Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Для выполнения построчного сканирования такое зеркало должно иметь а колебательных движения относительно взаимно перпендикуярных осей. Пространственное перемещение зеркала может осу, ествляться, например, с помощью кулачковых механизмов. Профиль кулачка выбирается таким образом, чтобы время прямого и обратного движения сканирующего поля было существенно ,азличным, при этом развертка изображения производится только во время прямого хода луча, составляющего 0,6 — 0,9 от времени полного колебания, а во время обратного хода зеркало должно вернуться в свое исходное положение. В процессе сканирования мгновенное поле зрения прибора движется в плоскости расположения объекта наблюдения по некоторой траектории, образуя растр, форма которого определяется ие только желаемым законом сканирования, но и конструкцией сканирующей системы.
В результате несоответствия формы растра некоторой идеальной форме, определяемой законом сканирования, возникают искажения, требующие либо учета и сведения к минимуму, за счет ограничения углов поля обзора, выбора наиболее рациональной оптической схемы и т. д., либо разработки специальных методов автоматической компенсации. 1.6. Траектория сканирования плоским зеркалом Траектория движения сканирующего поля, образованная в плоскости объекта при построчном сканировании с помощью качающегося зеркала, зависит от способа его закрепления и в наиболее простом случае может быть найдена следующим образом.
Пусть плоское зеркало расположено под углом у к оптической оси объектива, причем начальное значение угла установки д = = у, = 45 (рис. 44). Сканирование вдоль строк осуществляется за счет поворота зеркала вокруг вертикальной оси ЙЙ на угол — р. Сканирование по кадру осуществляется путем поворота зеркала вокруг оси ММ в пределах угла — Ьу = у — 45'. Перемещение сканирующего поля в плоскости объекта характеризуется координатами х и у, которые связаны с углами отклонения зеркала следующими соотношениями: где сс =- 2Ьу — — угол поворота сканирующего поля.
Следовательно, при а =- 0 и у = О для любого р, т. е. средняя строка растра, образованного сканирующим полем, будет прямой. Если же а + О, то координата у зависит от угла р и сканирующее поле будет двигаться в плоскости объекта не по прямой, а по изогнутой линии. Количественной характеристикой отклонении растра от прямоугольного может быть наибольшее относительное изменение размеров растра, соответствующее краю поля обзора (а = — С"пах) е ~~У У|пах — Уо (/о/сов 0пах) (К (хпих — (Х.о/сов 0) !К апих Уо Уо (~о/соло) (й схзпах — 1.
сов ~илах ДлЯ малогО Р „, соя Рп,ах ~ 1 — Р,'„ах/2, т. е. ЛУ/У, Рх„ах/2. При повороте зеркала вокруг осей с постоянной скоростью сканирующий луч будет двигаться с переменной скоростью. Действительно, пренебрегая зависимостью у от найдем: дх ' ! ф ду йх Ф Нсс Ф (у = — а — = Ы.о дп сова и Относительное изменение скорости сканирующего луча при его перемещении от середины к краям поля обзора равно: "Р=Р „ — "а=о хр в Лх ! ха сов йпих Л Рис, 44. Траектория сканирования (форма У а=а а=а х У а=о растра) при построчном сканировании плоским зеркалом: Уа=о 1 скаиирунаиее аеркало„" л — объектнн; Л— ЛУ ! диафрагма поля; е — конденсор; а — приемник излучения Уо сов атак При а = 5', р „=- 10 имеем: Лу/уо =.1/соз р — 1 = = 1/соз 10 — 1 = 1,5 10 а; Лх/хо = 1/созв 10' — 3-10 ',Ьу/уо = = 1/соза 5 = 1 ° 10 '.
Если в системе записи изображения расстояние между строками и скорость движения записывающего луча постоянны, то изображение объекта будет геометрически искажено. Однако при небольших поляк обзора и рассмотренном способе качания зер- 63 искажения будут небольшими (относительное измененйе а меров растра не превышает 1 — 3%). 1-1есколько большие искажения возникают при ином способе репления сканирующего зеркала, который, тем не менее, находит „рименение в силу присущей ему жесткости конструкции (рис.
45). с этом случае сканирую- ее зеркало жестко крепится на оси ФА под углом 45 . Сканирование вдоль строки (рпс. 45 по 2 горизонтали) обеспечивается поворотом зеркала вокруг этой оси на й угол тр, а отклонение сканирующего луча по кадру (по вертикали) осуществляется за счет пово- ~у1 рота сканирующего зеркала на угол р вместе с осью, на которой оио за- Я креплено, вокруг оси ММ, проходящей через точку А пересечения оси ЙА с пло- и з И скостью зеркала Соответствующие расчеты и эксперименты, выполненные Г. М. Овча- ~ .
'г' репко, показывают, что форма растра, прочерчи- Рнс. 45. Траектория сканирования (форма ваемого в плоскости объек- Растра) при построчном сканировании плота сканирующим подем, ским зеРкалом, жестко закрепленнмм иа оси: в такой системе близка т — а ру ~ее нернял я а — об тня.. а— диафрагма поля; 4 — конденсор; 8 — прйенннк к трапеции.
