Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Иногда К,(Г ) представляют в виде произведения передаточных функций приемника излучения, усилителя, преобразователей типа «аналог-цифра» и «цифра-аналог» и других звеньев, рассматривая раздельно их влияние на спектр сигнала. Переход от пространственных частот Г„, и Г' к временнбй частоте Г', являющейся аргументом этих функций, и обратный переход для случая сканирования с постоянной скоростью достаточно прост. Например, при сканировании малоразмерного изображения вдоль оси х со скоростью о, Г„= Г/о„= тку/а„, где тв — время пребывания изображения размером а„(по оси х) на элементе приемника. Учитывая большое разнообразие электронных трактов различных ОЭП, невозможно привести сколько-нибудь общее выражение для К,(Г',).
Иногда на начальных стадиях расчета ОЭП в качестве передаточной функции электронного тракта принимают следующее выражение: где показатель степени н определяется типом электронного фильтра. Так, для простейшего отсекающего фильтра и = 1, для простого поло- сового фильтра п = 2, для низкочастотного фильтра, устраняющего яв- ление наложения частот (фильтр Баттерворта) н = 4. Глава 10. Обобщенные структурные схемы оптико-электронных приборов В тех случаях, когда граничная частота в спектре сигнала не превышает частоты Найквиста Г' н, иногда принимают рн' К,(Г,) =1. (10.47) При использовании в составе ОЭП звена, реконструирующего (восстанавливающего) изображение (см. 3 10.2), в качестве К,(Г' ) используют выражение К,ф = в(пс(Г",'Гр)з(пс( Р Р), (Га ) (10.48) где 1 — центральная частота полосы пропускания реконструирующего фильтра (частота восстановления).
Передаточную функцию системы отображения, например, дисплея или другого видеоконтрольного устройства, часто описывают гауссовской функцией вида 114] К„(1,) = ехр(- О,да~ ~~), (10.49) где о„= 0.54з„,, з, — расстояние между строками видеоконтрольного устройства. В случае включения в систему человека-оператора, т.е. при работе ОЭП в полуавтоматическом режиме, в число составляющих включают передаточную функцию глаза человека-оператора Кхр(~ ).
Иногда эту функцию представляют в следующем виде: (10. 50) где В= 1,4445-0 34407 131р+ 0 039457(1ЯЬо) ч 0 0019652(13х.р)~ Ьр — средняя яркость экрана дисплея, Тх — увеличение системы, с которой работает глаз. Для расчета К,„(Г",) используют также следующее выражение: Кгр (~р) з~п ( "чар ~1р ) где ур, — пространственная частота (мрад ), на которой К„„(~,) имеет максимум.
В пространстве объектов для глаза часто принймают Гр „= 0,3 мрад ~. Передаточная функция системы стабилизации линии визирования (оптической оси ОЭП) учитывает размытие изображения, а следовательно, и ухудшение разрешающей способности ОЭП из-за вибраций основания, на котором стоит прибор, нестабильности параметров ска"нрующей системы и ряда аналогичных по своему действию факторов. 297 Ю.Г.
Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Закон движения оптической оси при анализе влияния иестабиль ности на качество изображения обычно принимают линейным, си нусоидальным или случайным. На первом этапе расчета наиболее рас пространена гипотеза о случайном характере изменения амплитуды отклонения оптической оси или линии визирования от некоторого иде- ального, полностью стабилизированного положения.
При этом можно пользоваться гауссовской функцией вида О„(Г',) =ехР~ — (У Тая„мл) ~, (10.52) где Г' „„= 0,255,та, и, — среднее квадратическое значение амплиту- ды отклонения оптйческой осм или линии визирования, например ам- плитуды вибрации, от идеального положения. Иногда, также считая дрожание изображения вследствие неста- бильности оптической оси гауссовским со средним квадратическим отклонением амплитуды а, (мрад), принимают О (т')=ехр~-2(лТ',о,) ~, -1 где 1„— пространственная частота, мрад . В качестве передаточной функции среды)таснросвтра вен ил оптиче- ского сигнала М(т ), которым чаще всего бывает рассеивающая и туря' булентная атмосфера, можно попользовать формулы (10. 22), (10.
23) и (10.25), приведенные в я 10.5, 10.9. Прохождение случайного сигнала через систему первичной обработки информации Получим выражение для спектра случайного сигнала (помехи) после его прохождения череэ систему первичной обработки информации, т.е. рассмотрим вопрос о преобразовании в ОЭП спектра шума, имеющего место на входе системы. Часто встречающимся видом такого шума является так называемый фоновый шум, который возникает вследствие случайного характера яркости фона и может быть преобразован во временную форму шума при взаимном относительном перемещении пространства объектов (или их изображений) и ОЭП (или какого-либо его звена, например, анализатора). Важно отметить, что для случайного сигнала, как в для детерминированного, в системе первичной обработки информации происходит преобразование многомерной входной функции в одномерную выходную.
