Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 25
Текст из файла (страница 25)
38. ЯсЬайе О. Н., Яг., Лп Еча!иа|1оп о1 РЬо|оВгарЫс 1шаВе ()иа!!1у апй Кево!ч!п8 Рочтет, 1ЕМРТЕ, 73, 81 — 120 (1964). 39. КовеП Р. А., ЪЧ!!1воп К. Н., Весен( РзусЬорЬуяса! Ехрегипеп|в аий 1Ье В!вр1ау ЯЬТпа1-1о-ХоЬе Ка|ю Сопсер|, Регсер1!оп о! О)вр!ауей 1п1огша- 1!оп, 1,. М. В!Ьегшап, ей., СЬ. 5, Р1епшп, 1973. 40. ВаВгавЬ Р. М., Ке|т 1,. О., ТЬоп|ав 1. Р., РагКегпв о1 ЯраКа! 1п|е8гаКоп !п 1Ье Ое|есМоп о1 Сошроипй ЧЬиа1 81!ши!1, уьтоп Веееатей, !1, 625— 634 (1971). 41. ВеЧПев Н. Ь., ТЬе ()иаптиш СЬагас|ег о( Ь!8!|1 апй Кв ВеаПп8 ()реп |Ье ТЬгевЬоЫ о! Ч!вюп, |Ье О!НегепКа! Яепв!1!ч!1у, апй ЧЬиа! Асш|у о1 1Ье Еуе, Рву«!еа, 10, 553 — 564 (1943).
42. Вове А., ТЬе Яепв!1!ч!1у Рег(огшапсе о( |Ье Нишап Еуе оп ап АЬво1и|е Яса1е, 10ЕА, 38, 196 — 208 (1948]. 43. Техника систем индикации, ивд-во «Миро, М., 1970. 44. В!асЬ«чеН Н. К., Вече!ортпеп1 апй ()зе о1 а т)иап1!1!че Ме(Ьой 1ог Ярес)- В|свМоп о1 1п1ег!ог Н1иш!па11оп ЬечеЬ, 1Ипга|паиоу Епу|пеетгпу, 54, 317 — 353 (1959]. 45. Вш1ПЫв 2. Ь., Ч!виа! ТЬгевЬо1йв апй 1Ье Ч|в1Ы!Ку о1 Капйош ХоЬе !п ТЧ, Ргос. 1ВЕ (Анетта!!а), 751 — 759 (1961). 46. СгаЬаш С. Н., МагВаг!а К., Агеа апй |Ье 1п|епв!1у — Типе Ке!а|юп !и 1Ье РепрЬега1 КеМпа, Ат.
1. Р]|уйо1оуу, 113, 299 — 305 (1935]. 47. Т1яаге1И В., Магг!оя Р. Н. С., Тетпрога1 Яишша|!оп ш Рочеа1 Ч!з!оп, Ч!е!оп Веееаг«Ь, 10, !47| — 1480 (1970). 48. Епдв1гош Е. Чт., А Я|ийу о( Те1еч1вюп 1шаВе СЬагас1еПв|!св, Ртое. 1ВЕ, РагС 1, 21, 1631 — 1651 (ВесешЬег 1933); РагС Н, 23, 295 — 310 (1935). 49.
Вгони Е. Р., 1о|ч Кево1иКоп ТЧ: ЯиЬ!есМче Сошратг|в!оп о1!п|ег1асей апй Хоп-1п(ег1асей Р!сгитев, ВЕТ1, 66, 119 — 132 (1967). 50. 1пйегЬеев 1. А., С!пс!ппа1! Е!ес1гоп1св Согрога|юп, Сшс|ппа11, ОЫо (частное сообщение). 51. ТЬошрвоп Р. Т., Те!еч1з|оп Ь|пе Я|гис1иге Яирргеввюп, 13МРТЕ, 66, 602 — 606 (1952). 52. К!уа М., ()п!1ей Я|а|ее А!г Рогов Брасе апй М!вв11е Яув|е|пв ОгВапЬаМоп, 1.оз АпВе1ев, Са!Иогп1а (частное сообщение).
53. 1 еЕаи11 К. В., Мап — ТЬе Р!па! Я|абе о1 ап Е!ее|го-ОРМса1 !ша8!пВ Яув1еп|, 1ЕЕЕ ЕАЯСОХ 1969 Сопчеп|юп Кесогй, р. 16 — 29. 54. Со1|шап 1. %., Яс!пМ!1аМоп Ь|ци|аИопв |о Кезо1ч!п8 Ранет |п 1ша8!п8 Оеч!сев, 1ОЕА, 44, 234 — 237 (1954). 55. Вове А., ТЬе Ке!а1!че ЯепвК1ч!Мев о1 Тс1оч!яои Р!«Ьир ТиЬев, РЬо|оВгарЫс Р!!и, апй |Ье Нишап Еуе, Ртос. 1ВЕ, 30, 293 — 300 (1942). 56. Вове А., А НпИ!ей АрргоасЬ 1о |Ье Рег1огшапсе о1 РЬо|оВгарЬ«с Р!1ш, Те!еч!яоп Р!сЬир ТиЬев, апй 1Ье Нип|ап Еуе, 15МРТЕ, 47, 273 — 295 (1946]. 57. В1асЬие11 Н. К., Соп1гав1 ТЬгевЬо1йв о1 1Ье Нип|ап Еуе, 1ОВА, 36, 624 — 643 (1946). 58.
