автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Проектирование информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВА Татьяна Рудольфовна (У/

003486266

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Специальность: 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- з ДЕН 2009

Тула 2009

003486266

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ЛАРКИН Евгений Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ПАНАРИН Владимир Михайлович

кандидат технических наук, профессор ВИКТОРОВ Александр Владимирович

Ведущее предприятие:

ОАО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения», г. Тула

Защита состоится « 2009г. в /^"*часов на заседании диссер-

тационного совета Д 2l2.271.07 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92, 1-117).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект им. Ленина, 92).

Автореферат разослан «

2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ф.А. Данилкин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Системы восприятия электромагнитного излучения являются весьма важным каналом получения информации об окружающей среде, как в живой природе, так и в технических средствах. Задачи, решаемые подобными системами, имеют весьма широкий диапазон, начиная от простого обнаружения света и кончая измерением местоположения объектов, излучающих и/или отражающих свет в пространстве. Несмотря на значительный рост рынка (более чем в три раза за последние 10 лет) и прогресс в развитии элементной базы, в технике информационно-измерительные системы на основе оптико-электронных преобразователей используются недостаточно. Это обусловлено целым рядом причин, важнейшей из которых является в целом невысокая точность измерения, которую обеспечивают системы подобного класса.

В свою очередь, точность функционирования информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей обеспечивается элементами, имеющими разную физическую природу: механическими, оптическими, фотоэлектронными и электронными. Существенное влияние на точность оказывает состояние среды распространения электромагнитного излучения в части однородности физических свойств и наличия взвешенного в ней диспергента в виде пыли и/или микрочастиц влаги, так или иначе перераспределяющих направление световых потоков. Недостаточные показатели точности, заложенные в технические решения аппаратного уровня, в дальнейшем бывает весьма непросто скомпенсировать на этапе алгоритмической и программной обработки видеоинформации. Это позволяет выделить исследование влияния точности элементов и состояния среды распространения на точность функционирования рассматриваемых систем в целом в самостоятельную и весьма значительную прикладную научную задачу. В настоящее время в данной задаче слабо разработаны методы учета разнородных факторов при прогнозировании общих параметров и характеристик информационно-измерительной системы. Все это делает задачу исследования точности оптико-электронных преобразователей и разработки методов проектирования, направленных на повышение точности функционирования весьма актуальной.

Объектом исследования диссертационной работы являются технические средства информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей.

Предметом исследования диссертационной работы являются показатели точности технических средств, обеспечиваемые элементной базой и средой распространения электромагнитного излучения.

Общей теорией создания оптико-электронных систем занимались отечественные и зарубежные ученые Р. Гонсалес, Г.Н. Грязин, В.В. Еремеев, В.К. Злобин, Г.П. Катыс, С.М. Латыев, А. Папулис, У. Прэтт, B.C. Титов, Л.П. Ярославский и др. В известных трудах по объекту исследования разработаны методы математического моделирования оптико-электронных преобразователей. Вопросы параметрической точности отражены в работах Проникова A.C. и др. В них решается задача оценки начальной параметрической точности изделий

машиностроения после их проектирования и производства, а также задача обоснованного назначения технических условий на параметры изделий.

Ниже предлагается общий подход к исследованию точности информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей, который опирается на аналитические методы математического моделирования среды распространения электромагнитного излучения и элементов технических средств в их конструктивной взаимосвязи. Математические модели оптико-механической части системы сформированы с применением законов проекционной оптики, пространственная динамика объекта исследования описана с помощью пространственно-спектральной теории сигналов, точность оптико-электронных систем оценена с использованием теории коэффициентов и функций чувствительности.

Цель диссертационной работы состоит в повышении точности функционирования информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей за счет использования в практике: проектирования методов, учитывающих точностные характеристики элементной базы и разброс параметров среды распространения электромагнитного излучения.

Реапизация поставленной цели включает решение следующих задач.

1. Разработка на основании анализа оптико-электронных систем, выпускаемых промышленностью, и известной обобщенной функциональной схемы подобных систем классификации и обобщенной структуры информационно-измерительных систем исследуемого класса, в которой обработка сигналов разделена на этапы с известными обобщенными зависимостями, связывающими входные и выходные характеристики данного этапа.

2. Получение общего математического выражения для коэффициентов чувствительности вложенных функций, получающихся при описании цепочек последовательных операций и расчет значений коэффициентов чувствительности для частных случаев исполнения информационно-измерительной системы и ее элементов.

3. Получение зависимостей для статической ошибки измерения местоположения объекта на сцене, вызванной неоднородностью коэффициента преломления среды распространения электромагнитного излучения.

4. Оценка статической погрешности, возникающей при несовпадении статических характеристик видеоусилителя и аналого-цифрового преобразователя.

5. Оценка пространственной динамики элементов оптико-механической части с помощью гауссиана и разработка принципа суммирования гауссианов с использованием логарифмической частотной характеристики (ЛЧХ).

6. Получение зависимости для функций чувствительности к изменению параметров гауссианов, формирующих ЛЧХ.

7. Разработка методики для определения параметров гауссианов передаточной функции по кривой нарастания интенсивности сигнала и оценка с применением разработанной методики передаточной функции среды распространения электромагнитного излучения, объектива, оптического фильтра с неиде-альиостью типа «волнистость», матричного прибора с зарядовой связью как

дискретизатора оптического сигнала при неподвижном и перемещающемся изображении.

8. Разработка механизма и получение зависимостей для оценки динамических погрешностей, возникающих на этапе усиления и оцифровки видеосигнала.

9. Разработка обобщенной методики номинального проектирования информационно-измерительной системы на базе оптико-электронного преобразователя и учета допусков на реализацию параметров оптико-электронного преобразователя.

