COMPUTER MODELING OF NIGHT VISION INSTRUMENT OPERATION AT ARBITRARY POLARIZED LIGHT
УДК 535.4
Л. В. ТЫМКУЛ, В. М. ТЫМКУЛ
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ В ПРОИЗВОЛЬНО ПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ
Предлагаются методика, математическое обеспечение и структура алгоритма компьютерного моделирования работы приборов ночного видения в произвольно поляризованном свете. Ключевые слова: компьютерное моделирование, прибор ночного видения, поляризованный свет.
Вопросам разработки теории математических и компьютерных моделей функционирования приборов ночного видения (ПНВ) посвящен ряд работ [1—5]. Так, в статье [1] рассмотрена теория формирования яркости изображения объектов и фона на экране ПНВ активного и пассивного типов в приближении геометрической оптики. В этой же работе получены выражения для абсолютного и относительного контраста изображения объектов на экране ПНВ, следует отметить, что авторам удалось вполне точно отразить основные функциональные составляющие оптического излучения, которые формируют суммарную яркость изображения объектов и фона на экране ПНВ пассивного и активного типа.
Для использования теории линейных систем при расчете характеристик ПНВ в статьях [2, 3] нами на основе положений физической оптики разработаны теория и математическая модель функционирования ПНВ активного и пассивного типа в неполяризованном свете. В этих работах получены математические модели пространственно-частотных спектров (ПЧС)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
62 Л. В. Тымкул, В. М. Тымкул
яркости изображения объектов и фона, а также аналогичные спектры абсолютного и относительного контраста объектов, на основании которых представлена методика расчета дальности действия и разрешения ПНВ. В статье [4] представлена математическая модель работы ПНВ пассивного типа в поляризованном свете. В работе [5] рассмотрена модель структурного описания ПНВ и проведена компьютерная оценка дальности распознавания объектов наблюдения.
Интерес к анализу возможностей и моделированию работы поляризационных ПНВ вызван в основном двумя факторами, которые сформулированы в работе [4]. Согласно этой статье, 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 — энергия оптического излучения при прохождении через поляризационный фильтр в виде линейных поляризаторов и фазовых пластинок снижается. Это может привести к уменьшению дальности действия и распознавания. Очевидно, что сопоставление этих двух противоположных факторов и формирует суммарный (положительный/отрицательный) эффект функционирования поляризационных ПНВ.
В этой связи целью настоящей статьи является разработка методики компьютерного моделирования работы ПНВ пассивного типа в произвольно поляризованном свете.
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 [2—4]. Согласно этим работам, математические модели работы ПНВ пассивного типа содержат следующие информационные соотношения:
— для модуля пространственно-частотного спектра (ПЧС) яркости изображения объек-
та Lo (ν,µ) и фона Lф (ν,µ) на экране ПНВ в произвольно поляризованном свете;
— для модуля ПЧС абсолютного ∆L (ν,µ) и относительного K (ν,µ) контраста в изо-
бражении объектов на экране ПНВ в произвольно поляризованном свете;
— составляющие модуля ПЧС яркости изображения объекта, формирующегося за счет
подсветки излучением неба Loн (ν,µ) и Луны Loл (ν,µ) ;
— составляющие модуля ПЧС яркости изображения фона, формирующегося за счет
подсветки излучением неба Lфн (ν,µ) и Луны Lфл (ν,µ) ;
— выражение для модуля ПЧС яркости рассеянного излучения слоя атмосферы
Lc (ν,µ) между объектом и прибором;
— для частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) оптической системы ПНВ
hoпт (ν,µ) и электронно-оптического преобразователя (ЭОП) hэоп (ν,µ) ;
— для модуля ПЧС яркости темнового свечения экрана Lэ (ν,µ) как внутренней помехи;
— выражения, связывающие пространственные частоты ν и µ разрешаемых элементов в пространстве изображений по координатам x и y с критическими размерами объекта ax и ay ,
фокусным расстоянием объектива ПНВ f ′ , линейным увеличением ЭОП V′, дальностью l и
числом периодов N p пространственной миры, разрешаемых вдоль критического размера
объекта.
