Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами (1095912), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Благодаря системе зеркало - объектив,датчик может быть yже просматриваемой области.Таблица 2.12. Расчет размера файла в зависимости от цветовойглубиныПараметр, единицаЦветоваябит/пикселглубина,КоличествоцветоввозможныхОбозначение ФормулаПример РезультатCD-24Npc22416216777ШинацифровогоWdiизображения, пиксел-1600-ВысотацифровогоHdiизображения, пиксел-1200-Количество пикселовNpWdi · Hdi-1 920 00Размер файла без сжатия:битFSu(WdiHdi)CD-46 080 00-5 760 00байтFSu / 8·Горизонтальнаяопределяетсячисломоптическаяразрешающаяфотоячееквдатчике.способностьОднакосканеравертикальнаяразрешающая способность зависит от шага передвижения носителяоригинала или источника света между сканированиями строк.

Например,сканер с размерностью 600 х 1200 имеет 600 фотоячеек в датчике и шагперемещения 1/1200 дюйма.Размер файла цифрового изображения, полученного в результатесканирования, зависит от значения используемой цветовой глубины. В табл.2.12 приведен расчет размера файла в зависимости от цветовой глубины.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИБОРОВ НОЧНОГОВИДЕНИЯ3.1. Разработка принципов имитационного моделирования3.1.1. Выбор критериев оценки качества ПНВДальность действия ПНВ отнесена к числу важнейших. В зависимостиот решаемой наблюдательной задачи рассматриваются два вида дальностидействия:дальностьобнаруженияидальностьраспознавания.Вычислительная модель должна также позволять рассчитывать пределразрешения, рабочее разрешение и ЧКХ прибора.

Другие критерии оценки(по стоимости, габаритно-массовым характеристикам и т.п.) остаются зарамки модели и контролируются проектировщиком самостоятельно.Как следует из рассмотренных методов расчета систем визуализации,дальностьдействиясистемыопределяетсяпокритериюоценкиэффективности совместной работы прибора и глаза человека, посколькутакая дальность представляет собой предельное расстояние до объекта, прикотором изображение объекта на экране прибора еще различается призаданном уровне дешифрации на пороге контрастной чувствительности.Поэтому необходимо выбрать критерий, представляющий численную оценкукачества создаваемого изображения с точки зрения наблюдателя.

Такойкритерий должен удовлетворять 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.Анализ литературных источников [34, 52, 54, 57, 109, 117] показал, чтодля ПНВ наиболее полно удовлетворяет указанным требованиям критерийвероятности различения глазом изображения объекта на заданном уровнедешифрации последнего (обнаружение или распознавание). Дальностьдействия, выбранная в качестве оценочного критерия, будет определятьсяотносительно заданного значения вероятности решения наблюдательнойзадачи.

Это не исключает возможность оценки эффективности различныхвариантов систем непосредственно по значению вероятности при условиинеизменности расстояния до объекта.3.1.2. Выбор совокупности внешних условий работы ПНВВ качестве основного объекта рассматривается объект с габаритами 2 х6 м. Цвет объекта желто-зеленый. Основным фоном является желто-зеленаятрава. Кроме тoгo, предоставляется возможность моделировать объект в видечеловеческой фигуры, одетой в серое шинельное сукно.

В качестведополнительного фона используется снег. Поверхность объекта принимаетсяперпендикулярной, а поверхность фона - приблизительно параллельнойнаправлениям наблюдения и подсветки. Обе поверхности считаютсяплоскими, однородными и диффузными. Тепловым излучением объектов ифонов в ближней ИК-области спектра, где работают ПНВ, можнопренебречь.Вопрос о спектральном составе естественной ночной облученностиземной поверхности рассмотрен в работе [112]. Анализ показал, чтосуществует четыре основных типа световой погоды ночью: сумерки, луннаяясная ночь, лунная пасмурная ночь и безлунная ночь. Каждый типхарактеризуется наиболее вероятным и только ему присущим спектральнымраспределением облученности за счет естественных источников излучения.Наличие или отсутствие облачности в сумерки и в безлунные ночипрактически влияют лишь на интегральную величину ЕНО.

За основной типсветовой погоды принята безлунная ночь. Поскольку моделируютсяусредненные условия наблюдения, допускается, что естественное излучениеявляется равно-ярким по всей небесной полусфере.Применяемая модель атмосферы усреднена по условиям влажности ивремени года. Метеорологическая дальность видимости для выбранноймодели превышает 1 км, что соответствует состояниям "дымка" и "туманнаядымка", в которых приземные слои атмосферы средних широт находятсяпримерно 90 % времени [110].

Спектральные коэффициенты пропусканияизлучения такой атмосферы для горизонтальных трасс получены из работы[98].Работа ПНВ рассматривается в статическом режиме, когда прибор,объект и фон неподвижны относительно друг друга.3.1.3. Разработка структуры вычислительной модели и обобщенногоалгоритма имитационного моделирования ПНВДля многозвенных систем в качестве главной проектной процедуры,выполняемойспомощьювычислительноймодели,целесообразноиспользовать анализ системы методом имитационного моделиpования.

