Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Часто сканирование сопровождается анализом оптического изображения, о чем говорилось в предыдущей главе, т.е. сканирующая система (сканирунпцее устройство) выполняет одновременно функции анализатора. Сканирующие системы могут быть классифицированы различным образом: по способам разложения поля обзора (одноэлементное, параллельное, последовательное, комбинированное); по физической сущности явлений, лежащих в основе их работы, или по способу развертки поля обзора (механические, оптико-механические, фотоэлектронные, электрооптические, ультразвуковые и др.); по пространственному признаку (одномерное, двумерное).
Различают также сканирующие системы, в которых сканирование осуществляется по постоянной программе (с постоянными параметрами), и системы, где в процессе сканирования может изменяться вид развертки поля обзора (траектория сканирования), частота сканирования и другие параметры. Обзор поля может осуществляться пассивным или активным методом, о чем говорилось в гл. 1, причем программа этого обзора (траектория и закон сканирования) может быть регулярной или случайной. Рассмотрим схемы различных способов разложения поля обзора. При одноалвментном сканировании (рис. 8.1, а) малое мгновенное угловое поле (часто это проекция чувствительной площадки одноэлементного приемника в пространство предметов) может сканировать поле обзора по самым различным траекториям. Достоинствами такой 212 000 0 П П Гъ г] 11 Г1 г] г ъ 0 01]44 О О 12000[]О ГЪГЪГЪГЪ 141 Н О»4 14 ОО Г Ъ Г1 41 ГЪ ГЪ ° 1 14 41 ООО 1 Г1ГЪ Г ' ГЪГ1 ОО»41«ОН ГЪ ГЪ ГЪ Г1 Г1 Г'Г О 14 »4 14 О О 00000 апааа апппп 00000 ппппп 00000 213 Рис.
З.1. Способы скапировапияг а — одпоэлвмвнтпов; б — параллельное; в — последовательное; 4— комбинированное лемы являются простота конструктивной реализации и получения разнообразных разверток, простота перестройки параметров сканирующей системы, относительная дешевизна приемника излучения. Основным недостатком этого способа является большая, чем у других, инерционность. При параллельном сканировании (рис. 8.1, б) все поле просматривается одновременно по горизонтальным строкам, например путем перемещения линейки фотоприемников, ориентированной перпендикулярно направлению сканирования, отмеченному на рис. 8.1, б стрелкой. При этом быстродействие системы повышается, так как выходные сигналы всех строк обрабатываются одновременно.
Недостатками способа являются: заметное влияние неоднородности параметров отдельных элементов, например чувствительности отдельных площадок многоэлементного приемника, что приводит к искажению получаемой информации; ограничение разрешающей способности по вертикали размером одного элемента; дороговизна и сложность многоалементных приемников, необходимость иметь предварительные усилители для каждого элемента, а также коммутирующее устройство. При последовп тельном сканировании (рис.
8.1, в) линейка элементов (например, приемников) ориентирована параллельно направлению сканирования. Каждую точку поля обзора просматривают все элементьт. Сигналы от отдельных элементов поступают в линию задержки, а затем суммируются на ее выходе (рис. 8.2). Здесь возможно осреднеиие сигналов, т.е. заметное ослабление влияния разброса параметров отдельных элементов. По сравнению со схемой параллельного скани- Рнс. 8.2.
Схема обработки сигналов прв послвлоаательиом сканировании ~ иа К + ~~ (и К,), 1=1 1=1 л Е. и,К чк 1-1 215 214 Ю.Г. Якушенков. Теории и расчет оптико-электронных приборов рования здесь может быть достигнуто большее разрешение. Однако и этой схеме свойственны такие недостатки, как дороговизна многоэлементного приемника, необходимость усложнения электронной схемы. Ряд схем с последовательным сканированием, осуществляемым электрически управляемыми сигналами и используемым для анализа изображений, был рассмотрен в 5 7.9.
В схеме с последовательным сканированием выигрыш в отношении сигнал/шум, имеющий место при накоплении и сигналов, пропорционален корню квадратному из числа элементов и. Действительно, если на выходе интегрирующей линии задержки (ИЛЗ) сигнал (),„„ равен сумме где К, — коэффициент усиления 1-го канала предусилителя, то отношение сигнал/шум р: при К, = Кг = ... м Кк м К, и„= и, = ... и,„= и,, и а = иимг =...= и = иим будет и, ) т.е. в -тп ббльшим, чем для схемы с одним элементом ~ртт =.= л— .). иш Как уже отмечалось в й 7.9, реализовать этот метод временнбй задержки и интегрирования (накопления) удобно с помощью современных мозаичных и матричных приемников, например ПЗС. Глава 8. Сканирование в оптико-электронных приборах К недостаткам систем с последовательным сканированием по сравнению со схемой параллельного сканирования относится необходимость увеличивать амплитуду сканирования, чтобы обеспечить просмотр каждой точки поля всеми элементами и, как следствие этого, необходимость увеличивать скорость сканирования при заданном быстродействии всей системы.
