Существуют предложения использовать телевизионно-вычислительную технику для экологических целей, в частности для дистанционного измерения площадей нефтяных загрязнений водной поверхности. Телевизионная аппаратура в этом случае устанавливается на низколетящем самолете или вертолете, что позволяет значительно ускорить и упростить процесс картирования загрязненных площадей по сравнению с существующим методом оптической локации (оптическая локация производится с борта специального судна, движущегося с относительно небольшой скоростью).

Регистрация различных быстропротекающих процессов традиционно связывается со скоростной фото- и киносъемкой, а при исследовании однократных неповторяющихся процессов также с электронно-оптическим методом наблюдения. Скоростная и сверхскоростная киносъемка позволяет производить съем информации с частотой, измеряемой сотнями тысяч и миллионами кадров в секунду. Однако объем информации при этом не превышает нескольких сотен кадров, а увеличение объема информации связано, как правило, с уменьшением частоты ее съема.

Вместе с тем для решения многих практических и научно-исследовательских задач требуется длительное непрерывное наблюдение за быстродвижущимися объектами, находящимися к тому же в труднодоступном месте. Это обстоятельство предопределяет применение телевизионного метода наблюдения, отличающегося от скоростной киносъемки значительно более низкой частотой съема информации, но позволяющего производить регистрацию процесса длительное время, осуществлять ее обработку и немедленно доставлять результат получателю.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ И ВЫБОР ВРЕМЕНИ ЭКСПОНИРОВАНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

При наблюдении за быстродвижущимися объектами смещение входного оптического изображения во время его передачи приводит, благодаря накопительным свойствам фотопреобразователя, к ухудшению качества воспроизводимого системой изображения. Борьба с указанным явлением, получившим название явления скоростного смазывания, возможна по двум основным направлениям: либо путем применения различного рода компенсаторов смещения (оптических, механических или электронных), либо путем сокращения времени экспонирования фотопреобразователя при сохранении неизменной длительности кадра. Второй путь является более универсальным, так как его применение не связано с характером и направлением движения объекта, которые в общем случае могут произвольно изменяться в процессе функционирования системы. Системы, в которых реализуется этот способ борьбы со скоростным смазыванием, получили название импульсных телевизионных систем.

Уменьшение времени экспонирования по сравнению с длительностью кадра в телевизионных устройствах приводит к необходимости считывать потенциальный рельеф, образующийся на мишени фотопреобразователя, в режиме памяти. При этом вначале осуществляется экспонирование мишени, которая должна «запомнить» изображение, а затем производится считывание потенциального рельефа со скоростью, принятой в стандартных или малокадровых системах.

Одной из важнейших операций при проектировании импульсных телевизионных систем является расчет времени экспонирования фотопреобразователя tэ. При этом следует исходить из двух обстоятельств: с одной стороны допустимого относительного ухудшения разрешающей способности системы и резкости границ крупных деталей воспроизводимого изображения, вызванного явлением скоростного смазывания, с другой стороны возможным снижением отношения сигнал/шум вследствие уменьшения времени накопления потенциального рельефа. Последнее обстоятельство существенно, если освещенность объекта не может быть увеличена при соответствующем уменьшении времени накопления, что приводит к сокращению экспозиции.

Влияние скоростного смазывания на частотные свойства телевизионной системы и, следовательно, ее разрешающую способность и резкость передаваемого изображения учитываются путем введения в ее математическую модель дополнительного линейного звена, адекватного зоне смещения, переходная и комплексная частотная характеристики которого однозначно определяются характеристикой накопления фотопреобразователя. (Характеристика накопления - это функция, описывающая изменение потенциала накопителя во времени в процессе накопления зарядов.) Таким образом пространственно-частотную характеристику системы для регистрации быстропротекающих процессов можно представить в виде (рис. 10.19)

,

где - ПЧХ системы при передаче ею изображений неподвижных объектов, - ПЧХ зоны смещения.

Согласно рис. 10.19 относительное ухудшение разрешающей способности будет равно ор/о0.

Комплексная частотная характеристика зоны смещения:

где дс - величина зоны смещения, hд(x) - переходная характеристика зоны смещения, представляющая собой относительное распределение потенциалов на накопителе фотопреобразователя внутри зоны смещения в направлении перемещения предельно резкой черно-белой границы х.