В!асЬ|че11 Н. К., Я1игВев о1 1Ье Готш о1 Ч!виа1 ТЬгевЬо!й Вага, УОЕА, 43, 456 — 463 (1953). 59. В)асЬиеН Н. К., Хеига1 ТЬеог!ез о1 Яппр!е Ч1виа1 ЬНвсгпп!паМоп 1ОЕА, 53, 129 — 160 (1963]. 60. Огу Н. Л., Я1а|1вНса1 Ое|есОоп ТЬеогу о1 ТЬгевЬо1й Ч!виа! Рег(огшапсе, Вапй СогрогаНоп Меп|огапйитп КМ-5992-РК, Бац|а Моп!са, Са., 1969.
Глава 5 Обобщенные критерии 5.1. Введение В предыдущих главах были рассмотрены такие фундаментальные характеристики и параметры систем, как оптическая передаточная функция, отношение сигнала к шуму в изображении, частота кадров и увеличение. Каждый иэ перечисленных параметров лишь частично характеризует возможности системы применительно к решению практических задач. Эти параметры полезны при проектировании систем, однако требуются обобщенные критерии, учитывающие ряд параметров, чтобы оценивать их сравнительную важность при инженерном решении конкретной задачи.
Необходимо, чтобы в идеальном случае такой обобщенный критерий учитывал предельные возможности наблюдателя, чтобы его можно было рассчитать но основным параметрам системы и легко измерить и чтобы, наконец, он описывал поведение системы применительно к ее назначению и использованию. В этой главе мы рассмотрим некоторые обычно применяемые обобщенные критерии и попытаемся оценить особенности их использования и типичные ошибки, которые могут яри этом возникнуть.
5.2. Эквивалентная шуму разность температур Давно введенной и наиболее ганроко применяемой (часто неправильно) характеристикой способности системы различать слабые сигналы на фоне шумов является эквивалентная шуму разность температур. Эту величину обозначают по-разному. Мы будем обозначать ее Ьтпор ".
Аналогично существуют различные определения этой величины. Наиболее простое и часто используе- ') В тексте оригинала принято сокращение МЕТЛ вЂ” по первым буквам названия по!зе-епп!ча1еп1 гетрега1нге Й11егопсо. Это сокращение аналогично по построению английскому сокра)нению для порогового потока— МЕР (па)ее едп)ча!епг ронег). Поскольку для порогового потока общепринятым обозначением в отечественной литературе является Р р, то н для МЕТЛ логично принять обозначение Стпо .— Прим.
перев. (бз ОВОБШЕННЫЕ КРИТЕРИИ Бремя Фиг, 5.1. Тест-обьект для определения агп р (а) и вид ревультирующего наиряукения сигнала (б). ! — объект с равномерной кажущейся температурой Т Т, К; à — Еая с равио- Т В' мерной кажущейся температурой т , к; а — уровень шума; 4 — спад постоянного В' уровня. мое определение следующее: величина ЛТп,р представляет разность температур объекта и фона, излучающих как черные тела в стандартном тест-объекте, при которой отношение пикового значения сигнала к среднеквадратичной величине шума на выходе стандартного эталонного электронного фильтра системы, рассматривающей тест-объект, равно единице.
Таким образом подразумевается, что необходимо найти величину Л Т, обеспечивающую С/П1 = 1 на выходе эталонного фильтра в нормальных условиях, прн работающей системе сканирования. Тест-объект, используемый при определении ЛТ„,р, показан на фиг. 5.1, где размер И' в несколько раз превышает угловой размер приемника излучения, чтобы обеспечить получение полной реакции приемника на сигнал. Для стандартизации условий и целей сравнения желательно использовать при измерениях внешний фильтр, так чтобы МПФ всей электроники, включая внешний Ие г64 глава ь фильтр, соответствовала эквивалентной Л(Пг)з с гя= (1+(ля) ! '", где (5.
1) гя —— -- 1/2тп (5.2) и тя — время элемента разложения на приемнике излучения. Для целей анализа МПг)з всех компонентов электронной системы приписываются этому фильтру. Среднеквадратичное напряжение шума Р„определяотся с помощью вольтметра, измеряющего среднеквадратичное зпачепие напряжения в течение активного времени сканирования. Напряжение сигнала ); обычно определнется по иьшульсу ог тест-объекта на экране осциллографа (фиг.
5.1). Для получения надежных результатов разность ЛТ = Тт — Тя для объекта должна быть по крайней мере в несколько раз больше, чем ожидаемая величина ЛТо„„чтобы обеспечить выполнение условия Г, )) !'„. Величина ЛТ„„р вычисляется при этом по формуле ат (5.3) ') Это предположение упрощает сравнятельный аналпа выражпшя для А То . Если приемник нзлучонпя работает в режнмо ограниченна флуктуацнямз1 числа фотонов фона (режнч ОФ), то зто допущение чожот нарушаться, и тогда следует использовать формулы, приведенные в рззд.
