ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ÐÀÑ×ÅÒ, ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ È ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÎ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÑÒÅÌ
ÓÄÊ 621.397.13
ÎÏÒÈÌÈÇÀÖÈß ÑÈÑÒÅÌÛ ÒÅËÅÂÈÇÈÎÍÍÎÉ ÂÈÇÓÀËÈÇÀÖÈÈ ËÞÌÈÍÅÑÖÈÐÓÞÙÈÕ ÎÁÚÅÊÒÎÂ ÌÅÒÎÄÎÌ ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÍÎÃÎ ÌÎÄÅËÈÐÎÂÀÍÈß
© 2008 ã.
Í. Ï. Êîðíûøåâ, êàíä. òåõí. íàóê; À. Â. Òèìîôååâ ÍÈÈ ïðîìûøëåííîãî òåëåâèäåíèÿ “Ðàñòð”, Âåëèêèé Íîâãîðîä E-mail: korn@mail.natm.ru
Ðàññìàòðèâàåòñÿ ìåòîä êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ñèñòåìû òåëåâèçèîííîé âèçóàëèçàöèè ëþìèíåñöèðóþùèõ îáúåêòîâ ñ öåëüþ îïòèìàëüíîãî âûáîðà åå êîìïîíåíòîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ çàäàííûé êîíòðàñò ïîëó÷àåìûõ èçîáðàæåíèé ñ ôîíîì, è îïðåäåëåíèÿ ïîðîãîâûõ îãðàíè÷åíèé äëÿ ìîùíîñòè èñòî÷íèêà âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè è ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðèåìíèêà ëþìèíåñöåíöèè.
Êîäû OCIS: 150.0150.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 23.04.2007.
Âèçóàëèçàöèÿ ëþìèíåñöåíöèè îáúåêòîâ ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç çàäà÷, ðåøàåìûõ ñ ïîìîùüþ òåëåâèçèîííûõ ñèñòåì. Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè òàêèõ ñèñòåì íåîáõîäèìî îñóùåñòâëÿòü îïòèìàëüíûé âûáîð èñòî÷íèêà âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè (ÈÂË) è ïðèåìíèêà ëþìèíåñöåíöèè (ÏË), ñîãëàñóÿ èõ ïàðàìåòðû ñ ëþìèíåñöåíòíûìè ñâîéñòâàìè îáúåêòà, ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ èçîáðàæåíèÿ ñ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûì êîíòðàñòîì îáúåêòà ïî îòíîøåíèþ ê ôîíó [1, 2].  íàñòîÿùåå âðåìÿ ìåòîäû ìîäåëèðîâàíèÿ è îïòèìèçàöèè òåëåâèçèîííûõ ñèñòåì ïîäîáíîãî ðîäà ðàçðàáîòàíû íåäîñòàòî÷íî.
Öåëüþ äàííîé ñòàòüè ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè òåëåâèçèîííîé ñèñòåìû äëÿ âèçóàëèçàöèè ëþìèíåñöèðóþùèõ îáúåêòîâ è ìåòîäà êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, ïîçâîëÿþùåãî ðåøàòü íà åå îñíîâå èíæåíåðíûå çàäà÷è ïðîåêòèðîâàíèÿ.
Äëÿ ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ â àëãîðèòìå íåîáõîäèì êðèòåðèé êà÷åñòâà ñèñòåìû.  äàííîì ñëó÷àå êðèòåðèåì ÿâëÿåòñÿ êîíòðàñòíîñòü ôîðìèðóåìîãî èçîáðàæåíèÿ ëþìèíåñöèðóþùåãî îáúåêòà ïî îòíîøåíèþ ê ôîíó. Äåéñòâèòåëüíî, ãëàç ðåàãèðóåò íà îòíîñèòåëüíûé êîíòðàñò â èçîáðàæåíèè, à ãèñòîãðàììà ðàñïðåäåëåíèÿ ÿðêîñòåé èçîáðàæåíèÿ èìååò äâà ÷åòêî âûðàæåííûõ ìàêñèìóìà, ñîîòâåòñòâóþùèõ ëþìèíåñöèðóþùåìó îáúåêòó è ôîíó.