10. Применение методики для проектирования панорамного оптико-электронного преобразователя.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. На основании механизма коэффициентов и функций чувствительности разработана модель и получены общие зависимости, определяющие параметрическую точность функционирования информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей, в том числе, впервые получены выражения для относительных коэффициентов чувствительности вложенных функций, которыми описываются последовательные преобразования сигналов.

2. Получены выражения для коэффициентов чувствительности элементов оптического тракта: среды распространения электромагнитного излучения, объектива, фильтра, фотоэлектронного преобразователя.

3. Показано, что параметры суммарной логарифмической пространственно-частотной характеристики находятся линейным суммированием логарифмов коэффициентов передач и квадратичным суммированием параметров рассеяния гауссианов компонентов оптико-электронной системы.

4. Разработана методика проектирования оптико-электронных преобразователей, включающая этап номинального проектирования и этап учета влияния допусков на статические и пространственно-частотные характеристики.

Практическая ценность работы заключается в том, что методики номинального проектирования и учета погрешностей параметров систем при проектировании, разработанные в диссертации, позволяют снизить трудоемкость создания информационно-измерительных систем исследуемого класса и повысить качество проектирования за счет снижения объемов экспериментальных работ.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением аналитических моделей оптико-механических и электронных узлов и блоков, а также экспериментальными исследованиями информационно-измерительной системы на основе оптико-электронного преобразователя.

Положения, выносимые на защиту.

1. Модель и общие зависимости, определяющие параметрическую точность функционирования информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей, включая выражения для относительных коэффициентов чувствительности вложенных функций, которыми описываются последовательные преобразования сигналов.

2. Выражения для коэффициентов чувствительности элементов оптического тракта: среды распространения электромагнитного излучения, объектива, фильтра, фотоэлектронного преобразователя.

3. Метод оценки пространственно-частотных характеристик информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей, основанный на квадратичном суммировании показателей рассеяния гауссианов компонентов и линейном суммировании логарифмов коэффициентов передач.

4. Методика проектирования оптико-электронных преобразователей, включаюш;ая этап номинального проектирования и этап учета влияния допусков на статические и пространственно-частотные характеристики.

Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения совместных работ с ОАО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения» (акт внедрения прилагается), а также в учебный процесс кафедры РТиАП при преподавании следующих дисциплин: «Основы информационных устройств роботов», «Основы технического зрения и цифровой обработки изо(5ражений».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1. XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. - 'Гула, Тульский государственный университет, 2008.

2. XXVII Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула, Тульский государственный университет, 2009.

3. Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21. XXI Международная научная конференция. - Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2008.

4. Всероссийская научно-техническая конференция •:<Интеллект-2009». -Тула, Тульский государственный университет, 2009.

5. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета 2005 - 2009 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, включенных в список литературы, в том числе: 7 статей, представляющие собой материалы межрегиональных научно-технических конференций, 2 статьи в сборниках, рекомендуемых ВАК РФ для публикаций материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из ведения, 4 разделов, заключения, изложенных на 120 страницах машинописного текста, и включающих 80 рисунков и 3 таблицы, приложений на двух страницах и списка использованной литературы из 162 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности темы исследования, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, дано краткое изложение результатов по основным разделам.

В первом разделе диссертации проведен анализ существующих видеосистем, определены их обобщенные признаки, на основании которых сформирова-

на обобщенная структура информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей.

Показано, что в оптико-электронных информационно-измерительных системах используются два информативных параметра: интенсивность электромагнитного излучения В и длина волны излучения Я. В связи с широкими диапазонами восприятия, прямое измерение интенсивности даже в определенном диапазоне длин волн, является проблематичным. Поэтому, как правило, все информационно-измерительные системы на базе оптико-электронных преобразователей воспринимают пространственное, временное или пространственно-временное изменение указанных параметров, т.е. модулированный сигнал. Задачей оптико-электронных преобразователей является измерение координат х, у, г и/или моментов г всплесков и/или перепадов яркости В и/или цвета Л.

В общем случае каждый из элементов, входящих в оптико-электронный преобразователь, рассматривается как физический блок, на выходе £ которого формируется некоторая функция

^ о)

от вектора входных сигналов £ и вектора V параметров самого блока. Суммарная точность измерений оптико-электронного преобразователя определяется точностью реализации соответствующих функций каждым из блоков.

Проведена классификация оптико-электронных преобразователей: по наличию или отсутствию дополнительного управляемого источника излучения (пассивные и активные), по конструкции фотоэлектронных преобразователей (одноэлементные и многоэлементные), по принципу действия фотоэлектронных преобразователей (вакуумные и твердотельные), по длине волны X (монохромные и полихромные), по типу носителя, на который установлены оптико-электронные преобразователи (на неподвижном и подвижном основании), по количеству точек установки (монокулярные, бинокулярные и многоракурсные).

Показано, что процесс формирования и обработки сигналов в информационно-измерительной системе включает ряд обобщенных этапов, не зависящих от класса, к которому относится исследуемый оптико-электронный преобразователь. Все элементы, лежащие вдоль оптической оси, от поверхности объекта, воспринимаемого оптической системой и фотоэлектронным преобразователем, до выхода аналого-цифрового преобразователя, так или иначе влияют на характеристики информационно-измерительной системы в целом (рис.1).

Источник электромагнитного излучения создает внешние условия Ф(х, у, г, А, г), в которых функционирует оптико-электронный преобразователь. В случае искусственных управляемых источников, требования к их параметрам (интенсивности, спектральному составу, изменению в пространстве/времени и т.п.) жестко регламентируются. В некоторых случаях для повышения точности функционирования информационно-измерительной системы источники конструируются когерентными и/и ли поляризованными.