Величина зоны смещения при линейном движении объекта выражается формулой

,

где Vф- скорость линейного перемещения оптического изображения в плоскости фотопреобразователя, za- число активных строк разложения, hф - высота кадра на фотопреобразователе.

Отметим, что величина дс в формуле (10.9) выражается в элементах разложения.

Форма переходной характеристики зоны смещения hд(x) повторяет форму характеристики накопления фотопреобразователя, зависящую от способа экспонирования, материала мишени и других факторов. В случае, если переходная характеристика может быть аппроксимирована экспоненциальной функцией, что справедливо для малоинерционных фотопреобразователей, а также фотографических слоев при их экспонировании с помощью затвора с прямоугольной световременной характеристикой, имеем:

где К0 - коэффициент, зависящий от параметров накопителя, x=Vфzat/hф; Е - освещенность фотопреобразователя, E=const.

При других способах экспонирования, когда объект освещается с помощью импульсных ламп и лазеров (E?const), и при заметной фотоэлектрической инерционности мишени видикона переходная характеристика hд(x) оказывается существенно отличной от экспоненциальной функции.

Подставив формулу (10.10) в выражение (10.8), найдем комплексную частотную характеристику, модуль которой представляет собой ПЧХ зоны смещения:

где Nн - нормирующий множитель, отвечающий условию, в соответствии с которым характеристика хд(о) при о=0 должна принимать значение, равное единице; экспозиция Hк = Etэ.

Таким образом функция хд(о) будет зависеть через зону смещения от скорости Vф.

Анализ формулы (10.11) показывает, что ПЧХ зоны смещения содержит колебательную компоненту, частота которой зависит от величины дс, а амплитуда от экспозиции Hк. При малых величинах Hк, когда выполняется условие К0Hк <<1, процесс накопления в фотопреобразователе и переходная характеристика hд(x) оказываются близкими к линейным и тогда формула (10.11) преобразуется к виду:

причем в этом случае ПЧХ зоны смещения приобретает чисто колебательный характер. Подставив формулу (10.9) в соотношения (10.11) или (10.12) получим зависимость хд(о), а следовательно и отношение ор/ о0 от времени экспонирования tэ.

Произведем оценку относительного ухудшения резкости границ крупных деталей изображения за счет явления скоростного смазывания. При монотонном изменении переходных характеристик отдельных звеньев системы резкость границ воспроизводимого ею изображения определяется выражением

,

где Дxн - зона размытости переходной характеристики системы в направлении, перпендикулярном к черно-белой границе неподвижного изображения; Дxп - то же, но при движении изображения; Дxд=x0,9-x0,1 - зона размытости переходной характеристики hд(x).

Отсюда относительное ухудшение резкости

В случае, если переходная характеристика зоны смещения hд(x) выражается формулой (10.10), имеем:

При линейном накоплении зарядов в фотопреобразователе переходная характеристика hд(x) также линейна и тогда в соответствии с формулой (10.9)

Нетрудно показать, что формула (10.15) является частным случаем выражения (10.14) при малых значениях освещенности E.

Из выражений (10.13) и (10.15) вытекает формула для определения времени экспонирования:

,

где л0 = Дxн / Дxп - допустимое относительное ухудшение резкости движущегося изображения по сравнению с неподвижным.

Таким образом, если задаться допустимым значением ухудшения разрешающей способности ор/ о0 и допустимым значением снижения резкости л0, можно найти два значения времени экспонирования tэ, из которых, очевидно, следует выбрать меньшую величину.

При ограниченных энергетических возможностях системы, т.е. когда освещенность объекта не может быть увеличена с целью стабилизации отношения сигнал/шум ш, выбор оптимального значения времени экспонирования можно осуществить на основе интегрального критерия качества изображения. При этом используются две сенсорные характеристики зрительного анализатора, отвечающие зашумленности и резкости воспроизводимого изображения.

Интегральный :критерий качества изображения имеет вид функционала

,

где Qi - нормированная сенсорная характеристика зрительного анализатора для i-го показателя качества.