Çàäà÷åé ìîäåëèðîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ êàê îöåíêà äîñòèãàåìîãî êîíòðàñòà èçîáðàæåíèé â ïðåäâàðèòåëüíî âûáðàííûõ âàðèàíòàõ ñèñòåìû äëÿ íàõîæäåíèÿ ëó÷øåãî èç íèõ.  ñâÿçè ñ ýòèì ðàññìîòðèì ìàòåìàòè÷åñêóþ ìîäåëü, ëåæàùóþ â îñíîâå ìåòîäà ìîäåëèðîâàíèÿ.
 ðåàëüíîé òåëåâèçèîííîé ñèñòåìå èç-çà âîçìîæ-
íîé ñîáñòâåííîé ëþìèíåñöåíöèè ôîíà è íåèäåàëü-
íîñòè ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê åå êîìïîíåíòîâ
èìåþòñÿ ñëåäóþùèå ôîíîâûå ñîñòàâëÿþùèå:
iôc = iô + i1+ i2, ãäå iô – ñèãíàë îò ëþìèíåñöèðóþùåãî ôîíà, i1 – ñèãíàë îò ïàðàçèòíîé çàñâåòêè ÏË â îáëàñòè ñïåêòðà ëþìèíåñöåíöèè, i2 – ñèãíàë îò ïàðàçèòíîé çàñâåòêè ÏË â îáëàñòè ñïåêòðà ïî-
ãëîùåíèÿ.
Äëÿ ôîòîòîêà ÏË i = i0 + iôc, ãäå i0 – ïîëåçíûé ñèãíàë îò îáúåêòà, ìîæíî èñïîëüçîâàòü âûðàæåíèå,
àíàëîãè÷íîå âûðàæåíèþ äëÿ îòíîñèòåëüíîãî îïòè-
÷åñêîãî
êîíòðàñòà
[3]
K
=
i0
− iôc i0
.
Õàðàêòåð ñèãíàëîâ îò ïàðàçèòíûõ çàñâåòîê èë-
ëþñòðèðóåòñÿ íà ðèñ. 1, ãäå èçîáðàæåíà ðåçóëüòè-
ðóþùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÈÂË W(λ), îïðåäåëÿåìàÿ
èñòî÷íèêîì ñâåòà (ÈÑ) è ñâåòîôèëüòðîì Ñ1(λ) è ñîãëàñîâàííàÿ ñî ñïåêòðîì ïîãëîùåíèÿ, à òàêæå ðå-
çóëüòèðóþùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÏË Å(λ), îïðåäåëÿå-
ìàÿ ôîòîïðèåìíèêîì (ÔÏ) è ñâåòîôèëüòðîì Ñ2(λ) è ñîãëàñîâàííàÿ ñî ñïåêòðîì ëþìèíåñöåíöèè èññëå-
äóåìîãî îáúåêòà. Ñòðóêòóðà ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäå-
ëè òåëåâèçèîííîé ñèñòåìû, âèçóàëèçèðóþùåé ëþ-
ìèíåñöåíöèþ îáúåêòîâ, èëëþñòðèðóåòñÿ ðèñ. 2.
Êîìïîíåíòû ôîòîòîêà îïðåäåëÿþòñÿ â îáùåì ñëó-
λ2
÷àå âûðàæåíèåì i = ∫ E(λ)J (λ)dλ [3], ãäå J(λ) = λ1
= ÀW(λ) – îáùàÿ èíòåíñèâíîñòü ñâå÷åíèÿ èññëåäóåìîãî ïîëÿ çðåíèÿ, À – êîýôôèöèåíò, õàðàêòåðèçóþùèé ëþìèíåñöåíòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâà, [λ1, λ2] – ó÷àñòîê ñïåêòðàëüíîãî äèàïàçîíà.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 1, 2008
19
W, E W
E
λï1 λï
λï2
λë1
λë λë2 λ
Ðèñ. 1. Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ðåàëüíûõ ÈÂË (W(λ)) è ÏË (E(λ)). λï1, λï2 – ãðàíèöû äèàïàçîíà äëèí âîëí, ñîîòâåòñòâóþùèå ñïåêòðó ïîãëîùåíèÿ; λë1, λë2 – ãðàíèöû äèàïàçîíà äëèí âîëí, ñîîòâåòñòâóþùèå ñïåêòðó ëþìèíåñöåíöèè.
