Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Временнбе суммирование в системе глаз — мозг наблюдателя РШВ приблизительно описывается постоянной времени, принятой равной 0,2 с. Предполагается, что глаз линейно суммирует сигналы и оценивает среднеквадратичную величину шума в пределах каждого интервала 0,2 с, хотя на самом деле представление о таком механизме не точное, но удобное.
2. Узкополосная пространственная фильтрация в зрительном аппарате наблюдаемой периодической структуры прямоугольных полос, имеющей частоту 7т, приближенно учитывается согласованным фильтром для одной полосы. Форма такого фильтра принимается без доказательств и считается, что для глаза фильтр описывается формулой 178 гллвл ь Т,-гТ' <Рпг, 5.5. Тест-объекты Лли опРслелсниа Л Гр,„,. Этапы измерения ЛТреер следу<ощие.
Пусть система визирует наибольший тест-объект (фиег. 5лйг), где полосы и промежутки излучают как черные тела с различной, но постоянной температурой и высота полос в семь раз больше ширины. Пусть система отрегулирована таким образом, что шумы ясно видны на экране индикатора, и пусть начальная разность температур полос и промежутков равна нулю. Затем будем увеличивать разность температур.
пока полосы не станут явно разрешимыми для наблюдателя на экране индикатора. Полученная ЛТ есть ЛТр„р, соответству<ощая оснонпой пространственной частоте тест-объекта. ) <овторенне ошата для последуннцих более высоких частот цвет кривую ЛТр,ер, показанну<о на фиг. 5.6. Этапы экспериментального определения ЛТр,ер на данной частоте заключаются в обнаружении <ест-объек- Лрааараяппааяная аааяаа<а гг <!<иг. 5.8. Топочная форма кривой зависимости л< раси от ~т.
оеовщвнные кгитегии та в виде квадрата и в последующем точном установлении такого значения ЛТ, при котором наблюдатель уверенно разрешает отдельные полосы. 5.8. Вывод выражения для Ь7'эа,р Л(елательпо, сохраняя преемственность, свес!и к миничуму сложность формул, выражая Л7'разр через ЛТа,р. Однако для наглядного сравнительного анализа влияния различных параметров целесообразно в уравнении для ЛТр„в выразить ВТа„р через определяющие его параметры.
В дополнение к параметрам, использованным при выводе Л7'а,ю требуются следующие параметры: г, (1) — МПФ электронного усилителя и блока обработки видеосигнала; г (1) — МПФ видеоконтрольного устропства; г; г, (1) — МПФ системы в целом; г, (7) — реакция всей системы на прямоугольную волну; Т, — постоянная времени глаза, с; Р— частота кадров, Гц; (т — основная частота тест-ооъекта, мрад "; (т — основная частота тест-объекта, Гц.
Выведем выражение для ЛТр„ю рассматривая сначала влияние системы на величину отношения сигнала к шуму в изображении объекта, а затем учитывая влияние наблюдателя. На выходе контрольного устройства отношение сигнала к шуму в изобран<ении одной полосы равно (С!П1) — ц,, (5.47) ,— г, пэг в ,~ Х (!) ге (7) "ха м(1) !!7 о г где г, выражает модуляционные потери в изображении полосы, множитель ЛТ)ЛТа„р — отношение сигнала к шуму электронной повн системы, измеренное с эталонным фильтром, используемым при определении ЛТ„,р для большого объекта с данным ХТ, а член в квадратных скобках обеспечивает пересчет от эталонной полосы частот к реальной полосе частот системы. Поскольку амплитуда первой гармоники единичной прямоугольной волны равна 4/я, для пространственных частот, ббльшнх или равных Па частоты среза, справедливо равенство ш г, =4гг,)л.