Отражающие поверхности сцены обеспечивают пространственно-времен-

N

ную модуляцию светового потока Ф'(х,>',2,Я,/)= ¿^{/„[ф^х^.г.Д,/)]}, где

Фп(х,у,г,Л,/) - световой поток, падающий на п-ю отражающую поверхность; 111[ф11(х,у,2,Л,()] - индикатриса рассеяния п-й отражающей поверхности; Р„{1„\ф„{х,У,г,Х,I')]} - функция, определяемая условиями наблюдения п-й отражающей поверхности; п - номер отражающей поверхности; N - количество отражающих поверхностей.

Рис. 1. Общая схема формирования измерительной информации

Показано, что среда распространения в идеальном случае (вакуум) не оказывает влияние на распространение электромагнитного излучения. Наличие в атмосфере диспергента приводит к тому, что среда распространения выполняет функциональное преобразование потока ф\х,у,гМ)=Р\Ф'{х,У,г,ЛА*а\ где р\ф'{х,у,2,ХА*а] • некоторая искажающая функция; - вектор параметров, включающий такие элементы, как например, концентрация диспергентов различного рода в атмосфере, размеры микрочастиц диспергента, неоднородность температуры, объем массы с контрастной температурой и т.п. Объектив описывается функцией

Фт{х,у,2,1,1)= Р1[ф"{х,у,г,Х,1),у^}, где Р,- [ф"{х,у,г,Л,{),^1 ] - преобразование изображения объективом; \а - вектор параметров, включающий такие элементы, как например, концентрация и размеры частиц диспергентов различного рода на поверхности объектива, изменение формы поверхности объектива и т.п.

Дополнительные элементы оптической системы в общем случае в работе описаны рекуррентным множеством вложенных функций В{У,2,Х,1)= /та, где /V« К, Л,/)] - извест-

ная на этапе проектирования функция преобразования потока электромагнитного излучения к-м дополнительным элементом; Фк^(х,у,г,Л,г) - поток на входе в А-й дополнительный оптический элемент, Фа(х,у,г, Л,г)-- Ф°'(х,у,г,Л,().

При расположении оптико-электронной системы на подвижном основании главная оптическая ось смещается в пространстве. Зависимость, отражающая подобное явление, выражается функцией /Г(Г, 2 Д,/) = Л,(),Х, У, г] + РШ) [/?(Г,2,Л А Х,У,2,т], где - функция, характеризующая влияние погрешностей геометрических размеров оптической системы на точность фотоэлектронного преобразователя; РШ)у){У,2,Л,/), Х,У,2,г] - функция, характеризующая влияние динамики изменения пространственного положения главной оптической оси оптико-электронного преобразователя на съем информации с фоточувствительных ячеек фотоэлектронного преобразователя; X,У,2 - система координат, связанная с матрицей фотоэлектронного преобразователя; Х,У,2 - скорости механического перемещения изображения /}{У,1,Л,{) по поверхности фотоэлектронного преобразователя; г - время формирования одной факсимильной цифровой модели изображения фотоэлектронным преобразователем. Фоточувствительные ячейки фотоэлектронного преобразователя выполняют функции первого этапа дискретизации, описываемого зависимостями

и» 2> Кв■') = [Р\У,Я,/,г, у„й )], где РтСкВ\р{У,2,А,1)) - функция преобразования в соответствующем (К, С, В) диапазоне длин волн; г- время формирования одной ФЦМИ фотоэлектронным преобразователем (в приборах с зарядовой связью - время накопления заряда в фоточувствительной ячейке); 'V' 'V;> 'V " вект0Ры параметров соответствующих фотоэлектронных преобразователей, например, размеры ячеек, шаг расположения ячеек, квантовый выход, уровень блуминга и т.п. Для согласования сигналов на выходе фотоэлектронного преобразователя с параметрами входных цепей аналого-цифрового преобразователя служит электронный усилитель-формирователь, работа которого описывается функцией [£/(/),Ри], где V,, - вектор параметров усилителя, таких, как уровень операционного нуля; диапазон выходных сигналов; статический коэффициент передачи; неравномерность статического коэффициента передачи; параметры передаточной функции и т.п. Аналого-цифровой преобразователь выполняет функции преобразования сигнала £/{/) в

цифровой код. При этом работа аналого-цифрового преобразователя синхронизируется с работой фотоэлектронного преобразователя, что также влияет на точность преобразования сигнала 0(1)= РАК[и'(1),УА1Х], где улос - вектор параметров аналого-цифрового преобразователя, таких, как диапазон входных сигналов; шаг квантования; апертурное время; момент начала квантования.

Показано, что каждый этап обработки информации в информационно-измерительных системах исследуемого класса сводится к физической реализации некоторой статической или динамической характеристики. Статической характеристикой является простая функция вида (1), в которой £ имеет вид вектора текущих значений аргументов (х, у, г, ?), а текущее значение функции. Динамическая характеристика принимает вид <£* ~ ,...), где

(дС дС дС) „гг (д2£ дгС (32<Г) „ = .....-у;.... ~ ; VV = ........, . Для исследования

статических характеристик элементов оптико-электронного преобразователя используются геометрические соотношения, вытекающие из особенностей конструкции исследуемых элементов. При этом, поскольку речь идет об их пространственном расположении, они исследуются в декартовой системе координат. Исследование пространственной динамики этапов преобразований в оптико-электронной системе связано с решением дифференциальных уравнений вида ^ = Для решения данных уравнений в диссертации предложено использование метода Коши.