В рассматриваемом случае

причем Qш и Qк - сенсорные характеристики, отвечающие зашумленности и резкости воспроизводимого изображения соответственно.

Обе характеристики аппроксимируются соотношениями

(10.18)

где к - коэффициент резкости, численно равный площади Sо , ограниченной ПЧХ системы с учетом смещения изображения в пределах пропускаемой ею полосы частот;

I? ш ?100

Отметим, что формула (10.19), строго говоря, справедлива для ПЧХ, имеющих монотонный вид и аппроксимируемых, степенной зависимостью. В этом случае

где под Д0 подразумевается уровень пересечения ПЧХ с вертикальной прямой, соответствующей граничной частоте ок.с.. полосы пропускания видеотракта (pиc. 10.20). Если m = za, то ок.с.= 0,5.

Величина площади Sо с учетом смещения изображения объекта и при условии оґ=о/ок.с имеет вид интеграла:

Таким образом, при заданной ПЧХ системы в случае неподвижного изображения хн(оґ) можно, используя формулы (10.11) и (10.12), найти методом численного интегрирования площади Sо для различных значений зоны смещения дс и, следовательно, времени tэ. После этого по формулам (10.20) и (10.19) рассчитывается и строится сенсорная характеристика Qx(tэ). Характеристика Qш(tэ) находится по светосигнальной характеристике фотопреобразователя и рассчитанному предварительно уровню шумов.

Пример. Необходимо оптимизировать время экспонирования матрицы ПЗС с размером секции накопления hфxlф= 6,9х9,2 мм и соответствующим числом элементов 576x512. Точка перегиба светосигнальной характеристики матрицы: Hmax = 0,04 лкс, Uc max = 0,1В. Скорость движения изображения объекта, приведенная ко входу матрицы, Vф= 1 м/с. Освещенность матрицы Е = 1000 лк.

Нормированную характеристику хд(m) построим согласно следующему выражению, вытекающему из формулы (10.12) с учетом равенства о = m/2za :

.

В качестве характеристики н(m) возьмем продольную ПЧХ для aэ = p, с учетом mэ = 512•6,9/9,2 = 384 элемента (п. 3.6). Определенную трудность вызывает выбор коэффициента b, учитывающего взаимное расположение элементов матрицы и полос оптической миры и лежащего в пределах от 1 до 2. При неподвижной мире этот коэффициент постоянен, а при ее движении в продольном направлении он будет изменяться, что отразится на положении характеристики хн(m). Для определенности решения задачи примем, что коэффициент b изменяется в пределах от единицы до двух при изменении времени экспонирования от 10 до 22 мкс.

Для нахождения площадей Sт (tэ) и уровней Д0 примем граничную полосу частот видеотракта, соответствующую m =500 твл. Сенсорная характеристика Qк(tэ), построенная согласно формулам (10.20) и (10.19) приведена на рис. 10.21.

При нахождении функции Qк(tэ) примем во внимание линейность светосигнальной характеристики матрицы ПЗС и выполнимость на рабочем участке условия взаимозаместимости между освещенностью Е и временим экспонирования tэ. Тогда связь между величинами ш и tэ устанавливается из соотношения ш=Uc/Uш.max, где Uc = Uс.maxЕ tэ/Hmax. Величину шумов ПЗС примем равной Uш.max = 1,6 мВ.

На рис. 10.21 представлены обе сенсорные характеристики Qш и Qк,а также функционал Q, найденный согласно формуле (10.17). Из графика Q(tэ) следует, что рекомендуемое время экспонирования для рассмотренного случая лежит в области (16-20) мкс.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СКОРОСТНОГО СМАЗЫВАНИЯ ФОТОЭМУЛЬСИОННЫХ СЛОЕВ

Переходная и пространственно-частотная характеристики зоны смещения, возникающей на фотослое при движении объекта за счет скоростного смазывания, могут быть найдены на основе принципа аналогии между малоинерционным электронным накопителем и эмульсионным слоем, также представляющим собой накопитель энергии. В основе аналогии лежит идентичность формы графика зависимости накопленного потенциала Vн от экспозиции для электронного накопителя Vн= f(н) и характеристической кривой фотографического материала, построенной в линейных координатах D= f(н), где D - оптическая плотность почернения фотоматериала. В этом случае связь между оптической плотностью и экспозицией выразиться соотношением

где D0 и Dmax - плотность вуали и максимальная плотность почернения, г0 - коэффициент, зависящий от параметров и светочувствительности фотослоя по отношению к источнику излучения с заданным спектральным составом.

