Компьютерное моделирование работы приборов ночного видения в поляризованном и неполяризованном свете

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 535. 4
Л. В. Тымкул, И. В. Валиахметов СГГ А, Новосибирск
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ В ПОЛЯРИЗОВАННОМ И НЕПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ
L.V. Tymkul, I. R Valiakhmetov
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630 108, Russian Federation
COMPUTER SIMULATION OF NIGHT-VISION DEVICES OPERATION IN POLARIZED AND NON-POLARIZED LIGHT
The work deals with methods, algorithm, and the structure of computer simulation of night-vision devices (passive type) operation in polarized and non-polarized light.
Интерес к анализу возможностей и моделированию работы поляризационных приборов ночного видения (ПНВ) вызван, в основном, двумя факторами, которые сформулированы в работе [1]. Согласно этой работе, первый фактор связан с возможностью повышения наблюдаемого контраста в поляризованном свете за счет подавления поляризационным фильтром уровня излучения фона. Это позволяет увеличить дальность действия и распознавания ПНВ. Однако, имеет место и другой, противоположный фактор, который заключается в потере энергии оптического излучения при прохождении через поляризационный фильтр в виде линейных поляризаторов и фазовых пластинок. Этот фактор может привести к уменьшению дальности действия и распознавания. Очевидно, что сопоставление этих двух противоположных факторов и формирует суммарный положительный или отрицательный эффект функционирования поляризационных ПНВ.
В основу компьютерного моделирования работы ПНВ пассивного типа в произвольно поляризованном свете заложены теория и математические модели работы этих приборов в поляризованном и неполяризованном свете
[1−3].
Согласно этим работам, математические модели работы ПНВ пассивного типа содержат следующие информационные соотношения:
— Выражения для модуля пространственно-частотного спектра (ПЧС) яркости изображения объекта L04l,/u^ и фона Ьф С, на экране ПНВ в
произвольно поляризованном свете-
— Выражения для модуля ПЧС абсолютного AL С, И- _ и относительного K С" контрастов в изображении объектов на экране ПНВ в произвольно поляризованном свете-
— Составляющие модуля ПЧС яркости изображения объекта, формирующегося за счет подсветки излучением неба Ьон^, м^ и Луны
ОЛ ^5 № -5
— Составляющие модуля ПЧС яркости изображения фона, формирующегося за счет подсветки излучением неба Ьфн С, м ___ и Луны
— Выражение для модуля ПЧС яркости рассеянного излучения слоя атмосферы? с С, _ между объектом и прибором-
— Выражения для частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) оптической системы ПНВ к0 С, и _ и электронно-оптического преобразователя (ЭОП) кэ ^
— Выражение для модуля ПЧС яркости темновош свечения экрана Ьэ^,/и^ как внутренней помехи-
— Выражения, связывающие пространственные частоты у и ^ разрешаемых элементов в пространстве изображений по координатам х и у с критическими размерами объекта ах и, а у, фокусным расстоянием
объектива ПНВ /'-, линейным увеличением ЭОПа Уэ, дальностью решения поставленной задачи I и числом периодов Nр пространственной миры,
разрешаемых вдоль критического размера объекта.
На основе работ [1−3] указанные соотношения в математических моделях имеют следующий вид:
1о ^ = ьон ПА +ь0л ]-[1 + Р0со82 10-а ] +
+ьс у, ц ¦
х кэ у, м +ьэ у, м —
1 + Рф соз2 1ф- сс
'-хп'-К х
(1)
Ьф у& gt-" = [Ьфн у& gt-" +Ьфл у& gt-" _
1 + Рф соз2 tф — а
+
+ьс У, М ¦ х кэ у, м +ЬЭ у, Ц —
1 + Рф соз2 1ф — сс
'-тп'-К у^ х
(2)
АЬ у, ц =
К у^ ~?ф у ^
(3)
К У,!Л =
1о У^ ~1ф У^
1о У^ +1ф У^
(4)
-25 2 уг+/и1
К У, Ц =е ' (5)
— ^ & quot-1. ~2324(2+]и2
ьэ К, Ц & gt- е э — (6)
у = Ыр-1/ах-/'--У (7)
// = ^ -1/ау-ГУ (8)
В выражениях (1) — (8), кроме указанных выше, приняты следующие обозначения:
€*00^ Ъф,ф — степень и азимут поляризации излучения объекта и
фона соответственно-
д0, 8 э — диаметр пятна рассеяния объектива и ЭОПа ПНВ
соответственно-
а — азимут поляризации линейного поляризатора, установленного перед объективом ПНВ-
тп — коэффициент пропускания поляризатора.