Искривления излучения строк в верхней и нижней частях растра примерно одинаковы. Их можно оценить величиной коэффициентов (Ь,н„, — Й,, )lй, и (Й„п,„— Йн р)Й„~, зависящих от углов ср и у. При у =- =2,5 и тр = ="10 (поле обзора 10 Х 20') искривление строк составляет около 3%. Угловой размер каждой строки изменяется по полю и для тех же значений углов обзора степень его изменения, характеРизуемая коэффициентами (Ь „„— Ь,р)/Ь,р и (Ь,р — Ь„,н)/Ьср, составляет примерно 5%. 1.7. Примеры сканирующих устройств— тепловизоры «Рубин», «Филин» и камера Барнса Сканирование зеркалом, жестко закрепленным на оси, осуществлено в тепловизоре «Рубин» (СССР) — приборе, предназначенном для наблюдения малых перепадов температуры при решении медицинских и промьппленных задач. Обзор поля 20 х 10 осуществляется тепловизором «Рубин» в течение 1 мин мгновенным полем зрения, равным 7'. Минимальная разность температур обнаруживаемая прибором, составляет 0,05 на фоне комнатнои температуры.
Изображение регистрируется на злектрохимической бумаге. В качестве приемника излучения используется фотосопро. тивлепие из антимонида индия, охлаждаемое жидким азотом. Внешний вид тепловизора «Рубин» представлен на рис. 46. Рис.' 47.'Камера Барнса Рис. 46 Тепловизор «Рубин» Сканирование зеркалом, приводимым в движение кулачками строчной и кадровой развертки, использовано в тепловизоре фирмы «Барнс инжиниринг компани» (США), известном также под названием камеры Барнса, и в тепловизоре «Филин» (СССР). Внешний вид камеры Барнса представлен на рис. 47. Прибор обеспечивает обзор поля 20 м 10" или 20 х 5' за время 12 и б мин соответственно мгновенным полем зрения 3,4'.
Минимальная разность температур, обнаруживаемая тепловизором, равна 0,05 . Приемник излучения — неохлаждаемый болометр; запись изображения осуществляется на фотоматериале. Форма растра в этом случае близка к трапецеидальной. Степень отличия растра от прямоугольного для поля обзора 20х10' достигает 20%. Однако искажения изображения температурного поля в камере Барнса не происходит благодаря наличию жесткой пнхронизации сканирующего и записывающего лучей, прн кот„рой записывающий луч в системе регистрации изображения ,еремещается по тому же закону, что и сканирующий луч.
В ка,ере Барнса (рис. 48) сканирующее зеркало 1, совершающее „рострапственное движение от кулачкового привода, направляет „злучение от объекта через зеркальный объектив 2 на полупроводниковый болометр 8, который вырабатывает электрический сигнал, ,нравляющий яркостью лампы тлеющего разряда 4. С обратной стороны сканирующего зеркала расположено второе зеркало 5, которое отражает излучение лампы 4 па фотопластинку 6. Вследствие этого положение изображения лампы па фотопластинке строго соответствует поло- ! жению сканирующего луча в плоскости предметов, а степень почернения пластинки, г 'Е определяемая яркостью лампы, зависит от величины сигнала, вырабатываемого болометром, т.
е. от яркости объекта. В ряде случаев не представляется возможным осу- б Ф ществить жесткую синхрони- >> зацпю записывающего и сканирующЕго лучЕЙ. Это имеет Рис. 48. Принципиальная =лема скапироместо, напримЕР, при вос- панин и записи изображения н камере произведении изображения Барнса па экране электроннолучевой трубки, где развертка осуществляется генератором пилообразного напряжения, синхронизируемого датчиками опорных сигналов, связанными со сканирующим зеркалом. Как уже отмечалось выше, поскольку при этом в системе записи расстояние между строками постоянно, то изображение объекта будет геометрически искажено. В случае особой надобности эти искажения могут быть скорректированы таким выбором профилей кулачков механизма сканирования, чтобы скорость движения визирного луча была постоянна.
Следует отметить, что точность профиля кулачков механизма сканирования должна быть очень высокой. Зададимся, например, Условием, обеспечивающим изменение скорости движения визирного луча от одного элемента разложения к другому не более чем на — 10%, и пусть при этом приращение радиуса кулачка составляет 15 мм на всюстроку. Если в строке содержится 200 элементов Разложения, то приращение радиуса кулачка на один элемент Разложения составит 0,075 мм. Следовательно, для выполнения поставленного условия приращения радиуса кулачка на один элемент разложения должны отличаться от расчетных не более "еч на — 0,0075 мм. Поскольку на равномерность движения М. М.
Л1иро~вииков визирного луча влияют и другие детали конструкции (подшипники за счет люфта и т. д.), точность, с которой необходимо изготовить кулачок, должна быть еще повышена. ф 2. СКАНИРОВАНИЕ МНОГОГРАННЫМИ ВРАЩАЮЩИМИСЯ ЗЕРКАЛАМИ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЕ ДЛЯ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ И ОБЗОРА МЕСТНОСТИ 2.1. Принцип действия аппаратуры В оптико-электронной аппаратуре, предназначенной для картографирования и обзора л~естяости с самолета (рис. 49), одним из основных элементов является многогранное зеркало, которое вращается вокруг оси ОО, совпадающей с направлением полета.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