На основе работ [2—4] указанные соотношения в математических моделях имеют следующий вид:
{Lо (ν,µ) = ⎡⎣Lон (ν,µ) + Lол (ν,µ)⎤⎦ ⎣⎡1 + Pо cos 2(to − α)⎦⎤ +
( ) }+Lс (ν,µ) ⎡⎣1+ Pф cos 2 tф − α ⎦⎤ τпhопт (ν,µ) hэоп (ν,µ) + Lэ (ν,µ);
(1)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
Компьютерное моделирование работы приборов ночного видения в поляризованном свете
{ ( )Lф (ν,µ) = ⎡⎣Lфн (ν,µ) + Lфл (ν,µ)⎦⎤ ⎣⎡1+ Pф cos 2 tф − α ⎦⎤ + ( ) }+Lс (ν,µ) ⎡⎣1+ Pф cos 2 tф − α ⎤⎦ τпhопт (ν,µ) hэоп (ν,µ) + Lэ (ν,µ);
63 (2)
∆L (ν,µ) = Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ) ;
(3)
K (ν,µ) = ⎣⎡Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ)⎤⎦ ⎣⎡Lо (ν,µ) + Lф (ν,µ)⎤⎦ ;
( )( )hопт ν, µ = e−2δо2б ν2+µ2 ; ( )( )hэоп ν, µ = e−2δэ2оп ν2+µ2 ;
(4) (5) (6)
ν = N pl ax f ′V ;
(7)
µ = N pl ay f ′V .
(8)
( )Здесь ( Pо ,tо ) , Pф,tф — степень и азимут поляризации излучения объекта и фона соответст-
венно; δоб , δэоп — диаметр пятна рассеяния объектива и ЭОП ПНВ соответственно; α —
азимут поляризации линейного поляризатора, установленного перед объективом ПНВ; τп — коэффициент пропускания поляризатора.
Следует отметить, что составляющие модуля ПЧС яркости изображения объекта получаются следующим образом:
∫∫Lон
(ν,µ)
=
Lон
⎢⎡⎢⎣⎛⎝⎜
1 So
⎞ ⎟ ⎠
⎤
βпс (ψн ) e− j2π(ν x+µ y)dxdy
So
⎥; ⎥ ⎦
(9)
( ∫∫Lол
ν, µ )
=
Lол
⎢⎡⎢⎣⎛⎝⎜
1 So
⎞ ⎟ ⎠
⎤
β (ψн ) e− j2π(ν x+µ y) cos ψлdxdy
So
⎥; ⎥ ⎦
(10)
∫∫Lс
(ν,
µ)
=
Lс
⎣⎢⎡⎢⎝⎛⎜
1 So
⎞ ⎟ ⎠
⎤
e− j2π(ν x+µ y)dxdy ⎥ ;
So
⎥ ⎦
(11)
∫∫Lэ
(
ν,
µ
)
=
Lэ
⎢⎣⎢⎡⎜⎛⎝
1 So
⎞ ⎟ ⎠
e− j2π(ν x+µ y)dxdy
So
⎤ ⎥. ⎥ ⎦
(12)
В этих формулах приняты следующие обозначения: β(Ψн), βпс (Ψн) — индикатриса коэффициента яркости отражения покрытия поверхности объекта при направленном и полусфериче-
ском освещении соответственно; Sо — площадь поверхности объекта в пространстве изобра-
жений; Ψл, Ψн — угол между нормалью к элементу поверхности объекта и направлением на Луну и на наблюдателя.
