1.3 Оптико-електронні системи, основні тенденції розвитку

Комп’ютеризовані оптико-електронні системи (КОЕС) дозволяють скоротити обсяг оброблюваної інформації при збереженні якості зображення, автоматизувати процес вимірювання, що приводить до підвищення точності та усунення суб’єктивних помилок спостерігачів.

До переваг КОЕС у порівнянні з традиційними приладами можна віднести:

високу чутливість;

стійкість до електромагнітних завад і радіаційних впливів;

відсутність електричних кіл, наявність гальванічної розв’язки між чутливим й виконавчими елементами;

пожежо- та іскробезпеку;

стійкість до агресивних впливів, термічну стабільність й корозійну стійкість;

різноманітність геометричних форм і розмірів;

можливість створення інтегральних оптичних первинних вимірювальних перетворювачів;

дистанційність вимірювань, можливість сумісної роботи з волоконно-оптичними лініями зв’язку.

До основних тенденцій розвитку КОЕС відносяться:

подальше вдосконалення параметрів і характеристик окремих елементів і пристроїв (приймачів і джерел випромінювання, оптичних вузлів, електронних елементів);

підвищення експлуатаційної надійності окремих елементів і пристроїв в цілому;

мікромініатюризація, зменшення маси, габаритів, енергії, яка споживається окремими ланками інформаційного каналу;

удосконалення методів попередньої обробки даних.

Дія вимірювального каналу (ВК) КОЕС базується на прийомі і перетворенні електромагнітного випромінювання в різних діапазонах оптичної області спектра, тобто в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній частинах.

Одна з можливих узагальнених схем оптико-електронного вимірювального каналу КОЕС наведена на рис. 1.4, основними елементами якої є оптична система та приймач сигналу.

Розробка ВК передбачає обізнаність з особливостями об’єкта, умовами і режимами роботи. Важливою умовою успішного створення і ефективного використання таких систем є повнота уявлення про фізико-метрологічні властивості об’єкта.

Різноманітність різних за своєю природою об’єктів і різномасштабність полів фізичних величин зумовили створення і використання різноманітних КОЕС, що дало змогу удосконалити класифікацію за ознаками, наведеними на рис. 1.5.

Для розв’язання задач виявлення оптичних сигналів і образів, наприклад зображення досить складного за формою, спектром й іншими ознакам об’єкта, що знаходиться на складному фоні, у сучасних КОЕС майже повсюдно використовується такий опис об’єктів (сукупність оброблюваних сигналів), що містить лише обмежене число відмінних ознак.

Рисунок 1.4 – Узагальнена структурна схема ВК оптико-електронної системи

Вибір ознак, які найбільш істотно відрізняють даний клас об’єктів (зображень, сигналів), є найважливішою задачею при розробці КОЕС та удосконаленні існуючих. Тому дуже важливо відібрати таку мінімальну кількість ознак, яка б забезпечувала задані показники якості роботи КОЕС, але не ускладнювала їхню конструкцію і тим самим не знижувала надійність роботи систем і не здорожчувала їхнє виробництво та експлуатацію.

Найбільш часто використовуються такі групи ознак:

геометричні, виділення й обробка яких залежить насамперед від просторової роздільної здатності вимірювального каналу КОЕС; до цих ознак відносяться розміри і форма зображення; гістограми розподілів кутів, хорд, довжин сторін; площа, центр мас, периметр, компактність, орієнтація головної осі, геометричні моменти; просторово-частотні спектри Фур’є і Мелліна; функції Уолша тощо;

спектральні, виділення й обробка яких залежить від спектральної роздільної здатності каналу КОЕС; до них відносяться поглинальна, випромінювальна і відбивна здатність, колір, колір/яскравість тощо;

енергетичні, що характеризуються відношенням сигнал/шум;

динамічні, що використовують інформацію про зміну координат об’єкта, про швидкість його переміщення тощо.

Рисунок 1.5 – Класифікація комп’ютеризованих оптико-електронних систем

КОЕС вимірювання геометричних параметрів об’єктів, які використовують для своїх задач розподіл інтенсивності отриманого зображення об’єкта, як правило, виділяють певним чином ранжовані елементи зображення. До таких елементів відноситься зображення світлової плями, яка може бути самостійним елементом зображення або складовою частиною елементів більш високого рангу. Інформаційним елементом є також світлова пляма, яка також може бути самостійним елементом або частиною більш високого рангу, що потребує вимірювання її параметрів. Специфічним елементом зображення є лінія, яка може розглядатися або як область, довжина якої значно переважає ширину, або як подвійна межа.

Наступним за рангом і за величиною є перепад інтенсивності, який являє собою елемент більш високого порядка, межа якого розділяє дві сусідні області інтенсивності. Якщо перепад одновимірний, то межа має певну протяжність і форму. В результаті виділення даного перепаду формується контур об’єкта, що має відмінну від фону інтенсивність.