Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Для осуществления необходимой расфокусировки оптической системы возможно перемещать один из ее компонентов, например, с по- Ю.Г. Якушвнков. Теория и расчет оптико-электронных приборов мощью достаточно точных и быстродействующих приводов на базе пьезоэлементов, а также помещать перед плоскостью изображений однородную жидкокристаллическую пластину, которая, обладая рас сеивающими свойствами, дефокусирует пучок проходящих через нее лучей. Степень дефокусировки определяется напряжением, приложенным к пластине.
Отмеченный в предыдущем параграфе способ адаптации углового поля за счет изменения размеров анализирующего «окна» и числа элементов в этом окне является, по сути дела, также способом управления параметрами пространственного фильтра. Наиболее успешно этот способ адаптации реализуется в телевизионных ОЭП. Он нашел практическое применение в ряде систем технического зрения, где контролируемые объекты имеют конечные (не точечные) размеры и априорно известную пространственную структуру.
13.5. Изменение структуры прибора В ряде случаев требуется не изменение одного или нескольких параметров ОЭП, а перестройка всей структуры прибора. Такая ситуация может возникнуть, например, если в угловом поле прибора появляется помеха, параметры и характеристики которой близки к параметрам и характеристикам источника полезного сигнала.
Определение момента появления или факта наличия помехи часто осуществляется дополнительным каналом, который может работать, например, в спектральном диапазоне, отличающемся от основного диапазона. Так, если температура помехи превышает температр туру источника полезного сигнала, дополнительный канал (датчик наличия помехи) может работать в коротковолновой области оптического спектра, где яркость помехи выше. Устанавливая определенный порог срабатывания в дополнительном канале, можно обеспечить его включение лишь при появлении помехи. Сразу же после появления помехи в специальном блоке памяти и прогнозирования запоминается выходной полезный сигнал, а основной канал с помощью логической схемы (несовпадений) отключается до выхода помехи из углового поля ОЭП.
В ОЭП со сканированием иногда угловое поле датчика наличия помехи «опережает» по траектории сканирования угловое поле основного канала. При входе помехи в мгновенное угловое поле датчика наличия помехи, сигнал от которой в рабочем спектральном диапазоне превышает заранее установленный пороговый уровень, основной канал отключается на время, достаточное для выхода из его поля по- Глава 13. Адаптация в оптико-электронных приборах мехи. Это время легко определить, если известны размер помехи и скорость сканирования. Изменение структуры прибора возможно и в случае перехода к новому алгоритму обработки принятого сигнала, например, при переходе ОЭП из работы в режиме обнаружения объекта к режиму слежения за ним или измерения каких-либо его параметров. 13.6.
Адаптивные оптико-электронные системы с компенсацией фазовых искажений оптического сигнала Для борьбы с внешними помехами, и прежде всего с дрожанием, мерцанием и размытием оптических пучков и изображений, возникающих вследствие атмосферной турбулентности, термоаберраций и других факторов, приводящих к искажению фазовой структуры оптического сигнала„используют специальные методы адаптации.
Эти методы предусматривают корректировку в реальном масштабе времени волнового фронта либо на выходе источника излучения (системы с адаптацией выходящей волны), либо на входе приемной системы (системы с адаптацией принимаемой волны). По принципу действия адаптивные системы, предназначенные для коррекции или компенсации фазовых искажений оптического сигнала, можно разделить на две большие группы, рассматриваемые ниже. Системы с фазовым сопряжением. В этих системах излучение, создаваемое передающей оптической системой, отражается от малого участка наблюдаемого объекта, образуя волну, которая, проходя через среду распространения к приемной системе (возвращаясь обратно к приемопередающей оптико-электронной системе), претерпевает в этой среде фазовые искажения.
Отклонения фазы пришедшей волны от фазы идеальной сферической волны измеряются в отдельных точках или участках входного зрачка приемной системы с помощью датчиков волнового фронта и вводятся с обратным знаком в фазу волны, посылаемой к объекту. Схема одного из вариантов такой системы представлена на рис. 13. 2. Излучение, создаваемое источником — лазером 1, с помощью светоделительных зеркал 4, направляется к удаленному объекту 12.