(5.48) Для большого класса систем это равенство с хорошим приближением выполняется для частот, больших чем Ч, граничной частоты. Когда наблюдатель видит объект, он воспринимает отношение сигнала к шуму, на которое оказали влияние следующие факторы, связанные с восприятием: 12 ° 180 ГЛАВА 5 1. Для данного типа объекта глаз, как было показано Шаде, по-видимому, выделяет среднее значение сигнала в изображении и оперирует с этим средним значением. Для частот, превышающих Чз частоты среза, уменьшение среднего уровня сигнала от пикового значения сигнала на входе опре- г деляется множителем 2г, Ъ или 8гг,!я', поскольку средняя величина первой гармоники единичной прямоугольной волны за полпериода равна 2!л. 2.
Отношение сигнала к шуму увеличивается в (Т,Р)'1' раз (корень квадратный из числа независимых выборок с точки экрана за 0,2 с) благодаря временной суммации. 3. В вертикальном направлении глаз осуществляет пространственную суммацию сигналов и выбирает среднеквадратичную величину шума вдоль полосы, используя длину корреляции шума [); в результате воспринимаемое отношение сигнала к шуму увеличивается в следующее число раз: [(Длина полосы))р)'~з = [7 х (Ширина полосы))р)'~ =(7)2У р)~~ ° (5.49) 4. Влияние интегрирующих свойств глаза в горизонтальном направлении легче учесть в области частот путем замены ширины полосы частот шума электронной системы и видео- контрольного устройства ~ даг5, гз 5)~шириной полосы частот о электронной системы, видеокоптрольного устройства и согласованного фильтра глаза Яг* В(пс'(1~21т) Н)'.
а Это дает следующее улучшение воспринимаемого отношения сигнала к шуму: ) Г5г'г~„8!вс5 (~(2/у1 а) о Учитывая все четыре фактора, влияющие на отношение сигнала к шуму в изображении, получим для воспринимаемого отноше- 181 ОБОБщенные кгнте1'ип ния сигнала к шуму (С1']]])р (С)В[) г [ТеР!Ьа Х 0 .\г паря о]е 1/2 ) Ее„его ег о ) Х "" 8]пс 0)И[т)'[ о 1,51ЬТ [Ге Е]0~ ге (5.50) а ! ХегЯ 81пое Я2)т) Е[ о 1/2 [! т[]]"' .'а Т пора Полагая величину (С1Ш)р равной отношению сигнала к шуму )г в изображении одной полосы, необходимому для обнаружения наблюдателем этой полосы, решая уравнение относительно ЛТ и определяя коэффициент ширины полосы о из соотношения ( а" ге'ю 81па ЮФ[т) ге[ о (5,51) получим агпор [1122 [[г[)]пе [211 51) йТ= г, (т Р)111 (5.52) Здесь необходимо отметить, что частота тест-объекта в формуле (5.51) выражена в герцах [[т), а в формуле (5.52) — в обратных миллирадиапах ()т).
Величина ЛТ, которую следует выбрать как ЛТроою связана с воспринимаемым отношением сигнала к шуму, которое в свою очередь связано с вероятностью обнаружения. Влэкуэлл нашел, что порог уверенного обнаружения объектов наблюдателями примерно соответствует 90 ой-ной вероятности правильного обнаружения одной полосы. В равд. 4.10. ( было показано, что отношение )г для Ре = 0,9 приблизительно равно 4,5. Принимая й = 4,5 и ЬТ = йТр„р, получим опе(1,8)не ЛТ„,„[]т) = (5.53) г [тецне Как известно автору, результаты расчета по этой формуле хорошо согласуются с экспериментальными данными для свободной от по- 582 'ГЛАВА 5 мех системы с приемником иалучения, ограниченным шумами, при условии, что все параметры, входящие в формулу, точно известны.
Четыре весьма серьезных обстоятельства не позволяют рассматривать разность температур ЛТр„р в том виде, как она определена здесь, в качестве достаточно совершенного обобщенного критерия. Во-первых, ЛТр„р не включает МПФ глаза и не учитывает влияние увеличения. Во-вторых, этот критерий связан с реакцией человека, но не каждый человек будет иметь те же характеристики, что и наблюдатель, оценивавший систему. В-третьих, формула не учитывает в явной форме спектральную чувствительность. В-четвертых, ЛТр„р не связана определенным образом с поведением системы в реальных условиях. Так что этот критерий скорее можно использовать как средство проверки системы и как приблизительный общий критерий, уровень которого желательно достичь в реальных условиях (см.
