Цифровые алгоритмы обработки сигналов в оптико-электронных измерительных системах

• Автор: Савченко, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Аннотация.
В работе рассмотрены цифровые алгоритмы обработки сигналов, регистрируемых камерами на ПЗС (приборах с зарядовой связью) в оптикоэлектронных измерительных системах. Приведены методики измерения шумовых и фотоэлектрических характеристик видеокамер на ПЗС. Представлены математические модели сигналов, учитывающие физические принципы формирования сигналов ПЗС. Реализованы алгоритмы взвешивания, анализа фазы Фурье-преобразования, метода максимума правдоподобия, корреляционные алгоритмы. Проанализировано поведение погрешностей алгоритмов в зависимости от их параметров и вида сигналов. Приведены рекомендации по выбору алгоритмов для разных параметров сигналов.
1. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
1.1. Применение фоточувствительных датчиков на основе ПЗС в оптикоэлектронных измерительных системах
1.2. Характеристики фоторегистрирующих элементов в составе оптикоэлектронных систем
1.3. Исследование собственных шумов ПЗС
1.4. Расширение динамического диапазона камеры путем многократного
экспонирования
• 1.5. Выводы
2. ЛАЗЕРНЫЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЯВЛЕНИИ РЕФРАКЦИИ
2.1. Компьютерно-лазерные рефрактометрические методы
- 2.2. Модель лазерного пучка в системах рефракции
2.3. Метод взвешивания
2.4. Анализ фазы Фурье-преобразования
2.5. Выводы
' 3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНОЙ АНЕМОМЕТРИИ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ ЧАСТИЦ
3.1. Оптико-электронные системы регистрации РГУ-изображений
3.2. Измерение пространственного сдвига на изображении
• 3.3. Создание моделей Р1У- изображений
3.4. Взаимная корреляционная функция
3.5. Метод, основанный на согласованной фильтрации
3.6. Метод взвешивания
3.7. Выводы
4. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА ОБЪЕКТОВ
4.1. Дифракционные оптические методы
4.2. Динамический диапазон измерений ширины щели методом оценки по
уровню 0,7 главного максимума
4.3. Оценка ширины щели по уровню 0, 7 главного дифракционного
- максимума
4.4. Оценка ширины щели методом максимума правдоподобия
4.5. Оптико-электронная система оценки диаметра оболочки оптического
волокна
4.6. Выводы
4.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
.ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ячейки, будет уменьшаться чувствительность ПЗС. Требование высокой чувствительности представляется более существенным. Поэтому в целях измерения координат объектов на изображениях предпочтительно использовать матрицу с кадровым переносом, где зазоры между элементами отсутствуют, а не матрицу со строчным или строчно-кадровым переносом.
,3) Начальный сдвиг фазы светового сигнала относительно структуры ПЗС оказывает существенное влияние на модуль ЧКХ только в случае предельной пространственной частоты, которую ФПЗС может воспринимать без искажений.
4) Амплитудная и фазовая составляющие ЧКХ зависят от числа переносов заряда. При большем количестве переносов заряда наблюдается более сильный спад ЧКХ на высоких пространственных частотах (рис. 1.13) и сильное изменение фазовой составляющей ЧКХ (рис. 1.14).
, 5) Амплитудная и фазовая составляющие ЧКХ зависят от постоянной £ - неэффективности одного переноса заряда. Чем больше величина £ , тем наблюдается более сильный спад ЧКХ на высоких пространственных частотах (рис. 1.11) и сильное изменение фазовой составляющей ЧКХ (рис. 1.12).
6) На высоких пространственных частотах наблюдается явление редукции пространственной частоты.
7) ЧКХ полного тракта преобразования сигнала можно использовать для создания восстанавливающего фильтра для изображений, содержащих высокие пространственные частоты [48].
При изучении статистических свойств шума ПЗС камеры в составе У8Тап(1ет-56 были измерены математическое ожидание шума и его дисперсия, построена гистограмма, рассмотрены