Следует отметить, что значения Lон ,Lол, Lс, Lэ выражаются через параметры составных звеньев ПНВ и объектно-фоновой обстановки следующим образом [1]:
Lон=(kητоптLннd2ρβпc ⁄ 4(f ′)2 V2) e–σl ; Lол=(kητoптEл d2ρβ ⁄ 4π(f ′)2 V2) e–σl ;
(13) (14)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
64 Л. В. Тымкул, В. М. Тымкул
Lс=(kητоптLннd2 ⁄ 4(f ′)2 V2)(1 – e–σl ); Lэ=kηj ⁄ kэопπV2,
(15) (16)
где Lнн — яркость излучения ночного неба; Eл — освещенность, создаваемая излучением Луны в месте расположения объекта; d — диаметр входного зрачка объектива ПНВ; τопт — коэффициент пропускания оптической системы ПНВ без поляризационного фильтра; k, kэоп — коэффициенты использования соответственно системой „прибор-глаз“ и фотокатодом ЭОП;
η — коэффициент усиления ЭОП; ϕ, j — интегральная чувствительность и плотность тока
термоэлектронной эмиссии фотокатода ЭОП; σ — объемный показатель ослабления атмо-
сферы; ρ — диффузный коэффициент отражения поверхности объекта. В свою очередь, модули ПЧС яркости изображения фона на экране ПНВ получаются
аналогично соотношениям (9)—(12). Представим алгоритм компьютерного моделирования работы ПНВ пассивного типа в
поляризованном и неполяризованном свете. 1. Ввод исходных данных для следующих информационных модулей: — параметры ПНВ и его составных звеньев; — условия естественного освещения и метеорологическое состояние атмосферы; — параметры объектно-фоновой обстановки и условия наблюдения; — поляризационные характеристики объекта и фона. 2. Формирование операторов расчета модулей ПЧС яркости изображения объекта и фо-
на, согласно соотношениям (1) и (2). 3. Представление соотношений (3) и (4) в виде
∆L (ν,µ) = Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ) ≥ mLэ (ν,µ);
(17)
K (ν,µ) = ⎣⎡Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ)⎦⎤ ⎣⎡Lо (ν,µ) + Lф (ν,µ)⎦⎤ ≥ Kп,
(18)
где т — отношение сигнал/шум в изображении объекта на экране ПНВ; Kп — пороговый
контраст глаза оператора-наблюдателя. 4. Формирование операторов расчета абсолютного ∆L(ν, µ) и относительного K (ν, µ)
контрастов на экране ПНВ при заданном числе периодов N p .
5. Организация цикла по дальности l до выполнения условий:
∆L (ν,µ) = mLэ (ν,µ); K (ν,µ) = Kп.
(19)
6. Выдача значения дальности решения поставленной задачи lp , которое соответствует
условию (19):
( )lp = l
Np
. ∆L(ν,µ)=mLэ(ν,µ); K(ν,µ)=Kп
(20)
На основании указанного алгоритма была разработана программа моделирования рабо-
ты ПНВ в среде Borland Delphi 7.
Для подтверждения достоверности предлагаемой методики компьютерного моделирова-
ния работы ПНВ в поляризованном и неполяризованном свете в работе проведены исследова-
ния зависимости дальности обнаружения, распознавания и идентификации ПНВ МПН-8КМ от
наблюдаемого контраста и метеорологической дальности видимости.
Получено, что дальность обнаружения, распознавания и идентификации в поляризован-
ном свете больше, чем в неполяризованном приблизительно в полтора раза. При этом пара-
метры поляризации отражения объекта и фона следующие: Pо = 0, 4; Pф = 0,5; tо = 0; tф = 90°.
Коэффициент пропускания поляризатора τп = 0,85; азимут поляризации линейного поляризатора α = 0.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
Компьютерное моделирование работы приборов ночного видения в поляризованном свете 65
1. Разработана математическая модель работы ПНВ пассивного типа в поляризованном и неполяризованном свете, на основании которой предложены методика, алгоритм и программа их компьютерного моделирования.
2. Предложенные методику и программу можно использовать как для моделирования работы традиционных ПНВ пассивного типа в различных условиях естественного освещения, объектно-фоновой обстановки и состояния атмосферы, так и для анализа возможности и условий повышения дальности действия при работе в поляризованном свете.
