ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 10 · МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЗАДАЧАХ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Зависимость величины сигнала от смещения кружка рассеяния объектива в диапазоне углов 0º - 90º относительно центра пиксела фоточувствительной матрицы

И.В. Знаменский1

1 Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения», Москва, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.10.4 УДК 535.231.16 EDN BWANFT

Аннотация

Предмет исследования. Разработан алгоритм расчета изменения уровня сигнала пиксела матрицы, при смещении кружка рассеяния объектива относительно центра пиксела матрицы в диапазоне 0º-90º. Спектральная чувствительность пиксела постоянна в пределах его площади. Рассмотрены два вида распределения облученности пиксела: распределение в кружке рассеяния объектива в виде гауссоиды вращения и равномерной облученности. Метод. В основу расчета положен метод разбиения кружка рассеяния объектива на пикселе матрицы на отдельные области, по которым производятся вычисления сигнала. Смещение кружка рассеяния объектива на ∆ x по оси Х и на ∆ y по оси Y берется в нормированном к радиусу пятна виде. Для создания двумерного графика зависимости сигнала пиксела от смещения кружка рассеяния объектива по осям X, Y вводим приведенное относительное смещение кружка рассеяния объектива γ. Основные результаты. Разработан алгоритм расчета изменения уровня сигнала пиксела матрицы, при смещении кружка рассеяния объектива относительно центра пиксела матрицы для двух случаев облученности пиксела: распределение в кружке рассеяния объектива в виде гауссоиды вращения и равномерной облученности. Построена зависимость нормированного сигнала пиксела матрицы от преобразованного относительного смещения кружка рассеяния объектива γ под углом 0º, 30º, 45º, 60º, 90º для вышеуказанных случаев облученности. Практическая значимость. В системах наведения и сопровождения космических объектов, астродатчиках широко используются матричные фотоприемники. Т.к. используется спектр сигналов, то можно кружок рассеяния объектива аппроксимировать функцией Гаусса. Для расфокусированной оптической системы используется равномерное распределение. При смещении кружка рассеяния объектива относительно центра пиксела матрицы происходит падение сигнала матрицы, что при малом отношении сигнал-шум может приводить к срыву сопровождения или увеличению погрешности измерения угловых координат космического объекта. Результаты данных исследований могут использоваться для моделирования системы наведения на цель, а также данный метод расчета можно использовать для разработки алгоритма вычислении сигнала при облучении 4-х пикселей и смещении кружка рассеяния объектива

  • объектив
  • дифракция
  • матрица
  • пиксель
  • функция Бесселя
  • функция Гаусса
  • диск Эйри
Abstract (in English)

The dependence of the signal on the displacement of the lens scattering circle in the anglerange 0-90º relative to the pixel center of the photosensitive matrix

The subject of study. An algorithm has been developed for calculating the change in the irradiation level of a matrix pixel when the focal spot shifts relative to the center of the matrix pixel in the range from 0 ° to 90 °. Two types of pixel irradiance distribution are considered: distribution in the lens scattering circle in the form of a gaussian rotation and uniform irradiance. Method. The calculation is based on the method of dividing the lens scattering circle on the matrix pixel into separate areas, according to which the irradiance is calculated. The displacement of the lens scattering circle by ∆x along the X axis and by ∆y along the Y axis is taken as normalized to the spot radius. To create a two-dimensional graph of the dependence of the pixel irradiance on the displacement of the lens scattering circle along the X, Y axes, we introduce the transformed relative displacement of the lens scattering circle γ. The main results. An algorithm has been developed for calculating the change in the irradiation level of a matrix pixel when the lens scattering circle is shifted relative to the matrix pixel for two cases of pixel irradiation: the distribution in the lens scattering circle in the form of a gaussian rotation and uniform irradiation. The dependence of the normalized irradiance of the matrix pixel on the transformed relative displacement of the lens scattering circle γ at an angle of 0 °, 30 °, 45 °, 60 °, 90 ° is plotted on the graph for the above cases of irradiation.

Для цитирования

Знаменский И.В. Зависимость величины сигнала от смещения кружка рассеяния объектива в диапазоне углов 0º - 90º относительно центра пиксела фоточувствительной матрицы // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.10.4

Литература

  1. Тарасов В.В., Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Современные проблемы оптотехники //Москва, Россия: МИИГАиК. - 2014.
  2. Федосеев В., Колосов М. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов. - Litres, 2017.
  3. Бурдинов К.А., Шашкина К.М., Шагхаей Э. Исследование системы автоматического управления стабилизации изображения бортовых оптико-электронных приборов наведения и слежения //Advanced Engineering Research. - 2022. - Т. 22. - №. 2. - С. 150-160. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2022-22-2-150-160
  4. Барский А.Г. Оптико-электронные следящие системы: учеб. пособие // М.: Университетская книга. - 2009.
  5. Астапов Ю.М. Теория оптико-электронных следящих систем. - Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.
  6. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Лань, 2010.
  7. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. Изд. 2 е, испр. - 1985.
  8. Sanson F., Frueh C. Quantifying uncertainties in signal position in non-resolved object images: Application to space object observation //Advances in Space Research. - 2019. - Т. 63. - №. 8. - С. 2436-2454.
  9. Меденников П.А. Алгоритм обнаружения и определения координат точечного объекта //Оптический журнал. - 2019. - Т. 86. - №. 8. - С. 65-69.
  10. Ma X., Rao C., Zheng H. Error analysis of CCD-based point source centroid computation under the background light //Optics express. - 2009. - Т. 17. - №. 10. - С. 8525-8541.
  11. Баранов П.С., Манцветов А.А. Оптимизация отношения радиуса кружка рассеяния объектива к размеру пиксела для повышения точности оценки координат изображений малоразмерных объектов //Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. - 2016. - №. 2. - С. 49-53.
  12. Аванесов Г.А., Кондратьева Т.В., Никитин А.В. Исследование смещения энергетического центра изображений звезд относительно геометрического центра на ПЗС-матрице и коррекция методической ошибки //Механика, управление и информатика (см. в книгах). - 2009. - №. 1. - С. 421-446.
  13. Старосотников Н.О., Федорцев Р.В. Моделирование методической погрешности определения центра тяжести изображения тест-объекта в оптических измерительных приборах с матричными приёмниками. - 2014.
  14. Осадчий И.С. Метод субпиксельного измерения координат изображений звезд для приборов астроориетации космического базирования //Журнал радиоэлектроники. - 2015. - №. 5. - С. 5-5.
  15. Цыцулин А.К. и др. Твердотельные телекамеры: накопление качества информации //СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ. - 2014.
  16. Егошкин Н.А. Коррекция смаза и расфокусировки спутниковых изображений с учетом геометрических искажений //Цифровая обработка сигналов. - 2016. - №. 3. - С. 37.
  17. Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - Лань, 2009.
  18. Прудников А.П., Брычков Ю. А., Маричев О. И. Интегралы и ряды. В 3-х тт. - Физматлит, 2003. - С. 708-708.