Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Суммарная МПФ типичных систем гЫВ определяется пятью компонентами: кружком рассеяния оптической системы, геометрией приемника, частотной характеристикой приемника, характе- ГЛАВА 5 200 ристикой электронного устройства обработки сигнала и кружком рассеяния на индикаторе. В большинстве систем Р11В кружок рассеяния оптической системы на оси определяется дифракцией, а входной зрачок оптической системы — круглый, без экранирования. В этом случае для диаметра входного зрачка й„ и средней длины волны Л МПФ равна .= — „С (/ )-(/,) Г1-1/ ) ) ).
(5«0) где /, = 1),/Л вЂ” предельная частота, рад-'. Распределение чувствительности приемника обычно аппроксимируется прямоугольной функцией с угловым размером а в направлении сканирования. МПФ равна в! а (Аа/) (5.1 11) за/ Частотная характеристика приемников Р1!В обычно напоминает характеристику однозвенного ЛС-фильтра с характеристической частотой /, = 1/2ятн, где тн — постоянная времени. (МПФ равна (5.112) о = 0,54г.
г = ехр ( — 2л~о5„/5). (5 113) (5.114) МПФ равна Эталонная 55Т,ср„ для круглой неэкранированной апертуры оптической системы и прямоугольного чувствительного элемента приемника излучения определяется уравнением 4 р Ада/а отпор Я (5 115) У наН„0 ( р) ~ то (А) о дТВ* (Хр) Модуляционные передаточные функции устройства обработки сигнала суммируются из МПФ предусилителей, усилителей, корректирующих цепей и схем обработки видеосигнала. Для анализа обычно полагают, что МПФ всего электронного устройства обработки сигнала равна единице в пределах полосы, в которой завалы частотной характеристики компенсируются корректирующими цепями. Видеоконтрольное устройство (обычно телевизионного типа) достаточно точно описывается МПФ гауссовой формы с величиной о, соответствующей среднеквадратичному отклонению и функции рассеяния, связанной с расстоянием между строками растра г соотношением ао( ОБОБшенные ИРитеРии где а, Ь и а, р — линейные и угловые размеры чувствительного элемента приемника излучения; Р, — диаметр входного зрачка оптической системы; Л7з — эквивалентная шумовая полоса эталонного фильтра и п — число последовательно сканирующих алементов приемника, сигналы которых суммируются.
При параллельном сканировании и = 1. Эквивалентная шумовая полоса эталонного фильтра Л)а определяется выражением Л) = 1 И Ягноа), о (5.116) где д (() — спектр напряжения шума на входе эталонного фильтра, имеющего МПФ га. ЛТр„р можно определить иа многих похожих эквивалентных уравнений. Одно из них имеет форму ьз ~ ха (1) га' г,'„Я!пса П(2)т) Л( о зат„п„ а)л ЛТраар— оа (Тау)1'2 ()т "Р) И2 (5.117) где )т — частота тест-объекта в соответствующих единицах, Т,— постоянная времени глаза, а г" — частота кадров.
В частном случае, когда МПФ системы имеет гауссову форму и компоненты МПФ таковы, что шум на индикаторном устройстве белый, уравнение для ЛТр„р приводится к виду Лг поря ЛТРа,з — — 3 "," ()т[мрад '))(а!тп)'~2р'~~ехр(2изоа)т) (Т,Г) (а)я)'~~ (5.118) гДе та — вРемЯ элел1ента РазложениЯ на пРиемнике.
Основная польза функции ЛТЄРсостоит в том, что это отличный обобщенный критерий, характеризующий как тепловую чувствительность на низкой частоте, так и предельное разрешение на высоких частотах. ЛТр„р позволяет эффективно сравнивать системы, поскольку этот критерий учитывает влияние шума, разрешения, временнбго и пространственного суммирования и искажений изображения. Кроме того, ЛТр„р связана с практическими задачами, такими, как опознавание объектов при наличии шумов в изображении. С другой стороны, МПФ связана с особенностями различения и опознавания объектов в отсутствие шумов.
В зависимости от практической задачи показательным для результирующей характеристики системы может быть интеграл от самой МПФ или ее квадрата, либо частота, на которой значение МПФ равно 5%. 202 ГЛАВА 5 ЛИТЕРАТУРА 1. Же!Ье %. К., С1аввИ!сахшп апй Апа!ув!в о1 1шабе-Рогш!В3 Бувгешв, Ргос. 1Р«Е, 47, 1593 — 1604 (1959). 2. На««Ь!пв 7. А., Сепега1!хей Р!Епгев о1 Мег!1 1ог 1п1гагей !шаб!пб Бувгегпв, йерог! ОКЬ-ТВ-68-12, Ое1епве йевеагсЬ ЬаЬогагогу, Оп!тегв!!у о1 Техав ас Апвйп, 1968, 3.
