Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
352 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
выходного сигнала — и анализаторов изображения. Наибольшее распространение получили системы с ПЗС. В таких системах выборка сигнала и интегрирование осуществляются в электронном канале, т.е. реализации сигнала и шума являются функциями времени. Поэтому, если за время Tts берется п выборок, то каждая из них должна быть задержана относительно последующей на TJn, а относительно последней первая выборка — на (n-l)TJn, вторая — на (n-2)TJn, третья — Ha(Zi-S)T11 и т. д.
При использовании принципа переноса заряда, реализуемого в ПЗС, возможны два способа обработки сигнала методом накопления, т. е. применения задержки и интегрирования.
При первом способе осуществляется несколько выборок сигнала за время перемещения изображения по одному элементу приемника (рис. 11.23, а). Сигнал, генерируемый фоточувствительным слоем, при каждой выборке передается в секцию переноса ПЗС и перемещается синхронно с движением изображения по поверхности фоточувствительного слоя. Поэтому, когда изображение переходит на следующий элемент, то к сигналам, возникающим при этом, прибавляются однофазные сигналы. Процесс сложения сигналов продолжается для всех п элементов приемника, составляющих одну секцию интегрирования, а затем суммарный сигнал направляется в последующую электронную схему, т.е. выводится из многоэлементной ПЗС-структуры. Таким образом, при этом способе сначала осуществляется выборка отдельных значений сигнала, а затем их сложение (интегрирование).
Рис. 11.23. Схемы реализации метода задержки и интегрирования: а — с выборкой, предшествующей интегрированию; б — с выборкой, следующей
за интегрированием
UjofpttMtnut
Якушенков Ю.Г.
353 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Во втором способе сначала выполняется интегрирование сигналов, поступающих с элементов фоточувствительного слоя, которые составляют одну секцию интегрирования (рис. 11.23, б). С каждого элемента получается лишь по одной выборке сигнала, которые последовательно складываются и в конце секции выводятся во внешнюю схему. Между сигналами отдельных секций интегрирования имеется фазовый сдвиг, т.е. выборка сигналов с отдельных элементов производится в каждой секции для разных частей изображения. Число секций выбирается равным числу требуемых выборок изображения. Таким образом, при этом способе выборка сигналов, соответствующих отдельным частям изображения, происходит после интегрирования.
Если обозначить число выборок изображения через Tivi, а число выборок электрического сигнала, осуществляемых за время тэ, равное времени прохождения точки по элементу приемника, через пэ, то можно заключить, что при первом способе число выборок Tlvl зависит от соотношения между размером dK изображения и размером d3 элемента, а не только от пз. Например, при (Ivi= d3, число выборок пн= 2пэ, так как время прохождения изображения по элементу равно 2тэ. При втором способе Tivi=Ti3.
11.10. Оптическая корреляция
Как было показано в § 11.2, оптимальный линейный фильтр должен осуществлять, по сути дела, корреляцию реального входного сигнала л;(а), т.е. смеси сигнала и помех, с сигналом s(a), для приема которого он предназначен. Если рассматривать оптические сигналы и помехи, то для реализации корреляционного метода приема можно использовать принципы и средства оптической корреляции [10, 21,28].
Приняв выражение для функции корреляции (функции взаимной корреляции) в виде
+«3
R12(Aa)= J/i(a)/?(a + Aa)da,
-OO
можно отметить, что основными операциями по ее вычислению являются сдвиг одной функции относительно другой на Да, перемножение этих функций и интегрирование. Все эти операции сравнительно просто можно выполнить с помощью оптических средств.
Так, если функции /;(а) и f 2(а) представить в виде транспарантов — записей на фотопленке, то сдвиг функций легко реализовать сдвигом этих транспарантов.
354 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
Оптические методы и устройства, осуществляющие корреляцию, можно классифицировать различным образом. Так, различают некогерентные и когерентные оптические корреляторы. Функцию взаимной корреляции (ФВК) можно синтезировать в пространственной и частотной областях. Наконец, различают оптические и оптико-электронные корреляторы со взаимным перемещением коррелируемых функций (их изображений) или без него.
W ffre)
Stuif") Рис. 11.24. Простейшая оптическая схема для перемножения сигналов
Простейшие схемы перемножения функций, описывающих распределение прозрачности /Да) и / 2(а) двух транспарантов, приведены на рис. 11.24 и 11.25. На выходе второго по ходу лучей транспаранта (см. рис. 11.24) при его сдвиге на Да поток описывается выражением
Фвых (а)= Фвх H fi (а) 1І (а + Аа).
Интегрировать по аргументу или по площади перекрытия двух транспарантов можно с помощью линзы JI, собирающей излучение с этой площади на приемник излучения ПИ (см. рис. 11.25). В этом случае сигнал на выходе линзы
