Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 68

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

Текст из файла (страница 68)

д. При использовании принципа переноса заряда, реализуемого в ПЗС, возможиы два способа обработки сигнала методом накопления, т. е. примеиеяия задержки и интегрирования. При первом способе осуществляется несколько выборок сигнала за время перемещения изображения по одному элементу приемника (рис. 11.23, а). Сигнал, генерируемый Фоточувствительным слоем, при каждой выборке передается в секцию переноса ПЗС и перемещается синхронно с движением изображения по поверхности фоточувствительного слоя. Поэтому, когда изображение переходит на следующий элемеит„то к сигналам, возникающим при этом, прибавляются однофазкые сигналы. Процесс сложения сигналов продолжается для всех и элементов приемника, составляющих одну секцию интегрирования, а затем суммарный сигнал направляется в последующую электронную схему, т.е.

выводится из многоэлементной ПЗС-структуры. Таким образом, при этом способе сначала осуществляется выборка отдельных значений сигнала, а затем их сложение (иитегрироваиие). эххвбрааемиэ Э- аэвааа ООхО):Ь ОООО ОООО иОООО-1 ПЗЕ а) йз ебрамамие ааааа О а а- а~ а- О- Сэ- Оз-~ /Ш 4 Рис.11.23. Схемы реализации метода задержки и интегрирования: а — с выборкой, предшествующей интегрированию„' б — с выборкой, следующей за иытегрмрававвем '- я тисн ав ю Г 353 352 бдку 6з'Гит ЕМ Гиу Ф,„„(а) = Ф,„(а)ут(а)уз (а+Ьа). Втв(Ьа) = )Гт(а)ук (а+ оа)г(а, рг'Ге9 354 355 Ю.Г.

Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Во втором способе сначала выполняется интегрирование сигналов, поступающих с элементов фоточувствительного слоя, которые составляют одну секцию интегрирования (рис. 11.28, б). С каждого элемента получается лишь по одной выборке сигнала, которые последовательно складываются и в конце секции выводятся во внешнюю схему. Между сигналами отдельных секций интегрирования имеется фазовый сдвиг, т.е.

выборка сигналов с отдельных элементов производится в каждой секции для разных частей изображения. Число секций выбирается равным числу требуемых выборок изображения. Таким образом, при этом способе выборка сигналов, соответствующих отдельным частям изображения, происходит после интегрирования. Если обозначить число выборок изображения через и„, а число выборок электрического сигнала, осуществляемых за время т„равное времени прохождения точки по элементу приемника, через им то можно заключить, что при первом способе число выборок ьи зависит от соотношения между размером г(„изображения и размером с(, элемента, а не только от и,. Например, при тТ„= тт„число выборок л„= 2я,, так как время прохождения изображения по элементу равно 2т,. При втором способе п„=л,.

11.10. Оптическая корреляция Как было показано в з 11.2, оптимальный линейный фильтр должен осуществлять, по сути дела, корреляцию реального входного сигнала х(а), т.е. смеси сигнала и помех, с сигналом в(а), для приема которого он предназначен. Если рассматривать оптические сигналы и помехи, то для реализации корреляционного метода приема можно использовать принципы и средства оптической корреляции (10, 21, 28). Приняв выражение для функции корреляции (функции взаимной корреляции) в виде можно отметить, что основными операциями по ее вычислению являются сдвиг одной функции относительно другой на Ьа, перемножение этих функций и интегрирование.

Все эти операции сравнительно просто можно выполнить с помощью оптических средств. Так, если функции ~т(а) и 1 з(а) представить в виде транспарантов — записей на фотопленке, то сдвиг функций легко реализовать сдвигом этих транспарантов. Глава 1т. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах Оптические методы и устройства, осуществляющие корреляцию, можно классифицировать различным образом.

Так, различают некогерентные и когерентные оптические корреляторы. Функцию взаимной корреляции (ФВК) можно синтезировать в пространственной и частотной областях. Наконец, различают оптические и оптико-электронные корреляторы со взаимным перемещением коррелируемых функций (их изображений) или без него.

Ио Рнс,11.24ь Простейшая оптическая схема для перемножения сигналов Простейшие схемы перемножения функций, описывающих РаспРеДеление пРозРачности 1т(а) и Г' (а) ДвУх тРанспаРантов, пРиведены на рис. 11.24 и 11. 25. На выходе второго по ходу лучей транспаранта(см. рис. 11. 24) при его сдвиге на Ьа поток описывается выраже- нием Интегрировать по аргументу или по площади перекрытия двух транспарантов можно с помощью линзы Л, собирающей излучение с этой площади на приемник излучения ПИ (ем. рис. 11.