Во втором разделе получены зависимости для коэффициентов чувствительности статических характеристик к изменению параметров оптико-электронны?; преобразователей, в том числе и при выполнении системой цепочек операций по преобразованию информации, разработаны математические модели системы измерения местоположения точки в пространстве, получены зависимости для коэффициентов чувствительности элементов и самой системы и среды распространения электромагнитного излучения.

Показано, что под точностью информационно-измерительной системы на базе оптико-электронного преобразователя понимается ее способность обеспечить после всех этапов преобразования сигналов выполнение функциональной зависимости (1), где вектор параметров принимает значение V =у,10м. В реальных информационно-измерительных системах параметры у= (и. К» —> ум) не могут быть выполнены абсолютно точно равными номиналу, и поэтому каждый из них имеет некоторую погрешность ет. С учетом погрешности, зависимость (1) принимает вид +£и,..,,у„ +ет,...+£,,„), где £=(£,,..., ..., - вектор аргументов функционального преобразования. Из (1) получено выражение для определения относительной погрешности выполнения функционального преобразования, имеющее вид

т=1

где - относительная погрешность выходной характеристики; - от~

носительный коэффициент чувствительности; £т - относительная погрешность параметра ; е^.

^ тах Ь им» шах Ь пи» / ^т ^т

Отмечается, что если функциональная зависимость принимает вид вложенных функций £ = Рк(... Рк(... V,) ... , 4ь И) 4к, П), где & = (£и(»)»•••>&,«<!(>>•••• &.*<*)) " вектоР аргументов, добавляющихся на к-м шаге

вложения; VI = »-•->,„(<)>—>' вектор параметров, добавляющихся на к-м шаге вложения; Рк - к-я вложенная функция; п(к) -индекс для обозначения элементов вектора аргументов на к-м этапе вложения; Щк) - размерность вектора аргументов на к-м этапе вложения; т(к) -индекс для обозначения элементов вектора дополнительных параметров на к-м этапе вложения; М(к) - размерность вектора дополнительных параметров на к-м этапе вложения; 1 <к<К, то зависимость для относительной погрешности примет вид: . .к «ш

к=\ т[к)=\(к)

где 0t,j,Mk)(4k,».,%K) - относительный коэффициент чувствительности; относительная погрешность ^ .....

"rWHWI1 1 1'/у. «- \> -1>ь

v,k,m{k> '

Показано, что коэффициенты сг„,зависят от текущих значений вектора £ что затрудняет проведение практических расчетов, в частности на этапе предварительной оценки допусков на параметры функции (1). При практических расчетах оптико-электронных преобразователей предложено исходить из наихудшего случая и использовать максимальное значение коэффициентов, которое предложено определять по следующей методике:

1 .Определение дифференцируемости функции (1) по элементам векторов

V.

2. Определение области значений функции (1) Q»m 5 С2 £тт для всей области определения mill < &„w < max, \(k) < n(k) <N(k), 1 <k<Kn номинальных значений параметров vkJn{k), ] (k) < m(k) < M(k).

3. Получение выражений для относительных коэффициентов чувствительности cr„ t ,n(A1 для каждого параметра

4. Составление системы вида ... "■*.»(<) (>=<)о, cr,Am(t)(>=<)0,

"Si-Mi)

——^~i(>=<)0, где (>=<) - один из приведенных в скобках знаков, для всех

элементов вектора £

5. Решение системы и определение оптимальных значений относитель-

ных коэффициентов чувствительности <у\ кму).

6. Выбор способа суммирования относительны?: погрешностей парамет-к мщ

ров, в виде модуля с, = £ X! К*>ча)

или евклидова расстояния

у/Ы «>(*)=1(4)

7. Оценка суммарной погрешности выходной величины функционального преобразователя по выбранной зависимости.

Получены коэффициенты чувствительности статических параметров для случаев наблюдения геометрической точки с помощью оптической системы, измерения дальности до геометрической точки с помо щью бинокулярного зрения, аберраций объектива.

Исследованы статические характеристики среды распространения. Показано, что при прохождении света через среду с изменяемым показателем преломления по ходу оптических лучей смещение изображения геометрической точки определяется как сумма смещений на отдельных участках:

( ... Л

р т

- г к ~ . X

''к

Хм

вше*,.

-агезт-

'<Ч1,' /

О.Ц '-I

а„, - агезш

вша,,

_ /IV_- "''!.- /

7.К ~ ~ 2-1 „ ■

где хсЮ - длина /-гд участка, на которые разбивается путь луча при прохождении неоднородной среды; а , - угол падения луча на выходе ¡-го участка; и,+1,, -

относительный показатель преломления среды (/ +1)-го участка относительно среды /-го участка;

Показано, что математическая модель статической характеристики зависят от конструкции фотоэлектронного преобразователя. Для фотоэлектронного преобразователя с накоплением зарядов она принимает вид Й5 Н2) 4(1')

) \ ,2,^<1УсИ(11, где кц- коэффициент передачи; Г|?- время на-

копления заряда; 2Ь{2) х 2Ь{У) - размеры фоточувствитедьной ячейки. Погрешность статической характеристики ячейки с накоплением заряда определяется следующими факторами: изменением коэффициента к., при изменении температуры ячейки, изменением величин управляющих напряжений и изменением

времени

накопления

П

дТ°

заряда | | ¡Я(У,7,,1)с!ГсК<к\ <

о Гш Н') АН

е, = аг,Ег + а11ущеу„р + аТтеШ1,

дк. иш "-1 «1>

где

Иупр

'но» о -о(г>-р(Г)

ию*. о -лиь/нп

T ßm л») а^Ьшт. j \B(Y,Z,t)dYdZ.