Коэффициент г0=1/Hґ, где Нґ - экспозиция, соответствующая плотности почернения фотослоя, равная 0,66 от максимального значения. Экспозиция Hґ определяется по характеристической кривой материала с учетом поправки на спектральную чувствительность фотослоя по отношению к рабочему источнику света.

В качестве примера на рис. 10.22 сопоставлены характеристики негативной пленки КН-3 и графики, отвечающие уравнению (10.21) при D0=0.

Из рисунка следует, что расчетные и экспериментальные графики почти совпадают.

По аналогии с электронным накопителем можно ввести применительно к фотослою понятие характеристики накопления (почернения), под которым подразумевается зависимость оптической плотности D от времени t:

где функция экспозиции определяется cветовременной характеристикой устройства экспонирования фотослоя E(t), (электронного затвора, механического затвора, импульсной лампы и пр.). В частности для импульсной лампы и импульсного лазера функции освещенности имеют вид:

,

,

где K1, в1, в2, -коэффициенты аппроксимации, Еm- освещенность в максимуме излучения, tэ - полное время экспонирования (для импульсных ламп равно времени, в течение которого функция Е(t) падает до уровня 0,05 Еm ).

Переходная характеристика зоны смещения границы изображения в направлении ее линейного перемещения x, находится из выражения (10.22) с учетом x = дct/ tэ, где дc - величина зоны смещения. Тогда

, (10.23)

где функция Нx зависит от устройства экспонирования фотопленки.

ПХЧ зоны смещения, отвечающая формуле (10.23) и случаю прямоугольной световременной характеристики устройства экспонирования, т.е. условию H(x)=Ex, имеет вид

где N0 - нормирующий множитель.

В случае, если функция H(x) имеет более сложный вид, для расчета ПЧХ приходится применять численный метод интегрирования.

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА БЫСТРОДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ

Импульсные телевизионные системы осуществляют преобразование изображений быстродвижущихся объектов в последовательность неподвижных изображений, фиксирующих отдельные фазы движения, предъявляемых затем на достаточно длительное время наблюдателю или вводимых в ЭВМ. В автоматических системах это время должно быть согласовано с быстродействием машины.

На рис. 10.2З приведена обобщенная структурная схема импульсной телевизионной системы, предназначенной для визуального наблюдения за быстродвижущимися объектами и быстропротекающими процессами. Одним из основных элементов этой схемы является устройство экспонирования фотопреобразователя. В качестве устройств экспонирования можно использовать различные электронные, электрооптические и механические затворы. Последние, однако, не позволяют получать малые времена экспонирования, не допускают внешней синхронизации при широком изменении его частот и обладают рядом других эксплуатационных недостатков. Более удобны электрооптические затворы, в качестве которых используются электронно-оптические преобразователи, сочленяемые с передающей трубкой или ПЗС, жидкокристаллические ячейки и ряд других.

Супервидиконы позволяют использовать в качестве электронного затвора секцию фотокатод-мишень. При этом на фотокатод трубки или на специальный электрод, расположенный между фотокатодом и мишенью, подаются прямоугольные импульсы напряжения, регулирующие процесс отпирания и запирания фототока и, следовательно, время накопления зарядов на мишени. Режим электронного затвора можно применить также в матрицах ПЗС, для чего импульс напряжения, подаваемый в секцию накопления, следует уменьшить по времени по сравнению с длительностью полукадра. Подобный режим рассмотрен в разделе 10.1 с позиций регулировки световой чувствительности передающей камеры. Однако применение режима электронного затвора в матрицах ПЗС ограничено тем, что частота следования экспонирующих импульсов должна всегда соответствовать частоте полукадров, а срез импульсов должен совпадать с началом обратного хода кадровой развертки. Подобное требование часто входит в противоречие с параметрами движения объекта (моментом его появления в поле зрения камеры, частотой вращения и т.д.).

