Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Из условия (11.5) следует, что для оптимальной фильтрации полезного сигнала, осуществляемой в плоскости изображений, необходимо такое пропускание по полю пространственного фильтра-растра, чтобы оно соответствовало закону изменения освещенности в изображении объекта. Например, для обнаружения точечного излучателя необходимо в плоскости анализа изображения установить полевую диафрагму очень малых размеров с пропусканием Л(а), соответствующим распределению освещенности s(a) в изображении точки. Поскольку в большинстве случаев вид функции s(a) либо трудно определить, либо он меняется для различных условий работы прибора, обычно применяют диафрагму малых размеров с резким переходом от прозрачной части, по форме повторяющей контур изображения, к непрозрачной.
Такая конструкция пространственного фильтра практически очень неудобна. Во-первых, для просмотра большого поля обзора малым мгновенным угловым полем (диафрагмой анализатора) затрачивается сравнительно много времени. Во-вторых, как уже указывалось выше, для исключения потери информации при переходе от двумерного (пространственного) представления сигнала к одномерному (временному) необходимо преобразовать пространственный сигнал во временной, что осуществляется при относительном перемещении объекта или его изображения и фильтра. При таком перемещении поток от объекта, т. е. сигнал, модулируется. Для уменьшения до минимума полосы временных частот, занимаемой сигналом, и, следовательно, для уменьшения влияния шумов целесообразно получить гармоническую модуляцию сигнала. При использовании указанной выше конструкции узкопольного пространственного фильтра, состоящего из одной прозрачной ячейки, при просмотре всего поля обзора возникает импульсная модуляция потока с широкой полосой спектра сигнала. Достаточно хорошее приближение к непрерывной гармонической модуляции достигается с помощью периодической структуры растра, ячейки (полупериоды) которого близки по форме и размерам изображению объекта.
Если рассмотреть выражение (11.12) для частотной характеристики оптимального пространственного фильтра, то его можно представить в виде двух основных последовательно включенных звеньев: согласованного фильтра с характеристикой S*(j(ux, jaу), который обес-
326 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
печивает преимущественное пропускание спектра полезного сигнала, и помехоподавляющего звена с характеристикой 1 /Фш(сох, со^).
Последнее должно выполнять функции пространственного дифференцирующего звена, причем порядок дифференцирования определяется видом шума.
В [13] рассмотрены требования к пространственным фильтрам, предназначенным для подавления сигналов от некоторых видов пестрого излучающего фона.
При изотропном фоне, спектр которого описывается кубической гиперболой вида Фш(соа) - со~3, помехоподавляющее звено должно быть дифференциатором третьего порядка. При фоне со спектром типа квад-ратической гиперболы (Фш(соа) ~ со"2) требуется дифференцирование второго порядка. При изменении модели спектра фона, в том числе при учете анизотропии фона, частотная характеристика оптимального пространственного фильтра и максимально достижимое значение отношения сигнал/шум ц могут весьма заметно меняться.
Наибольшие трудности при оптимальной пространственной фильтрации или приближении к ней (квазиоптимальная фильтрация) вызывает необходимость иметь пространственное дифференцирование по полю.
При дифференцировании электрического сигнала, снимаемого с выхода приемника, можно получить непрерывное дифференцирование. Однако при этом перевод сигнала в электрическую форму приводит к добавлению шумов приемника и предварительного усилителя к сигналам от объекта и помех. Кроме того, для идеального непрерывного дифференцирования (выборки 5-функции) необходимо иметь бесконечно большую полосу пропускания, что невозможно и нецелесообразно с точки зрения помехозащищенности.
При использовании в качестве пространственного фильтра растра или мозаичного приемника непрерывное дифференцирование (т.е. дифференцирование в каждой точке поля) осуществить невозможно. Поэтому здесь используется образование конечных разностей сигналов1 в дискретных точках поля, находящихся на малых, но конечных расстояниях друг от друга. Конечные разности образуются путем членения поля на отдельные элементы, размер которых обычно согласо-
'Одномерной конечной размерностью re-го порядка сигнала U(x) называют
выражение [13]
&nU(х) = U(x + пАх) - с'„ U[x + (л -1) Д*] + с* U[x + (л - 2)Л*]-..., ті!
где с: = —.-—.
" к!(п-к)!
327 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
вывается с размером изображения источника полезного сигнала, и придания этим элементам различных весов (коэффициента пропускания ячеек растра, чувствительности отдельных площадок мозаичного приемника).
Порядок конечных разностей, позволяющий приблизиться к характеристике оптимального фильтра, может быть найден по известным пространственно-частотным спектрам объекта SQ(O0) =LQcoa), фона Фш(сон), оптической системы G(Jaa) и приемника Su(Jma). Если представить оптимальную систему первичной обработки информации, описываемую частотной характеристикой -K-Ocoa) = H(jaa), в виде совокупности оптической системы, приемника и пространственного дифференциатора, частотная характеристика которого Ад(/сон) изменяется в зависимости от вида сигнала и шума, то можно написать