5.4. 5.3. Вывод выражения для пороговой разности температур Л'Т„р Вайе [1!, Хоукинс (2), Хадсон (3! н Соболева (4! приводят вывод формул для определения ЛТ„,„, используя те исходные параметры, которые каждый из указанных авторов считает папоолее целесообразными. Ниже приводится простой вывод, который, по мнению автора данной книги, является наиболее полоз нлм для практики. Чаще всего формулу для ЛТ„р выводят для случая, когда электронный тракт обработки сигнала приемника излучения имеет плоскую частотную характеристику в пределах полосы частот системы и все ограничения по электрической полосо определяются внешним измерительшлм фильтром. Это позволяет связать напряжения сигнала и шума на выходе видеотракта непосредственно с характеристиками приемника излучения.
Результирующее выражение легко видоизменить для более сложных случаев, вводя понятие об эквивалентной шумовой полосе. Предлагаемый вывод основан на следующих предположениях: 1) чувствительность приемника излучения одинакова в пределах площади его прямоугольного чувствительного элемента; 2) обнаружительпая способность приемника Ре пе зависит от других параметров, входящих в выражение для ЛТ„р ", !65 ОБОБ!цвннын кгнткгин 3) потери при прохождении излучения через атмосферу между объектом и приемным устройством пренебрежимо малы; 4) объект и фон излучают как черные тела; 5) угловой размер чувствительного элемента приемника излучения, угловой размер объекта и угол, соответствующий относительному отверстию собирающей оптики, могут полагаться малыми; 6) электронная обработка сигнала не вносит дополнителщ!ых шумов.
ЛŠ— ~ аэ(1)г (Е) Ф. о (5.4) Рассмотрим схему сканирования системой Р1!В тест-объекта (фиг. 5.3). Объект предполагается диффузным черным излучателем, подчиняющимся закону Ламберта. Объект имеет спектральпую плотность потока излучения Ит», Вт:(см' мкм), и спектральную яркость Е!'» = И'»/л, Вт/(с»»" -мкм ср). (5.5) Входной зрачок оптической системы стягивает телесный угол А,)Л' (расстояние Л измеряется от объекта), так что спектральная облученность на входном зрачке равна И'»А„!яЛ' Вт/(сы' мкм). В некоторый момент времени в процессе сканирования приемник воспринимает излучение от площади объекта а6Л', так что спектральный поток, трансформированный в результате пропускания излучения оптической системой с коэффициентом пропускания т„(Л), равен Р» = — !' — '„' а()Лат (Л) = — 'А,с»()т,(Л) Вт!мкм.
(5.6) В формулу для ЛТ„,р входят следующие параметры: а, Ь— размеры чувствительного элемента приезшика излучения, см; а, 'р — угловые размеры чувствительного элемента приемника излучения, рад; Тз — температура фона, К; Е)э ().) — удельная обнаружительная способность в зависимости от длины волны, определенная при электрической частоте, при которой спектр напряженин шума приемника приведен к единице (фиг. 5.2), см Гц»!ЧВт; д (1) — нормализованный спектр напряжения шума приемника излучения (безразмерная величина); А, — эффективная площадь входного зрачка инфракрасной оптической системы с учетом экранирования', см', т, (Х) — коэффициент пропускания оптической системы в зависимости от длины волны )» (безразмерная величина); Š— эффективное фокусное расстояние оптики, см; ЛЕя — эквивалентная шумовая полоса стандартного фильтра, используемого при определении ХТ„р, при спектре шума источника д (Е), Гц: ь и чь ь ь ьь1 ь Эселтдаесслая иастлта, Гц Фиг.
5.2. 5.3. К выводу выражения для ЛТпор, а — оптическая еиотема е еффектизиои плоШадью входиого Фиг. г — объект; з — фои; зрачка Ао. ь ь Ь г ь й ьчаь ь чи Вць ъви ь т ьг так чь ! ~ Элслтдигсслая гастста, Гц ! Нормализация онектра нанряжения шума. 167 ОБОБшенные ИРитеРии Нас интересует дифференциальное изменение потока в зависимости от температуры объекта — — А,т, (Х) — „~ Вт/(мкм ° К). (5.7) Дифференциальный сигнал приемнина (в вольтах), обусловленный дифференциальной равностью температур между объектом и фоном, можно получить, умножив приведенные выше соотношения на чувствительность приемника Л ().): р ' ди'ь дт сарА,Т. (Х) Л () ) т В((мкм' К). (5о8) Так как ) л~~ Р.) (5.9) где Ä— среднеквадратичное напряжение шума приемника в по- лосе гг(н, получаем д$',(Л) ггРАото(Л)~ ) а()*(Х) дйа (5.10) дг и ~/еда)я дТ Интегрируя по всем длинам волн (5.11) и используя приближение малых сигналов, получим а ~Ф о 'я (' а 7)е (7„) ()),О л до (5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
