Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Отсюда возникают и соответствующие требования к качеству объективов, осуществляющих преобразование Фурье и фильтрацию
344 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
сигналов. Их угловое разрешение 58 должно быть не менее X/R. Так, при радиусе зрачка R = 60 мм и А. = 0,63-IO"3 мм требуемое угловое разрешение Фурье-объектива составляет -10~5 рад.
Часто пространственная фильтрация в когерентной системе осуществляется путем установки пространственного фильтра А(сох, со^) в задней фокальной плоскости Фурье-объектива, в передней фокальной плоскости которого находится транспарант с распределением прозрачности, соответствующим смеси сигнала и помех. Применяя пространственный фильтр в виде непрозрачной диафрагмы с прорезями, положение и форма которых соответствуют фильтруемым пространственным гармоникам полезного сигнала, можно с высокой степенью эффективности подавить составляющие от помех, например устранить постоянную и другие низкочастотные составляющие спектра.
Изложенный принцип используется и для построения многоканальных фильтров, осуществляющих фильтрацию только по одной координате, но одновременно по многим каналам. Для этого сферические линзы Л7 иЛ2(см. рис. 11.15)заменяютцилиндрическими[21]. Одномерные сигналы или смеси сигналов и помех записываются в виде одномерных функций, и эти записи размещаются друг над другом в плоскости Pl. В каждом из каналов плоскости Р2 можно установить свой фильтр-маску.
Принципиально конструкция пространственных фильтров в таких системах проще, чем в некогерентных системах. Фильтры представляют собой растры с прозрачными и непрозрачными участками. При достаточном разнесении пространственных гармоник в частотной (задней фокальной) плоскости проще отсечь «ненужные» гармоники при создании согласованного фильтра, чем обеспечить при некогерентной пространственной фильтрации заданный в соответствии с видом сигнала закон распределения прозрачности фильтра. Одним из наиболее сложных вопросов реализации пространственной фильтрации в когерентных системах является создание высококачественных транспарантов — устройств для записи обрабатываемых сигналов, а также транспарантов - пространственных фильтров, обладающих достаточно высоким разрешением и работающих в реальном масштабе времени. В качестве таких транспарантов часто служат голограммы, а также пространственно-временные модуляторы (см. § 9.7).
Сравнительно недавно было предложено использовать пространственную фильтрацию в когерентных оптических системах для обработки многоцветных изображений, например для согласованной спектральной фильтрации (фильтрации по длинам волн излучения). Одна из возможных схем устройств такого рода представлена на рис. 11.16.
345 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Рис. 11.16. Схема спектральной (по длинам волн X) фильтрации в когерентной
Многоцветное когерентное излучение подсвечивает транспарант T с цветовым изображением и амплитудным пропусканием f(x, у). Непосредственно за транспарантом расположена дифракционная решетка Р, штрихи которой ориентированы вдоль оси у, а амплитудное пропускание описывается функцией z(x, у) =1+ cos оз0х, где со0 — пространственная частота решетки в угловой мере.
Для каких-либо двух длин волн X1 и X2 амплитуду поля за решеткой можно представить как
В задней фокальной плоскости Фурье-объектива О распределение амплитуд, т. е. пространственно-частотный спектр, с точностью до постоянного множителя описывается функцией вида
где Ft(-) — преобразование Фурье функции /,(¦); и со^ —координаты в задней фокальной плоскости объектива.
Отсюда следует, что спектры Fi, разнесены вдоль оси а>х на ±со0/'Х/ 2п. Подбирая ю0 и устанавливая согласованные фильтры-диафрагмы в задней фокальной плоскости, можно выделить спектры Fi с требуемой
оптическои системе
f(x, y)z(x, у) = [Z1 (x.y.Xt) + f2 (х, у, Х2)У(х, у).
346 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
длиной волны Xi, а применяя затем еще одно преобразование Фурье — восстановить изображение f^x, у, X) в каком-либо одном цвете или получить его автокорреляционную функцию для заданной длины волны
К-
11.9. Фильтрация сигналов в электронном тракте
Рассмотрим некоторые методы повышения помехоустойчивости ОЭП, реализуемые в его электронном тракте.
К этим методам в первую очередь относятся: предотвращение перегрузки приемника излучения и электронных звеньев; компенсация помех; частотная селекция; амплитудная селекция; временная селекция (селекция импульсных сигналов); метод накопления.
Учитывая, что вопросам реализации методов повышения помехозащищенности ОЭП посвящена обширная литература, остановимся кратко лишь на возможностях и особенностях их применения в этих приборах.
Предотвращение перегрузки. Под действием мощных излучений фоточувствительные слои приемников излучения могут заметно потерять свою чувствительность и даже разрушиться. Это особенно присуще фотоэмиссионным приемникам, например фотоэлектронным умножителям (ФЭУ). Кроме того, при больших уровнях сигнала электронные усилители могут войти в нелинейный режим усиления, что приводит к искажению формы сигнала. Для борьбы с этими перегрузками в ОЭП применяют различные заслонки и регулирующие диафрагмы с переменным отверстием, системы автоматической защиты, системы автоматического регулирования чувствительности (АРЧ) в цепи приемника и автоматического регулирования усиления (АРУ), логарифмические усилители и другие средства.