Алгоритм компьютерного моделирования работы ПНВ пассивного типа в поляризованном и неполяризованном свете содержит следующую структуру:
1. Ввод исходных данных для следующих информационных модулей:
1.1 Параметры ПНВ и его составных звеньев-
1.2 Условия естественного освещения и метеорологическое состояние атмосферы-
1.3 Параметры объектно-фоновой обстановки и условия наблюдения-
1.4 Поляризационные характеристики объекта и фона-
2. Формирование операторов расчета модулей ПЧС яркости изображения объекта и фона согласно соотношениям (1) и (2).
3. Представление соотношений (3) и (4) в виде:
Л? у, Ц = Ь0 у, ц ~ Ьф у, ц & gt-пг-Ьэ у, ц — (9)
& gt-К"
(10)
К У, М = [ьо У, и -Ьф У, М ]/[^о У, И +Ьф У, М
где т — отношение сигнал/шум в изображении объекта на экране ПНВ- Кп — пороговый контраст глаза оператора-наблюдателя.
4. Формирование операторов расчета абсолютного Аи относительного К {у,/л) контрастов на экране ПНВ при заданном числе периодов N р.
5. Организация цикла по дальности / до выполнения условий:
А?& lt-,//>-т-?э & lt-,/0 кС, мУк". (11)
6. Выдача значения дальности решения поставленной задачи 1р которое соответствует условию (11):
(12)
АЬ =т-Ь у, М — К V,// =К
э п
На основании указанного алгоритма была разработана программа моделирования работы ПНВ в среде Вог1а^ Delphi 7.
Для подтверждения достоверности предлагаемой методики компьютерного моделирования работы ПНВ в поляризованном и неполяризованном свете, в работе проведены исследования зависимости дальности обнаружения, распознавания и идентификации ПНВ МПН-8КМ от наблюдаемого контраста Кп, метеорологической дальности видимости? м.
Получено, что дальность обнаружения, распознавания и идентификации в поляризованном свете больше, чем в неполяризованном приблизительно в полтора раза. При этом параметры поляризации отражения объекта и фона следующие: = 0,4-/^ = 0,5- / = 0-= 90°. Коэффициент пропускания
поляризатора тп = о, 85- азимут поляризации линейного поляризатора сс = 0.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тымкул, Л. В. Математическая модель работы приборов ночного видения в поляризованном свете [Текст] // Сб. материалов III Междунар. науч. конгр. & quot-ГЕО-Сибирь-2007"-, 25−27 апр. 2007 г., г. Новосибирск. Т.4. Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника Ч.2. / Л. В. Тымкул. — Новосибирск: СГГА, 2007 г. — С. 14−18.
2. Тымкул, Л. В. Оптико-математическая модель приборов ночного видения пассивного типа [Текст] // Сб. тез. докл. Междунар. конф. & quot-Прикладная оптика-2000& quot- / Л. В. Тымкул, В. М. Тымкул — СПб, 2000. — С. 216.
3. Тымкул, В. М. Оптико-электронные приборы и системы. Теория и методы энергетического расчета [Текст]: учеб. пособие / В. М. Тымкул, Л. В. Тымкул. -Новосибирск: СГГА, 2005. — 215 с.
© Л. В. Тымкул, И. В. Валиахметов, 2008

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой