Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
К сожалению, такие часто встречаю- t
щиеся фоновые ситуации, как небо, НО- Рис. 347. Идеализированный
крытое редкими облаками, края кото- пример выделения сигнала из
рых освещены Солнцем, солнечная до- шума в нелинейном устрой-
рожка на поверхности моря и т. д., не
МОГуТ бЫТЬ ОПИСаНЫ НОрМаЛЬНЫМ ЗаКО- "¦ ~ “навыхода
НОМ распределения. Во МНОГИХ случаях идеального дифференцирующе-
го устройства; и9 — си гнал на ИХ ПбЛЬЗЯ СЧИТАТЬ СТаЦИОНсфНЫМИ И выходе порогового устройства,
Эргодическими процессами, а В боль- ^и^ус^ройст^м^^^'Х'н^л;
шиистве случаев распределение яркости 2 — шум; з — порог огршшче-
природных образований анизотропно.
Второе обстоятельство, определяющее принципиальные затруднения при разработке оптимальных методов фильтрации, заключается в существовании связи между пространственным и спектральным распределением яркости поля излучения. Например, ширина солнечной дорожки на поверхности моря оказывается различной в зависимости от того, в какой области спектра она измеряется. Собственное излучение любого объекта, имеющего низкую температуру, является длинноволновым, а отраженное, обусловленное солнечной подсветкой,— коротковолновым, и если отдельные части поверхности объекта по-разному участвуют в формировании этих двух составляющих его излучения, то образ объекта будет различным в разных спектральных диапазонах. Еще большие трудности возникают при очень быстром сканировании поля излучения многоканальной приемной системой, каждый канал которой работает в своем спектральном диапазоне. Ограниченное число фотонов, приходящих от данной точки
579
анализируемого пространства, может оказаться определяющим при вычислении взаимной корреляции излучения в соседних спектральных диапазонах. Все эти ограничения большей частью не учитываются, прежде всего вследствие громоздкости математического аппарата, необходимого для их описания. Между тем, в ряде случаев результаты упрощенного анализа оказываются не только неточными, но и принципиально неверными. Известно, в частности, что если вычислять максимум отношения сигнала к шуму, считая, что спектры излучения цели и фона полностью определены (детерминированы), то результат приводит к парадоксальному выводу о целесообразности использования фильтра с бесконечно узкой полосой пропускания.
Тем не менее некоторые полезные рекомендации, направленные на оптимизацию способов выделения оптического сигнала из случайных помех, могут быть сделаны на основании приближенных методов при условии критического анализа полученных результатов на основе экспериментальных данных.
§ 2. МЕТОДЫ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ШОНА НА РАБОТУ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ.
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И СПЕКТРАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИИ.
РОЛЬ МОДУЛЯЦИИ
Влияние излучения фона на работу оптико-электронного прибора оказывается различным в зависимости от характера распределения яркости фона в пространстве. Яркость фона может распределяться равномерно и неравномерно. Она может определяться внешними источниками излучения и источниками, расположенными внутри прибора.
2.1. Равномерный фон
Равномерно излучающий фон вызывает засветку приемника и снижает контраст объекта по отношению к окружающему пространству. Пороговый поток (эквивалентная мощность шума) любого приемника ухудшается (возрастает) при наличии засветки, причем это ухудшение можно оценить некоторыми коэффициентом qx > 1, являющимся функцией постоянного потока излучения фона Фф
Ях = 4i (ФФ);
Фф === sin и TyCinpj
где Вф — яркость фона; а1ф — эффективная площадь чувствительной площадки приемника излучения; и', Т0 — задний апертурный угол и коэффициент пропускания оптической системы.
Следовательно, если Ф* (Фф) представляет собой удельный пороговый поток фотонриемиика при облучении его потоком
580
Фф, а <К — удельный пороговый поток при отсутствии засветки, то
Фп (Фф) = 9i4>п.
Наряду с ухудшением параметров приемника излучения поток излучения от фона уменьшает величину полезного сигнала. Действительно, при наличии в поле зрения прибора объекта наблюдения и фона на приемник будет поступать поток излучения, представляющий собой сумму двух составляющих: потока от объекта и потока от части фона, которая не экранируется объектом. Поэтому прибор будет реагировать ие на весь поток излучения объекта, а лишь па его приращение над уровнем фонового потока. Действительно, можно найти эффективный поток излучения от объекта наблюдения (цели)
П} о у1'Иоб
* Ц —¦ Вц ?2 )
и эффективный поток излучения от фона
<1>Ф = ВФП^.
где Ац — площадь цели, — площадь, занимаемая фоном
в поле зрения прибора.
Площадь фона при отсутствии цели
Лф = (Llf)2,
где f — заднее фокусное расстояние объектива.
При наличии цели площадь, занимаемая фоном, определяется выражением
Аф = (/.<// )~
Суммарный поток излучения от цели и фона (при наличии цели) равен
АИоб Ал.АаГ:
фц = Фц - Ь Фф ==» -JT- + Вф
+ a„v
Изменение потока излучения в процессе сканирования (полезный сигнал)
Дф фц - Фф = (Бц - Вф) АцА0Л? = АВАцАос/L2.
Последнее выражение определяет величину превышения потока излучения от цели над уровнем фона, на которое необходимо ориентироваться при расчете параметров прибора.