3. На основании анализа полученных количественных результатов и данных работ [4] выявлено, что при наличии частичной поляризации излучения фона за счет эффекта его частичного подавления поляризационным фильтром имеет место увеличение дальности обнаружения, распознавания и идентификации объектов в поляризационных ПНВ пассивного типа.
4. В свою очередь, при наличии частичной поляризации излучения как объекта, так и фона, поляризационная фильтрация в ПНВ эффективна в случае близости значений коэффициентов отражения объекта и фона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сухопаров С. А., Пизюта Б. А. К вопросу дальности действия приборов ночного видения // Тр. НИИГАиК. 1974. Т. 32. С. 45—48.
2. Тымкул Л. В., Тымкул В. М. Оптико-математическая модель приборов ночного видения пассивного типа // Сб. тез. докл. Междунар. конф. „Прикладная оптика−2000“. СПб, 2000. С. 216.
3. Тымкул В. М., Тымкул Л. В. Оптико-электронные приборы и системы. Теория и методы энергетического расчета. Новосибирск: СГГА, 2005. 215 с.
4. Тымкул Л. В. Математическая модель работы приборов ночного видения в поляризованном свете // Сб. матер. III Междунар. науч. конгр. „ГЕО-Сибирь-2007“. Т. 4. Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Ч. 2. Новосибирск: СГГА, 2007. С. 14—18.
5. Малинин В. В., Цепиногова З. М., Попов Г. Н., Моисеенко Г. А., Моисеенко В. В. Функциональное компьютерное моделирование телевизионных приборов ночного видения // Там же. Ч. 1. Новосибирск: СГГА, 2007. С. 29—33.
Любовь Васильевна Тымкул Василий Михайлович Тымкул
Сведения об авторах — д-р техн. наук, профессор; Сибирская государственная геодезическая
академия, Новосибирск; E-mail: fantasy_2000@ngs.ru — д-р техн. наук, профессор; Сибирская государственная геодезическая
академия, Новосибирск; E-mail: kaf.oep@ssga.ru
Рекомендована кафедрой оптико-электронных приборов
Поступила в редакцию 24.02.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
Л. В. ТЫМКУЛ, В. М. ТЫМКУЛ
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ В ПРОИЗВОЛЬНО ПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ
Предлагаются методика, математическое обеспечение и структура алгоритма компьютерного моделирования работы приборов ночного видения в произвольно поляризованном свете. Ключевые слова: компьютерное моделирование, прибор ночного видения, поляризованный свет.
Вопросам разработки теории математических и компьютерных моделей функционирования приборов ночного видения (ПНВ) посвящен ряд работ [1—5]. Так, в статье [1] рассмотрена теория формирования яркости изображения объектов и фона на экране ПНВ активного и пассивного типов в приближении геометрической оптики. В этой же работе получены выражения для абсолютного и относительного контраста изображения объектов на экране ПНВ, следует отметить, что авторам удалось вполне точно отразить основные функциональные составляющие оптического излучения, которые формируют суммарную яркость изображения объектов и фона на экране ПНВ пассивного и активного типа.
Для использования теории линейных систем при расчете характеристик ПНВ в статьях [2, 3] нами на основе положений физической оптики разработаны теория и математическая модель функционирования ПНВ активного и пассивного типа в неполяризованном свете. В этих работах получены математические модели пространственно-частотных спектров (ПЧС)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
62 Л. В. Тымкул, В. М. Тымкул
яркости изображения объектов и фона, а также аналогичные спектры абсолютного и относительного контраста объектов, на основании которых представлена методика расчета дальности действия и разрешения ПНВ. В статье [4] представлена математическая модель работы ПНВ пассивного типа в поляризованном свете. В работе [5] рассмотрена модель структурного описания ПНВ и проведена компьютерная оценка дальности распознавания объектов наблюдения.
