Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами (1095912), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В ОЭП co сканированием поле обзорасостоит из множества полей зрения. В ОЭП без сканирования поле обзорасовпадает с полем зрения.Быстродействие:времяотфиксирования результата наблюдения.началапроцессанаблюдениядоРезультатнаблюдения:фактобнарyжения,распознавания,идентификации или измерения параметра объекта наблюдения.Разрешающая способность: наименьшее значение угла между двумяточечными источникамиизлучения, которыемогутбыть раздельнообнаружены с помощью ОЭП.Погрешность измерения: отклонение результата наблюдения отистинного состояния объекта наблюдения.Чувствительностьопределяется отношением выходного напряжения к количеству света,падающего на ФПМ в секунду, или выходного напряжения к экспозиции призаданной частоте кадров.
Чувствительность может быть выражена в ЕМР илив вольтах. Здесь чувствительность выражается в вольтах на люкс в секунду.Чувствительность зависит от условий измерения, которые необходимоуказывать. Чувствительность ФПМ непостоянна в спектральном диапазоне.Она зависит от длины волны излучения. Поэтому строятся спектральныехарактеристики, показывающие, как чувствительность ФПМ зависит отдлины волны излучения.Темновой ток.Из-за утечек в кремнии, которые суммируются от каждой ячейки,возникаеттемновойтокнавыходеФПМ.Причемтемновойтокувеличивается вдвое при увеличении температуры на 10 ╟С. При высокомтемновом токе получается высокий уровень черного, который уменьшаетконтраст изображения. Следовательно, должны использоваться специальныесхемы для уменьшения темнового тока.Шум считываниязависит от времени и создает новую шумовую картину при каждомсчитывании ФПМ.
Если ФПМ равномерно осветить и отснять 10 или 15снимков равномерной сцены с равномерным освещением, имея идеальнуюФПМ, то результат считывания данной ячейки будет всегда одинаков. Вреальной жизни из-за шума считывания результаты считывания ячейкиизменяются, и значение шума считывания определяет диапазон отклоненийрезультатов считывания. Для ФПМ хорошего качества шум считыванияобычно находится в диапазоне от 2 до 4 ЕМР.Геометрический шумобусловлен разбросом положения ячеек в матрице. Он вызываетфиксированный шум с независимой от времени картиной в темноте. Крометого, имеется неоднородность чувствительности к свету по полю матрицы.Эта неоднородность вызывает шум, подобный геометрическому, но по мерероста освещенности геометрический шум становится более отчетливым из-занеоднородности чувствительности к свету.Сбойные ячейки:Не все ячейки в матрице датчика изображения реагируютодинаково на данные условия освещения.
Большие отклонения от нормыназывают сбоями.Определение "большие" зависит от системы. Для фото- иливидеокамеры сбоем называется то, что человеческий глаз различает какдефект изображения. Для системы технического зрения сбоем называется то,что является недопустимым с точки зрения алгоритма.Сбои вызываются: отклонениями от технологического процесса;дефектными цветовыми фильтрами и микролинзами; пылью и грязью подстеклом; пылью, грязью и царапинами на поверхности стекла.Горячие ячейкивыдают при считывании в темноте значение кода, превышающеесреднее значение. Они проявляются на изображении как яркие точки натемном фоне.Холодные ячейкипри считывании на свету выдают значение кода ниже среднегозначения.
Холодные ячейки вызываются наличием частиц пыли сверху наячейке и не зависят от значения усиления или температуры.Динамический диапазоннаходится как отношение максимального (уровень насыщения) иминимального (уровень шумов) значений обнаруживаемых сигналов,выражаемое в децибелах. Динамический диапазон определяет, сколькоградаций яркости можно обнаружить в одном кадре.Типы затворов.Цифровые камеры имеют один из трех типов электронных затворов,которые управляют экспонированием.В электронных затворах для установления времени экспонированияиспользуется датчик изображения. Схема синхронизации сообщает датчику,когда начинать и прекращать экспонирование. Электронные затворы бываютдвухтипов.Прискользящемэлектронномзатвореодновременносбрасываются все ячейки в верхней строке, а затем происходит ихсчитывание. Затем сбрасываются ячейки следующей строки, происходит ихсчитывание и так далее до самой нижней строки.
При глобальномэлектронном затворе сбрасываются ячейки всей матрицы одновременно.Затем считываются ячейки всей матрицы построчно.Электромеханический затвор-механическоеустройство,котороеуправляетсяcпомощьюэлектроники.Электрооптический затвор- электронно управляемое устройство перед датчиком изображения,которое изменяет пропускание световода.Чтобы не вносить искажения при съемке быстропротекающихпроцессов с помощью скользящего затвора, нужно добавить механическийзатвор поверх датчика в дополнение к электронному скользящему затвору.Глобальные затворы более дорогие и менее чувствительные, чем скользящийзатвор. Но они не вносят искажения при съемке быстропротекающихпроцессов.Режимы считывания.В датчике с чересстрочной разверткой сначала обрабатываютсянечетные строки изображения (нечетное поле), а затем четные (четное поле).Этот вид датчиков часто используется в видеокамерах, потому что втелевидениипрогрессивнойприменяетсяразверткойчересстрочнаястрокиразвертка.обрабатываютсяВоднадатчикезасдругойпоследовательно.Кадрированиеиспользуется для того, чтобы вырезать часть изображения.