Экспонирование фотопреобразователя удобно осуществлять также с помощью импульсных источников света - импульсных ламп и лазеров, освещающих объект, что целесообразно и с энергетической точки зрения для активных систем. В этом плане следует отметить, что современные передающие трубки способны работать с предельно короткими световыми импульсами, излучаемыми лазерами. Однако при этом существенное влияние приобретают посторонние источники света, воздействующие на объект в паузах между рабочими экспонированиями, например дневное освещение. Если в системе используется высокочувствительная передающая трубка, то даже незначительные посторонние засветки могут существенно ухудшить качество изображения. В этом случае приходится применять затворное устройство как средство устранения посторонних засветок. Следует отметить, что недостатком импульсных источников света является трудность, а порой и невозможность изменения времени экспонирования при изменении скорости перемещения объекта.

Использование импульсной засветки матрицы ПЗС, осуществляемой во время обратного хода кадровой развертки, позволяет упростить конструкцию матрицы, отказавшись от секции памяти. При этом накопление зарядов в потенциальных ямах производится во время обратного хода кадровой развертки, а вывод зарядов в выходной регистр осуществляется во время прямого хода непосредственно из секции накопления. Подобный режим работы позволяет также использовать типовую матрицу, в которой обе секции выполняют функцию секции накопления, что приводит к увеличению поперечной разрешающей способности телевизионного датчика.

Для визуализации наблюдаемого процесса необходимо предъявлять изображение каждой его фазы наблюдателю в течение достаточно длительного времени. Длительность воспроизведения изображения должна быть такой, чтобы наблюдатель мог осмыслить полученную информацию и принять соответствующее решение. Эта задача выполняется с помощью специального устройства регулируемой памяти. Назначение устройства памяти заключается в хранении считанной с накопителя информации и многократном генерировании видеосигнала с частотой, равной стандартной частоте кадров. Длительность хранения информации зависит от частоты экспонирования передающей трубки или ПЗС, назначения системы и ряда других факторов. В качестве устройств памяти можно использовать видеомагнитофоны, особенно если они позволяют воспроизводить изображения с замедленной скоростью вплоть до осуществления режима стоп-кадра, а также специальные запоминающие электронно-лучевые трубки, например трубку с окисно-кремниевой мишенью - литокон. Наиболее перспективными, однако, являются цифровые устройства памяти.

В составе телевизионной системы рассматриваемого назначения должно быть предусмотрено специальное устройство, осуществляющее выбор фазы быстропротекающего процесса, предназначенной для очередной записи. Таким устройством является датчик положения объекта в пространстве, основанный на фотоэлектрическом, магнитном или механическом, т. е. контактном, принципе действия. Датчик генерирует импульсы напряжения в определенные моменты времени. Эти импульсы запускают устройство экспонирования фотопреобразователя и через командный блок управляют устройством памяти. При необходимости изменять частоту управляющих импульсов в широких пределах, что диктуется обычно соответствующим изменением скорости перемещения объекта, наиболее удобно использовать фотоэлектрический датчик, оптически связанный с самим объектом. Управляющие импульсы легко могут быть задержаны на необходимое время, что позволяет плавно регулировать фиксируемое положение объекта относительно некоторого опорного момента времени.

Наконец в схеме предусматривается устройство управления коммутирующим лучом передающей трубки, необходимое в тех случаях когда частота управляющих импульсов, поступающих с датчика положения объекта, асинхронна по отношению к частоте кадров. В этой ситуации специфика работы по памяти трубок с накоплением энергии требует, чтобы экспонирование и считывание зарядов с мишени осуществлялось в различных (как правило, в соседних) кадрах, что и обеспечивается указанным устройством.

ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НОМЕРНЫХ ЗНАКОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Во многих странах получил распространение телевизионный метод считывания номерных знаков движущегося автомобильного и железнодорожного транспорта. При этом наряду с чисто визуальными системами, в которых получение информации и принятие по ней решения целиком осуществляется оператором, применяются и телевизионно-вычислительные системы, выполняющие функции телевизионных автоматов и полуавтоматов. Эти системы, снабженные вычислительными устройствами, решают задачи обнаружения номерного знака, его опознавания, а в необходимых случаях и классификации. Функции оператора сводятся тогда только к фиксации конечного результата и в наблюдении за общей обстановкой.