-em-ßtf)

Наибольшие ошибки преобразования аналогового видеосигнала в цифровой код возникают на этапе согласования усилителя и аналого-цифрового пре-

fK ~U„ min +0,5^| \U'mm-(/„ min-0,5^|1 образователя:^ =max^!—----Т~'~п-7Г—ITl' ГДе " "

[ иъ 1Ш ~ U i\ min +ÖU и»тм Uilmin+t)U J интервал квантования; Uon пт и Uon min - опорные напряжения, подаваемые на входы параллельного аналого-цифрового преобразователя; U'mm U'n<M - интервал видеосигнала с выхода усилителя.

В третьем разделе исследуется пространственная динамика оптико-электронных преобразователей.

Для исследования пространственной динамики предложено аппроксимировать импульсную переходную характеристику кривой Гаусса (гауссианом) А (

ехр--- , где А - статический коэффициент передачи; а - коэф-

л/2nä V 2а )

фициент, определяющий ширину кривой. В этом случае пространственно-частотная передаточная функция элемента оптико-электронного преобразователя также имеет вид кривой Гаусса lV(a>{)= Л схр(~ 2 а2 ;г2oj^).

Показано, что вложенные функции в уравнениях пространственной динамики принимают вид:

VF vA VF IV/Г ) ^

^ кv K-K-V k VV 1 w

(я я л я \

где V =

—, —, —, — |; и - вектор параметров к-го этапа обработки.

ах ду дг д1)

В сигнальной области (4) определяет интеграл /("-кратной свертки импульсных переходных характеристик. В частотной области зависимость (4) преобразуется в мультипликативную сепарабельную функцию, которая поддается покомпонентному анализу с последующим объединением результатов. Для этого передаточная функция к-г о этапа обработки представлена в виде }Ук(со,, V,) = Ак)ехр(-2ак{уак)2 /г ), где \Уп(й)(,Рк) передаточная функция к-го этапа обработки ак {уск) - коэффициент, определяющий ширину передаточной функции к-го этапа обработки, и зависящий, в свою очередь, от параметров \'йк; Ак (ум ) - статический коэффициент передачи к-го этапа обработки, зависящий от параметров Vл. Вложенные функции преобразуются в произведение

К = К )ехр(- 2ак (уак )г гс\о\ ), (5)

Ы

где ^ =

<=|

Из зависимости (5) получена суммарная логарифмическая частотная ха-

рактеристика (ЛЧХ) (а>(, у)] = £ 1п[Л( (ум)]- 2/г26)1 £а]{уак), при этом показано, что коэффициент, определяющий ширину суммарной передаточной функции оптико-электронного преобразователя при прохождении сигналом последовательно ряда элементов информационно-измерительной системы, находятся квадратичным суммированием соответствующих коэффициентов этапов обработки.

Относительная погрешность в реализации ЛЧХ имеет вид к

В и -1

ы

, 2-, .^мМм^мЛ*) + , —,

( \

¿и СГак,т[ок)\(0( ГтМак)

где сглкАлк) - ко-

эффициент чувствительности ЛЧХ к изменению параметра Уаы(лк)\ "

относительная погрешность параметра; аак1т^к){со() - функция чувствительности ЛЧХ к изменению параметра УаЬФкь ею ,„(.,< ] " относительная погрешность

ЗАь XV Ак 11 I • * \ т{ Ак)

изменения параметра уакМак)\ алкМм) = —^—^т——-'>

Ак^ЛкРХ^Лк,т(Лк) УлпММ)

О^екМ*) УАк.т(Ы)

погрешность реализации соответствующего параметра.

Показано, что коэффициент чувствительности не: зависит от круговой частоты . Он сдвигает всю ЛЧХ по вертикали параллельно самой себе. Как

правило, сдвиг связан с дополнительными потерями в элементах оптической системы и в оптико-электронном преобразователе, поэтому сдвиг происходит в сторону уменьшения статического коэффициента передачи. Функция чувствительности представляет собой функцию круговой частоты т^. она имеет вид

квадратичной параболы с ветвями, направленными вниз. При т( = 0 значение

функции чувствительности равно нулю. Как правило, сдвиг связан с дополнительными динамическими потерями в элементах оптической системы, поэтому в результате воздействия погрешностей частотная характеристика фильтра сужается. Таким образом, любые отклонения параметров оптико-электронного преобразователя от номинальных значений также приводит к ухудшению параметров информационно-измерительной системы в целом.

Для определения параметров ак разработана методика, предусматривающая построение кривой нарастания сигнала на контрастной границе )> центрирование реальной функции нарастания (£ - т)с помощью параметра т и последующую вариацию параметра ак с минимизаций среднеквадратичной

ошибки £■ = - , где - точки оси абсцисс, по которым

проводится аппроксимация; Ь - общее количество точек аппроксимации.

С использованием полученного общего результата получены передаточные функции:

среды распространения электромагнитного излучения, для чего была разработаны методика построения индикатрисы рассеяния микрочастицы диспер-гента и методика построения кривой нарастания сигнала на контрастной границе при распространении света в среде с известной концентрацией диспергента;

объектива с учетом кружка рассеяния (лой « 0,32р, где р - кружок рассеяния);

фотоэлектронного преобразователя с размером ячейки Ь, неподвижного относительно проецируемого на него изображения (аСфэп!а 0,856).

Для объектива с нанесенным тонким слоем прозрачного диспергента и дополнительных элементов, имеющих погрешности изготовления поверхности типа волнистость, получены выражения для расчета погрешностей значений диаметра кружка рассеяния:

аг^-—-+ агйц- -'--и

объектив с диспергентом: ер =

Л, и,

где

о, / - радиус входного зрачка и фокусное расстояние объектива; /•/, о/ - радиус кривизны и размеры микрочастицы влаги; п', пъ па - показатели преломления воздуха, воды и материала входной линзы объектива, соответственно;

дополнительный оптический элемент с волнистой поверхностью, распо-

о{а + Г\п,-п1)

ложенный перед входным зрачком £р = —-- ' за объективом -

Ер =---', где иэ - показатель преломления элемента; Нэ - радиус

Яу/ «у

элемента; а - расстояние от элемента до соответствующей поверхности объектива.