Интерес к анализу возможностей и моделированию работы поляризационных ПНВ вызван в основном двумя факторами, которые сформулированы в работе [4]. Согласно этой статье, 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 — энергия оптического излучения при прохождении через поляризационный фильтр в виде линейных поляризаторов и фазовых пластинок снижается. Это может привести к уменьшению дальности действия и распознавания. Очевидно, что сопоставление этих двух противоположных факторов и формирует суммарный (положительный/отрицательный) эффект функционирования поляризационных ПНВ.
В этой связи целью настоящей статьи является разработка методики компьютерного моделирования работы ПНВ пассивного типа в произвольно поляризованном свете.
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 [2—4]. Согласно этим работам, математические модели работы ПНВ пассивного типа содержат следующие информационные соотношения:
— для модуля пространственно-частотного спектра (ПЧС) яркости изображения объек-
та Lo (ν,µ) и фона Lф (ν,µ) на экране ПНВ в произвольно поляризованном свете;
— для модуля ПЧС абсолютного ∆L (ν,µ) и относительного K (ν,µ) контраста в изо-
бражении объектов на экране ПНВ в произвольно поляризованном свете;
— составляющие модуля ПЧС яркости изображения объекта, формирующегося за счет
подсветки излучением неба Loн (ν,µ) и Луны Loл (ν,µ) ;
— составляющие модуля ПЧС яркости изображения фона, формирующегося за счет
подсветки излучением неба Lфн (ν,µ) и Луны Lфл (ν,µ) ;
— выражение для модуля ПЧС яркости рассеянного излучения слоя атмосферы
Lc (ν,µ) между объектом и прибором;
— для частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) оптической системы ПНВ
hoпт (ν,µ) и электронно-оптического преобразователя (ЭОП) hэоп (ν,µ) ;
— для модуля ПЧС яркости темнового свечения экрана Lэ (ν,µ) как внутренней помехи;
— выражения, связывающие пространственные частоты ν и µ разрешаемых элементов в пространстве изображений по координатам x и y с критическими размерами объекта ax и ay ,
фокусным расстоянием объектива ПНВ f ′ , линейным увеличением ЭОП V′, дальностью l и
числом периодов N p пространственной миры, разрешаемых вдоль критического размера
объекта.
На основе работ [2—4] указанные соотношения в математических моделях имеют следующий вид:
{Lо (ν,µ) = ⎡⎣Lон (ν,µ) + Lол (ν,µ)⎤⎦ ⎣⎡1 + Pо cos 2(to − α)⎦⎤ +
( ) }+Lс (ν,µ) ⎡⎣1+ Pф cos 2 tф − α ⎦⎤ τпhопт (ν,µ) hэоп (ν,µ) + Lэ (ν,µ);
(1)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
Компьютерное моделирование работы приборов ночного видения в поляризованном свете
{ ( )Lф (ν,µ) = ⎡⎣Lфн (ν,µ) + Lфл (ν,µ)⎦⎤ ⎣⎡1+ Pф cos 2 tф − α ⎦⎤ + ( ) }+Lс (ν,µ) ⎡⎣1+ Pф cos 2 tф − α ⎤⎦ τпhопт (ν,µ) hэоп (ν,µ) + Lэ (ν,µ);
63 (2)
∆L (ν,µ) = Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ) ;
(3)
K (ν,µ) = ⎣⎡Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ)⎤⎦ ⎣⎡Lо (ν,µ) + Lф (ν,µ)⎤⎦ ;
( )( )hопт ν, µ = e−2δо2б ν2+µ2 ; ( )( )hэоп ν, µ = e−2δэ2оп ν2+µ2 ;
(4) (5) (6)
ν = N pl ax f ′V ;
(7)
µ = N pl ay f ′V .
(8)
( )Здесь ( Pо ,tо ) , Pф,tф — степень и азимут поляризации излучения объекта и фона соответст-
венно; δоб , δэоп — диаметр пятна рассеяния объектива и ЭОП ПНВ соответственно; α —
азимут поляризации линейного поляризатора, установленного перед объективом ПНВ; τп — коэффициент пропускания поляризатора.