W(λ) ÈÂË ÈÑ Ñ1 P(λ) C1(λ)
Jô J0
E(λ)
ÏË Ñ2 ÔÏ
i
C2(λ)
G(λ)
Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðà ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè. ÈÑ – èñòî÷íèê ñâåòà ñ ìîùíîñòüþ Ð(λ), ÔÏ – ôîòîïðèåìíèê ñî ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ G(λ), Ñ1 è Ñ2 – ñâåòîôèëüòðû ñ êîýôôèöèåíòàìè ïðîïóñêàíèÿ Ñ1(λ) è Ñ2(λ), J0 è Jô – èíòåíñèâíîñòè ñâå÷åíèÿ îáúåêòà è ôîíà, i – âûõîäíîé ñèãíàë (ôîòîòîê).
Ïåðåõîäÿ ê ñðåäíèì çíà÷åíèÿì ìîùíîñòè ÈÂË è ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÏË â îáëàñòÿõ ñïåêòðîâ ïîãëîùåíèÿ è ëþìèíåñöåíöèè, ìîæíî ïîëó÷èòü âûðàæåíèå äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîíòðàñòíîñòè èçîáðàæåíèÿ, â êîòîðîì îòðàæåíû âñå îñíîâíûå êîìïîíåíòû ñèñòåìû,
K
=1−
Pñðë Ñ1ë Pñðï Ñ1ï
−
Gñðï Ñ2ï Gñðë Ñ2ë
−
Aô A0
Sô S0
,
(1)
ãÈäÂåËPcñpëî,îPòcâpåï ò–ññòðâååäíííÿîÿâìîîáùëíàîññòòèü
èñòî÷íèêà ñâåòà â ñïåêòðà ëþìèíåñ-
öåíöèè è â îáëàñòè ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ; Gcpë, Gcpï – ñðåäíÿÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôîòîïðèåìíèêà â ÏË ñî-
îòâåòñòâåííî â îáëàñòè ñïåêòðà ëþìèíåñöåíöèè è
â îáëàñòè ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ; A0, Aô – êîýôôèöèåíòû, õàðàêòåðèçóþùèå ëþìèíåñöåíòíûå
ñâîéñòâà îáúåêòà è ôîíà; S0, Sô – ïëîùàäü îáúåêòà
λë2 λï2
∫ ∫è ôîíà, à C1ë = C1(λ)dλ, C1ï = C1(λ)dλ, C2ë =
λë1 λï1
λë2 λï2
∫ ∫= C2 (λ)dλ, C2ï = C2 (λ)dλ [1, 2]. λë1 λï1
Âûðàæåíèå (1) ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê öåëåâàÿ ôóíêöèÿ, êîòîðóþ ñëåäóåò ìàêñèìèçèðîâàòü
20
â óñëîâèÿõ äåéñòâóþùèõ îãðàíè÷åíèé. Òàêèì îáðàçîì, çàäà÷ó îïòèìèçàöèè ìîæíî ñâåñòè ê êëàññè÷åñêîé çàäà÷å ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ î ïîèñêå îïòèìàëüíîãî ðåøåíèÿ â ñèñòåìå ñ îãðàíè÷åííûìè ðåñóðñàìè.
Îäíàêî äëÿ èíæåíåðíîé ïðàêòèêè áîëåå óäîáíî êîìïüþòåðíîå ìîäåëèðîâàíèå ïðåäâàðèòåëüíî âûáðàííûõ âàðèàíòîâ ñèñòåì ñ öåëüþ îöåíêè èõ êà÷åñòâà – êîíòðàñòíîñòè ïîëó÷àåìûõ èçîáðàæåíèé.
Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå âûðàæåíèå äëÿ èíòå-
ãðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ñèñòåìû G = i/Φ [3] êàê
ôîòîòîê íàñûùåíèÿ i, ðàññ÷èòàííûé íà îäèí ëþìåí ñâåòîâîãî ïîòîêà Ô, è âûäåëÿÿ â ñâåòîâîì ïîòîêå ñîñòàâëÿþùèå Ô = Ô0 + Ô1 + Ô2 + Ôô, ïðè÷åì Ô0 ~ À0Ðñð, Ô1 ~ À1Ðñð, Ô2 ~ À2Ðñð, Ôô ~ ÀôÐñð, ãäå Ðñð – ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü ÈÂË, À0 è Àô – êîýôôèöèåíòû, õàðàêòåðèçóþùèå ëþìèíåñöåíòíûå ñâîéñòâà îáúåêòà è ôîíà; À1 è À2 – êîýôôèöèåíòû, õàðàêòåðèçóþùèå ýíåðãåòè÷åñêèå ñâîéñòâà ïàðàçèòíûõ ñâåòîâûõ ïîòîêîâ è îïðåäåëÿåìûå êîýôôèöèåíòàìè ïðîïóñêàíèÿ Ñ1(λ) è Ñ2(λ), ìîæíî çàïèñàòü âûðàæåíèå, óäîáíîå äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîðîãîâûõ îãðà-
íè÷åíèé
PñðG =
A0 +
Aô
i +
A1 +
. A2
Äåéñòâèòåëüíî, èç
âûðàæåíèÿ ñëåäóåò, ÷òî äëÿ îáúåêòà ñ çàäàííûìè
ëþìèíåñöåíòíûìè ñâîéñòâàìè À0 â ñèñòåìå ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî ïàð ÈÂË–ÏË äëÿ ïîëó÷åíèÿ îäè-
íàêîâîãî ôîòîòîêà (à çíà÷èò è êîíòðàñòà ïî îòíî-
øåíèþ ê ôîíó).
Ïðè ýòîì â èäåàëüíîé ñèñòåìå, äëÿ êîòîðîé
Aô = A1 = A2 = 0, ò. å. ïîðîãîâûå îãðàíè÷åíèÿ îòñóòñòâóþò, è äëÿ âèçóàëèçàöèè áîëåå ñëàáîé ëþìèíåñöåí-
öèè ïðè òîì æå ôîòîòîêå (ò. å. ïðè òîì æå êîíòðàñòå)
ìîæíî íåîãðàíè÷åííî óâåëè÷èâàòü êàê ìîùíîñòü
èñòî÷íèêà, òàê è ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôîòîïðèåìíèêà.
 ðåàëüíîé ñèñòåìå, êàê âèäíî èç âûðàæåíèÿ, ñó-
ùïðåèñòïâóðååòâïûîøðîåãíîèâèîåêîîãòðîàðíîèã÷îåíóèâååëÏè=÷èAâôàò+üAA01ê+àêA2ìî
ÓÄÊ 621.397.13
ÎÏÒÈÌÈÇÀÖÈß ÑÈÑÒÅÌÛ ÒÅËÅÂÈÇÈÎÍÍÎÉ ÂÈÇÓÀËÈÇÀÖÈÈ ËÞÌÈÍÅÑÖÈÐÓÞÙÈÕ ÎÁÚÅÊÒÎÂ ÌÅÒÎÄÎÌ ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÍÎÃÎ ÌÎÄÅËÈÐÎÂÀÍÈß
© 2008 ã.
Í. Ï. Êîðíûøåâ, êàíä. òåõí. íàóê; À. Â. Òèìîôååâ ÍÈÈ ïðîìûøëåííîãî òåëåâèäåíèÿ “Ðàñòð”, Âåëèêèé Íîâãîðîä E-mail: korn@mail.natm.ru
Ðàññìàòðèâàåòñÿ ìåòîä êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ñèñòåìû òåëåâèçèîííîé âèçóàëèçàöèè ëþìèíåñöèðóþùèõ îáúåêòîâ ñ öåëüþ îïòèìàëüíîãî âûáîðà åå êîìïîíåíòîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ çàäàííûé êîíòðàñò ïîëó÷àåìûõ èçîáðàæåíèé ñ ôîíîì, è îïðåäåëåíèÿ ïîðîãîâûõ îãðàíè÷åíèé äëÿ ìîùíîñòè èñòî÷íèêà âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè è ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðèåìíèêà ëþìèíåñöåíöèè.
Êîäû OCIS: 150.0150.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 23.04.2007.
