Физические принципы метода измерения трехмерных координат изображений объектов в реальном времени

• Автор: Шутеев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературных данных по системам получения изображений.
1.1. Функциональные возможности и принципы работы оптикоэлектронных систем видения
1.2. Функциональные возможности и принципы работы однофотонных детекторов излучения
Выводы и постановка задачи
Глава 2. Обоснование построения системы для одновременного измерения двух координат и момента поступления отдельного фотона с высоким разрешением
2.1. О дополнительном снижении уровня естественного фона при использовании время-позиционно-чувствительного детектора
2.2. Выбор оптимального спектрального диапазона работы вре-мя-позиционно-чувствительного детектора
2.3. Измерение спектрального распределения яркости естественного фона в ближнем УФ диапазоне спектра
Анализ данных второй главы и выводы
Глава 3. Экспериментальная реализация системы для одновременного измерения двух координат и момента поступления отдельного фотона с высоким разрешением - однофотонного время-позиционно-чувствительного детектора излучения
Время-позиционно-чувствительный детектор излучения. Некоторые возможности работы время-позиционно-чувствительного детектора излучения в пассивном режиме. Получение трехмерного изображения объектов с реальными координатами. Активный режим работы системы «лазер -ВПЧД ».
Минимальное разрешение по третьей координате элемента поверхности наблюдаемого объекта.
Определение геометрических характеристик объектов с помощью системы получения послойных изображений. Основные результаты и выводы.
Литература
Диссертационная работа посвящена исследованию возможности получения трехмерного изображения объектов и их координат в реальном времени, а именно — разработке физических принципов измерения одновременно трех координат элементов видимой части объектов.
Для получения полной информации о пространственных координатах объекта необходима регистрация всех характеристик рассеянной или излученной объектом электромагнитной волны (ЭМВ) - фотонов: амплитуды (количество фотонов), частоты, поляризации, фазы, времени поступления отраженных или излученных объектом фотонов. К настоящему моменту времени существуют эффективные методы регистрации количества фотонов, их частот и поляризации. Информацию о трехмерности объектов несет, как известно, фаза ЭМВ, отраженной от них. Однако до сих пор не предложен способ регистрации фазы ЭМВ в реальном времени, что обусловлено высокой частотой световых волн. При этом быстродействие регистрирующего устройства должно быть не хуже 10”14 + КГ15 с, что невозможно реализовать, по крайней мере, в настоящее время. На сегодняшний день регистрация фазы ЭМВ осуществляется не непосредственно, а с помощью интерференции когерентной опорной волны и предметной волны, отраженной от исследуемого объекта (голография). В голографии объемность изображения исследуемого объекта получается только при его восстановлении специальными методами на основе полученной интерференционной картины (пространственного распределения разности фаз опорной и предметной волны). При этом оказывается, что не существует возможности измерения пространственных координат восстановленного изображения предмета, так как его изображение является
пространственная фильтрации изображения становятся малоэффективными при яркости объекта, близкой к яркости фона [64,65,69,73-75]. Кроме фильтрации изображения для уменьшения шума на аппаратном уровне используется еще так называемый компенсационный способ, суть которого состоит в отделении сигнала от фонового шума из общего сигнала. Недостатком компенсационного метода является снижение чувствительности системы в целом [73,74].
Кроме указанных методов снижения уровня фона был предложен метод стробирования по времени телевизионных систем и электронно-оптических преобразователей [69,73,76,78]. В этом методе фотоприемное устройство (ФПУ) открывается на определенный промежуток времени (время стробирования тСтроб) после прихода импульса подсветки. Открывание ФПУ осуществляется оптическим затвором либо электронным способом. Минимальная длительность, достигнутая при стробировании ЭОП, составила примерно 100 не [73,76,78], однако при этом оказалось, что рост уровня собственных шумов системы значительно снижает общую эффективность метода стробирования. Одной из причин роста собственных шумов является высокая крутизна высоковольтного электрического импульса, управляющего оптическим затвором либо ФПУ. Дальнейшее уменьшение длительности стробирования столкнулось с трудностями фундаментального характера, которые до сих пор не преодолены [69].
Таким образом, опыт эксплуатации систем получения изображений показывает, что существующие методы снижения уровня фона недостаточно эффективны при отношении сигнал/шум порядка единицы. В этом случае применяются различные методы накопления полезного сигнала [69]. Однако при этом также происходит накопление собственного шума системы в целом, что снижает эффективность метода накопления. Поэтому задача разработки новых методов улучшения качества изображений при отношении сигнал/шум порядка и меньше единицы остается по-прежнему актуальной.