Для изображения, перемещающегося относительно ячейки фотоэлектронного преобразователя, получено значение параметра гауссиана, определяющего динамическую апертуру аДфэп = 0,43 ¿¡Т^ , где £ - скорость перемещения изображения точки по поверхности фотоэлектронного преобразователя; Т„, - время накопления зарядов в фотоэлектронном преобразователе.

Получены зависимости для учета погрешностей реализации усилителя видеосигнала. Показано, что динамическая ошибка сводится к изменению передаточной функции усилителя. Если выход усилителя подключен к параллельному аналого-цифровому преобразователю, то динамическая ошибка усиления за счет изменения вида переходного процесса приводит к статической погрешности оцифровки сигнала.

В четвертом разделе разработана методика номинального проектирования оптико-электронных преобразователей и методика учета отклонений параметров при проектировании оптико-электронных преобразователей, полученные методики применены для проектирования панорамного оптико-электронного устройства наблюдения. Предложенная методика проектирования оптико-электронных преобразователей приведена на рис. 2.

Первый этап проектирования связан с расчетом номинальных параметров информационно-измерительной системы: с фотометрическими условиями экс-

плуатации информационно-измерительной системы; геометрическими параметрами сцены; с динамическими параметрами сцены; с необходимостью сканирования сцены; энергетико-ресурсными параметрами системы; с массогаба-ритными ограничениями на конструктивные решения отдельных узлов системы и системы в целом; с климатическими условиями эксплуатации; с предельной стоимостью изделия.

Выбор структуры оптико-электронного преобразователя

Выбор —» Установление

—> функциональных структурных

узлов и блоков связей

г

— Элементная база —» Уточнение

для реализации структурных

—► узлов и блоков связей

л

5 §

5

Расчет параметров системы в целом

Расчет параметров узлов и блоков

Переход к расчету допусков на параметры

и со о

Й

«

Э"

ю

I &

а

Рис. 2. Структурно-параметрическая оптимизация оптико-электронного преобразователя

Отмечается, что задача проектирования оптико-электронного преобразователя с оптимизацией является классической: требуется найти значение вектора параметров у = и уР1?с и Ур, и у4, доставляющее минимум целевой функции & = 0( V), при наличии ограничений на состояние окружающей среды {«ь «2, у, ¿:}} с 1(у/)} с & вектор параметров 1/т|п < у< ^пах; и общих ограничений, определяющих статические и динамические свойства системы.

Методика целенаправленного проектирования оптико-электронного преобразователя включает в себя следующие этапы: патентно-информационный поиск и выбор общей структуры оптико-электронного преобразователя или

адаптация известной структуры для поставленной цели; уточнение патентной чистоты предлагаемого технического решения с оформлением заявкина выдачу патента на изделие или на полезную модель; разбиение оптико-электронного преобразователя на физические функциональные узлы и блоки; установление связей между функциональными узлами и блоками; для каждого функционального узла проведение информационного поиска по выбору элементной базы, определение паспортных данных, а также стоимости выбранных комплектующих; уточнение функциональных связей между выбранными элементами, определение параметров функциональных связей в соответствии с паспортными данными.

Далее следует анализ элементов на техническую совместимость; составление общей математической модели изделия; в соответствии с составленной математической моделью изделия определение вектора у параметров оптимизации; в соответствии с паспортными данными на комплектующие, установление ограничений вида ^„¡„ < V < итах; составление целевой функции с включением в ее состав всех элементов вектора к, решение оптимизационной задачи в параметрической области в рамках сформированной системы ограничений и целевой функции, определение оптимальных значений элементов вектора и

Второй этап проектирования изделия включает в себя назначение допусков на изготовление его деталей и узлов и оценка работоспособности оптико-электронного преобразователя после его производства с учетом технологических отклонений параметров в процессе изготовления. Задача назначения допусков также может решаться как оптимизационная. Процесс учета погрешностей изложен в виде методики целенаправленного назначения допусков на изготовление узлов и блоков.

Разработанные модели и методики применены для разработки макета панорамного оптико-электронного устройства наблюдения, установленного на подвижную платформу (рис. 3).

Рис. 3. Конфигурация панорамного оптико-электронного устройства наблюдения (1 - оптико-электронный преобразователь; 2 - вращающаяся турель; 3 - платформа робота; А, В, С- демпфированные опоры)

2

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертации разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной задачи, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

1. На основании анализа оптико-электронных систем, выпускаемых промышленностью, и известной обобщенной функциональной схемы подобных систем разработана классификация и обобщенная структура информационно-измерительных систем исследуемого класса.

2. Обработка сигналов в системе разделена на этапы, для каждого из которых определены обобщенные зависимости, связывающие входные и выходные характеристики данного этапа.

3. Показана возможность использования для исследования точностных статических характеристик оптико-электронных преобразователей аппарата коэффициентов и функций чувствительности, получено математическое выражение для коэффициентов чувствительности вложенных функций, формируемых при описании цепочек последовательных операций в информационно-измерительных системах исследуемого класса.

4. Рассчитаны значения коэффициентов чувствительности:

для случая наблюдения геометрической точки;

измерения расстояния до геометрической точки с помощью бинокулярного зрения;

учитывающих аберрации объектива;

учитывающих клиновидность оптических фильтров, стоящих в тракте прохождения видеосигнала.