Âèçóàëèçàöèÿ ëþìèíåñöåíöèè îáúåêòîâ ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç çàäà÷, ðåøàåìûõ ñ ïîìîùüþ òåëåâèçèîííûõ ñèñòåì. Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè òàêèõ ñèñòåì íåîáõîäèìî îñóùåñòâëÿòü îïòèìàëüíûé âûáîð èñòî÷íèêà âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè (ÈÂË) è ïðèåìíèêà ëþìèíåñöåíöèè (ÏË), ñîãëàñóÿ èõ ïàðàìåòðû ñ ëþìèíåñöåíòíûìè ñâîéñòâàìè îáúåêòà, ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ èçîáðàæåíèÿ ñ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûì êîíòðàñòîì îáúåêòà ïî îòíîøåíèþ ê ôîíó [1, 2].  íàñòîÿùåå âðåìÿ ìåòîäû ìîäåëèðîâàíèÿ è îïòèìèçàöèè òåëåâèçèîííûõ ñèñòåì ïîäîáíîãî ðîäà ðàçðàáîòàíû íåäîñòàòî÷íî.
Öåëüþ äàííîé ñòàòüè ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè òåëåâèçèîííîé ñèñòåìû äëÿ âèçóàëèçàöèè ëþìèíåñöèðóþùèõ îáúåêòîâ è ìåòîäà êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, ïîçâîëÿþùåãî ðåøàòü íà åå îñíîâå èíæåíåðíûå çàäà÷è ïðîåêòèðîâàíèÿ.
Äëÿ ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ â àëãîðèòìå íåîáõîäèì êðèòåðèé êà÷åñòâà ñèñòåìû.  äàííîì ñëó÷àå êðèòåðèåì ÿâëÿåòñÿ êîíòðàñòíîñòü ôîðìèðóåìîãî èçîáðàæåíèÿ ëþìèíåñöèðóþùåãî îáúåêòà ïî îòíîøåíèþ ê ôîíó. Äåéñòâèòåëüíî, ãëàç ðåàãèðóåò íà îòíîñèòåëüíûé êîíòðàñò â èçîáðàæåíèè, à ãèñòîãðàììà ðàñïðåäåëåíèÿ ÿðêîñòåé èçîáðàæåíèÿ èìååò äâà ÷åòêî âûðàæåííûõ ìàêñèìóìà, ñîîòâåòñòâóþùèõ ëþìèíåñöèðóþùåìó îáúåêòó è ôîíó.
Çàäà÷åé ìîäåëèðîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ êàê îöåíêà äîñòèãàåìîãî êîíòðàñòà èçîáðàæåíèé â ïðåäâàðèòåëüíî âûáðàííûõ âàðèàíòàõ ñèñòåìû äëÿ íàõîæäåíèÿ ëó÷øåãî èç íèõ.  ñâÿçè ñ ýòèì ðàññìîòðèì ìàòåìàòè÷åñêóþ ìîäåëü, ëåæàùóþ â îñíîâå ìåòîäà ìîäåëèðîâàíèÿ.
 ðåàëüíîé òåëåâèçèîííîé ñèñòåìå èç-çà âîçìîæ-
íîé ñîáñòâåííîé ëþìèíåñöåíöèè ôîíà è íåèäåàëü-
íîñòè ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê åå êîìïîíåíòîâ
èìåþòñÿ ñëåäóþùèå ôîíîâûå ñîñòàâëÿþùèå:
iôc = iô + i1+ i2, ãäå iô – ñèãíàë îò ëþìèíåñöèðóþùåãî ôîíà, i1 – ñèãíàë îò ïàðàçèòíîé çàñâåòêè ÏË â îáëàñòè ñïåêòðà ëþìèíåñöåíöèè, i2 – ñèãíàë îò ïàðàçèòíîé çàñâåòêè ÏË â îáëàñòè ñïåêòðà ïî-
ãëîùåíèÿ.
Äëÿ ôîòîòîêà ÏË i = i0 + iôc, ãäå i0 – ïîëåçíûé ñèãíàë îò îáúåêòà, ìîæíî èñïîëüçîâàòü âûðàæåíèå,
àíàëîãè÷íîå âûðàæåíèþ äëÿ îòíîñèòåëüíîãî îïòè-
÷åñêîãî
êîíòðàñòà
[3]
K
=
i0
− iôc i0
.
