Оптическая локация

Накопление и усреднение кадров

Накопление и усреднение кадров

Накопление и усреднение кадров, сопровождающие лазерную подсветку удаленных объектов, расширяют возможности оптической локации в случае сильно зашумленных изображений. Это объясняется тем, что сигнал, отраженный от объекта, нарастает пропорционально числу суммируемых кадров, в то время как шум отстает, нарастая пропорционально квадратному корню из числа суммируемых кадров. Таким образом,. при усреднении распределения шум относительно уменьшается, а детали объекта проявляются более отчетливо. ПО Регистратора РИЦ822 дает возможность воспользоваться данным методом повышения качества изображения.
Однако более эффективным в данном отношении представляется накопление кадров при сканирующей локальной подсветке с применением отсечки (обнуления) сигналов на уровне шумов. Рисунки справа иллюстрируют эту методику. На двух верхних рисунках приведены два из серии последовательных кадров телекамеры, зарегистрированных при сканирующей подсветке здания, удаленного на 2,2 км, узким вертикальным лучом полупроводникового инфракрасного лазера мощностью 20 Вт. Съемка проводилась в темное время суток.
Ниже слева приведено изображение, полученное простым усреднением 28 последовательных кадров. Оно эквивалентно изображению, которое получилось бы таким же накоплением при постоянной равномерной подсветке (с такой же мощностью излучения) всей области, просканированной за 28 кадров.
Внизу справа приведено изображение, полученное с помощью ПО Регистратора РИЦ822 усреднением кадров, каждый из которых перед суммированием обработан следующим образом:
- яркость каждого пиксела, превышающая порог , оставлена без изменений;
- яркость каждого пиксела, не превышающая порог, приравнена нулю.
Порог в данном случае установлен примерно на верхней границе шума. Таким образом, шум при суммировании кадров практически вообще не накапливается, а складываются только информативные участки, подсвеченные относительно интенсивно. В результате изображение, полученное с помощью описанной обработки, по качеству существенно превосходит то, которое образуется при простом суммировании кадров.
Естественно, что в данном эксперименте (с учетом расстояния до объекта) уровень отраженного сигнала, был довольно низким.. В отдельных кадрах (до суммирования) он не превышал 7% от всего диапазона (пиковое значение в оцифрованном изображении составляет порядка 18 единиц при максимальном значении 255). В кадрах же, полученных усреднением, весь сигнал распределен в пределах 1% от диапазона (пиковое значение составляет порядка 2,3).
Обращает внимание также отсутствие (по крайней мере, незаметное присутствие) обратного рассеяния от воздуха. И это при непрерывной подсветке! Такой эффект объясняется значительным параллаксом; - расстояние между сканирующим излучателем и приемной телекамерой в данном эксперименте составляло около 12 м.

Измерение ЭПР

Регистратор РИЦ822 позволяет определить ЭПР (эффективную поверхность рассеяния) объекта методом сравнения потока, отраженного от этого объекта, с потоком, отраженным от образца ЭПР, при одной и той же интенсивности подсветки. В качестве примера на рисунке приведен результат регистрации отраженных сигналов от вертолета и от установленного под ним ламбертовского экрана с известной ЭПР, полученных в результате равномерной импульсной подсветки. ПО Регистратора РИЦ822 дает возможность пространственно проинтегрировать отраженные сигналы (определить их «объем под поверхностью») по отдельности. Отношение значений этих интегралов соответствует отношению ЭПР двух объектов. В данном примере поверхность вертолета отражает подсветку на рабочей длине волны гораздо хуже, чем ламбертовский экран, однако его ЭПР на 25 % превышает ЭПР экрана.

Соотношение ПСВ и ЭПР

Оптические и оптико-электронные приборы, направленные встречно к источнику подсветки, как правило, бликуют, т.е. возвращают в сторону локатора (источника подсветки) сравнительно узкий и интенсивный пучок излучения. Отношение энергетической силы отраженного излучения в направлении источника подсветки к энергетической освещенности, созданной источником подсветки на входной апертуре прибора, характеризуется Показателем Световозвращения (ПСВ) данного прибора при данном угле пеленга в соответствующих единицах (м2/ср).
С точки зрения оптической локации прибор, возвращающий значительный поток излучения к локатору, проявляет себя как некий объект с относительно большой Эффективной Поверхностью Рассеяния (ЭПР).
ЭПР определяется (аналогично радиолокации) как площадь некоторой фиктивной поверхности, являющейся идеальным изотропным отражателем, который, будучи помещённым в точку расположения цели, создаёт в точке расположения оптического локатора ту же плотность потока излучения, что и реальная цель. Величина ЭПР имеет размерность площади и измеряется обычно в квадратных метрах.
Исходя из приведенных определений с помощью простых фотометрических соотношений нетрудно установить, что ПСВ оптического прибора и соответствующая ЭПР пропорциональны друг другу с точностью до множителя 4π ср. Например, прибор, обладающий ПСВ=1м2/ср, проявляет себя как объект с ЭПР=4π м2.