Этотметод описан в разд. 1.2. За основу построения модели взята структурнаясхема ОЭСВ, представленная на рис. 3.1.Рис. 3.1. Базовая структурная схема ПНВ.ЕНО - естественная ночная освещенность; ОФС - объектно-фоновaяситуация; АТМ - слой атмосферы между прибором и объективом; ПОС приемная оптическая система прибора; ЭОП - электронно-оптическийпреобразователь; ВОЭ - волоконно-оптический элемент; ПЗС - ФПМ ПЗС;ОВС - блок обработки видеосигнала; ВКУ - видеоконтрольное устройство набазе ЭЛТ; НАБ - наблюдатель.Соответственно на рис. 3.2 изображена структура вычислительноймодели, повторяющая в общих чертах структуру базового ПНВ.Кроме того, рис.

3.2 определяет также основную пpоектнyю процедypу,выполняемую вычислительной моделью, - сквозной анализ ОЭТ.Штриховой линией (см. рис. 3.1) выделена часть оптико-электронноготракта, относящаяся непосредственно к прибору. Стрелка от наблюдателя кВКУ означает, что наблюдатель имеет возможность управлять параметрамиизображения на экране ВКУ.Взаимодействие моделей звеньев между собой реализуется путемпередачи от одного программного модуля к другому ограниченногоколичества параметров сигнала, характеризующих информационное ифизическое состояние тракта.

Совокупность этих параметров называетсявектором фазовых переменных (ВФП) [111]. Состав компонентов векторавыбирается, во-первых, исходя из необходимости вычисления расчетномкритерия, а во-вторых, с целью обеспечения возможности оценки вкладакаждом звена в качество выводимой информации. В этой связи в векторвключены: частота основной гармонической составляющей полезногосигнала (пространственная или временная), уровни сигналов от объекта ифона, коэффициент модуляции полезного сигнала, отношение полезногосигнала к шуму. Под полезным сигналом здесь и далее будет пониматьсяразность между уровнями сигналов от объекта и фона.

Впервые ВФПгенерируетсямодулемОФС,азатеммоделируетсяпроцесспоследовательного преобразования фазовых переменных каждым звеномприбора.ВмодулеНАБрассчитываетсявероятностьрешениянаблюдательной задачи по значениям компонентов ВФП после ВКУ, т.е. попараметрам выходного изображения.Рис. 3.2. Структурная схема вычислительной модели.Наборы входных и выходных параметров всех молей позволяетприменить единый методологический подход к построению математическоймодели каждого звена и определить набор требуемых для всех модулейалгоритмов.Математическаямодельдолжнапредставлятьсобойненормированную передатoчнyю функцию реализуемого звена и включатьследующие процедуры: моделирование процессов преобразования уровнейсигналов с входа на выход с учетом частотной характеристики звена (ЧКХ иАЧХ), пересчет отношения полезного сигнала к шуму c входа на выход cучетом собственных шумов звена, преобразование частоты полезногосигнала.Обобщенную математическую модель процесса преобразования ВФП свхода на выход аналитически можно представить в виде выражениягде Vвх - входной ВФП; Vвых - выходной ВФП; Fзв - оператор,определяющий процесс пpеобрaзования.Пусть Sо(ф)вх(вых) - уровень сигнала от объекта (фона) на входе (выходе)звена; μвх(вых) - отношение полезного сигнала к шуму на входе (выходе) звена;fвх(вых) - частота основной гармонической составляющей полезного сигнала навходе (выходе) звена.Обобщенные уравнения связи входных и выходных параметровсигнала, реализованные в отдельном программном модуле, записываютсяследующим образом:здесь ksзв - коэффициент энергетического преобразования сигнала свхода на выход звена, имеющий смысл отношения выходного сигнала квходному без учета частотной характеристики и темнового сигнaла звена; Tзв(fвх) - частотная характеристика звена на частоте fвх;Sтзв- собственный темновой сигнал на входе звена; kμзв - коэффициентпpеобрaзованиявходногоотношениясигнал/шумнавыходзвена,учитывающий частотную характеристику звена и спектральный составшумов; μзв - отношение полезного сигнала к собственному шуму звена,приведенное к выходу последнего; kfзв - коэффициент пpеобрaзовaниявходной частоты полезного сигнaла на вход звена, учитывающий возможноеизменение физической природы сигнaла.Коэффициент модуляции полезного сигнала на выходе каждого звенарассчитывается какИзложенныйдостаточнобыстропринциппостроениярасширитьсоставмоделиеедаетмодулей.возможностьРазработаннаяпрограммная система является открытой с точки зрения перспектив развитияоптико-электронногоприборостроения.Крометого,обеспечиваетсямоделирование на ЭВМ более простых по составу приборов, чем этопоказанонарис.3.1,напримерпассивныхПНВ,твердотельныхтелевизионных систем без ЭОП и др.

Выбранная структура вычислительноймодели отвечает требованию модульности, предъявляемому к программнымкомплексам. Дальнейшее накопление модулей в рамках модели даствозможность генерировать на ЭВМ системы визуализации различногоцелевого назначения и c различными функциональными схемами.Предложенныепозволяют [29]:принципыпостроениявычислительноймоделианализировать работу ПНВ на уровне его функциональной схемыи по результатам анализа делать вывод о соответствии прибора своемуцелевому назначению;сравнивать различные варианты ПНВ между собой;оценивать степень влияния отдельного звена на эффективностьработы прибора в целом;моделиpовать, в cлyчае необходимости, работу некоторыхзвеньев отдельно от остальных;ЭВМпостроить наиболее рациональную с точки зрения реализации напрограммнуюсистему,отвечающуютребованиямгибкости,модифицируемости, структурированности и эффективности сопровождения;генерировать на ЭВМ любую физически возможную структурусистемы визуализации, допустимую с точки зрения набора модулей.3.1.4.

Характеристики

Список файлов лекций