Õàðàêòåð ñèãíàëîâ îò ïàðàçèòíûõ çàñâåòîê èë-
ëþñòðèðóåòñÿ íà ðèñ. 1, ãäå èçîáðàæåíà ðåçóëüòè-
ðóþùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÈÂË W(λ), îïðåäåëÿåìàÿ
èñòî÷íèêîì ñâåòà (ÈÑ) è ñâåòîôèëüòðîì Ñ1(λ) è ñîãëàñîâàííàÿ ñî ñïåêòðîì ïîãëîùåíèÿ, à òàêæå ðå-
çóëüòèðóþùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÏË Å(λ), îïðåäåëÿå-
ìàÿ ôîòîïðèåìíèêîì (ÔÏ) è ñâåòîôèëüòðîì Ñ2(λ) è ñîãëàñîâàííàÿ ñî ñïåêòðîì ëþìèíåñöåíöèè èññëå-
äóåìîãî îáúåêòà. Ñòðóêòóðà ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäå-
ëè òåëåâèçèîííîé ñèñòåìû, âèçóàëèçèðóþùåé ëþ-
ìèíåñöåíöèþ îáúåêòîâ, èëëþñòðèðóåòñÿ ðèñ. 2.
Êîìïîíåíòû ôîòîòîêà îïðåäåëÿþòñÿ â îáùåì ñëó-
λ2
÷àå âûðàæåíèåì i = ∫ E(λ)J (λ)dλ [3], ãäå J(λ) = λ1
= ÀW(λ) – îáùàÿ èíòåíñèâíîñòü ñâå÷åíèÿ èññëåäóåìîãî ïîëÿ çðåíèÿ, À – êîýôôèöèåíò, õàðàêòåðèçóþùèé ëþìèíåñöåíòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâà, [λ1, λ2] – ó÷àñòîê ñïåêòðàëüíîãî äèàïàçîíà.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 1, 2008
19
W, E W
E
λï1 λï
λï2
λë1
λë λë2 λ
Ðèñ. 1. Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ðåàëüíûõ ÈÂË (W(λ)) è ÏË (E(λ)). λï1, λï2 – ãðàíèöû äèàïàçîíà äëèí âîëí, ñîîòâåòñòâóþùèå ñïåêòðó ïîãëîùåíèÿ; λë1, λë2 – ãðàíèöû äèàïàçîíà äëèí âîëí, ñîîòâåòñòâóþùèå ñïåêòðó ëþìèíåñöåíöèè.
W(λ) ÈÂË ÈÑ Ñ1 P(λ) C1(λ)
Jô J0
E(λ)
ÏË Ñ2 ÔÏ
i
C2(λ)
G(λ)
Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðà ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè. ÈÑ – èñòî÷íèê ñâåòà ñ ìîùíîñòüþ Ð(λ), ÔÏ – ôîòîïðèåìíèê ñî ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ G(λ), Ñ1 è Ñ2 – ñâåòîôèëüòðû ñ êîýôôèöèåíòàìè ïðîïóñêàíèÿ Ñ1(λ) è Ñ2(λ), J0 è Jô – èíòåíñèâíîñòè ñâå÷åíèÿ îáúåêòà è ôîíà, i – âûõîäíîé ñèãíàë (ôîòîòîê).
Ïåðåõîäÿ ê ñðåäíèì çíà÷åíèÿì ìîùíîñòè ÈÂË è ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÏË â îáëàñòÿõ ñïåêòðîâ ïîãëîùåíèÿ è ëþìèíåñöåíöèè, ìîæíî ïîëó÷èòü âûðàæåíèå äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîíòðàñòíîñòè èçîáðàæåíèÿ, â êîòîðîì îòðàæåíû âñå îñíîâíûå êîìïîíåíòû ñèñòåìû,
K
=1−
Pñðë Ñ1ë Pñðï Ñ1ï
−
Gñðï Ñ2ï Gñðë Ñ2ë
−
Aô A0
Sô S0
,
(1)
ãÈäÂåËPcñpëî,îPòcâpåï ò–ññòðâååäíííÿîÿâìîîáùëíàîññòòèü
èñòî÷íèêà ñâåòà â ñïåêòðà ëþìèíåñ-
öåíöèè è â îáëàñòè ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ; Gcpë, Gcpï – ñðåäíÿÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôîòîïðèåìíèêà â ÏË ñî-
îòâåòñòâåííî â îáëàñòè ñïåêòðà ëþìèíåñöåíöèè è
â îáëàñòè ñïåêòðà ïîãëîùåíèÿ; A0, Aô – êîýôôèöèåíòû, õàðàêòåðèçóþùèå ëþìèíåñöåíòíûå
ñâîéñòâà îáúåêòà è ôîíà; S0, Sô – ïëîùàäü îáúåêòà
λë2 λï2
∫ ∫è ôîíà, à C1ë = C1(λ)dλ, C1ï = C1(λ)dλ, C2ë =
λë1 λï1
λë2 λï2
∫ ∫= C2 (λ)dλ, C2ï = C2 (λ)dλ [1, 2]. λë1 λï1
Âûðàæåíèå (1) ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê öåëåâàÿ ôóíêöèÿ, êîòîðóþ ñëåäóåò ìàêñèìèçèðîâàòü
20
â óñëîâèÿõ äåéñòâóþùèõ îãðàíè÷åíèé. Òàêèì îáðàçîì, çàäà÷ó îïòèìèçàöèè ìîæíî ñâåñòè ê êëàññè÷åñêîé çàäà÷å ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ î ïîèñêå îïòèìàëüíîãî ðåøåíèÿ â ñèñòåìå ñ îãðàíè÷åííûìè ðåñóðñàìè.
