Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 62

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

Текст из файла (страница 62)

х хк ) т (Х)Ф,(Х)а(Х)к(Х= ) тв,(Х)Ф,(Х)а(Х)т(Х, (11.27) то глубина модуляции сигнала от помехи или переменная составляющая этого сигнала будет равна нулю. В то же время для объекта, спектр излучения которого отличается от Ф,(Х), сигналы в областях Х, ... Х и Х ... Х, т.е. при прохождении потока от этого объекта через Глава 11.

Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах различные элементы растра, различны, и глубина модуляции полезного сигнала заметно отличается от нуля. Подобный метод может быть использован для нескольких спектральных каналов, причем сигналы, снимаемые с выходов атих каналов, не обязательно должны быть равны между собой. Важно установить достаточно определенное (известное) соотношение между атими сигналами, свойственное излучению обнаруживаемого или отслеживаемого объекта и отличное от соотношения, свойственного излучению возможных помех. Если источник полезного сигнала (цель) и помеха являются малоразмерными излучателями, например точечными, различие в их спектрах излучения можно использовать следующим образом. Применяя составной оптический фильтр или приемник излучения, состоящий нз элементов с различной спектральной характеристикой (рис.

11,7, а), и используя сканирование, при котором изображения цели и помехи помещаются внутри одного элемента фильтра или приемника, можно на выходе приемника получить электрические сигналы в виде импульсов (рис. 11.7, б, в), число которых будет различно для цели и для помехи. Если для спектрального диапазона хкХ„сигнал от цели превышает сигнал от помехи и уровень шумов, имеющих место в системе, а для диапазона ЛХ, напротив, сигнал от помехи превышает сигнал от цели, то при сканировании изображения с помощью 3-х элементного фильтра, представленного на рис.

11. 7, от цели будет создаваться один импульс, а от помехи — два. Даже если спектры цели и помехи перекрываются и импульсы, представленные на рис. 11. 7, б и в, расширяются, «занимая» соседние элементы, надлежащим подбором оХт и оХв, при котором в этих диапазонах уровни сигналов от цели и от помехи заметно различаются, можно добиться различия в виде сигналов (числе пиков) от цели и от помехи. Однако поскольку ширина импульса от цели увеличивается, пространственное разрешение в таком случае может ухудшиться.

Рис.11 Л. К полевению принципа зространствевво-спектральной фильтрации: а — составной оптический фильтр (схема); б — сигнал от цели; в — сигнал от помехи ЮГ. Якушенков Теория и расчет оптико-электронных приборов В заключение рассмотрим еще один возможный способ спектральной фильтрации — двухцветовую (двухполюсную) компенсацию. Если в поле обзора имеются многочисленные источники излучения — оптические помехи с близкими или одинаковыми спектрами излучения, то в оптико-электронном приборе можно применить спектральную компенсацию. Она заключается в том, что на два приемника, работающих в различных спектральных диапазонах ЛХт и Ыг, поступают различные сигналы.

На первый подается сумма сигналов от цели и от помехи, т.е. соответственно выбирается диапазон ЛХт. На второй при выборе соответствующего диапазона ЛХг поступает только сигнал от помехи. После предварительного усиления осуществляется вычитание из сигнала в первом канале сигнала из второго канала. Всвязи с тем, что в разных диапазонах спектра сигналы от помехи различны, а кроме того, они могут меняться при изменении эффективной температуры помехи, структурная схема ОЭП с такой компенсацией содержит цепь обратной связи с интегратором и усилитель с переменным коэффициентом усиления, которые обеспечивают постоянство выходного (компенсированного, разностного) сигнала, используемого для управления следящей системой или другим выходным звеном всего ОЭП 130].

При многоканальной спектральной фильтрации возможна адаптация к изменяющимся условиям работы ОЭП. Например, в условиях подсветки объекта естественным солнечным излучением могут быть использованы одни спектральные каналы, в которых обеспечивается наибольший контраст между объектом и фоном, а в ночных условиях — другие, например с максимальным пропусканием собственного излучения объекта. Принципиальные трудности реализации описанных методов спектральной фильтрации обусловлены нестабильностью спектров излучения обнаруживаемых объектов и пропускания среды.

Простым способом спектральной фильтрации является разложение полихроматического излучения в спектр с помощью диспергирующей системы, например призмы или дифракционной решетки, и «отсечка» ненужных составляющих спектра с помощью заслонок, непрозрачных экранов и т. п. Затем, если это необходимо, можно собрать в единый пучок или изображение пропущенные составляющие спектра. Аналогичен способ спектральной селекции, основанный на использовании когерентной пространственной фильтрации и кратко рассмотренный в $11.8. Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах 11.5. Пространственная фильтрация в некогерентных оптических системах Пространственная фильтрация заключается в выделении полезного сигнала на фоне помех за счет различия в их пространственно- частотных спектрах или, что фактически то лге самое, за счет различия в их пространственной структуре, например в угловыхразмерах.