Телевизионная аппаратура позволяет осуществить регистрацию номеров железнодорожных вагонов, платформ, цистерн и локомотивов при формировании и следовании поездов, а также автомашин, превышающих установленную скорость движения или въезжающих под запретительный знак. Решается задача выявления автомашин, числящихся в угоне, контроля автомашин, выезжающих из гаража и т.д.

Примером отечественной разработки рассматриваемого класса систем является система для контроля превышения скорости движения дорожного транспорта. Система построена на двух передающих камерах (рис. 10.24). Передающая камера ПК1 размещается на определенной высоте над контролируемым участком дороги с таким расчетом, чтобы движение транспорта осуществлялось поперек направления строчной развертки. Видеосигнал с этой камеры поступает в блок выделения объекта БВО и на видеоконтрольное устройство ВКУ1, предназначенное для общего наблюдения за транспортным потоком. В БВО с помощью двух стробирующих элементов производится выделение видеосигналов со строк, соответствующих изображению начала и конца контролируемого участка дороги длиной l. При пересечении транспортным средством указанного участка генерируются два импульсных сигнала, которые поступают в блок контроля нарушений БКН. В этом блоке производится вычисление фактической скорости движения согласно алгоритму V= l/Дt, где Дt - интервал времени между обоими сигналами, и производится ее сравнение с разрешенной скоростью, устанавливаемой в виде цифрового кода оператором. В случае превышения скорости на выходе БКН появляется сигнал нарушения, поступающий в формирователь управляющих импульсов ФУИ. Это устройство формирует задержанные на необходимое время импульса, предназначенные для спуска фотозатвора, расположенного в передающей камере ПК2 (длительность затворного импульса 5 мс), запуска видеомагнитофона ВМ и разрешения записи информативного кадра цифрового видеосигнала, поступающего из аналого-цифрового преобразователя АЦП в буферный блок памяти ББП. В этот блок поступает также дополнительная цифровая информация о месте установки аппаратуры. разрешенной скорости, времени нарушения и его порядковом номере. Указанная информация записывается в течение первых 40 строк кадра. Преобразованный в аналоговую форму с помощью цифро-аналогового преобразователя ЦАП видеосигнал поступает на видеомагнитофон и видеоконтрольное устройство ВКУ2. Поле зрения камеры ПК2 устанавливается таким образом, чтобы в нем фиксировался задний номер нарушителя.

К недостаткам рассмотренной системы относятся малые размеры контролируемого участка движения, что диктуется с одной стороны необходимостью в получении крупномасштабного изображения номера с целью его уверенного распознавания, а с другой стороны страховкой от попадания в поле зрения камеры ПК2 одновременно двух или более транспортных средств, среди которых нарушителем может быть только одно. Таким образом при многорядовом движении необходимо соответственно наращивать аппаратуру, что приводит к ее существенному удорожанию в изготовлении, и эксплуатации.

На рис. 10.25 приведена структурная схема системы, рассчитанной на получение крупномасштабного изображения номерного знака, находящегося на любом участке обозреваемого пространства, что существенно упрощает и ускоряет опознавание номера, как оператором, так и ЭВМ особенно при сложной фоновой обстановке. Это позволяет также применять более дешевые фотопреобразователи, не обладающие высокой разрешающей способностью. В системе предусмотрена возможность записи сигнала на видеомагнитофон. При необходимости использования ЭВМ (например, при опознавании автомашин, числящихся угоне) связь с ней осуществляется от видеоусилителя ВУ через аналого-цифровой преобразователь АЦП.

