Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Строго говоря, закон Ламберта справедлив только для особого класса источников излучения — абсолютно черного тела или идеально диффузно рассеивающих поверхностей. Но на практике он может применяться с достаточно хорошим приближением во многих случаях. Примерами являются поверхности Солнца и Земли, порошкообразные люминофоры, все тела с матовой диффузной окраской и т. д. 5 3. СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ 3.1. Поток излучения в полусферу Поток излучения в элементарный телесный угол Ий в соответствии с определением энергетической силы света равен Поток излучения в полусферу Ф,„можно найти следующим образом (рис. 202). Расположим излучающую поверхность дА в центре сферы радиусом 1с (начало координат хуг на рис.
202). Выбранное направление зададим углами а, ср и построим элементарный телесный угол дй, образованный двумя углами йх и йр. При этом на поверхности сферы будет вырезана площадка дА,, величина которой равна дА1 — — 1сЫайр яп а. Теперь можно определить телесный угол йй и элементарный поток ИФ„излучаемый внутрь этого телесного угла: сИ =- ЙА1/1сй = — сЬйр япсс; дФ вЂ” — 1сК~ =- 1Йкйр яп а. Так как в пределах элементарного телесного угла 1 = ВдА соза, сЮ = ВдА яп а созсс сйр. Выполняя интегрирование по а и ~р, найдем 2п л/2 Ф,„=дА ~ сйр ~ Вз1пасозасЪ. о о 247 В тех случаях, когда яркость излучающей поверхности по всем направлениям одинакова, т. е.
излучение поверхности подчиняется закону Ламберта,'-можно найти 2п п(2 2п и/2 Фь=ВЙА.~ й~1 ыпасовай~=а иА ~ ( — сов 2а/4) / щ о о о о сйр = — В дА ~ — = лВ дА. о Рис. 203. Освещенность элементарной площадки дА1 точечным источником Б Рис. 202. Схема излучения элементарной площадки ИА в по- луореру Энергетическая светимость в этом случае равна К = — 2тВ. 3.2. Энергетическая освещенность от точечных и протяженных источников Точечный источник, т.
е. источник излучения, размеры которого настолько малы по сравнению с расстоянием до приемника, что ими можно пренебречь в вычислениях, характеризуется энергетической силой света 1 (рис. 203). Поток излучения в элементарный телесный угол дй от точечного источника Я равен дФ = — 1 дй = У (ИА, соз и)Ц.2 где сИ = (дА2 созсе)ЫР. Следовательно, энергетическая освещенность сЮ 1соаа Б= — = ах т.а Полученная формула выражает следующие законы освещенности, создаваемой точечным источником. 1. Освещенность поверхности точечным источником прямо пропорциональна силе света источника в данном направлении и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемого им элемента поверхности (закон квадратов расстояний, или закон обратных квадратов).
Здесь 1 = Всоза, дА1, где  — энергетическая яркость элемента дА1 в направлении Е на освещаемый объект. Следовательно, йЕ =((Всоза,созав)Ы.в1ИА,. Рнс. 204. Освещенность Е поверхности Ав поверхностью А Элементарный телесный угол сИ,„под которым из точки О, виден излучающий элемент дА1, равен ив = (ИАх соз а1)11 в.
Следовательно, дЕ = В соз ав ив. Интегрируя полученное выражение по телесному углу й„ под которым из точки О, поверхности А, видна поверхность А„ найдем энергетическую освещенность поверхности А, в точке О~, создаваемую всей поверхностью А,: Е= ~ Всоза,дй,. са,> Если излучение поверхности А, удовлетворяет закону Ламберта, т. е. В = сопз$, то Е = В ~ созавсИ,. Фз) Полученная формула является основным выражением для расчета освещенностей от больших поверхностей. 2.
Освещенность пропорциональна косинусу угла падения лучей на освещаемую поверхность (закон наклона). Протяженный источник, т. е. источник излучения, размеры которого соизмеримы с расстоянием до приемника, характеризуется энергетической яркостью В. Пусть поверхность А, освещается большой поверхностью А, — протяженным источником излучения (рис. 204). Энергетическая освещенность поверхности Ав в точке О„ создаваемая элементарной площадкой ЙА„линейные размеры которой малы по сравнению с расстоянием Е между источником излучения и освещаемой им поверхностью, может быть вычислена по закону обратных квадра- те тов г1Е = (1 соз ав)11,в, ИА~ ображения на мембрану со стороны, подвергавшейся действию изо озоля, возгоняется цинк, которыи осаждается там, где аэроль не сконденсировался, и создает видимое изображение.