2 б). В этом случае сигнал на выходе линзы Ф,„„(йа)= )Ф,„(а)тт(а)уз(а+за)г(а, (11.29) причем интегрирование ведется по площади перекрытия А записей функций Гт(а) и Г з(а) в пределах апертуры интегрирующей линзы. Рис.11.2б. Схема перемножения с переносом изображения Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронннх приборов Вследствие того, что прозрачность транспарантов не может быть отрицательной, выражение вида (11.29) соответствует функции взаимной ковариации /т(а) и / (а), но не взаимно корреляционной функции.

Это ограничивает возможности корреляционной обработки биполярных сигналов при некогерентном излучении, так как сигнал на выходе приемника кроме функции корреляции содержит и другие составляющие, являющиеся помехами. Например, если прозрачность транспарантов т,(а) = тто+/т(а) и те(а) = т + / х(а) где т,ли т — постоянные составляющие т,(а) и тх(а), то сигнал на выходе коррелятора имеет вид Ф,„„(/уа) = ~Ф,„(а)тт(а)тх(а+ба)г)а = =' отло)Ф-(а)па+кто)Ф-(а)/в(а+ба)па+ А А +тхо)Ф (а)ут(а)т(а+)Ф,„(а)/т(а)/х(а+ба)х(а. Только последнее слагаемое определяет искомую функцию корреляции, а остальные создают вредный, помеховый фон.

В некогерентных оптических системах, т.е. при работе с некогерентным излучением, устранить этот фон затруднительно. Эффективная фильтрация таких помеховых составляющих сигнала на выходе оптического коррелятора возможна лишь в когерентных системах. По указанной причине часто корреляцию осуществляют в электронном тракте ОЭП, т.е. после преобразования оптических сигналов в электрические, например на выходе мозаичных приемников излучения.

Другим важным препятствием к получению сигналов на выходе оптических корреляторов, полностью соответствующих выражениям для корреляционных функций, является конечность пределов интегрирования в реальных схемах. Эти пределы определяются главным образом значениями апертур оптических интегрирующих элементов, а также сложностью системы подсветки транспарантов с записью /т(а) и / (а) при большой площади их взаимного перекрытия А. Одной из наиболее сложных задач при реализации схем оптической корреляции является сдвиг функций /т(а) и / х(а) на йа. Механическое перемещение транспарантов в достаточно широком диапазоне Ла иногда выполнить сложно, поэтому более перспективны схемы, где операция вида (11.29) выполняется без перемещений /т(а) и / х(а).

На рис. 11. 26 представлена такая схема некогерентного коррелятора. 355 Глава 11 Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах Путем простых оптико-геомет- ухгят рнческих построении легко дока- ати з Ъ зать,чтолуч,исходящий източки, имеющей координату а в плоскости й транспаранта или объекта, описы- \ъ 0 ваемого /т(а), в плоскости /* (а) Ъ г' пройдет через точку с координатой а + Ьа1//'.

Таким образом, в фокальной плоскости интегрирую- Рнс.11.26. Схема некогереатвого щей линзы для данного луча (узкой трвяопараатов световой трубки), т.е. в точке с координатой Ла, сигнал определяется произведением /т(а) и / х(а+йа1/ /). Весь сигнал, образующийся в этой точке засчет суммирования энергии, идущей в том же направлении от других точек /т(а), равен интегРалу 1/т(а) / х(а+ Ьа1//)г(а, взятому по области действительных значений /т(а) и / (а). Этот интеграл и является, по сути дела, функцией взаимной корреляции функций /т(а) и / х(а). Для установления вида корреляционной функции Вт (/ха) нужно определить закон распределения освещенности в фокапьной плоскости линзы, для чего можно использовать сканирование в этой плоскости, например узкой щелью.

Последняя схема (см. Рис. 11.26) используется при сравнительно небольших расстояниях 1. В тех случаях, когда это расстояние велико, для синтеза ФВК применяют согласованные пространственные Фильтры, о чем уже говорилось выше. При использовании когерентного излучения можно создать коррелятор (рис.

11.27), объектив 01 которого строит в некоторой плоскости Р изображение, описываемое /т(а). В этой же плоскости по- У т мещается пространственный У ! фильтр — транспарант Т, прозрач- и ность которого описывается 1 '(а). уу Уу х Если теперь преобразовать по ФуРье результат наложения /т(а) на лх / х(а) в плоскости Р, например применить Фурье-объектив 02, то Рис.11.27. Схема когереатвого на выходе ФУРье-пРеобРазователЯ оптвческо коррелятора получим спектр вида 1(ш„,ба) = )тт(а)тх (а+/уа)ехр(-/ш„а)к(а. (11.

Характеристики

Список файлов книги