Преобразование детерминированных сигналов модулятором анализатора изображения
Преобразование оптических сигналов Модулятором анализатора изображения
Назначение и принцип действия модулятора анализатора изображения
Анализатором изображения (АИ) называют [5] совокупность устройств, входящих в состав ОЭП, которые выполняют обработку сигнала с целью извлечения информации об объектах, содержащейся в формируемом ОС изображении. В общем случае в состав АИ входят: модулятор анализатора изображения (МАИ), приёмник излучения и электронный тракт. Конкретный физический облик и состав АИ в значительной степени зависит от назначения ОЭП и используемой элементной базы. Исторически сложилось так, что МАИ, как элемент ОЭП, впервые стал использоваться в пеленгаторах информационного и следящего типов.
Основной функцией МАИ является модуляция оптического сигнала, в процессе которой в параметрах оптического сигнала в виде потока излучения кодируется информация об объектах, в частности об их угловых координатах. В зависимости от назначения ОЭП с помощью МАИ могут быть реализованы различные виды модуляции, в том числе:
- непрерывная временная модуляция, когда информация об объекте кодируется в амплитуде, фазе или частоте потока излучения;
- различные типы временной импульсной модуляции (амплитудно-импульсная, широтно-импульсная и др.);
- пространственная импульсная модуляция.
Модулированный поток излучения преобразуется ПИ в электрический сигнал, а затем в электронном тракте ОЭП осуществляется демодуляция (детектирование) сигнала с целью извлечения информации, закодированной в параметрах сигнала при модуляции.
|
|
|
Кроме модуляции, важной функцией МАИ является пространственная фильтрация, которая выполняется с целью селекции оптического сигнала от объектов при наличии пространственно неравномерного случайного фона.
В качестве МАИ используют неподвижные и подвижные транспаранты, которые располагаются в плоскости изображения ОС. Неподвижные транспаранты характеризуются функцией пропускания, которая в общем случае определяется как
, (2.4.1)
где 
спектральный коэффициент пропускания материала транспаранта; 
нормированная функция, описывающая пространственное распределение пропускания транспаранта.
Если транспарант подвижный или изображение, формируемое ОС, перемещается относительно МАИ, то кроме функции пропускания, описываемого формулой (2.1), требуется задать систему параметрических уравнений
, (2.4.2)
которые определяют закон относительного перемещения МАИ и изображения.
Рассмотрим примеры МАИ, используемые в ОЭП различного назначения.
|
|
|
Следящие оптико-электронные пеленгаторы предназначены для обнаружения объектов и измерения их угловых координат в процессе перемещения объектов относительно визирной оси ОЭП. Так как сигналы от объектов регистрируются пеленгационными ОЭП на значительных дальностях, то угловые размеры объектов малы. Основные задачи, решаемые МАИ, входящими в состав таких ОЭП, заключаются в фильтрации сигнала от малоразмерного объекта с целью его обнаружения при наличии пространственно неравномерного фона, а также кодировании в параметрах потока излучения на выходе МАИ, информации об угловых координатах объекта в поле обзора ОЭП. Поэтому к МАИ в ОЭП следящего и пеленгационного типов предъявляются следующие основные требования:
- достаточная для целей управления процессом самонаведения крутизна и линейность модуляционной характеристики, определяющей зависимость модулируемого параметра потока излучения от координат смещения изображения малоразмерного источника излучения;
- эффективное подавление сигналов от протяжённых объектов (фонов) имеющих случайное распределение поля яркости;
Конкретные примеры МАИ следящих пеленгаторов различными видами модуляции приведены в [5].
|
|
|
Информационные пеленгаторы сканирующего типа, предназначены для регистрации распределения поля яркости в пространстве предметов. Основной функцией МАИ, которые используются в составе таких ОЭП, является преобразование двумерного оптического сигнала в одномерный временной сигнал. Эта задача осуществляется путём последовательного сканирования малым мгновенным угловым полем в пределах поля обзора и формирования временного потока излучения, величина которого пропорциональна яркости излучения в каждой точке пространства предметов. Основное требования к МАИ в этом случае заключается в обеспечении минимальных искажений информации о пространственном распределении яркости поля излучения при максимально возможной дальности действия ОЭП. В качестве транспаранта МАИ в таких ОЭП, используют диафрагмы малых размеров, за которыми устанавливают приёмники излучения (ПИ). В современных пеленгаторах сканирующего типа функции транспаранта выполняют непосредственно фоточувствительные элементы одноэлементных или многоэлементных ПИ.
Примером ОЭП такого типа являются тепловизоры сканирующего типа, которые обеспечивают преобразование пространственного распределения яркости, обусловленное собственным излучением объектов пространства предметов, в видимое человеком изображение [6].
|
|
|
Следует отметить, что в современных ОЭП функции МАИ реализуются матричными приёмниками излучения (МПИ) без использования сканирования пространства предметов. В этом случае преобразование двумерного оптического сигнала можно рассматривать как пространственную амплитудно-импульсную модуляцию.
Преобразование детерминированных сигналов модулятором анализатора изображения
Математическое описание преобразования сигнала выполним при следующей постановке задачи. Сигнал, заданный пространственным распределением спектральной яркости 
в пространстве предметов, преобразуется ОС в спектральное распределение облучённости 
. МАИ представляет собой плоский транспарант с функцией пропускания, описываемой выражением (2.4.1). Первая (входная) поверхность МАИ располагается в плоскости, находящейся в непосредственной близости от плоскости 
изображения ОС (см. рис. 2.4.1), причём с МАИ связана система координат 
, которая может перемещаться вместе с транспарантом МАИ в плоскости, параллельной плоскости изображения. Перемещение МАИ описывается вектором 
и углом поворота 
. В общем случае перемещение может изменяться во времени по закону, который описывается системой параметрических уравнений (2.4.2) или 
и 
.
Рис. 2.4.1. Система координат в плоскости анализа изображения
Плоскость 
МАИ, в которой формируется выходной сигнал в виде потока излучения, также находится в непосредственной близости от плоскости изображения. Таким образом, предполагается, что расстояния между определёнными выше плоскостями 
.
Для упрощения записи математических выражений, будем считать, что распределение облучённости в плоскости изображения ОС является квазимонохроматическим и определяется функцией
,
а функция пропускания МАИ описывается как
.
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 154; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!