равд. (0.5). Критерий ЛТр„р оценивался в лабораторных условиях для множества различных систем множеством наблюдателей. Согласие с теорией хорошее, проводить испытания легко и они дают хорошую воспроизводимость. К тому же это понятный критерий, получаемый непосредственно путем наблюдений, что также способствует его широкому использованию. Из уравнения для ЛТр„р видна также важная роль частоты кадров и мельканий. В случае линейной раавертки коэффициент перехода от пространственной частоты к алектрической в направлении сканирования по строке пропорционален частоте кадров. В этом случае Л)я пропорциональна Р Л7 р рн пропорциональна Р'1' и множитель Р'1' в знаменателе формулы (5.53) сокращается, вследствие чего выражение для ЛТр„р не зависит явным образом от г". Это — важное преимущество, поскольку отсюда следует, что увеличение кадровой частоты, улучшая качество изображения за счет ослабления влияния мельканий, не будет уменьшать воспринимаемое отношение сигнала к шуму.
Если требуется формула для ЛТр„р, содержащая не обобщенный критерий ЛТ„,„, а основные параметры системы, можно подставить выражение ЛТ„„р через эти параметры и получигь Ю Зя У'аь(~ х'(1)7Й,Бас'(1121Г)81!М'(1гйма о (5.54) Л Тразр офлотрР (Хр) (Ь%(ЬТ) г, (Т,У)П~ Наконец, формулу (5.53) для большинства конкретных систем можно упростить настолько, чтобы расчет ЛТр„р можно было выполнить вручную. Во многих хорошо спроектированных систе- ОБОБ1ценные критерии 10 вз в ф 5 1,0 п,в о,в 3 0,4 а 0,7 0 0,1 0,7ОВДЕО5000,700 ОП 10 7-1 Фиг. 5.7. Кривые Д Траер и МПФ для системы, рассматриваемой в качестве примера.
Ь= — "1,. тв (5.57) Тогда доверя Г и -11/2 (Д!я)112 т ! та ! раар— ,в(тер)пе (5.58) мах шумы на экране в пределах полосы частот сигнала белые, т. е. и (1)1 е~ т = 1 (5.55) В этом случае выражение для р112 упрощается и принимает следующий вид: рь 2 = Ит7ЬЫ "2, (5.56) где частота 1т выражена в герцах. Чтобы можно было выражать 7т и в миллирадианах, заметим, что 184 ГЛАВА 5 Вта формула удобна тем, что она вклгочает ЛТ„ор, деленную вовк па ширину эквивалентной полосы эталонного фильтра. Таким образом, исключается вызывающая сомнения часть выражения для ЛТ„,„и остаются более или менее определенные параметры.
В качестве примера рассмотрим расчет ЛТразр для спстелгы с параллельным сканированием линейкой чувствительных элементов приемника со следующими параметрами: Л7'„,р„—— =- 0,36'С; Л7н == 29,4 крц; сг = 6 = 1,0 прад; тк —— 2,67 10 с; г' = 30 1'ц; МПФ такая же, как в табл. 3.5. Прииеняя формулу для ЛТр„р в случае белого шума и подставляя приведенные значения параметров, получим ЛТр„р .--- 0,49 Ф ('С). гг Кривые МПФ н ЛТразр для этого примера представлены на фиг. 5.7. 5.9. Минимальная обнаруживаемая разность температур Критерий ЛТр„„полезен в качестве характеристики системы для расчета и проектирования систем при решении задач различения.
Однако величина ЛТр„р не всегда просто свнзана с практическими задачами обнаружения. Сендалл 17), Хоппер (6! и другие предложили функцию, снязанную с характеристикааш ограниченного шулгами обнаружения в реальных условиях. Эта функция — минимальная обнаруживаемая разность температур ЛТ,В„'). Критерий ЛТ,оа не является широко распространенным и общепринятым, однако оя весьма полезен. При выводе уравнения для ЛТ,е„делаются обычные предположения о характеристиках системы и наблюдателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
