38924

Измерение параметров оптического изображения

Контрольная

Физика

Таким образом в процессе вывода зарядов из ФЭП осуществляется второй этап преобразования: где – емкость выходной структуры ТВД.9 можно записать в виде Здесь в явной форме представлено соотношение между амплитудой сигнала от объекта и освещенностью создаваемой объектом на входе ФЭП. Амплитуда видеосигнала ; ток сигнала на выходе ФЭП; нагрузочное сопротивление коэффициент усиления видеоусилителя. Для описания свойств ФЭП как преобразователя световой энергии в энергию электрического...

Русский

2013-09-30

202.44 KB

0 чел.

ИТВС

3. Измерение параметров оптического изображения

Измерение параметров в ТИС производится косвенным образом, через измерение параметров видеосигнала, сформированного на выходе ТВД. Если рассматривать процесс образования видеосигнала, как функции времени, на выходе ТВД упрощенно, то можно выделить два этапа:

На первом этапе оптическое изображение преобразуется в зарядовый рельеф функцию дискретных пространственных аргументов i и j. Величина накопленного заряда, снимаемого с i-того элемента j-той строки, определяется выражением:

где – интегральная токовая чувствительность фотоприѐмника; - время  накопления; i,j – координаты  фоточувствительного элемента; и – размеры  фоточувствительного  элемента по горизонтали  и  вертикали  соответственно. В  большинстве ТВД  на  выходе  образуется  видеосигнал  как  функция  одной переменной  t.  Таким  образом,  в  процессе  вывода  зарядов  из  ФЭП осуществляется второй этап преобразования:

где – емкость выходной структуры ТВД.

Определение координат изображения и по  видеосигналу.  В  качестве  примера  рассмотрим  измерение параметров  изображения  малоразмерного  объекта. Пусть изображение  объекта  расположено  на  расстояниях    и   относительно  координатных  осей.  При  разложении  изображения  в момент времени  t происходит совмещение развертывающей апертуры с  изображением  объекта,  размер  которого  равен  размеру  элемента (точечный  объект); при  этом  мгновенное  значение  видеосигнала максимально  и  равно  .  В  случае  линейной  построчной  развертки справедливо соотношение

где j – порядковый номер строки, в которой зафиксировано появление импульса от объекта;   – интервал времени от начала данной строки до момента  достижения  импульсом  объекта максимального  значения . Учитывая,  что  начальным  пунктом  развертки  является  точка  с координатами  , с  которой  центр  апертуры  совмещается  в момент  времени  t=0,  а  развертка  производится  со  скоростью    по горизонтали и по вертикали, получим для координат изображения объекта:

Рисунок 1.13. К определению координат точечного объекта

Далее  перейдем  к  определению  освещенности  создаваемой объектом на входе ТВД. Выходное устройство преобразует зарядовые пакеты в напряжение или ток.  

Рисунок 1.14. Схема формирования видеосигнала ТВД

Для  фиксированного  элемента  изображения,  совпадающего  с изображением малоразмерного  объекта,  выражение  (1.9)  можно записать в виде

Здесь в  явной  форме представлено соотношение между амплитудой сигнала от объекта и освещенностью , создаваемой объектом на входе ФЭП.

Амплитуда видеосигнала - ; ток сигнала -   на выходе ФЭП; нагрузочное сопротивление - , коэффициент усиления - видеоусилителя. Для описания свойств ФЭП как   преобразователя   световой   энергии   в   энергию  электрического сигнала вводится световая характеристика  (или характеристика свет  - сигнал):

На  основании  рисунка  1.14  с  учетом  (1.14)  выражение  (1.13) можно уточнить и привести к  виду , откуда следует

Эта  формула  представляет  обратную  световую  характеристику (или  характеристику  сигнал-свет)  ТВД.  При  этом  функция обратна функции , а аргументом функции является ток сигнала

Для  большинства  современных  ФЭП  точные  аналитические выражения  световой  характеристики  (1.14)  неизвестны. На  практике пользуются  экспериментально  полученными  световыми характеристиками  ФЭП,  которые  в  некоторых  случаях могут быть аппроксимированы сравнительно простыми выражениями. Наиболее часто используется аппроксимация световой характеристики ФЭП степенной функцией вида

.

где - коэффициент пропорциональности, учитывающий чувствительность и режим работы ФЭП, а также стандарт разложения, А/лк; - коэффициент нелинейности световой характеристики ФЭП, зависящий от типа прибора и режима его работы.

Рисунок 1.15 Световые характеристики ТВД

Выражение (1.15) для обратной световой характеристики ТВД с учетом (1.16) можно привести к виду

где коэффициент пропорциональности

учитывает свойства ТВД, включая параметры ФЭП.

Измерение фактически означает измерение яркостной координаты цвета изображения объекта. Для изображения объекта размером в один элемент имеем:

Для получения полной информации о цвете изображения одного измерительного канала недостаточно. Телевизионные датчики, предназначенные для цветного телевидения, строятся по

трехканальной схеме, один из возможных вариантов которой приведен на рисунке 1.16.

Рисунок 1.16. Схема формирования цветного телевидения

Схема содержит три идентичных канала формирования сигналов цветности , общий объектив и светоделительное устройство, состоящее из двух полупрозрачных зеркал 1 и отражающего зеркала 2. Каждый канал выполнен по схеме, приведенной на рисунке 1.14. Светоделительное устройство разделяет световой поток с выхода объектива на три равные части и направляет его на входные окна ФЭП каждого из трех каналов. Растры всех трех ФЭП совмещены, т. е. опрос элемента с одним и тем же порядковым номером во всех трех изображениях производится одновременно.

Чтобы сигналы цветности содержали информацию о цвете изображения , необходимо выбрать спектральные характеристики чувствительности ФЭП каналов равными соответственно . При расчете цветовых координат справедливы формулы (1.16)—(1.18), а выражение (1.19) для канала , имеет вид

где учтено трехкратное ослабление светового потока на входе ФЭП при светоделении, а через , обозначен компонент светового потока на входе ФЭП, пропорциональный координате (аналогично для и для ).

Выводы:

- координатная информация о точечном объекте заключена во временном положении вершины видеоимпульса от объекта относительно начала строчной и кадровой разверток;

- яркостная информация об объекте заключена в амплитуде этого видеоимпульса;

- информация о цветности объекта (трехцветные коэффициенты ) заключена в соотношении амплитуд сигналов на выходах трехканального ТВД цветного изображения.

Таблица 1.6