Обоснованное сравнение способов параллельного и последовательного сканирования можно проделать, если сопоставить достигаемую в каждой схеме обнаружительную способность или пороговую чувствительность в полосе частот, свойственной каждой из них. Необходимые для этого сопоставления предпосылки могут быть получены из энергетического расчета (см. й 14.8). Ниже будут даны формулы для расчета некоторых параметров таких систем. При комбинированном (параллельно-последовательном) сканировании (см.
рис. 8.1, г) используется матрица элементов (чаще всего приемников). Здесь объединяются такие достоинства двух предыдущих способов, как повышение чувствительности и быстродействия, однако заметно усложняется схема обработки сигналов и увеличивается стоимость всей системы, главным образом, за счет резкого удорожания приемника. В атом случае достаточно просто можно осуществить автономно-покадровый способ сканирования, при котором внутри матрицы, образующей малый (»автономный») кадр, постоянно осуществляется сканирование, а сам»автономный» кадр просматривает поле обзора («большой» кадр).
Этот метод позволяет достичь высокого разрешения при просмотре очень больших полей обзора, особенно при решении трудных задач обнаружения сложных объектов или группы простых. Сканирование может осуществляться как в пространстве предметов, так и в пространстве изображений. Примером реализации первого случая служит узкопольная система на подвижном основании, перемещающем ее так, чтобы в угловое поле объектива последовательно попадало излучение от различных участков поля обзора. Во втором случае плоскость изображения поля обзора последовательно просматривается с помощью узкой полевой диафрагмы или осуществляется деление этой плоскости на элементарные участки, например, путем использования многоэлементного приемника излучения с последующим «опросом» отдельных элементов развертывающими электронными устройствами. Для некоторых ОЭП важен тот факт, что многоэлементные сканирующие системы обеспечивают пространственную фильтрацию сиг- Ю.Г.
Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов нала, например, позволяют ослаблять влияние постоянного фона в поле обзора. Подробнее об этом см. в гл. 11. Нужно помнить, что при использовании многоэлементных сканирующих систем возможна редукция пространственных частот (см.
6 7.10). В пределах элемента приемника высокочастотные составляющие спектра изображения (мелкоразмерные детали изображения) сглаживаются, осредняются, т.е. при таком сканировании осуществляется усредняющая выборка. Конструктивные особенности сканирующих систем, различающихся по физической сущности явлений, лежащих в основе их действия, и по способу развертки исследуемого поля, будут рассмотрены в последующих параграфах этой главы. 8.2. Параметры и характеристики сканирующих систем К числу основных параметров сканирующей системы относятся: поле обзора и мгновенное угловое поле.
вероятность просмоптра всего поля обзора в заданное время, период сканирования Т„или частота сканирования Г,, траектория сканирования, полоса частот й(сигнала, образующегося при сканировании, коэффициент сканирования т1,, а также число иразмерьс элементовразложенил поля обзора. Периодом сканирования (временем кадра) Т„называется время, необходимое для просмотра заданного поля обзора и возврата мгновенного углового поля (элемента разложения) в исходное положение. Отношение времени, требуемого для просмотра самого поля обзора, к значению Т„называется иногда коэффициентом сканирования т),. При уменьшении времени возврата системы в исходное положение т), увеличивается. Этот коэффициент во многом характеризует как быстродействие сканирующей системы, так и ее конструктивное совершенство.
Потери времени на возврат, определяющие т),, составляют порой более половины Т„. Иногда помимо периода сканирования по всему кадру Т„рассматривают периоды сканирования по строкам Т,. из которых состоит кадр. Частоту сканирования обычно определяют как Г', = 1/Т„. Отношение активной части периода сканирования, т.е. т),Т„, к числу элементов разложения и обычно называют временем пребывания т,.
Выбор закона и траектории сна нированил для вновь проектируемого ОЭП часто является весьма сложной и ответственной задачей. Эта задача может быть решена различными путями в зависимости от того, носит закон сканирования и поиска объектов в поле обзора случайный характер или он регулярный (детерминированный). Здесь многое зависит от элементной базы, которой располагает разработчик ОЭП, от 216 Глава 3. Сканирование в оптико-электронных приборах условий работы прибора, однако имеются и некоторые общие рекомендации по выбору траектории сканирования, базирующиеся на ряде достаточно общих критериев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