Волну 6 на выходе из системы в начальный момент времени условно считаем плоской. После прохождения волной возмущающей среды Я (например, турбулентной атмосферы) фазовый фронт искажается (на рис. 13.2 это условно показано штриховой линией 10). Если на поверхности объекта имеется участок с достаточно высоким коэффициентом отражения, причем размер этого участка меньше разрешения системы, 397 !01 м~1Ц « 13 Хтч 73 В т/'ь ° тф тт м1«~ (~, 398 399 ЮГ.
Якуптенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Рвс.13.3. Свстема с фаэовым соэрлжеиием то этот участок — «блестящая точка», создающая блик, может рассматриваться как точечный источник отраженной сферической волны 13. Сферическая волна, проходя через возмущающую среду, искажается, и на вход приемопередающей системы, т.е. на фазовые корректоры (фазовращатели) Б, поступает волна 7. Фазовые отклонения этой волны от идеальной могут быть измерены гетеродинным методом. На приемнике 3 происходит сравнение фаз волны 7 и опорного сигнала, являющегося частью излучения лазера, прошедшего через полупрозрачные делители 4 и отраженного от зеркала 14.
В электронных блоках 2 образуются сигналы, пропорциональные фазовым искажениям отдельных участков волны 7. Эти сигналы управляют фазовыми корректорами таким образом, что выходящая волна 8 становится сопряженной волне 7, т.е. волны 7 и 8 оказываются сопряженными по фазе. Если искажения в среде на пути волны к объекту и на обратном пути от объекта к приемопередающей системе одинаковы, т.е.
например, за время распространения излучения к объекту и обратно и за время определения и ввода фазовых искажений в переотраженную волну 8 не происходит изменений в фазовой структуре среды, то прошедшая «вторично«искажающую среду волна 11 будет сферической (произойдет взаимная компенсация отклонений фаз, внесенных корректорами, и фазовых искажений, вносимых средой).
Излучение будет собираться на «блестящую точку» объекта. Аналогичным образом работают системы с адаптацией принимаемой волны (рис. 13.3). В них часть принятого от источника оптического сигнала с искаженным после прохождения неоднородности волновым фронтом направляется после объектива 2 через светоделитель Глава 13. Адаптация в оптико-эпектронньм приборах б на датчик волнового фронта (приемник тракта коррекции) 8.
В процессоре 9 разделяется информация о высоких порядках фазовых искажений, которая поступает на корректор локальных искажений волнового фронта 4 через его привод 7, и информация об общем наклоне фронта волн, поступающая на корректор наклона волнового фронта 1 через привод 3. В результате двойной коррекции на основном приемнике излучения 6 формируется высококачественное изображение.
Рис.13.3. Система с адаптацией принимаемой волны Системы последнего типа используются для компенсации размытия изображений путем автоматической фокусировки изображения. В качестве устройства воздействия на волновой фронт могут использоваться так называемые активные оптические элементы — секционированные зеркала, зеркала с непрерывной деформируемой поверхностью, многоэлементные оптические системы 123, 361. Отдель- Ю.Г. Якуиенкоэ. Теория н расчет оптнко-электроннык приборов ные элементы таких систем обеспечивают корректировку определенных возмущений волнового фронта — его наклоны, расфокусировку и т.д.
Мерой качества адаптации в них может служить значение интеграла 1 = ) ) Е (х, у) А(х, у) Г) х т)у, к у где Е(х, у) — распределение освещенности в плоскости изображения (плоскости анализа); А(х, у) — пропускание растра анализатора, установленного в плоскости изображений; х и у линейные координаты. Максимизация 1 является основной задачей таких адаптивных систем. Достоинствами систем с фазовым сопряжением являются высокое быстродействие и высокая чувствительность при больших расстояниях до наблюдаемого объекта.
К их недостаткам можно отнести, в первую очередь, сложность приемной системы, в которой необходимо совмещать приемный и передающий каналы. Системы с апертурным зондированием. Принцип апертурного зондирования основан на внесении в волновой фронт некоторых пробных возмущений, которые преобразуются в амплитудные возмущения сигнала. В системах активного типа (системах с адаптацией выходящей волны) максимизируется освещенность на объекте (на блестящей точке); она получается путем наложения колебаний, создаваемых в каждом из каналов, на которые разбивается передающая апертура. В системах пассивного типа (системах с адаптацией принимаемой волны) в качестве критерия качества адаптации используется какой- либо критерий резкости изображения, например максимум приведенного выше выражения для интеграла1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
