте с целью подавления высоких частот не поможет восстановить потерянную в результате сглаживания и эффекта наложения информацию. Для того, чтобы рабочие боковые полосы (спектры, расположенные около ~2к/Х) не попали в область частоты среза ю„„= 2п/а, т.е.

в область первого нуля спектра сигнала О(ю,), необходимо уменьшать значение коэффициента заполнения у = а/Х, поскольку щ„= 2ц/а = = 2п/уХ. Если уменьшать у путем увеличения Х из-за возможного наложения частот и в соответствии с теоремой Котельникова нельзя, то остается один путь — уменьшение а. Однако это зачастую трудно осуществить технологически, а кроме того уменьшение а приводит к усложнению требований к качеству оптической системы, которая должна собрать достаточное количество энергии на малую площадку приемника.

Поэтому в каждом конкретном случае для конкретного спектра Е(щ„) нужен тщательный выбор Х и а, связанных с пт„, гон, от„,„, 1. Дайте сравнительную характеристику рлстравых н многоэлементных (ыа базе миогзэлемэктных ПИ) анализаторов оптического изображения. 2. От каких параметров объектива зависит вид статической характеристики амплитудных, амплитуднз-фазовых и фазовых вналнзвтзрзвт 3. Перечислите достоинства и недостатки анализаторов изображения различных типов. 4.

Каков вид статических характеристик анализаторов, представлен ыых на рис. 7. 1 и 7.2, если изображение имеет вид круга з рэвнемэрызй есвэщэнызстью2 5. Клк влияег на работу амплитуднз-фазового анализатора в виде вращающегося пзлудиска я всего ОВП с таким анализатором (см. рис. 7.

4) нестабильность скорости вращения пзлудиска2 б. Влияет ли изменэинэ освещенности иэображения (ем. рис. 7.6) на вид статической характеристики и другие парамвгры фвзовогз растрового анализатора7 7. Дайте сравнительную характеристику фзтодиодных матриц и ПЗС как анализаторов оптических иэображений. Глава б. Сканирование в оптико-электронных приборах Глава 8. СКАНИРОВАНИЕ В ОПТИКО- ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ 8.1. Назначением рольсканирования. Методы сканирования Для преобразования многомерного оптического сигнала в одномерный электрический, содержащий информацию о распределении параметров оптического сигнала, в ОЭП используется сканирование — процесс последовательной непрерывной или дискретной выборки значений оптического сигнала с целью его преобразования и получения электрического сигнала, параметры которого однозначно соответствуют параметрам оптического сигнала. Например, можно последовательно подавать на приемник излучения потоки„соответствующие различным длинам волн в разложенном с помощью дифракционной решетки на монохроматические составляющие оптическом сигнале, пришедшем от исследуемого излучателя.

Распределение амплитуд электрического сигнала на выходе приемника при работе последнего в линейном режиме будет соответствовать спектру излучателя. Наиболее часто в ОЭП выполняется преобразование пространственного распределения потока (яркости или освещенности) в электрический сигнал (в видеосигнал). Поэтому обычно сканированием называют последовательньгй просмотр (разверлтку) сравнительно большого поля обзора малым мгновенным угловым полем в целях получения электрического сигнала, мгновенные значения которого пропорциональны значениям исследуемого параметра поля (яркости, освещенности, температуры). Ю.Г.

Якушвнков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Глава З. Сканирование в оптико-электронных приборах Как следует из последнего определения, сканирующие системы могут включать и оптическую систему, создающую изображение, и приемник излучения, выдающий электрический сигнал. Поэтому иногда под термином «оптическая сканирующая система» понимают весь ОЭП, служащий для анализа поля обзора, тем более что в некоторых приборах сканирование производится путем управления каким- либо параметром оптической системы или приемника, т.

е. без ввода дополнительных узлов. Примеры подобного рода будут приведены ниже. Важной функцией сканирования является повышение помехозащищенности ОЭП. Действительно, во многих ОЭС необходимо обеспечить поиск излучателя или наблюдать за ним в большом поле обзора. В то же время использование оптической системы с большим угловым полем часто невыгодно или невозможно по ряду причин, к важнейшим из которых относятся: трудность выделения малоразмерного объекта на фоне внешних излучающих помех, сложность создания широкопольной оптической системы с хорошим качеством изображения, увеличение размера приемника излучения.

Характеристики

Список файлов книги