Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 85
Текст из файла (страница 85)
К ним относятся средний риск г(см. Э 11.1), условные вероятности правильного обнаружения, ложных тревог и т. д. и рассчитываемое на их основе отношение правдоподобия Л (см. э" 11.2). Приборы, предназначенные для измерений, характеризуются прежде всего точностью, оценками которой служат нормируемые метрологические характеристики: функция преобразования, систематическая и случайная составляющие инструментальной погрешности прибора, вариация выходного сигнала, динамические 405 Ю Г. Якуменкоа Теория и расчет оптико-электронных приборов характеристики и др.
Некоторые из них будут рассмотрены ниже, в гл. 15. Специфическими для ОЗП являются критерии, определяющие энергетическое разрешение прибора. К ннм прежде всего относятся пороговая чувствительноспть или порог чувствительности ОЭП, оп ределяемые как минимальные значения потока Фо, „или облученности .Ех „на входном зрачке, при которых обеспечивается отношение сит нал/шум р, необходимое для правильного (надежного) срабатывания прибора, например, для обеспечения заданной вероятности правиль ного обнаружения. В случае, когда преобладают внутренние шумы приемника излучения, пороговую чувствительность ОЭП можно определить как Епоэп = рч -4Ч(1(В -4..
т)оэп) где А — площадь чувствительного слоя приемника; М вЂ” полоса про. пускания электронного тракта; В* — удельная обнаружительная способность приемника, пересчитанная от условий паспортизации приемника к реальным условиям его работы (см. Э 6.4); Авх — площадь входного зрачка; т)оэп КПД ОЭП (см. Э 14.5). За рубежом энергетическая чувствительность ОЭП обычно оценивается эквивалентной мощностью шума (1чГЕР) или эквивалентной шумам плотностью потока (1«ЕРВ), которая представляет собой облученность входного зрачка ОЗП при отношении сигнал1шум на выходе прибора, равном единице.
Очень часто для оценки качества ОЭП используется зависимость Е, „,„или МЕРВ от длины волны, которая определяет облученность на каждой длине волны, необходимую для образования сигнала, равного уровню шума прибора. Для оценки ОЗП, работающих с импульсными сигналами, служит отношение максимальной амплитуды сигнала, деленной на среднее квадратическое значение шумов, к значению Ео „„или з«ЕРВ. Оптико-электронные приборы, создающие изображение в ИК области спектра (тепловизоры), часто характеризуются эквивалентной шумовой температурой (ЭШТ), которая определяется как температура эквивалентного черного тела, помещенного в плоскость объекта и создающего на выходе прибора отношение сигналГшум, равное единице. Иногда пороговую характеристику такого ОЭП определяют как разность температур двух черных тел, при которой обнаруживаетса их различие. В зарубежной научно-технической литературе эквивалентную шумам разность температур ()ч" ЕТВ) часто нормируют, приводя ее к 406 Глана !4.
Энергетические расчеты оптико-электронных приборов единичной полосе пропускания делением на корень квадратный из значения полосы пропускания ЛГ". Качество некоторых типов ОЭП, например, систем тепловидения, оценивают их контрастной чувствительностью (пороговым контрастом на входе прибора), которая сравнивается с контрастом, определяемым соотношением яркостей наблюдаемого объекта и фона в плоскости расположения объекта и называемым иногда контрастным отношением «сигнал-фон» в плоскости объекта ~об ~'ф »тх = где В и Ь вЂ” яркости объекта и фона в плоскости объекта. об ф При малых разностях температур объекта и Фона ЬТ, принимаебых за черные тела, можно записать ВМ~)., Т),:бт М(1,Т) При выполнении условия ХТ < 3000 из закона Планка (см.
Э 3.5) следует р„().,ЛТ)= ' —,—. Например, для Т=ЗОО'К ~Х ~Т) Оз16бТ Отсюда легко определить, как меняется контраст при изменении . пектрального диапазона работы ОЭП, т.е. длин волн Х. Контрастная чувствительность ОЭП (контрастное отношение «сигнал-фон» на входе ОЗП), обычно определяется как 1об.вх Ча.вх )Зх вх где Ь и Ь вЂ” яркости объекта и фона, на котором он наблюдается, об.вх ф.вх приведенные ко входу (входному зрачку) ОЗП.
Величины Е,б,„и Вф,„и, соответственно, р,х отличаются от Ь„„ Е и р как за счет различия в пропускании среды на различных трасф к сах «объект ОЭП» и «Фон ОЭП», так и вследствие прихода на вход ОЭП потоков не только от объекта и фона, но и от среды распространения излучения. Эти потоки обусловлены, например, собственным излучением среды и рассеяным в ней излучением источников, находящихся ене углового поля ОЗП. 407 Ю.Г.