Хадсон Р., Инфракрасные системы, изд-во «Мир», 1972. 4. Соболева Н. «р., К расчету энергетической чувствительности ИК-сканирующей аппаратуры, Оптико-мсханическа промишкенность, 37, № 10, 9 — 11 (1970). 5. БсЬайе О. Н., Бг., Ап Еча!па1!оп о1 РЬо!о8гарййс !шабе Япа!йу апй йово!ч!пб Ро«чег, 18МРТЕ, 73, 81 — 120 (1964). 6. Сепопй й., Нобатов А!гсгай Сошрапу, Сп!тег С!гу, СарНогп!а (частное сообщение). 7. Бепйа!! й. Ь., Хегох Е1ес)го-Орйса1 Був!ешв, Равайепа, СаЬНогп!а (частное сообщение). 8.
Норрег'С. Б., Техав1пв!гпшеп!и,!пс., Оа!!ав, Техав (частное сообщение). 9. Огуйеп1Е., Аего!е! Е1ес!го-Бух!вша СогрогаИоп, Ахова, Са!!(огп!а (частное сообщение). 10. К1е1пЬапв %. А., Ор1!пшш Брес1га1 ЬТ!!еПпб 1ог Вас1сбгоппй-Ь!ш!!ей !п1гагей Був1егпв, ТОБА, 55, 104 — 105 (1965). Глава 6 Оптика 6.1.
Элементы оптических систем Используя простейшую классификацию оптических систем, можно разделить нх на линзовые, зеркальные и комбинированные зеркально-линзовые. Выбор оптической системы на основании предъявляемых к ней требований осложняется тем, что каждому типу систем присущи свои достоинства и недостатки. При определенном диаметре и фокусном расстоянии потери на отражение и поглощение в линзовой системе будут больше, чем в зеркальной, однако суммарная эффективность зеркальной системы может оказаться выше или ниже эффективности линзовой системы в зависимости от степени экранирования зеркала в центре.
Зеркальная (отражающая) оптическая система обычно легче по весу и дешевле, чем линзовая оптическая система тех же размеров, однако зеркальные системы могут и не обеспечить столь качественное изображение, как линзовые. Например, сферические зеркала нельзя исправить по внеосевым аберрациям, не применяя преломляющую коррекционную пластину, в то время как систему линз со сферическими поверхностями легче сбалансировать по аберрациям при расчете.
Поскольку сферические поверхности изготовлять дешевле, чем асферические, это важное преимущество. С другой стороны, линзовые системы в отличие от зеркальных имеют хроматические аберрации. Прн проектировании систем г"Ыв существует тенденция отдавать предпочтение линзовым системам в связи с тем, что в этом случае существует много способов получить в компактных конструкциях иэображение высокого качества. Однако преимущество отражательной оптики по стоимости заставляет вновь пересматривать обоснованность этой тенденции всякий раз, когда начинается разработка новой оптической системы. Рассматривать оптическую систему независимо от системы сканирования трудно, поскольку обе системы тесно связаны: выбор второй в значительной мере влияет на разработку первой н наоборот.
Таким образом, нужно кратко рассмотреть системы сканирования. Они разделяются на два типа в зависимости от ГЛАВА е гьу ад Фиг. 6.С Сканирующие устройства в параллельном (а) и сходящемся (О) пучках. того, осуществляется сканирование в сходящемся или параллельном пучке лучей. В первом случае сканирующее устройство работает в той части оптической системы, где лучи сходятся, т.
е. вблизи фокуса. В типичных схемах сканирующее устройство располагается между ближайшим к фокусу преломляющим элементом и линейкой чувствительных элементов приемника излучения. При работе сканирующего устройства в параллельном пучке оно располагается в той части оптической системы, где лучи параллельны или специально коллимируются.
Если сканирующее устройство рас- ОПТИКА 205 положено перед оптической системой, его иногда называют сканирующим устройством в пространстве объектов. Сканирующее устройство может быть также расположено между парой линз оборачивающей системы. Два примера приведены на фиг. 6.1. Выбор того или другого вида сканирующей системы для конкретного применения производится по результатам сравнительного анализа. Для сканирующей системы в сходящемся пучке в общем случае требуется меньше элементов, однако она вносит аберрации и искажения в сходящийся пучок, которые необходимо корректировать. Для системы сканирования в параллельном пучке в общем случае требуется более сложная и громоздкая оптика, но качество изображения не столь чувствительно к отклонениям зеркал от плоскостности, как в сходящемся пучке.
Сканирующий элемент в параллельном пучке должен соответствовать максимальному размеру проекции входного зрачка, поскольку обычно требуется разместить сканирующее устройство в пределах оптической системы. Имея в виду эти различия, можно перейти теперь к рассмотрению оптических систем. 6.2. Основные законы геометрической оптики Рассмотрим в идеализированном виде два интересующих нас оптических явления: преломление на границе двух прозрачных диэлектрических сред, как в линзе, и отражение от поверхности идеального проводника, как в зеркале.
Рассмотрим фиг. 6.2, на которой показана граница между двумя диэлектриками. Каждый материал характеризуется параметром, который называется показателем преломления и и представляет собой отношение скорости света в вакууме к скорости света в материале. Для немагнитных ляеламляюиая Норма енюяй Фиг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