5. Показано, что неоднородность коэффициента преломления среды распространения электромагнитного излучения приводит к статическим погрешностям оценки местоположения объекта на сцене, получены зависимости для соответствующего коэффициента чувствительности.

6. Произведена оценка статических погрешностей, возникающих при несовпадении статических характеристик видеоусилителя и аналого-цифрового преобразователя.

7. Предложено оценивать пространственную динамику элементов оптико-механической части с помощью гауссиана, показан принцип суммирования га-уссианов с использованием логарифмической частотной характеристики (ЛЧХ) и получены зависимости для функций чувствительности к изменению параметров гауссианов, формирующих ЛЧХ.

8. Разработана методика для определения параметров гауссианов передаточной функции по кривой нарастания интенсивности сигнала.

9. Проведена оценка передаточных функций и функций чувствительности:

среды распространения электромагнитного излучения;

объектива;

оптического фильтра с неидеальностью типа «волнистость»;

матричного прибора с зарядовой связью как дискретизатора оптического сигнала при неподвижном и перемещающемся изображении.

10. Показан механизм и получены зависимости для оценки погрешностей, возникающих на этапе усиления и оцифровки видеосигнала.

11. Разработаны методики номинального проектирования информационно-измерительной системы на базе оптико-электронного преобразователя и учета допусков на реализацию параметров оптико-электронного преобразователя.

12. Методика применена для проектирования панорамного оптико-электронного преобразователя.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Звонарев Д.А, Игнатова O.A., Кузнецова Т.Р. Трохопсрцый демпфер системы технического зрения // XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула: НТО РЭС им. A.C. Попова, 2008. - С. 74 - 77.

2. Звонарев Д.А., Кузнецова Т.Р. Формирование видеосигнала в системе технического зрения роботов // Приборы и управление. Вып. 6. - Тула: ТулГУ,2008.-С. 30-38.

3. Игнатова O.A., Кузнецова Т.Р. Алгоритмическая компенсация угла поворота по крену в системах технического зрения роботов // Приборы и управление. Вып. 6. - Тула: ТулГУ, 2008. - С. 46 - 49.

4. Кузнецова Т.Р. Влияние прозрачного диспергента среды распространения на систему технического зрения // Известия ТулГУ. Сер. Технологическая системотехника. Вып. 15. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. -С. 15-19.

5. Кузнецова Т.Р. Определение параметров движения объектов по их изображениям в системах технического зрения // XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула: НТО РЭС им. A.C. Попова, 2008. - С. 63 - 65.

6. Кузнецова Т.Р. Система технического зрения мобильного робота // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21. Сб. трудов XXI Международной научной конференции: в 10 т. Т. 6. - Саратов: Сар. гос. тех. унт., 2008. - 149 - 151.

7. Кузнецова Т.Р. Формирование изображений больших форматов из фрагментов // Приборы и управление. Вып. 6. - Тула: ТулГУ, 2008. - С. 63 - 66.

8. Кузнецова Т.Р., Цудиков М.Б. Влияние непрозрачного диспергента среды распространения на систему технического зрения // XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула: НТО РЭС им. A.C. Попова, 2008. - С. 83 -85.

9. Кузнецова Т.Р., Цудиков М.Б. Система наблюдения на нежестком основании // Вестник ТулГУ. Сер. Системы управления. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - С. 83 - 87.

10. Кузнецова Т.Р., Ларкин Е.В. Оценка точности позиционирования рабочего органа робота // XXVII Научная сессия, посвященная Дню радио. -Тула: НТО РЭС им. A.C. Попова, 2009. - С. 57 - 59.

11. Звонарев Д.А., Игнатова O.A., Кузнецова Т.Р. Наблюдение рабочего органа манипулятора в системе технического зрения // XXVII Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула: НТО РЭС им. A.C. Попова, 2009. - С. - 44 - 46.

12. Кузнецова Т.Р. Влияние погрешностей характеристик фотоэлектронных преобразователей на точность интеллектуальных систем // Интеллект-2009. Материалы научно-технической конференции. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009.-С. 117-119.

13. Кузнецова Т.Р. Система технического зрения как объект проектирования // Приборы и управление. Выл. 7. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 83 - 92.

14. Кузнецова Т.Р. Влияние точности конструктивных параметров нелинейных преобразователей на точность оценки выходной величины // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 2, ч. 2 - Тула: Изд-во ТулГУ. 2009.-С. 165-170.

Фрмат 60 х 84 1/16. Печать офсетная. Бумага офсетная, Объём: 1,25 пл. Тираж 100 экз. Заказ № Лг£ 3". ГОУ ВПО «Тульский государственный университет». 300600, Тулг, просп. им. Ленина, 92. Издательство ТулГУ. 300600, Тула, ул. Болдина, 151.

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

1. ПРОБЛЕМА РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1. Функциональная схема систем технического зрения

1.1.1. Фотоэлектронные преобразователи, выпускаемые промышленностью

1.1.2. Структура информационно-измерительной системы

1.2. Классификация оптико-электронных преобразователей

1.3. Параметры оптико-электронных преобразователей

1.3.1. Этапы преобразования сигналов в ОЕС

1.3.2. Показатели качества сигнала

1.3.3. Цветные изображения

1.4. Методы исследования информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей

1.4.1. Методы исследования статических характеристик

1.4.2. Методы исследования динамических характеристик

1.5. Выводы

2. СТАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

2.1. Влияние погрешностей параметров функции на точность оценки выходной величины

2.1.1. Коэффициенты чувствительности обычной функции

2.1.2. Коэффициенты чувствительности от цепочки вложенных функций

2.2. Статические характеристики оптической системы оптикоэлектронного преобразователя