Îäíàêî äëÿ èíæåíåðíîé ïðàêòèêè áîëåå óäîáíî êîìïüþòåðíîå ìîäåëèðîâàíèå ïðåäâàðèòåëüíî âûáðàííûõ âàðèàíòîâ ñèñòåì ñ öåëüþ îöåíêè èõ êà÷åñòâà – êîíòðàñòíîñòè ïîëó÷àåìûõ èçîáðàæåíèé.
Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå âûðàæåíèå äëÿ èíòå-
ãðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ñèñòåìû G = i/Φ [3] êàê
ôîòîòîê íàñûùåíèÿ i, ðàññ÷èòàííûé íà îäèí ëþìåí ñâåòîâîãî ïîòîêà Ô, è âûäåëÿÿ â ñâåòîâîì ïîòîêå ñîñòàâëÿþùèå Ô = Ô0 + Ô1 + Ô2 + Ôô, ïðè÷åì Ô0 ~ À0Ðñð, Ô1 ~ À1Ðñð, Ô2 ~ À2Ðñð, Ôô ~ ÀôÐñð, ãäå Ðñð – ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü ÈÂË, À0 è Àô – êîýôôèöèåíòû, õàðàêòåðèçóþùèå ëþìèíåñöåíòíûå ñâîéñòâà îáúåêòà è ôîíà; À1 è À2 – êîýôôèöèåíòû, õàðàêòåðèçóþùèå ýíåðãåòè÷åñêèå ñâîéñòâà ïàðàçèòíûõ ñâåòîâûõ ïîòîêîâ è îïðåäåëÿåìûå êîýôôèöèåíòàìè ïðîïóñêàíèÿ Ñ1(λ) è Ñ2(λ), ìîæíî çàïèñàòü âûðàæåíèå, óäîáíîå äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîðîãîâûõ îãðà-
íè÷åíèé
PñðG =
A0 +
Aô
i +
A1 +
. A2
Äåéñòâèòåëüíî, èç
âûðàæåíèÿ ñëåäóåò, ÷òî äëÿ îáúåêòà ñ çàäàííûìè
ëþìèíåñöåíòíûìè ñâîéñòâàìè À0 â ñèñòåìå ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî ïàð ÈÂË–ÏË äëÿ ïîëó÷åíèÿ îäè-
íàêîâîãî ôîòîòîêà (à çíà÷èò è êîíòðàñòà ïî îòíî-
øåíèþ ê ôîíó).
Ïðè ýòîì â èäåàëüíîé ñèñòåìå, äëÿ êîòîðîé
Aô = A1 = A2 = 0, ò. å. ïîðîãîâûå îãðàíè÷åíèÿ îòñóòñòâóþò, è äëÿ âèçóàëèçàöèè áîëåå ñëàáîé ëþìèíåñöåí-
öèè ïðè òîì æå ôîòîòîêå (ò. å. ïðè òîì æå êîíòðàñòå)
ìîæíî íåîãðàíè÷åííî óâåëè÷èâàòü êàê ìîùíîñòü
èñòî÷íèêà, òàê è ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôîòîïðèåìíèêà.
 ðåàëüíîé ñèñòåìå, êàê âèäíî èç âûðàæåíèÿ, ñó-
ùïðåèñòïâóðååòâïûîøðîåãíîèâèîåêîîãòðîàðíîèã÷îåíóèâååëÏè=÷èAâôàò+üAA01ê+àêA2ìî