Зная спектры сигналов и помех, а также те преобразования, которым они подвергаются в отдельных звеньях ОЗП (см. гл.10), можно с помощью приведенных выше выражений найти передаточные функции оптимальных пространственных фильтров — фильтров пространственных частот. Однако реализация таких фильтров в большинстве случаев — трудяая задача, что объясняется главным образом тем, что соответствующие спектрам реальных сигналов выражения пространственно-частотных характеристик оптимальных фильтров являются весьма сложными функциями.

Даже для сравнительно простых сигналов, например от точечного излучателя, не удается синтезировать объектив или растр с требуемой оптической передаточной функцией. Так, невозможно получить оптическую передаточную функцию, центрированную относительно достаточно высокой пространственной частоты, поскольку оптические элементы и системы являются фильтрами низких частот. Ввиду большого числа звеньев, входящих в состав типового ОЗП, и различия в физических принципах работы этих звеньев очень трудно синтезировать многозвенный оптимальный фильтр.

Поэтому часто стремятся синтезировать в виде оптимального пространственного фильтра какое-то одно звено оптико-электронной системы. Таким звеном в ОЭП, работающих с некогерентными оптическими сигналами, чаще всего является растр анализатора изображений или модулятора, устанавливаемый в плоскости иаображений. Некоторые особенности таких растров были рассмотрены в гл.7 и 9. Кроме них, пространственным фильтром может быть также многоэлементный (мозаичный) приемник излучения. Обычно на практике приходится иметь дело лишь с приближенилмн к оптимальным фильтрам, однако даже и они приводят к хорошим результатам, обеспечивая повышение помехозащищенности ОЭП.

Такие квазиоптимальные фильтры решают задачу оптимизации системы либо с некоторыми допущениями, либо для ограниченного круга аадач, например при работе в условиях какого-либо частного фона. 324 325 Ю.Г. йкушенков, Теория и расчет оптико. электронных приборов Рассмотрим некоторые особенности практической реализации пространственной фильтрации при использовании некогерентного излучения.

Из условия (11.5) следует, что для оптимальной фильтрации полезного сигнала, осуществляемой в плоскости изображений, необходимо такое пропускание по полю пространственного фильтра-растра, чтобы оно соответствовало закону изменения освещенности в изображении объекта. Например, для обнаружения точечного излучателя необходимо в плоскости анализа изображения установить полевую диафрагму очень малых размеров с пропусканием И(а), соответствующим распределению освещенности з(а) в изображении точки.

Поскольку в большинстве случаев вид функции а(а) либо трудно определить, либо он меняется для различных условий работы прибора, обычно применяют диафрагму малых размеров с резким переходом от прозрачной части, по форме повторяющей контур изображения, к непрозрачной. Такая конструкция пространственного фильтра практически очень неудобна. Во-первых, для просмотра большого поля обзора малым мгновенным угловым полем (диафрагмой анализатора) затрачивается сравнительно много времени. Во-вторых, как уже указывалось выше, для исключения потери информации при переходе от двумерного (пространственного) представления сигнала к одномерному (временнбму) необходимо преобразовать пространственный сигнал во временной, что осуществляется при относительном перемещении объекта или его изображения и фильтра. При таком перемещении поток от объекта, т.

е. сигнал, модулируется. Для уменьшения до минимума полосы временных частот, занимаемой сигналом, и, следовательно, для уменьшения влияния шумов целесообразно получить гармоническую модуляцию сигнала. При использовании указанной выше конструкции уз ко польного пространстве нного Фильтра, состоя щего из одной прозрачной ячейки, при просмотре всего поля обзора возникает импульсная модуляция потока с широкой полосой спектра сигнала.

Достаточно хорошее приближение к непрерывной гармонической модуляции достигается с помощью периодической структуры растра, ячейки (полупериоды) которого близки по форме и размерам изображению объекта. Если рассмотреть выражение (11.12) для частотной характеристики оптимального пространственного Фильтра, то его можно представить в виде двух основных последовательно включенных звеньев: согласованного фильтра с характеристикой ЯЯ(уатте усо„), который обес- 326 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах печивает преимущественное пропускание спектра полезного сигнала, и помехоподавляющего звена с характеристикой 1тгФ (Ф„, Ф„).

Последнее должно выполнять функции пространственного дифференцирующего звена„причем порядок дифференцирования определяется видом шума. В [131 рассмотрены требования к пространственным фильтрам, предназначенным для подавления сигналов от некоторых видов пестрого излучающего фона. При изотропном фоне, спектр которого описывается кубической гиперболой вида Ф (Ф„) - от„в, помехоподавляющее звено должно быть дифференциатором третьего порядка. При фоне со спектром типа квадратической гиперболы (Ф (от,) - от,') требуется дифференцирование второго порядка. При изменении модели спектра фона, в том числе при учете анизотропии фона, частотная характеристика оптимального пространственного фильтра и максимально достижимое значение отношения сигналггшум р могут весьма заметно меняться.

Характеристики

Список файлов книги