Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 41

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

Текст из файла (страница 41)

Эти критерии связаны со статистическими критериями качества ОЭП, например с вероятностью обнаружения объекта в поле обзора (см. гл. 14), но в то же время они достаточно специфичны (16). Выбор оптимальной траектории сканирования, размера мгновенного углового поля, скорости сканирования зависит от статистических свойств просматриваемого поля сигналов (поля обзора) и выбранного критерия эффективности сканирования. Такими критериями могут быть вероятность обнаружения объекта, время, необходимое для просмотра поля или длл обнаружения искомого объекта. а иногда и др.

Выбор критерия оптимальности (максимум вероятности обнаружения, минимум времени просмотра и т.п.) и параметров сканирующей системы, его обеспечивающих, в значительной степени зависит от априорных сведений о поле обзора. Если эти сведения отсутствуют, то обычно считают, что наилучшей траекторией сканирования является та, которая обеспечивает равновероятный и равномерный по времени просмотр поля обзора, например строчная траектория (рис. 8.3„ а). Однако, если известно,что объект с большой вероятностью может находиться в определенном участке поля обзора, то более рациональным является выбор таких траекторий, при которых предпола- а) Рнс. 8.3.

Траектория сканирования: о — строчная;  — спиральная круговая; в — роэвточная; г — гнпоцнклонлальнан; д — спиральная прямоугольная 217 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-злектрснных приборов и =Й„ьйлЖ1(й, Йв). (8.3) гаемая зона нахождения объекта просматривается более подробно илн чаще, чем другие зоны поля обзора. Например, если заранее известно, что объект с большой вероятностью может находиться в центре поля, то целесообразно выбрать розеточную траекторию (рис. 8.3, в). Другими критериями для оценки преимуществ той или иной тра ектории могут быть: полоса частот сигнала, образуемого при сканировании; отсутствие перспективных искажений, ухудшающих качество воспроизведения сканируемого пространства около границ поля обзора; простота и надежность конструкции сканирующей системы, обеспечивающей выбранную траекторию. Во многих случаях траектория сканирования определяется не только законом перемещения сканирующей диафрагмы или приемника излучения, но и законом перемещения основания (носителя).

на котором установлен весь ОЭП. В большинстве современных сканирующих систем осуществляется равномерный просмотр поля обзора. Для этого используют строчные и спиральные траектории (рис. 8.3, а, б, д). При исследовании прямоугольного поля обзора размером 2Й«х2Й„* часто применяют строчную траекторию, получаемую путем колебания мгновенного углового поля размером 2ю„„, относительно двух взаимно перпендикулярных осей с разными скоростями (рис. 8.4).

Например, перед объективом ОЭП устанавливается плоское зеркало, качающееся в кардановом подвесе вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости зеркала. Другим способом получения такой траектории является перенос всей оптической системы вдоль оси у со скоростью и„с одновременным колебанием со скоростью о„зеркала перед объективом перпендикулярно направлению переноса, т.е. по оси х, причем о, >> Р„.

Число строк в этих случаях Ф=2й, Й„/(2ю„„„), (8. 1) а чисно элементов разложения в одной строке пт=2й, Й Л2со„), (8.2) где Й,„и й„— коэффициенты, учитывающие перекрытие (или пропуск) строк и элементов разложения вдоль осей у и л. Подставив значения 2ю„из (8.1) в (8.2), получим Глава б, Сканирование в оптико-электронных прибоРах Число элементов разложения во всем поле обзора (в кадре) и = лги. » с Рис. 8.4. К определению параметров сканирующей системы при строчной траектории и прямоугольном поле обзора Если время т, пребывания сканирующей апертуры (мгновенного углового поля) на элементе разложения равно постоянной времени приемника излучения т, то активная часть периода сканирования определяется как Т~,Т„тп или с учетом (8.3): Т„=ей Йн,М /(т),й Йз).

(8.4) Обозначим через Т, период сканирования вдоль одной строки по оси х, а отношение времени просмотра одной строки к этому периоду через т)„. Время Т, включает в себя кроме времени просмотра 2Й, возможныйй «выход» сканирующего элемента или элементов за пределы 2»«, (см., например, рис.

8.1, в, г) и возврат к началу следующей строки. Частота сканирования вдоль оси х ~, = 1(Т,. (8.5) Полоса частот сигнала ЬГ', формируемого на выходе сканирующей системы, зависит от числа элементов разложения, укладывающихся вдоль строки сканирования размером 2Й„. Если число таких элементов вдоль строки составляет вр то т, определяется как отношение активной части периода сканирования т)„Т, к числу элементов разложения и,, т.е.

(8.6) т, = ты Т, (ит = т), /(~, и„), где т)„— коэффициент сканирования строки. Принимая, например, ЛГ = 1/(й „т,), где й — коэффициент, связывающий ширину полосы пропускания ЬГ" электронного тракта с временем т, (обычно й 0,5...2), получим 5| = пт ~(и„тйт Т,) или с учетом (8.3), (8.5) и (8.6) при й = 1 ЛГ = Й, и„ /т(2ю~ т)„й „).

(8.7) 218 219 * В настоящем параграфе угловые полл и радиусы сканирования могут иметь раз- мерности как угловых, так и линейных велнчин. будучи приведенными к какой- либо плоскости, например к фокальной плоскости объектива сканирующей сис- темы. Соответствующие размерности имеют и скорости сканирования. 'якГ. Якуюенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Сопоставляя на основе полученных формул различные способы сканирования, можно заключить, что параллельный способ (см. рис. 8. 1, б) при заданном времени просмотра поля обзора Т„позволяет иметь меньшие частоты, т.е. и скорости сканирования, а следовательно, полоса частот /т|, занимаемая сигналом, в этом случае будет меньше. Од наконеоднородностьсвойствэлементов, просматривающихотдельные строки кадра, часто сводит бна нет» это преимущество параллельного сканирования.

Как было показано выше, отношение сигнал/шум р при использовании метода последовательного сканирования с задержкой и интегрированием сигнала, снимаемого с линейки или матрицы фотоприемников, возрастает пропорционально корню квадратному из числа приемников и, соответственно, числа ступеней задержки и интегрирования. При атом принималось, что амплитуда сигнала и мощность шума линейно возрастают с увеличением этого числа. Однако иногда связь между р и числом приемников, участвующих в интегрировании сигнала, усложняется. Так, амплитуда сканирования при этом способе должна превышать размер поля обзора вдоль направления сканирования для того, чтобы каждая точка поля просматривалась всеми элементами линейки приемников.

А это при заданном (и часто ограниченном) периоде сканирования Т„приводит к необходимости увеличивать скорость сканирования и снижает КПД сканирующей системы, что сказывается на отношении сигнал/шум. Если в результате сканирования необходимо получить информацию о Форме сигнала, например о законе распределения освещенности в сканируемом изображении (сканирование и анализ изображения выполняются одним устройством - фотоприемником), то качество этой информации зависит от числа выборок сигнала и,, определяемых с помощью теоремы Котельникова (см. б 2.1). Если размер площади одного приемника равен размеру элемента изображения, разрешаемого оптической системой, например размеру кружка рассеяния, то время прохода этого элемента (кружка) по площадке приемника равно 2т,.

Если в процессе прохождения по матрице или мозаике приемников сначала осуществляется выборка сигналов с каждого элемента, а лишь затем, после синхронной задержки, выполняется интегрирование, т.е. за время т, проводится и, выборок, то за время прохождения сигнала по элементу матрицы (приемнику) он будет выбран и, =2п, раз.

Сигнал можно обработать так, что выборка происходит один раз за т,„ но после интегрирования по п элементам, причем и и,/2. Глава В. Сканирование в оптико-электронных приборах Сигнал каждой выборки усиливается, поступает на линию задержки, синхронно с процессом сканирования сдвигается во времени и интегрируется (см. рис. 8.2).

В схемах с полупроводниковыми сканирующими и развертывающими устройствами, например в ПЗС, сигнал синхронно с движением изображения по фотоприемному слою смещается регистром сдвига. При круглой форме поля обзовет ра часто используют спиральные и розеточные траектории сканирова- 2 ния. Траектория типа эвольвенты или спирали Архимеда (рис. 8.5) ег~ образуется при вращении в плоскости изображения диафрагмы с щелью, имеющей Форму одной из атих кривых, либо при вращении круглого мгновенного поля 2 в„со скоростью г, вокруг центра поля Рнс.з.б.копределепиюпараметров обзора размером 2в,, и одноопстемысосппральпойтраекторвей временного его колебания вдоль сканирования мгновенного положения радиуса со скоростью и = в,,/ (т),Т„).

Характеристики

Список файлов книги