Система состоит из следующих основных частей: передающей камеры, выполненной на основе сочлененного фотопреобразователя, включающего в себя электронно-оптический преобразователь ЭОП, выполняющий функцию электронно-оптического затвора, и матрицу ПЗС-М, снабженной длиннофокусным объективом О1; селектора-обнаружителя номерного знака, выполненного на линейке ПЗС-Л и включающего в себя блок обработки сигнала УО; оптико-механического сканирующего модуля с «прыгающим» зеркалом З; блока управления БУ. Селектор-обнаружитель формирует с помощью объектива 02 визирную линию, которая проецируется на все полотно движения объектов в поперечном направлении. При пересечении визирной линии объектом на выходе линейки образуется сигнал, который после обработки, зависящей от заданного признака объекта (например, его ширины), формирует координатный импульс, который через блок управления воздействует на поворотное зеркало сканирующего модуля ПМ, скачком разворачивающее зеркало, а вместе с ним и узкое поле зрения передающей камеры (на рис. 10.25 заштриховано) в направлении расположения объекта. После этого открывается затворная секция ЭОП и происходит однократное экспонирование матрицы П3С-М. Передающая камера дополнительно снабжена устройством (на рис. не показано), позволяющим автоматически изменять коэффициент преобразования ЭОП в зависимости от освещенности объекта путем изменения напряжения на микроканальной пластине.

телевизионный установка наблюдение

5. МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА РЕЖИМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ

При разработке технического задания на проектирование телевизионной аппаратуры прикладного назначения и обоснования технического предложения, являющегося начальным этапом проектирования, необходимо рассмотреть реальность выполнения заданных технических условий или ограничить пределы их выполнимости, а также представить исходные данные для эскизного проектирования. С этой целью расчетным путем, являющимся при всех обстоятельствах более быстрым и дешевым, чем постановка эксперимента, определяется режим функционирования системы. Применительно к телевизионным системам обзорного типа это означает, что необходимо рассчитать условия обнаружения и опознавания заданного объекта или группы объектов с учетом их размеров, контраста, возможного освещения и пр. Это положение одинаково применимо как к системам визуального наблюдения, так и к автоматическим системам. Различие заключается в том, что в первом случае получателем информации является глаз оператора, а во втором - цифровой вычислитель, связанный с телевизионным датчиком через АЦП. Отсюда вытекает и различие в критериях обнаружения и опознавания. Вместе с тем в любом случае следует исходить из того, что для обнаружения объекта достаточно зарегистрировать его общие очертания, имеющие, как: правило, крупные размеры, а процесс опознавания связан с регистрацией. не только крупных, не и мелких характерных деталей объекта, размеры которых предполагаются априорно известными.

Расчет режима функционирования визуальной системы можно вести, либо исходя из заданных или выбранных условий наблюдения обстановки на экране кинескопа, которые в совокупности определяют близкий к реальному пороговый контраст зрительного анализатора Кпор, либо исходя из заданных параметров объекта (его контраста, освещенности) и параметров рассеивающей среды. В первом случае расчет ведется "от наблюдателя к объекту" и преследует цель найти вначале энергетическую и контрастную чувствительности телевизионной системы, т.е. величины, обратные минимальному входному: контрасту Квх и минимальной освещенности фотопреобразователя Еф от наиболее светлых участков наблюдаемого пространства, при которых обзорная система обеспечивает обнаружение и опознавание объектов с заданной степенью вероятности. Затем на их основе осуществляется энергетический расчет, который позволяет предъявить требования к необходимому и достаточному контрасту самого объекта К и его освещенности Е. Для активных систем определяется дополнительно необходимая сила света осветителя I и его тип (рис. 11.1).

Во втором случае расчет ведется по схеме "от объекта к наблюдателю" с целью дать ответ на вопрос: может ли быть обнаружен и опознан объект, т.е. превысит ли контраст его изображения на экране кинескопа пороговое значение.

Режим функционирования автоматической телевизионной системы рассчитывается, исходя из заданной вероятности правильного обнаружения крупных и мелких деталей изображения объекта на входе АЦП и соответствующего ему отношения сигнал/шум шпор.

При расчете режима функционирования телевизионной системы важным является предварительное обоснование и анализ исходных данных, вытекающих из условий работы оператора, а также характеристик объекта и окружающей его среды. При этом задача анализа может быть поставлена следующим образом. В более простом случае формулировка исходных данных осуществляется на основе некоторых осредненных показателей, известных из практики наблюдений за подобного рода объектами. В другом случае, характерным, в частности, при оптимизации результатов расчета, определенные исходные данные, такие, например, как контраст или размеры объекта, задаются в пределах, обусловленных назначением и условиями эксплуатации системы. Решение задачи при этом существенно усложняется и требует применения средств вычислительной техники.

Размещено на Allbest.ru