Оглавление
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.............5
ВВЕДЕНИЕ.................................................7
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СПЕКТРАЛЬНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ
1.1. Методы спектрально-энергетической калибровки телсвизион-
ных систем...................................................16
1.2. Дифференциальный метод аттестации телевизионных систем..........................................................20
1.3. Интегральный метод аттестации телевизионных систем 26
1.4. Анализ способов измерения характеристики спектральной чувствительности телевизионной системы..........................31
1.5. Выводы по первой главе .................................35
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ С НЕЛИНЕЙНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ
2.1. Исследование возможности использования численных методов для метрологической аттестации нелинейных инерционных систем........................................................37
2.2. Разработка численного метода проведения спектрально-энергетической калибровки телевизионной системы с нелинейной энергетической характеристикой...................................46
2
2.3. Разработка алгоритма практического моделирования нелинейного преобразования оптического излучения в электрический сигнал 51
2.4. Разработка рекомендации но оценке необходимого минимального порядка ядра функционального разложения для описания нелинейной телевизионной системы...............................56
2.5. Выводы по второй главе..................................58
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА ИЗОБРАЖЕНИЯ
3.1. Разработка математической модели характеристики спектральной чувствительности телевизионного приемника изображения ...59
3.2. Разработка метода определения характеристики спектральной чувствительности телевизионного приемника изображения 69
3.3. Исследование влияния параметров и характеристики спектрального анализатора на точность определения характеристики спектральной чувствительности................................73
3.4. Выводы по третьей главе.................................78
3
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ШУМОВ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ИХ УЧЕТА
4.1. Исследование влияния шумов телевизионной системы на точность определения характеристики спектральной чувствительности телевизионного приемника изображения....................80
4.2. Разработка рекомендации по выбору начальных условий для нахождения оптимальных аппроксимирующих параметров 85
4.3. Вычислительный эксперимент по проведению спектральноэнергетической калибровки телевизионной системы.........90
4.4. Выводы по четвертой главе..........................98
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ РАБОТЫ..........................100
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПОЛИНОМЫ ЛАГЕРРА.........................103
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ ЛЕВЕНБЕРГА-МАРКАРД-ТА.................................................... 104
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................108
4
Список используемых сокращений и обозначений
ТС - Телевизионная система;
ТПИ - Телевизионный приемник изображения;
СЭК - Спектрально-энергетическая калибровка;
ХСЧ - Характеристика спектральной чувствительности; и(Е) - Энергетическая характеристика телевизионной системы;
РД) - Поток излучения; вД) - Характеристика спектральной чувствительности телевизионной системы;
- Значение абсолютной чувствительности телевизионной системы, определенное на /-ой длине волны;
Б(Е Д) - Характеристическая поверхность абсолютной спектральной чувствительности телевизионной системы;
Р - Оператора преобразования оптического излучения;
Е(Х) - Плотность мощности потока оптического излучения;
Ех - Плотности мощности оптического излучения на /-ой длине волны; и; - Реакция ТС на внешнее воздействие Е? ;
I ,
и - Реакция телевизионной системы на внешнее воздействие;
А - Диапазон спектральной чувствительности телевизионной системы;
А А, - Ширина полосы пропускания спектрального анализатора;
Ьп - Коэффициент аппроксимации нелинейной характеристики без-
инерционной части математической модели; сп - Коэффициент аппроксимации энергетической характеристики телевизионной системы;
Р - Мощность сигнала на выходе линейного безинерционного элемента математической модели;
5
Я - Мощность падающего сигнала; ат - Коэффициент разложения;
ср(£) - Вес ортонормированного полинома;
Ьк(£) - к-й Полином Лагерра;
а - Коэффициент затухания полинома Лагерра; А - Среднеквадратическая ошибка.
6
ВВЕДЕНИЕ
Объект исследования и актуальность темы. В последнее время в большинстве областей науки и техники нашли широкое распространение средства измерения, использующие дистанционные методы исследования [1-11]. С помощью таких средств стало возможным получать более объективную информацию об исследуемых объектах или изучаемых физических процессах удаленных на расстояние.