При некоторых допущениях, связанных в первую очередь со стационарностью ковариациониой функции сигнала от фоновых помех (13], определение спектра Хвнчина - Винера, описывающего спект- Глава 10. Обобиэенные структурные схемы оптико-электронных приб К(ЛР) = 1тш — ) Ев (р) Е (р+ бр)с(6.. 1 в„ Ее спектр (спектр Хинчина - Винера на входе анализатора) (см. б 2.2) будет И',„(оэ ) = )пп — (Е (1тбл)~ .
С учетом закона анализа поля (яс(Г),ь(т)] ковариационная функция пространственного аргумента Лр может быть представлена как функция времени К(тт,тл)= К)Й(тл)-Й(тт) фл)-с(тт) '. (10.54) Если принять, что ковариационная функция К(т) =К(т,т ), отнес нн е ая к двум моментам времени Ст и кя является стационарной, что т л ° имеет место при постоянстве скорости взаимного перемещения, т. е. переходу центра анализатора из точки Ет в точку Вл соответствует интервал т, то спектр Хинчина - Винера на выходе анализатора можно определить как функцию временнбй частоты ек Ит (и) = ]ГК(т)ехр(- этот)к(т, причемт=а -С;р=р(л ) р+лр=р(Г ).
хр х ( ) П ри периодическом законе относительного взаимного перемеще вия изображения фона и анализатора с периодом Г о '.(-)='Х', (-- — '"11 (10. 56 уо/ ) (10. 55) гв)л нт=; —. / к() х(- к —.)к*. 2л ) о -тлел о Подставим в (10. 55) или в (10. 56) значение ковариациониой функции в виде (10. 54) или ее осредненное значение и перейдем к пространственному спектру случайного поля освещенности с помощью двумерного обратного соотношения Хинчина - Винера: Ральную плотность шУма и;(от) на выходе анализатора, сводится к следующему. Усть ковариационная функция освещенности для изображен случайного фона (см.
я 2,2) (бг,„„(а) = Т(г,(а)]в„(уа)] ]К„(уто)) . (10. 59) где Контрольные еовросы г)г ]А(уйл)] =11тп — ) ) ]А (уй )) х -гтг (10. 58) !А(уйр,уто)] =]А(уй )] Р(уал,уа) где 300 Ю.Г. Якушенков, Теория н Расчет оптико-электронных приборов К(т)Л,с«) = — — л ) У~ы(аэ, ух~)ехр(уалукЕ) ту9ел, (2п) э где Ьс,=~ -ст; Луг'=В~-В,, Затем, выражая То;„(йл,Ь~) через пространственно-частотныйспектр (»"э(а ) фонаиОПФобъектива С(уй ) В' „(й, Л~) = Тбг (ал)]С(Уал) получаем [131 И".( )= — --,— )Тб;(ол)а(йэ)] ]А(Уйо,У )]'с(йе, (10.57! (2п) э- х ехР Яй йЦтт»гг)- а(тг — тт)))т(тт »Утз.
При периодическом законе перемещения анализатора вычитаемое в квадратных скобках подынтегрального выражения (10.58) следует заменить на ут(улгт! 2п/Т,, а вместо!пп 1(Т следует взять 1 уТ г-» Для поступательного перемещения изображения фона и анализа- тора туг ]1(у' уа)] = !тшт )' )ехрИй АУ[('7)-ат]) Ут У' -гул или для периодического перемещения )л.)»Ъ))*- — ', / ! ь]»[е,ьл)»,,»,)-» — '(»,-ь)]]х»,х»,. Если взять тот же случай равномерно-прямолинейного движения, что и выше [см. (10.31)у, то получим Глава 10. Обобщенные структурные схемы оптико-электронных приборов г: 2 я,) )= уя ( —, )о( —,»' „) )А( —,»' „) Для различных законов УУ(уа,уа) перемещения в [13] приведены спектры сигналов па выходе анализатора. Их дальнейшее преобразование в последующих линейных звеньях системы первичной обработки информации идет в соответствии с известными правилами (см.
б 2.2). Например, если за растровым анализатором сигнал поступает на приемник с частотной характеристикой э,(у а), а затем на усилитель с характеристикой Кг(уа), то спектр на выходе системы первичной обработки информации будет 1. Какие звенья ОЭП входат в состав системы первичной обработки ипформации7 3. Зависит ли точность оптико-электронной следящей системы от качества изображения,еоздалаемого ееебъектнвом7 3. Какие параметры оптической системы и приемника излучения ОЗП информационного типа влияют на количество передаваемой информацнн7 4, Какой вид должна иметь частотная характеристика усилителя-фильтра в схеме, представленной на рно. 10.42 б. При каких условиях оптическую систему можно считать линейным фильтром7 6.
Меняетея лн вид ОПФ объектива прн изменении его увелнчевия2 7. Зависит ли вид ЧКХ объектива ог его оеяовлых габаритных параметров (У), У', У)/У')7 З. Квк меняютсп пространственно-частотные характеристики анализаторов прн изменении размеров нх ячеек (площадок приемников нлн элементов растров)2 О. Как изменяется внд спектра сигнала на выходе системы первичной обработки информации прн увеличении скорости движеяня анализатора относительна изображения2 К.хг. Якугненков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
