Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Часто сканирование сопровождается анализом оптического изображения, о чем говорилось в предыдущей главе, т.е. сканирующая система (сканирующее устройство) выполняет одновременно функции анализатора.
Сканирующие системы могут быть классифицированы различным образом: по способам разложения поля обзора (одноэлементное, параллельное, последовательное, комбинированное); по физической сущности явлений, лежащих в основе их работы, или по способу развертки поля обзора (механические, оптико-механические, фотоэлектронные, электрооптические, ультразвуковые и др.); по пространственному признаку (одномерное, двумерное). Различают также сканирующие системы, в которых сканирование осуществляется по постоянной программе (с постоянными параметрами), и системы, где в процессе сканирования может изменяться вид развертки поля обзора (траектория сканирования), частота сканирования и другие параметры.
Обзор поля может осуществляться пассивным или активным методом, о чем говорилось в гл. 1, причем программа этого обзора (траектория и закон сканирования) может быть регулярной или случайной.
Рассмотрим схемы различных способов разложения поля обзора. При одноэлементном сканировании (рис. 8.1, а) малое мгновенное угловое поле (часто это проекция чувствительной площадки одноэлементного приемника в пространство предметов) может сканировать поле обзора по самым различным траекториям. Достоинствами такой
212 Глава 8. Сканирование в оптико-электронных приборах
Рис. 8.1. Способы сканирования: а — одноэлементное; б — параллельное; в — последовательное; г — комбинированное
зхемы являются простота конструктивной реализации и получения разнообразных разверток, простота перестройки параметров сканирующей системы, относительная дешевизна приемника излучения. Основным недостатком этого способа является большая, чем у других, инерционность.
При параллельном сканировании (рис. 8.1, б) все поле просматривается одновременно по горизонтальным строкам, например путем перемещения линейки фотоприемников, ориентированной перпендикулярно направлению сканирования, отмеченному на рис. 8.1, б стрелкой. При этом быстродействие системы повышается, так как выходные сигналы всех строк обрабатываются одновременно. Недостатками способа являются: заметное влияние неоднородности параметров отдельных элементов, например чувствительности отдельных площадок многоэлементного приемника, что приводит к искажению получаемой информации; ограничение разрешающей способности по вертикали размером одного элемента; дороговизна и сложность многоэлементных приемников, необходимость иметь предварительные усилители для каждого элемента, а также коммутирующее устройство.
При последовательном сканировании (рис. 8.1, в) линейка элементов (например, приемников) ориентирована параллельно направлению сканирования. Каждую точку поля обзора просматривают все элементы. Сигналы от отдельных элементов поступают в линию задержки, а затем суммируются на ее выходе (рис. 8.2). Здесь возможно осреднение сигналов, т.е. заметное ослабление влияния разброса параметров отдельных элементов. По сравнению со схемой параллельного скани-
213 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
'CK
OPO О;..
uCJ*" WS
uCi*" шг
ис1*и
Wt
Рис. 8.2. Схема обработки сигналов при последовательном сканировании
рования здесь может быть достигнуто большее разрешение. Однако и этой схеме свойственны такие недостатки, как дороговизна многоэлементного приемника, необходимость усложнения электронной схемы.
Ряд схем с последовательным сканированием, осуществляемым электрически управляемыми сигналами и используемым для анализа изображений, был рассмотрен в § 7.9.
В схеме с последовательным сканированием выигрыш в отношении сигнал/шум, имеющий место при накоплении п сигналов, пропорционален корню квадратному из числа элементов п. Действительно, если на выходе интегрирующей линии задержки (ИЛЗ) сигнал t/BbIX равен сумме
IUciKl +JZK Кі) '
1=1
i=l
где Ki — коэффициент усиления t-ro канала предусилителя, то отно-
шение сигнал/шум Hz при K1^K2-Urnl = UrnZ =...= Umn = Um будет
... a Kn=S К, Ur
с2
а и„ « и
IlUeK
2 JnufK2 Um
i=l
т.е. в -Jn большим, чем для схемы с одним элементом Uii = =^
V иш>
Как уже отмечалось в § 7.9, реализовать этот метод временной задержки и интегрирования (накопления) удобно с помощью современных мозаичных и матричных приемников, например ПЗС.
214 Глава 8. Сканирование в оптико-электронных приборах
K недостаткам систем с последовательным сканированием по сравнению со схемой параллельного сканирования относится необходимость увеличивать амплитуду сканирования, чтобы обеспечить просмотр каждой точки поля всеми элементами и, как следствие этого, необходимость увеличивать скорость сканирования при заданном быстродействии всей системы.
Обоснованное сравнение способов параллельного и последовательного сканирования можно проделать, если сопоставить достигаемую в каждой схеме обнаружительную способность или пороговую чувствительность в полосе частот, свойственной каждой из них. Необходимые для этого сопоставления предпосылки могут быть получены из энергетического расчета (см. § 14.8). Ниже будут даны формулы для расчета некоторых параметров таких систем.
