ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group (ранее OSA) под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-12-96-110

УДК: 535.231.16

Зависимость величины сигнала от смещения функции рассеяния точки относительно центра пиксела фоточувствительной матрицы

Ссылка для цитирования:

Знаменский И.В. Зависимость величины сигнала от смещения функции рассеяния точки относительно центра пиксела фоточувствительной матрицы // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 12. С. 96–110. http://doi.org/10.17586/1023-5086-202390-12-96-110

 

Znamenskiy I.V. Dependence of the signal magnitude on displacement of the point spread function relative to the center of the photosensitive matrix pixel [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 12. P. 96–110. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-12-96-110

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Изменение величины сигнала пиксела матрицы при смещении функции рассеяния точки относительно центра пиксела матрицы. Цель работы. Определение зависимости величины сигнала от смещения функции рассеяния точки относительно центра пиксела фоточувствительной матрицы для трёх случаев распределения облучённости: функции, описывающей распределение в кружке Эйри, гауссоиды вращения и равномерного распределения. Метод. В основу расчёта положен метод разбиения функции рассеяния точки на пикселе матрицы на отдельные области, по которым производятся вычисления сигнала. Смещение функции рассеяния точки на Dx по оси Х и на Dy по оси Y берётся в нормированном к радиусу пятна виде. Для создания двумерного графика зависимости сигнала пиксела от смещения функции рассеяния точки по осям X, Y введена ось смещения функции рассеяния точки. Сигнал на входе пиксела представлен в относительных единицах и нормирован к максимальному сигналу, сформированному при отсутствии смещения функции рассеяния точки. Спектральная чувствительность пиксела постоянна в пределах площади пиксела. Основные результаты. Разработан алгоритм расчёта изменения уровня сигнала пиксела матрицы при смещении функции рассеяния точки относительно пиксела матрицы. Построена зависимость нормированного сигнала пиксела матрицы от относительного смещения функции рассеяния точки под углом 45° для вышеуказанных случаев облучённости. При смещении функции рассеяния точки под углом 45° на величину 1,41R относительно пиксела сигнал меняется в 4 раза для всех 3-х случаев, а при смещении функции рассеяния точки вдоль одной из осей на величину R сигнал меняется в 2 раза для гауссоиды и цилиндрической функции. Практическая значимость. При смещении функции рассеяния точки относительно центра пиксела матрицы происходит падение облучённости матрицы, что при малом отношении сигнал/шум может приводить к срыву сопровождения или увеличению погрешности измерения угловых координат космических объектов. При энергетическом расчёте оптико-электронных систем падение сигнала из-за смещения функции рассеяния точки на половину пиксела позволит определить минимальный сигнал и, следовательно, минимальное отношение сигнал/шум.

Ключевые слова:

дифракция, матрица, пиксел, функция Бесселя, функция Гаусса, диск Эйри, функции рассеяния точки

Благодарность:

автор благодарит доктора технических наук Тунгушпаева А.Т. за внимательное редактирование, в процессе которого им был высказан ряд замечаний, учтённых при составлении окончательного текста. Автор благодарит рецензентов и редакцию журнала за ценные замечания, которые позволили значительно улучшить статью.

Коды OCIS: 260.1960, 260.2160.

Список источников:
  1. Тарасов В.В., Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Современные проблемы оптотехники: уч. пос. М.: МИИГАиК, 2014. 82 с.
  2. 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 
  3. Барский А.Г. Оптико-электронные следящие системы. Учеб. пособие. М: Университетская книга, Логос, 2009. 200 с.
  4. Астапов Ю.М., Васильев Д.В., Заложнев Ю.И. Теория оптико-электронных следящих систем. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 328 с.
  5. Знаменский И. В., Тунгушпаев А.Т. О возможности определения космических объектов в спектральном диапазоне 8–12 мкм // Фотоника. 2022. Т. 16. № 1. С. 44–58. https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.1.44.58
  6. Знаменский И.В., Зотьев Е.О., Олейников И.И., Попов К.Г. Система видеодиапазона для обзора космического пространства в ночное время суток // Фотоника. 2022. Т. 16. № 7. С. 512–521. http://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.7.512.521
  7. Знаменский И.В., Тихомиров А.А. Система обзора космического пространства для мониторинга объектов техногенного происхождения // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 12. С. 1051–1057. http://doi.org/10.15372/AOO20221213
  8. Баранов П.С., Манцветов А.А. Оптимизация отношения радиуса кружка рассеяния объектива к размеру пиксела для повышения точности оценки координат изображений малоразмерных объектов // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2016. Вып. 2. С. 49–53.
  9. 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 // Сб. трудов Всеросс. научно-техническая конф. «Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов». Россия. Таруса. 22–25 сен. 2008. М: ИКИ РАН, 580 с. С. 421–446.
  10. Старосотников Н.О., Федорцев Р.В. Моделирование методической погрешности определения центра тяжести изображения тест-объекта в оптических измерительных приборах с матричными приемниками // Приборостроение-2014. Материалы 7-й Международной научно-технической конференции (19–21 ноября 2014 г. Минск. Республика Беларусь) Минск: БНТУ, 2014. С. 385–386.
  11. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Уч. пос. 3 изд. СПб.: Лань, 2010. 704 с.
  12. Основы оптики. Конспект лекций / Под ред. Шехонина А.А. СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. 156 с.
  13. Image sensor ANDANTA_FPA640x512-TE2 InGaAs Imager. URL: https://www.andanta.de/pdf/ANDANTA_FPA640x512-TE2_v1.0b.pdf / (Accessed 20.11.2022).
  14. Image sensor Gpixel GSense4040(BSI). URL: https://www.gpixel.com/products/area-scan-en/gsense/gsense4040bsi / (Дата обращения 20.11.2022).
  15. Image sensor Gpixel GSense6060(BSI). URL: https://www.gpixel.com/products/area-scan-en/gsense/gsense6060bsi / (Дата обращения 20.11.2022).
  16. Березин В.Б., Березин В.В., Цицулин А.К., Соколов А.В. Адаптивное считывание изображения в астрономической системе на матричном приборе с зарядовой связью // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2004. Вып. 4. С. 36–45.
  17. Осадчий И.С. Метод субпиксельного измерения координат изображения звезд для приборов астроориентации космического базирования // Журнал радиоэлектроники. [Эл. журнал] eISSN 1684-1719. 2015. № 5.
  18. Меденников П.А. Алгоритм обнаружения и подсчёта координат точечного объекта // Оптический журнал. 2019. Т. 86 № 8. С. 65–69. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-08-65-69
  19. Акилин Г.А., Федоров В.А., Грицкевич Е.В., Звягинцева П.А. Имитационная компьютерная модель координатора, работающего в составе биометрической системы распознавания // Интерэкспо ГЕО-СИБИРЬ. 2020. Т. 6. № 1. С. 11–21. http://doi.org/10.33764/2618-981X-2020-6-1-11-21
  20. Francois Sanson, Carolin Frueh. Quantifying uncertainties in signal position in non-resolved object images: application to space object observation // Advances in Space Research. In press. HAL Id: hal-01968808/Submitted on 14 Jan 2019. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01968808v3 / (Дата обращения 20.11.2022).
  21. Иванова Т.В., Летова Е.Ю., Калинкина О.С. и др. Анализ методов определения центра пятна рассеяния в присутствии аберраций // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 3. С. 334–341. http://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-3-334-341
  22. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: ГИТТЛ, 1955. 609 с.
  23. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Дополнительные главы. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. 800 с.