Представляет интерес жидюкристаллический преобразователь еплового (инфракрасного) изображения в видимое. В этом пребразователе одна сторона тонкой мембраны зачернена, а другая покрыта тонким слоем жидкого кристалла типа холестерина. При возрастании температуры мембраны вследствие воздействия иа нее ИК-лучей максимум рассеяния света жидким кристаллом смещается в коротковолновую область видимого участка спектра, что вызывает временное изменение окраски слоя. Возможны и другие типы преобразователей теплового изображения. Все они обычно состоят из слоя, поглощающего инфракрасное излучение, несущего слоя, обеспечивающего необходимую механическую прочность, и чувствительного слоя, изменяющего свои свойства при изменении температуры. Для поглощения излучения используются слои металлической черни, например золота, или полупрозрачные слои металла.
В качестве несущего слоя применяются тонкие пленки из нитроцеллюлозы, полиэтилентерефталата или окиси алюминия. Для получения видимого изображения используется изменение оптических свойств чувствительного слоя при изменении температуры: изменение прозрачности, отражения или рассеяния излучения, фазовых или поляризационных свойств. Люминесиентный приемник излучения (метаскоп) также может быть отнесен к несканирующим системам, создающим изображение. 'Зсе описанные выше иесканирующие системы, создающие изображение: фотографические, электронно-оптические, люминесцентные и преобразователи теплового изображения — не являются, строго говоря, оптико-электронными приборами, так как процесс преобразования излучения в электрический сигнал в них отсутствует.
Однако эти системы следует рассматривать как первичные накопители информации, которая затем анализируется оптико-электронными методами. Анализирующее устройство может работать последовательно (анализ узким полем) или параллельно (мозаичный приемник) как в результате получения изображения, так и в процессе его образования. Анализу может подвергаться вся информация, содержащаяся в изображении, или только та ее часть, которая представляется полезной. Например, глаз лягушки (или его электронная модель), как известно, анализирует (посылает в мозг) сигналы только тех изображений, которые несут полезную информацию: мошку, улетающую от ля~ушки, глаз видит, но не беспокоит этим сигналом мозг, так как язык лягушки все равно не сможет поймать мошку. Вудущие исследования в области опознавания образов, способности абстрагирования и параллельной обработки информаоправдывают проведенное рассмотрение несканирующих с"стем, создающих изображение.
Введем обозначение — ~ сова,сЩ сп т тогда Е = В,г,. Воспользуемся геометрической интерпретацией интеграла ~. Для этого опишем вокруг элемента освещаемой поверхности дА полусферу радиусом К = 1 (рис. 205). Тогда образующие телесных углов дй, и Й, «вырежут» на поверхности полусферы пло- щади йт и а, численно равные ~4 значениям соответствующих те- А ~г лесных углов, так как К = 1, Ф т.
е. сЬ = сИ,; а = Йя. Эле- мент поверхности до наклонен С$ ~ относительно плоскости основа- ння полусферы под тем же уг- г лом и,, который составляет пади дающий луч с нормалью к элементу поверхности дА,. Таким образом, произведение сов я, х Х сЬ=сов и, ЙИ, численно равно Х г площади проекции элемента по- верхности полусферы да=00, йасвхьг-6%4та~ на плоскость основания полуРис. 205. Геометрическая интерпрета- щаемого элемента. ц"" инте"рана 2~ = ~ спас'*Ф~г Отсюда следует, что интегЮз) рал г', численно равен площади проекции на плоскость основания той части поверхности полусферы (с радиусом, равным единице), которая «вырезаетсяъ телесным углом й,. Рассмотрим два примера.
1. Пусть освещенность малой площади ЬА, создается бесконечно большой равнояркой плоскостью или вогнутой полусферой произвольного радиуса; тогда телесный угол Й, равен всей полусфере и, следовательно, площадь проекции полусферы на плоскость ее основания равна площади большого круга ггпу' = л, так как К = 1. Значит, ~ = л, а освещенность площади ЬАя равна 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