При этомберется только часть поля зрения, но увеличивается скорость кадров.Биннинг(подвыборка) позволяет увеличить чувствительность ФПМ за счетснижения разрешающей способности. Используются все ячейки матрицы, ноиз них формируются суперпикселы. Для черно-белых ФПМ ячейкиобъединяются в группы 2 х 2. Для цветных ФПМ с байеровскимцветофильтром ячейки объединяются в группы 4 х 4.Направление сканированияЕсли нужно перевернуть изображение по вертикали, то в ФПМ спроизвольной выборкой достаточно сменить направление сканирования. ВФПМ с фиксированной выборкой для этого нужно считать полный кадр,сохранить его в ОЗУ, а затем использовать ОЗУ для смены направления.2.1.2.
Параметры объективовМатериал линз объектива.По материалу, из которого изготавливаются линзы, различаютсяполностью стеклянные, полностью пластиковые и гибридные объективы.Стеклянныелинзыхарактеризуютсяширокимвыборомпоказателейпреломления, большими долговечностью и устойчивостью к внешнимвоздействиям. Пластиковые линзы имеют более изощренную форму,меньшую стоимость, лучшую серийноспособность.Формат объектива определяется диаметром линз. Ниже показана связьдиаметра объектива с диагональю датчика изображения:Формат объектива, дюйм12/3 1/2 1/3 1/4Диагональ ФПМ, мм16118651/53,51/72,5Фокусное расстояние - расстояние от центра объектива до точкифокуса, в которой фокусируется изображение на датчике изображения (рис.2.1).Фокусное расстояние определяет угол поля зрения объектива иизмеряется в миллиметрах.
Ниже приведены градации объективов:ПорасстояниюфокусномуКороткофокусныйПо углу поляФокусноезрениярасстояние, ммныйШирокоуголь< 35НормальныйНормальный35...65ТипичныйТипичный50ДлиннофокусныйТелеобъектив> 65Рис. 2.1. Схема объективаf'-фокусное расстояние; F' - точки фокуса.Угол поля зрения определяет часть сцены, которая проецируется нафоточувствительную область. Чем больше фокусное расстояние, темменьшая часть сцены проецируется на ФПМ и тем больше коэффициентувеличения объектива.Широкоугольные объективы лучше подходят для съемки зданий,пейзажей, интерьеров и улиц.
Телеобъективы используются для портретов исцен природы. Нормальные объективы являются компромиссом междуширокоугольными и телеобъективами.Полезренияширокоугольныхобъективовпокрываетбольшуюплощадь и имеет большую глубину, поэтому фокусирование в данном случаене критично. Поле зрения длиннофокусных объективов вырезает из сценыдетали и имеет малую глубину резкости, поэтому фокусирование в этомслучае критично. Незначительное движение камеры может вызвать смазизображения, т.е. объекты переднего плана могут стать размытыми.Объектив считается нормальным с точки зрения фокусного расстояния,если оно близко к длине диагонали фоточувствительной области (табл. 2.1).У цифровых камер диагональ фоточувствительной области составляет6...10 мм. Поэтому нормальное фокусное расстояние их объективов меньше,чем для пленочных камер с шиной кадра 35 мм.Таблица 2.1.
Фокусное расстояние нормального объективаФокусное расстояниенормальногообъективаФорматфоточувствительнойобластиДиагональфоточувствительнойобластидюйммммм1/34,8 - 3,6671/26,4 - 4,8872/38,8 - 6,611103/436 - 2443502¼ -2¼57,15 - 57,15 90804-5101,6 - 127150163Трансфокаторы.Многие цифровые камеры снабжены объективами, которые позволяютоперативно изменять фокусное расстояние. Такие объективы называюттрансфокаторами. Диапазон фокусных расстояний такого трансфокатораобозначается его увеличением. Например, трансфокатор 3Х может увеличитьили уменьшить объект в изображении в 3 раза в зависимости от направленияизменения масштаба.
Другой способ обозначения трансфокатора: указаниедиапазона изменения фокусных расстояний, например 38...114 мм.Трансфокаторыбываютдвухвидов:оптическиеицифровые.Оптический трансфокатор фактически изменяет часть сцены, котораяпроецируется на датчик изображения. Каждый пиксел в изображениисодержит уникальные данные, так что результирующая фотографияполучается четкой и ясной.Существуют следующие диапазоны оптического изменения масштабаизображения: 3х, 4х, 5х, 6х, 7х, 8х, 10х и 14х. Камеры с большим диапазономизменения масштаба изображения, как правило, имеют и самое большоемаксимальное значение фокусного расстояния.Цифровой трансфокатор увеличивает масштаб изображения, используяловкий трюк. Он вырезает часть исходного изображения, проецируемого надатчик, а затем запоминает эту часть и увеличивает ее так, чтобы подогнатьпод размеры датчика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