Следует отметить, что составляющие модуля ПЧС яркости изображения объекта получаются следующим образом:
∫∫Lон
(ν,µ)
=
Lон
⎢⎡⎢⎣⎛⎝⎜
1 So
⎞ ⎟ ⎠
⎤
βпс (ψн ) e− j2π(ν x+µ y)dxdy
So
⎥; ⎥ ⎦
(9)
( ∫∫Lол
ν, µ )
=
Lол
⎢⎡⎢⎣⎛⎝⎜
1 So
⎞ ⎟ ⎠
⎤
β (ψн ) e− j2π(ν x+µ y) cos ψлdxdy
So
⎥; ⎥ ⎦
(10)
∫∫Lс
(ν,
µ)
=
Lс
⎣⎢⎡⎢⎝⎛⎜
1 So
⎞ ⎟ ⎠
⎤
e− j2π(ν x+µ y)dxdy ⎥ ;
So
⎥ ⎦
(11)
∫∫Lэ
(
ν,
µ
)
=
Lэ
⎢⎣⎢⎡⎜⎛⎝
1 So
⎞ ⎟ ⎠
e− j2π(ν x+µ y)dxdy
So
⎤ ⎥. ⎥ ⎦
(12)
В этих формулах приняты следующие обозначения: β(Ψн), βпс (Ψн) — индикатриса коэффициента яркости отражения покрытия поверхности объекта при направленном и полусфериче-
ском освещении соответственно; Sо — площадь поверхности объекта в пространстве изобра-
жений; Ψл, Ψн — угол между нормалью к элементу поверхности объекта и направлением на Луну и на наблюдателя.
Следует отметить, что значения Lон ,Lол, Lс, Lэ выражаются через параметры составных звеньев ПНВ и объектно-фоновой обстановки следующим образом [1]:
Lон=(kητоптLннd2ρβпc ⁄ 4(f ′)2 V2) e–σl ; Lол=(kητoптEл d2ρβ ⁄ 4π(f ′)2 V2) e–σl ;
(13) (14)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
64 Л. В. Тымкул, В. М. Тымкул
Lс=(kητоптLннd2 ⁄ 4(f ′)2 V2)(1 – e–σl ); Lэ=kηj ⁄ kэопπV2,
(15) (16)
где Lнн — яркость излучения ночного неба; Eл — освещенность, создаваемая излучением Луны в месте расположения объекта; d — диаметр входного зрачка объектива ПНВ; τопт — коэффициент пропускания оптической системы ПНВ без поляризационного фильтра; k, kэоп — коэффициенты использования соответственно системой „прибор-глаз“ и фотокатодом ЭОП;
η — коэффициент усиления ЭОП; ϕ, j — интегральная чувствительность и плотность тока
термоэлектронной эмиссии фотокатода ЭОП; σ — объемный показатель ослабления атмо-
сферы; ρ — диффузный коэффициент отражения поверхности объекта. В свою очередь, модули ПЧС яркости изображения фона на экране ПНВ получаются
аналогично соотношениям (9)—(12). Представим алгоритм компьютерного моделирования работы ПНВ пассивного типа в
поляризованном и неполяризованном свете. 1. Ввод исходных данных для следующих информационных модулей: — параметры ПНВ и его составных звеньев; — условия естественного освещения и метеорологическое состояние атмосферы; — параметры объектно-фоновой обстановки и условия наблюдения; — поляризационные характеристики объекта и фона. 2. Формирование операторов расчета модулей ПЧС яркости изображения объекта и фо-
на, согласно соотношениям (1) и (2). 3. Представление соотношений (3) и (4) в виде
∆L (ν,µ) = Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ) ≥ mLэ (ν,µ);
(17)
K (ν,µ) = ⎣⎡Lо (ν,µ) − Lф (ν,µ)⎦⎤ ⎣⎡Lо (ν,µ) + Lф (ν,µ)⎦⎤ ≥ Kп,
(18)
где т — отношение сигнал/шум в изображении объекта на экране ПНВ; Kп — пороговый
контраст глаза оператора-наблюдателя. 4. Формирование операторов расчета абсолютного ∆L(ν, µ) и относительного K (ν, µ)
контрастов на экране ПНВ при заданном числе периодов N p .
