Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
вофазе, т.е. распределение весов имеет вид+1, -1, +1, -1 и т.д. Даже такие упрощенные фильтры часто достаточно эффективно селектируют малоразмерные объекты на фоне крупноразмерных помех, хотя они критичны к большим перепадам яркости помех («внутри» помехи или на границах ее).
Фильтры на мозаичных приемниках более эффективны, чем фильтры-растры. В этом легко убедиться, если провести графическое построение сигналов аналогично тому, как это сделано на рис. 11.9. Кроме того, фронт и спад сигналов мозаичных приемников при «входе» фильтра на изображение помехи и «сходе» с него значительно меньше, а амплитуда входного сигнала при использовании многоэлементных приемников с противофазным включением вдвое больше амплитуды сигнала от того же малоразмерного объекта при применении аналогичного по рисунку растра. В то же время мозаичным приемникам свойственны уже отмеченные выше недостатки (дороговизна, сложность изготовления малоразмерных элементов с одинаковыми параметрами, внесение дополнительных шумов схемы считывания и обработки сигналов и ряд других).
При увеличении размеров поля обзора, которое должен исследовать ОЭП, шумы от протяженного фона увеличиваются, а энергия малоразмерного сигнала остается постоянной. Эффективность фильтрации в этом случае понижается. Действительно, рассмотренные выше типовые пространственные фильтры-растры (см. рис. 9.6) обладают хорошим пропусканием в области нулевых пространственных частот, т. е. там, где велико влияние протяженного фона. Отличительной особенностью пространственной фильтрации в некогерентных системах по сравнению, например, с фильтрацией, применяемой в радиотехнике и радиолокации, является то, что она осуществляется в пространственной области, а не в частотной. При этом техническая реализация фильтра с пространственной структурой со сложным, как правило, законом изменения прозрачности или чувствительности по его площади (в соответствии со сложной двумерной структурой сигнала) - задача трудная, а порой и невыполнимая.
Важно отметить, что сложность и возможные изменения форм и размеров изображений в процессе работы ОЭП, например, вследствие изменения ракурсов наблюдения, дальности и других причин приводят к нестационарности пространственно-частотных спектров таких излучателей. В этом заключается существенное отличие ОЭП от радиоэлектронных приборов, для которых случайные изменения спектров сигналов и помех, как правило, менее значительны. По этой же причине в ОЭП часто невозможно с помощью пространственных фильтров
331 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
полностью «отсечь» спектр помех. Учитывая возможные изменения размеров изображения, на практике размер ячеек растров пространственных фильтров выбирают больше размера изображения (порой не менее чем в 3 раза).
Другая специфическая особенность пространственной фильтрации - нестационарность передаточных функций оптических систем по их угловому полю или полю обзора. Полевые аберрации оптических систем приводят к тому, что размер кружка рассеяния меняется по полю, как правило, увеличиваясь к краю. Поэтому в растрах, используемых в качестве пространственных фильтров, часто размер ячеек возрастает от центра к краю.
Пространственно-частотные спектры многих фонов и внешних излучающих помех, например, неба, облачности, наземных ландшафтов, имеют четко выраженный низкочастотный характер [13, 24, 26]. Так, основная энергия в спектре облаков содержится на гармониках не выше восьмой, если за первую гармонику принимается частота просмотра всего углового поля ОЭП, например, частота вращения полудискового анализатора-модулятора (см. рис. 7.4). В то же время спектр малоразмерных объектов типа самолетов имеет гармоники выше двенадцатой [1, 30]. Это позволяет эффективно использовать полосовые фильтры в электронном тракте ОЭП (после растра-модулятора и приемника).
В приборах или системах, где требуется улучшить качество изображения наблюдаемого поля, пространственная фильтрация помогает увеличить контраст в изображении информативных структур этого поля. С помощью пространственной фильтрации разделяются низкочастотная и высокочастотная составляющие сигнала, а затем одна из них используется для управления другой.
Если динамический диапазон яркостей отдельных участков наблюдаемого поля велик и превышает динамический диапазон всего ОЭП или отдельных его элементов, например системы отображения, то целесообразно ослабить малоинформативную часть спектра пространственных частот, как правило, низкочастотную, и усилить высокочастотную. Для этого из текущего значения сигнала U(х, у), получаемого на выходе приемника излучения при сканировании поля обзора мгновенным угловым полем ОЭП в сумматоре Cl (рис. 11.10) вычитается низкочастотная составляющая, например его среднее значение Ucp (X, у), которое соответствует среднему значению яркости по полю обзора или по его части, заметно превышающей мгновенное поле, «образующее» сигнал U(x, у).
332 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
