О ВЛИЯНИИ РАССЕЯНИЯ СВЕТА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ФОРМИРУЕМОГО ТЕЛЕВИЗИОННЫМ ДАТЧИКОМ
38 Ю. Р. Кирпиченко, И. Н. Пустынский
УДК 621(397)
Ю. Р. КИРПИЧЕНКО, И. Н. ПУСТЫНСКИЙ
О ВЛИЯНИИ РАССЕЯНИЯ СВЕТА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ФОРМИРУЕМОГО ТЕЛЕВИЗИОННЫМ ДАТЧИКОМ
Получены уточненные зависимости освещенности оптического изображения от освещенности объекта для случая, когда расстояние от объекта до объектива соизмеримо с расстоянием от объектива до плоскости изображения. Рассмотрено влияние светорассеяния на характеристики изображения в плоскости фоточувствительной поверхности телевизионного датчика.
Ключевые слова: телевизионный датчик, освещенность, электронно-оптический преобразователь, светорассеяние, оптическая обратная связь.
Под телевизионным датчиком подразумевается преобразователь световой энергии, излучаемой объектом или отражаемой от него, в электрический сигнал. Как правило, в состав телевизионного датчика входят объектив и передающая трубка или ее твердотельный аналог (матричные ПЗС или КМОП-фотоприемники), а также предварительный видеоусилитель. В настоящее время в состав телевизионных датчиков для повышения их чувствительности довольно часто включают и электронно-оптические преобразователи (ЭОП).
При использовании между ЭОП и преобразователем „свет—сигнал“ согласующего объектива расстояния между ЭОП и объективом, а также объективом и оптическим изображением, сформированным на передающей трубке, являются соизмеримыми.
Однако известные соотношения по определению зависимости освещенности оптического изображения от освещенности объекта (сцены) [1—3] справедливы в основном для случаев, когда расстояние от объектива до объекта наблюдения значительно больше расстояния от объектива до оптического изображения. Кроме того, не всегда учитывается влияние рассеяния света в объективе и в ЭОП на характеристики изображения.
В данной работе предпринята попытка одновременного учета этих факторов. Зависимость освещенности оптического изображения Eиз от освещенности объекта (сцены) обычно определяется по формуле [1, 2]
Еиз
=
Еобρτθ2
4 (1+β )2
,
(1)
где ρ — коэффициент отражения; τ — коэффициент прозрачности объектива; θ = D/f = 1/F —
относительное отверстие объектива (здесь D и f — диаметр входного зрачка и фокусное рас-
стояние объектива соответственно, F — диафрагменное число объектива); β = a′/a — линей-
ный масштаб изображения (здесь a и a′ — расстояние от объектива до объекта и от объектива
до оптического изображения объекта соответственно).
При диффузном отражении объекта его яркость Lоб и освещенность Еоб связаны соотношением
Lоб
=
ρ
Eоб π
,
и, таким образом, формулу (1) можно записать в следующем виде:
Eиз
=
ρ
τ Eоб πβ2
Ω,
(2)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 9
О влиянии рассеяния света на характеристики изображения
39
где Ω — телесный угол, под которым из центра элемента объекта, расположенного параллельно плоскости объектива и перпендикулярно оптической оси, „виден“ входной зрачок объектива.
Основное отличие известных зависимостей освещенности изображения от освещенности или яркости объекта связано с определением телесного угла Ω. Так, формула (1) получена при условии, что телесный угол равен [4]
Ω = Ω1 ≈
πD2 4a2
,
что можно считать допустимым при D
УДК 621(397)
Ю. Р. КИРПИЧЕНКО, И. Н. ПУСТЫНСКИЙ
О ВЛИЯНИИ РАССЕЯНИЯ СВЕТА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ФОРМИРУЕМОГО ТЕЛЕВИЗИОННЫМ ДАТЧИКОМ
Получены уточненные зависимости освещенности оптического изображения от освещенности объекта для случая, когда расстояние от объекта до объектива соизмеримо с расстоянием от объектива до плоскости изображения. Рассмотрено влияние светорассеяния на характеристики изображения в плоскости фоточувствительной поверхности телевизионного датчика.
Ключевые слова: телевизионный датчик, освещенность, электронно-оптический преобразователь, светорассеяние, оптическая обратная связь.
Под телевизионным датчиком подразумевается преобразователь световой энергии, излучаемой объектом или отражаемой от него, в электрический сигнал. Как правило, в состав телевизионного датчика входят объектив и передающая трубка или ее твердотельный аналог (матричные ПЗС или КМОП-фотоприемники), а также предварительный видеоусилитель. В настоящее время в состав телевизионных датчиков для повышения их чувствительности довольно часто включают и электронно-оптические преобразователи (ЭОП).
При использовании между ЭОП и преобразователем „свет—сигнал“ согласующего объектива расстояния между ЭОП и объективом, а также объективом и оптическим изображением, сформированным на передающей трубке, являются соизмеримыми.
Однако известные соотношения по определению зависимости освещенности оптического изображения от освещенности объекта (сцены) [1—3] справедливы в основном для случаев, когда расстояние от объектива до объекта наблюдения значительно больше расстояния от объектива до оптического изображения. Кроме того, не всегда учитывается влияние рассеяния света в объективе и в ЭОП на характеристики изображения.
В данной работе предпринята попытка одновременного учета этих факторов. Зависимость освещенности оптического изображения Eиз от освещенности объекта (сцены) обычно определяется по формуле [1, 2]
Еиз
=
Еобρτθ2
4 (1+β )2
,
(1)
где ρ — коэффициент отражения; τ — коэффициент прозрачности объектива; θ = D/f = 1/F —
относительное отверстие объектива (здесь D и f — диаметр входного зрачка и фокусное рас-
стояние объектива соответственно, F — диафрагменное число объектива); β = a′/a — линей-
ный масштаб изображения (здесь a и a′ — расстояние от объектива до объекта и от объектива
до оптического изображения объекта соответственно).
При диффузном отражении объекта его яркость Lоб и освещенность Еоб связаны соотношением
Lоб
=
ρ
Eоб π
,
и, таким образом, формулу (1) можно записать в следующем виде:
Eиз
=
ρ
τ Eоб πβ2
Ω,
(2)
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 9
О влиянии рассеяния света на характеристики изображения
39
где Ω — телесный угол, под которым из центра элемента объекта, расположенного параллельно плоскости объектива и перпендикулярно оптической оси, „виден“ входной зрачок объектива.
Основное отличие известных зависимостей освещенности изображения от освещенности или яркости объекта связано с определением телесного угла Ω. Так, формула (1) получена при условии, что телесный угол равен [4]
Ω = Ω1 ≈
πD2 4a2
,
что можно считать допустимым при D