5. Организация цикла по дальности l до выполнения условий:
∆L (ν,µ) = mLэ (ν,µ); K (ν,µ) = Kп.
(19)
6. Выдача значения дальности решения поставленной задачи lp , которое соответствует
условию (19):
( )lp = l
Np
. ∆L(ν,µ)=mLэ(ν,µ); K(ν,µ)=Kп
(20)
На основании указанного алгоритма была разработана программа моделирования рабо-
ты ПНВ в среде Borland Delphi 7.
Для подтверждения достоверности предлагаемой методики компьютерного моделирова-
ния работы ПНВ в поляризованном и неполяризованном свете в работе проведены исследова-
ния зависимости дальности обнаружения, распознавания и идентификации ПНВ МПН-8КМ от
наблюдаемого контраста и метеорологической дальности видимости.
Получено, что дальность обнаружения, распознавания и идентификации в поляризован-
ном свете больше, чем в неполяризованном приблизительно в полтора раза. При этом пара-
метры поляризации отражения объекта и фона следующие: Pо = 0, 4; Pф = 0,5; tо = 0; tф = 90°.
Коэффициент пропускания поляризатора τп = 0,85; азимут поляризации линейного поляризатора α = 0.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12
Компьютерное моделирование работы приборов ночного видения в поляризованном свете 65
1. Разработана математическая модель работы ПНВ пассивного типа в поляризованном и неполяризованном свете, на основании которой предложены методика, алгоритм и программа их компьютерного моделирования.
2. Предложенные методику и программу можно использовать как для моделирования работы традиционных ПНВ пассивного типа в различных условиях естественного освещения, объектно-фоновой обстановки и состояния атмосферы, так и для анализа возможности и условий повышения дальности действия при работе в поляризованном свете.
3. На основании анализа полученных количественных результатов и данных работ [4] выявлено, что при наличии частичной поляризации излучения фона за счет эффекта его частичного подавления поляризационным фильтром имеет место увеличение дальности обнаружения, распознавания и идентификации объектов в поляризационных ПНВ пассивного типа.
4. В свою очередь, при наличии частичной поляризации излучения как объекта, так и фона, поляризационная фильтрация в ПНВ эффективна в случае близости значений коэффициентов отражения объекта и фона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сухопаров С. А., Пизюта Б. А. К вопросу дальности действия приборов ночного видения // Тр. НИИГАиК. 1974. Т. 32. С. 45—48.
2. Тымкул Л. В., Тымкул В. М. Оптико-математическая модель приборов ночного видения пассивного типа // Сб. тез. докл. Междунар. конф. „Прикладная оптика−2000“. СПб, 2000. С. 216.
3. Тымкул В. М., Тымкул Л. В. Оптико-электронные приборы и системы. Теория и методы энергетического расчета. Новосибирск: СГГА, 2005. 215 с.
4. Тымкул Л. В. Математическая модель работы приборов ночного видения в поляризованном свете // Сб. матер. III Междунар. науч. конгр. „ГЕО-Сибирь-2007“. Т. 4. Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Ч. 2. Новосибирск: СГГА, 2007. С. 14—18.
5. Малинин В. В., Цепиногова З. М., Попов Г. Н., Моисеенко Г. А., Моисеенко В. В. Функциональное компьютерное моделирование телевизионных приборов ночного видения // Там же. Ч. 1. Новосибирск: СГГА, 2007. С. 29—33.
Любовь Васильевна Тымкул Василий Михайлович Тымкул
Сведения об авторах — д-р техн. наук, профессор; Сибирская государственная геодезическая
академия, Новосибирск; E-mail: fantasy_2000@ngs.ru — д-р техн. наук, профессор; Сибирская государственная геодезическая
академия, Новосибирск; E-mail: kaf.oep@ssga.ru
Рекомендована кафедрой оптико-электронных приборов
Поступила в редакцию 24.02.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 12