Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Тогда З (оо/Ло1 ось ~ '~~ ( ~Фс ' )' или (8.9) Решая эти уравнения относительно дд, получаем ( ооо) + С~~ ( еп) ~Ма (Л + '~~)7 ) (810) 1ФА ;~а в, У (л+) 1ФА К» == л, ",~~щи, Необходимо решить в: уравнений относительно й = и неизвестных. В простейшем случае, когда п = 2, решение имеет внд ло = —, (+) при дт = 1. (8.12) 3 1 Отсюда можно предположить, что общее решение имеет вид (8.13) Р У.Рз 1Х ~ у~о11И, ~ Х (8 14) Таким образом, максимальное теоретическое значение отношения сигнала к шуму, соответствующее оптимальному подбору коэффициентов усиления, равно квадратному корню из суммы квадратов отношений сигнала к шуму отдельных элементов. Если чувствительность всех элементов одинакова, то эффективная удельная Подставляя это предполагаемое решение в ряд уравнений (8.11), получим тождество, что свидетельствует о правильности выбранного решения. Подставляя данное решение в уравнение (8.7) для Я,/У„найдем 298 ГЛАВА 8 обнаружительная способность В," будет равна )7в (~ч~ ~рвв)1/2 (8.15) и по теореме Ролля (8.16) 77о =')' л)7вр.
вв~ где ~Гх: (8.17) 8.3. Сравнение характеристик систем РЫК с параллельным и последовательным сканированием Автор твердо убежден, что последовательное сканирование имеет преимущество над параллельным для большинства применений систем РЫК. Явное предпочтение, отдаваемое в этом разделе системам с последовательным сканированием, должно рассматриваться прежде всего как выражение этой точки зрения автора. Приведенные здесь утверждения основаны на современном состоянии технологии и прогнозируемых перспективах ее развития, однако они вполне могут оказаться опровергнутыми при радикальном усовершенствовании технологии изготовления приемников излучения.
С учетом преимуществ последовательного сканирования можно сделать следующие утверждения: 1. Данный уровень объективных характеристик системы с последовательным сканированием может быть достигнут счислом чувствительных элементов приемника, составляющим не более 1/18 этого числа в системе с параллельным сканированием. 2. Если системы с параллельным и последовательныы сканированием имеют одинаковые объективные характеристики, то система с последовательным сканированием обеспечит лучшее по субъективной оценке качество изображения.
Эти утверждения основаны главным образом на практике использования систем РЫК с последовательным и параллельным сканированием с одинаковыми объективными характеристиками, а также подкрепляются следующими техническими аргументами. Рассмотрим две системы РЫК с последовательным и параллельным сканированием, имеющие следующие одинаковые параметры: 1) диаметр входного зрачка и оптическое пропускание; 2) поле зрения; 3) угловой размер чувствительного элемента приемника; ТИПЫ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ 299 4) частоту кадров; 5) число активных строк на высоту картины; 6) спектральный диапазон работы; 7) зависимость|)* и чувствительности от длины волны и электрической частоты. Напомним, как указывалось в гл. 5, что эффективная тепловая чувствительность системы улучшается при уменьшении отношения Ь Тррр4' г.
Необходимое для сравнения уравнение, определяющее ЬТррр, имеет вид я р'.ьа/я уг. ))А )эр (ь ) (аи'/ьт) ' (8.18) где п — число чувствительных элементов приемника излучения. Если сравнить две системы по отношению ЬТр,р/'р' Г при условии, что семь указанных выше параметров одинаковы, то сравнение можно свести к рассмотрению показателя качества Ч, определяемого уравнением )/Л/ )/и *~ р) (8.19) Эталонная эквивалентная шумовая полоса Л/н зависит от времени элемента разложения и шумовых характеристик системы приемник — предусилитель. Обнаружительная способность .0* (Ар) зависит от напряжения питания приемника, режима его работй (ОФ или какой-либо другой) эффективности применения охлаждаемых диафрагм и, наконец, экономических соображений при изготовлении приемников.
Ко времени написания книги (1974 †19 гг.) наиболее употребительные приемники излучения имели значительную составляющую шумов со спектром вида 1// в полосе частот, характерной для работы систем с параллельным сканированием. В то же время в полосе частот, типичной для систем с последовательным сканированием, вклад шумов 1// незначителен.
Обеспечить функционирование чувствительных элементов приемника в режиме ОФ при числе элементов 200 гораздо труднее, чем в линейке с числом элементов 20. Формы охлаждаемых диафрагм на практике делают простыми; обычно это обыкновенные щели, а не набор отверстий. При параллельном сканировании щель длиннее и такая диафрагма менее эффективна, чем более короткая щель при последовательном сканировании.