Якушвнков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Эквивалентная шуму разность температур (пороговая разность температур) ЬТ„в ряде случаев недостаточно полно описывает каче ство ОЭП. В [14) указываются основные недостатки этого критерия применительно к системам тепловидения, в которых происходит про образование невидимого глазу инфракрасного излучения в видимо~ изображение на экране системы отображения, например, на экране дисплея. Так, Гэ Т„, измеряемая на выходе электронного тракта, не учи тывает процессов ухудшения качества сигнала (изображения) за счет ограниченной разрешающей способности системы отображения инфор.
мации и зрительного аппарата человека-оператора. Для более полной характеристики системы «прибор-оператор» обычно используется такой критерий как минимальная разрешаемая разность температур ЬТ„„(в зарубежной литературе МВТ или М)гкТТт). под которой понимается разность температур специального штрихового тест-объекта (трех- или четырехполосной миры с прямоугольным законом изменения яркости полос и отношением их высоты к ширине 7:1), которая обеспечивает необходимое для разрешения пороговое отношение сигнал/шум (обычно'2,0...
2,5). Одним из наиболее распространенных выражений для ТэТ как раар функции пространственной частоты Г'„[мрад') является [14): 1/в бт (~)-З ~ ' (-~ —" — '1 (~,)1 К„(„„) (14.1) где С (Г'„) — передаточная функция (частотная характеристика) всей системы «ОЭП+ наблюдатель»; ор — угловой размер элемента приемника по вертикали, т.е. в направлении по оси у, перпендикулярном траектории сканирования, мрад; с„— скорость сканирования (мрад с' ) по оси х; при постоянстве с„частота сигнала Г' в Гц равна Г'=Г'„с;, Є— частота кадров, Гц; („, — время, которое система «глаз-мозг» человека-наблюдателя затрачивает на суммирование и осмысление визуального сигнала, с (часто принимают Г„, = 0,1...0,2 с); р „— так называемый коэффициент ширины полосы, определяемый как ) Ф Я~К,ЯК„ЯК«а(Г)атс(~„(21' )~ сЦ о Рыы.
М Ф ® — спектральная плотность мощности шума на выходе приемника излучения; К,(т„) — передаточная функция (частотная характерис- Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов тика) электронного тракта; К (~„) — передаточная функция (частотная характеристика) системы отображения, например, видеоконтрольного устройства; К„,(Г„) — передаточная функция (частотная характеристика) глаза наблюдателя; вйпс (~,тг2~«») = а)п(я~,!2Г;.)гг(я)/2( )— частотная характеристика, учитывающая узкополосную пространственную фильтрацию периодической структуры (миры), состоящей .! нз прямоугольных полос с основной частотой Г' [мрад' ), осуществляемую в зрительном аппарате; Т' =Г'„и„— частота (Гц), соответствующая основной пространственной частоте миры Г„, мрад; ЬТ', — эквивалентная шумовая полоса всей системы в Гц (см.
Э 14. 7), Г' — частота в Гц. Выше, в Ц 10. 4, 10. 5, 10.7, 10п8 были приведены выражения для расчета входящей в (14.1) передаточной функции б (Г'„) и отдельных ее составляющих, в том числе К,(Г„), К„(Г„) и К„,(Г„). Методы расчета основных энергетических пороговых характеристик ОЭП описаны ниже.
Помимо энергетического разрешения качество ОЭП может характеризоваться пространственной разрешающей способностью: пространственно-частотной характеристикой всего ОЭП или пороговым угловым или линейным разрешением, а также временным разрешением, определяемым динамическими характеристиками ОЭП.
Нужно отметить, что все эти критерии качества ОЭП связаны между собой. Достаточно наглядно эта связь проявляется при проведении энергетического расчета ОЭП, которому посвящены последующие параграфы этой главы. 14.2. Обобщенная методика энергетического расчета Для качественной работы любого ОЭП важно обеспечить определенные энергетические соотношения между полезным сигналом и шумом, источники которого могут быть как внутри прибора, так и вне его. Определение этих соотношений и на их основе некоторых важнейших параметров ОЗП составляет главное содержание и цель энергетических (светотехнических) расчетов. В той или иной форме энергетический расчет выполняется практически всегда, т.е.
при разработке любого ОЭП. Он позволяет найти важнейшие габаритные параметры оптической системы (площадь входного зрачка, относительное отверстие, угловое поле и др.), определить необходимое значение порогового потока или обнаружительной способности приемника излучения, сформулировать требования к источнику излучения, определить ряд требований к сканирующей сис- 408 409 ЮГ. Якушвнков Творил и расчет оптико. электронных приборов теме и к электронному тракту ОЭП.
Очень часто энергетический рас чет помогает определить точностные характеристики ОЭП. Соотношения между уровнями полезного сигнала и шумов, вообще говоря, могут быть рассмотрены для любой точки структурной схемы прибора. Однако наиболее часто на этапе энергетического расчета они определяются либо для входа ОЭП, либо для выхода системы первич ной обработки информации (СПОИ). В первом случае рассматривается соотношение между потоками Ф„, или облученностями Е,„на входном зрачке приемной оптической системы и порогом чувствительнос- ти ОЭП(Фн л или Ен„„), эквивалентным уровню шумов и помех, приведенных ко входу прибора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