Российский и зарубежный опыт эксплуатации средств дистанционного исследования показывает, что эффективность их применения в основном определяется оперативностью получения информации об исследуемых объектах или изучаемых физических процессах, а в ряде случаев эта информация получается этими средствами с большей точностью [8-10]. Анализ технических возможностей таких средств, показал, что большинство из них не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к ним по числу анализируемых параметров, быстродействию проведения измерений исследуемых параметров и точности оценки измеряемых физических величии. Это обстоятельство ставит перед разработчиками средств дистанционного исследования задачу дальнейшего их совершенствования.
На современном этапе развития техники одним из наиболее перспективных видов технических средств, способным сделать следующий шаг в развитии средств дистанционного исследования, являются телевизионные системы (ТС). Телевизионные системы по своим функциональным особенностям могут анализировать объекты наблюдения или исследовать физические процессы не только в одной точке, а способны производить измерения во всем наблюдаемом пространстве. Отличительной особенностью ТС является также то, что они способны проводить исследования физических процессов не только по одному параметру, а могут проводить их по целому ряду параметров. В измерительных комплексах ТС строятся, как правило, по одной из
7
двух схем, либо по схеме измерителя - осуществляющего непосредственно измерение значения физической величины, либо по схеме датчика - использующего обратную связь по управлению за контролируемыми параметрами или системой параметров исследуемого объекта наблюдения или изучаемого физического процесса.
В ряде случаев при работе с ТС возникают проблемы, связанные с точностью измерения значения физической величины во всем диапазоне яркости излучаемого от объекта или изучаемого физического процесса вследствие нелинейности энергетической характеристики телевизионного приемника изображения (ТПИ), применяемого в телевизионной передающей камере[12-15]. Это обстоятельство на этапе построения измерительных телевизионных систем, работающих в широком спектральном диапазоне при большом уровни яркости наблюдаемых объектов в качестве средств дистанционного исследования, наиболее остро ставит вопрос по разработке новых, более совершенных методов метрологической аттестации спектрально-энергетических характеристик телевизионных систем с учетом нелинейности преобразования потоков электромагнитного излучения в ТПИ [12-24].
В работах [17-22] показано, что по спектрально-энергетическим характеристикам телевизионных систем, определенным во всем диапазоне возможных освещенностей входного зрачка телевизионной передающей камеры и во всем спектральном диапазоне ее чувствительности, возможно, построить измерительные комплексы:
> для непосредственного измерения значений физических величин - с условиями работы ТС, существенно отличающихся от нормального режима эксплуатации;
> самонастраивающиеся - с законом управления ТС, адаптирующимся к условиям наблюдения за исследуемым объектом наблюдения или изучаемым физическим процессом.
В метрологической практике процесс определения истинных значений спектрально-энергетических параметров ТС является весьма сложной и на данный момент актуальной задачей. В последние время в связи с бурным развитием средств вычислительной техники, а также с появлением возможности использовать более совершенные методы обработки результатов экспериментальных исследований этой тематике посвящено достаточно много работ [8-11,17-23, 33].
В работах [24-29] показано, что основными характеристиками, по которым проводится метрологическая аттестация ТС, являются:
> энергетическая характеристика Ц(Е) - зависимость величины реакции телевизионной системы на входное воздействие потока излучения р(Ь), облучающего входной зрачок телевизионной передающей камеры;
> характеристика спектральной чувствительности 5(Я) - зависимость чувствительности телевизионных систем, выраженной в абсолютных энергетических единицах, от длины волны л потока излучения Р(Х), облучающего входной зрачок телевизионной передающей камеры.
По этим двум характеристикам можно произвести оценку области использования того, либо иного измерительного средства построенного на базе ТС. В работе [30] сам процесс определения этих двух характеристик называется спектрально-энергетической калибровкой (СЭК) телевизионной системы и под ним подразумевается установление однозначного соответствия между всеми возможными значениями плотности мощности монохроматических потоков излучений во всем диапазоне спектральной чувствительности телевизионной системы, облучающих входной зрачок телевизионной передающей камеры, и величинами реакции телевизионной системы на эти входные воздействия.
9
- Киев+380960830922