В системе с параллельным сканированием, содержащей 200- элементный приемник излучения, для обеспечения стыковки приемника с устройством для охлаждения небольшой мощности приемник должен работать при низком напряжении питания, чтобы ГЛАВА Э уменьшить приток тепла. Таким образом, утрачивается возможность выбора напряжения питания с учетом условий оптимизации обнаружительной способности й* (Хр). Перечисленные четыре фактора дают преимущества системе с последовательным сканированием, что в настоящее время позволяет обеспечить в такой системе с числом чувствительных элементов и = 20 такой же показатель качества (), что и в системе с параллельным сканированием с числом чувствительных элементов приемника п = 200.
Второй аргумент в пользу последовательного сканирования— более высокое, субъективно воспринимаемое качество изображения, что связано главным образом с трудностью изготовления многоэлементных линеек для параллельного сканирования с одинаковыми элементами по обнаружительной способности и чувствительности. Если в системе с параллельным сканированием не предусмотрена в той или иной форме автоматическая регулировка чувствительности, неоднородность элементов по чувствительности приведет к большой паразитной разности сигналов от строки к строке из-за неодинакового восприятия однородного теплоизлучающего фона. С другой стороны, при использовании автоматической регулировки увеличивается разница в шумах чувствительных алементов приемника. Обе эти проблемы не возникают в системах с последовательным сканированием, поскольку в них неоднородности элементов по обнаружительной способности и чувствительности сглаживаются таким образом, что сохраняется максимально возможное отношение сигнала к шуму.
8.4. Обработка сигнала 8.4.1. Низкочастотная характеристика и восстановление постоянной составляющей Усиление сигнала приемника излучения по переменной составляющей применяется в системах тепловидения по следующим трем причинам. Во-первых, для хорошей передачи контраста требуется вычесть фон, и это в первом приближении достигается блокированием постоянной составляющей.
Во-вторых, перед обработкой сигнала необходимо устранить постоянное напряжение питания приемника излучения. В-третьих, нужно свести к минимуму влияние шума приемника вида 11(. Простейшая схема, обеспечивающая выполнение этих функций, представляет собой ЛС-фильтр верхних частот (фиг. 8.4). Определение реакции фильтра на синусоидальную волну представляет тривиальную задачу, однако нас интересует реакция фильтра на входной сигнал любой формы. Входное и выходное ТИПЫ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ С Г О Фиг. 8.4. Схема передачи сигнала по переменной составляющей, напряжения описываются выражениями ! (8.20) (8.2() где ()о — заряд конденсатора в момент времени, равный нулю.
Производя преобразование Лапласа выражений (8.20) и (8.21), получаем Разложение первого члена на элементарные дроби 1 1 Со 1 Ев(в) = Ет (а) ( ВС ' (1)ВС) + () С з+(1 ВС) и обратное преобразование Лапласа дают т) ,-няс( б(0)~ чо -сяс 1 ВС С 1 о и-Нис е (1) „с-Иис С ВС (8.26) ') Символ о означает свертку.
~ ( ) + ~7о ( т( ) Л (8.22) Е, (а) = т (в) Е. (8.23) Решая уравнение (8.22) относительно 1 (в) и производя подстановку в уравнение (8.23), получим Е1 ( — (0о/Сз) ВСз ° В()о В+ (1/Сг) ВСг-)-1 ) ВСо 1-1 = — Е,() — С' 1 1 (8.24) 3+ ВС' о+ —, ВС ГЛАВА З ег (с) Фиг. 8.5. Импульс и реакция ва импульс схемм пвредачи сигнала по переменной составляющей.
Уравнение (8.26) описывает реакцию схемы е, (г) на любой входной сигнал еь (г). Пусть заряд ~о в данный момент равен нулю, и пусть е, (г) = = б (1 — т) — импульс с единичной площадью, поступивший в момент времени г = т. Тогда е, (г) = 6 (е — т) — — е-0-сУ Яс (8.27) как показано на фиг. 8.5. Интегрируя ео (г) по всему интервалу времени, получаем интересный результат: Ю (1) т1 ( б(1, ),ое ~ е-и- ляслг 1 е-яяс ~ 0 1 яс о о ч о (8.28) Можно доказать, что такой же результат получится для любого еа (1). Таким образом, рассматриваемая схема обладает тем свойством, что среднее значение сигнала на ее выходе равно нулю, как и следовало ожидать, поскольку схема не пропускает постоянную составляющую. Когда заряд Чо не равен нулю, то М ~ е'(") с(~ яс' . (8.29) о Интересно рассмотреть реакцию схемы на единичный скачок и на импульс единичной амплитуды на входе. Для единичного скачка на входе (фиг.
8.6, а) ,,(е) ц (г т) е-ы .уяс (8.30) получаем на выходе (фиг. 8.6, б) в соответствии с уравнением (8.26). ,(г) (7(Е )е-и- Нлс (8.31) ТИПЫ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ и Е=г Фиг. 8.6. Скачок и реакция на скачок. Для импульса шириной Ер ег (Е) = Весй ( — ) (8.32) е (Е) =Весь ( — ~) е-<'-пенс — У(Š— Š— т)(е е'и гине — 1) = ги -«-Е -гнве (8.33) Функции е, (Е) и е, (Е) для этого случая показаны на фиг. 8.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
