Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами (1095912), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.5. Схема алгоритма проверки системностиСуть проверки системности состоит в выявлении необходимых,лишних и дублирующих подцелей с точки зрения достижения цели.Выбор метода оптимизациидля приборов ночного видения (ПНВ). Прежде чем оптимизировать,нужновыбратькритерийоптимизации.Такойкритерийобязанудовлетворять следующим требованиям:быть статистическим, т.е. учитывать наличие помех в оптико-электpонном тракте;отвечать на вопрос: какая из двух сравниваемых системвоспроизводит изображение лучшего качества?учитывать характеристики зрительной системы наблюдателя;быть наглядным.Для ПНВ наиболее полно удовлетворяет указанным требованиямкритерий вероятности различения глазом изображения объекта на заданномуровнедешифрациипоследнего(обнаружениеилираспознавание).Дальность действия, выбранная в качестве оценочного критерия, будетопределяться относительно заданного значения вероятности решениянаблюдательнойзадачи.Этонеисключаетвозможностьоценкиэффективности различных вариантов систем непосредственно по значениювероятности при условии неизменности расстояния до объекта.Для многозвенных систем в качестве основной проектной процедуры,выполняемойспомощьювычислительноймодели,целесообрaзноиспользовать анализ системы методом имитационного моделиpования.Взаимодействие моделей звеньев между собой реализуется путемпередачи от одного программного модуля к другому параметров сигнала,характеризующихинформационноеифизическоесостояниетракта.Совокупность этих параметров называется вектором фазовых переменных(ВФП).
Состав компонентов вектора выбирается, во-первых, исходя изнеобходимости вычисления расчетного критерия, во-вторых, с цельюобеспечения возможности оценки вклада каждого звена в качествовыводимой информации. В этой связи в вектор включены: частота основнойгармонической составляющей полезною сигнала (пространственная иливременная), уровни сигнaлов от объекта и фона, коэффициент модуляцииполезною сигнала, отношение полезного сигнала к шуму. Под полезнымсигналом здесь и далее будет пониматься разность между уровнями сигналовот объекта и фона.
Впервые ВФП генерируется модулем ОФС, а затеммоделируетсяпроцесспоследовательногопреобразованияфазовыхпеременных каждым звеном прибора.Наборы входных и выходных параметров всех модулей одинаковы. Этопозволяет применить единый методологический подход к построениюматематической модели кaждогo звена и определить набор требуемых длявсех модулей алгоритмов. Математическая модель должна представлятьсобой ненормированную передаточную функцию реализуемого звена ивключать следующие процедуры: моделирование процессов преобразованияуровней сигналов с входа на выход с учетом частотной характеристики звена(ЧКХ и АЧХ), пересчет отношения полезного сигнала к шуму с входа навыход с учетом собственных шумов звена, преобразование частотыполезного сигнала.Рассматриваемая версия модели содержит три базовых алгоритма:сквозной анализ ПНВ, определение дальности действия ПНВ и расчетзависимости вероятности решения задачи наблюдения от расстояния дообъекта.Выбор метода оптимизации для системы ориентации.Главный критерий оптимизации - достоверность распознаванияобъектов наблюдения.
Для выполнения этого критерия нужно подобратьсоответствyющие значения параметров прибора.Требования к прибору. Угловая погрешность прибора должна бытьдостаточной для того, чтобы идентифицировать каждое угловое расстояниемежду объектами или элементами объекта. Диаметр входного зрачка долженобеспечить регистрацию звезд заданной звездной величины, а угол полязрения - одновременную регистрацию необходимою количества звезд,используемых для распознавания.Первый этап оптимизации.
На основании численных экспериментов скаталогом звездном неба строится зависимость угловой погрешностисистемы ориентации от величины видимого блеска звезд, фиксируемыхприбором. При этом можно выбрать такую звездную величину, при которойпогрешность не больше допустимой, либо так изменить параметры прибора,чтобы при заданной звездной величине погрешность не превышаладопустимую.Второй этап оптимизации.
На основе численных экспериментов скаталогом звездного неба строится зависимость диаметра одного зрачкаприбора от видимого блеска звезд, используемых для распознавания, и ихспектральногокласса.Другимисловами,выполняетсягабаритно-энергетический расчет ОЭП системы ориентации исходя из условиярегистрации звезд заданной звездной величины.Третий этап оптимизации. На основе численных экспериментов скаталогом звездного неба строится зависимость минимально допyстимогoугла поля зрения от количества звезд, используемых для распознавания.Четвертый этап оптимизации. По угловой погрешности прибора иразмерам ячейки ФПМ рассчитывается фокусное расстояние.
Посколькугеометрические размеры ячейки ФПМ должны соответствовать линейнойпогрешности прибора в плоскости наилучшего видения, то фокусноерасстояние будет оптимальным.2. Методика построения и анализа формирователей изображения сфотоприемными матрицами2.1. Основные параметры и характеристики ОЭП2.1.1. Параметры фотоприемных матрицСтруктура ФПМ.ФПМ состоит из двумерной матрицы ячеек, чувствительных к свету.Каждая ячейка соответствует элементу изображения или пикселу (picture sell~ pixel), поэтому ячейку тоже часто называют пикселом.
Ячейки датчикаизображения повторяются с определенным шагом, обычно измеряемым вмикрометрах. Структура ФПМ зависит, в частности, от способа считыванияинформации.Размерность:произведение числа ячеек в строке на число строк (например, 640 х 480или 2048 х 1).Разрешающая способность (или разрешение):плотностьсветочувствительныхячеекматрицы.Разрешающаяспособность датчика изображения существенно зависит от числа строк истолбцов.Шаг ячейки:размеры каждой ячейки, например 7,5 х 7,5 мкм.Диагональ:определяет размер объектива, например объектив формата 1/3 дюйма.Активные ячейки:ячейки, которые можно использовать для обнаружения света.Черные точки:оптически скрытые ячейки, используемые для оценки уровня черного.Чем больше количество пикселов, тем более детально изображение ичетче линии.
Если увеличить любое цифровое изображение чрезмерно, товозникает эффект, называемый пикселизация (появление на растровомизображении нежелательного регулярного геометрического узора, напримерв виде маленьких прямоугольников).Чем больше размер изображения в пикселах, тем больше файлизображения, необходимый для хранения. По этой причине некоторыекамеры позволяют задавать разные размеры при съемке изображений.Можно, вероятно, получить лучшие результаты с большим изображением, ноэто не всегда необходимо, особенно когда изображение предполагаетсявыставить в Интернете или отпечатать очень маленьким. В этих случаяхменьшие размеры изображения предпочтительны еще потому, что занимаютменьшие размеры файла.
Тогда можно отснять больше кадров при той жепамяти камеры.И хотя большее количество фотоячеек часто означает лучшееизображение, увеличение их числа дается нелегко и создает другиепроблемы. Например:размерычипаувеличиваются,аразмерыфотоячеекуменьшаются. Большие чипы с большим количеством фотоячеек приводят кувеличению затрат производства. Уменьшение размеров фотоячейки требуетспециальных мер для повышения ее чувствительности, чтобы фиксировать тоже самое количество света;большоеколичествофотоячеексоздаетизображения, что требует больших объемов памяти.большиефайлыКоэффициент заполненияявляется отношением площади фоточувствительной области ячейки ковсей площади ячейки.
Чем выше коэффициент заполнения, тем большеквантовая эффективность ячейки.Пороговая чувствительность: наименьшее значение сигнала (потокизлучения или освещенность), при действии которого на входной зрачокоптическойсистемыОЭПобеспечиваютсязаданныевероятностьобнаружения, погрешность слежения или погрешность воспроизведенияизображения объекта наблюдения. При этом значение сигнала должнопревышать уровень шума в заданное число раз.Дальность действия: наибольшее расстояние до объекта наблюдения,при котором поток излучения или освещенность от него на входном зрачкеприбора соответствуют пороговой чувствительности.Обнаружительная способность: величина, обратно пропорциональнаяпорогу чувствительности.Поле зрения: пространственный угол с вершиной в центре входногоотверстия оптической системы, в пределах которого объект наблюденияможет быть обнаружен прибором в данный момент времени.Поле обзора: пространственный угол с вершиной в центре входногоотверстия оптической системы, в пределах которого объект наблюденияможет быть обнаружен прибором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