2.2.1. Наблюдение геометрической точки с помощью оптической системы

2.2.2. Измерение дальности до геометрической точки с помощью бинокулярного зрения

2.2.3. Учет аберраций объектива

2.2.4. Учет дефектов других элементов оптической системы

2.3. Статические характеристики среды распространения

2.4. Статические характеристики фотоэлектронного преобразователя

2.5. Статические характеристики усилителя и аналого-цифрового преобразователя

2.5.1. Усилитель видеосигнала

2.5.2. Аналого-цифровой преобразователь

2.5.3. Стыковка усилителя и аналого-цифрового преобразователя

2.6. Выводы

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

3.1. Передаточная функция элемента оптико-электронного преобразователя

3.1.1. Обработка сигналов в сигнальной и спектральной области

3.1.2. Фильтры на основании гауссианов

3.1.3. Функции чувствительности ЛЧХ к изменению параметров

3.1.4. Подбор параметра а передаточной функции по кривой нарастания интенсивности сигнала с пространственной динамикой

3.2. Передаточная функция среды распространения электромагнитного излучения

3.2.1. Прохождение излучения через микрочастицу диспергента

3.2.2. Воздействие множества микрочастиц

3.3. Пространственные частотные искажения сигнала, вносимые объективом

3.3.1. Номинальные параметры объектива

3.3.2. Ухудшение номинальных характеристик

3.3.3. Погрешности, вносимые в пространственную динамику дополнительными элементами оптической системы

3.4. Многоэлементные фотоэлектронные преобразователи

3.4.1. Накопление заряда при перемещающемся изображении

3.4.2. Суммарная пространственная частотная характеристика элементарной фоточувствительной ячейки ФПЗС

3.5. Механические элементы конструкции

3.6. Усиление и оцифровка видеосигнала

3.7. Выводы

4. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

4.1. Номинальное проектирование системы

4.2. Учет допусков на реализацию параметров

4.3. Применение методики для проектирования панорамного оптико-электронного преобразователя

4.3.1. Фотоэлектронный преобразователь

4.3.2. Объектив

4.3.3. Узел механического сканирования

4.4. Функционирование оптико-электронного преобразователя

4.5. Выводы

Актуальность темы. Системы восприятия электромагнитного излучения являются весьма важным каналом получения информации об окружающей среде, как в живой природе, так и в технических средствах. Задачи, решаемые подобными системами, имеют весьма широкий диапазон, начиная от простого обнаружения света и кончая измерением местоположения объектов, излучающих и/или отражающих свет в пространстве. Несмотря на значительный рост рынка (более чем в три раза за последние 10 лет) и прогресс в развитии элементной базы, в технике информационно-измерительные системы на основе оптико-электронных преобразователей используются недостаточно. Это обусловлено целым рядом причин, важнейшей из которых является в целом невысокая точность измерения, которую обеспечивают системы подобного класса.

В свою очередь, точность функционирования информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей обеспечивается элементами, имеющими разную физическую природу: механическими, оптическими, фотоэлектронными и электронными. Существенное влияние на точность оказывает состояние среды распространения электромагнитного излучения в части однородность физических свойств и наличия взвешенного в ней диспергента в виде пыли и/или микрочастиц влаги, так или иначе перераспределяющих направление световых потоков. Недостаточные показатели точности, заложенные в технические решения аппаратного уровня, в дальнейшем бывает весьма непросто скомпенсировать на этапе алгоритмической и программной обработки видеоинформации. Это позволяет выделить исследование влияния точности элементов и состояния среды распространения на точность функционирования рассматриваемых систем в целом в самостоятельную и весьма значительную прикладную научную задачу. В настоящее время в данной задаче слабо разработаны методы учета разнородных факторов при прогнозировании общих параметров и характеристик информационно-измерительной системы. Все это делает задачу исследования точности оптико-электронных преобразователей и разработки методов проектирования, направленных на повышение точности функционирования, весьма актуальной.

Объектом исследования диссертационной работы являются технические средства информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей.

Предметом исследования диссертационной работы являются показатели точности технических средств, обеспечиваемые элементной базой и средой распространения электромагнитного излучения.

Общей теорией создания оптико-электронных систем занимались отечественные и зарубежные ученые Р. Гонсалес, Г.Н. Грязин, В.В. Еремеев, В.К. Злобин, Г.П. Катыс, С.М. Латыев, А. Папулис, У. Прэтт, B.C. Титов, Л.П. Ярославский и др. В известных трудах по объекту исследования разработаны методы математического моделирования оптико-электронных преобразователей. Вопросы параметрической точности отражены в работах Проникова А.С. и др. В них решается задача оценки начальной параметрической точности изделий машиностроения после их проектирования и производства, а также задача обоснованного назначения технических условий на параметры изделий.

Ниже предлагается общий подход к исследованию точности информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей, который опирается на аналитические методы математического моделирования среды распространения электромагнитного излучения и элементов технических средств в их конструктивной взаимосвязи. Математические модели оптико-механической части системы сформированы с применением законов проекционной оптики, пространственная динамика объекта исследования описана с помощью пространственно-спектральной теории сигналов, точность оптико-электронных систем оценена с использованием теории коэффициентов и функций чувствительности.

Цель диссертационной работы состоит в повышении точности функционирования информационно-измерительных систем на основе оптико-электронных преобразователей за счет использования в практике проектирования методов, учитывающих точностные характеристик элементной базы и разброс параметров среды распространения электромагнитного излучения.

Реализация поставленной цели включает решение следующих задач.

1. Разработка на основании анализа оптико-электронных систем, выпускаемых промышленностью, и известной обобщенной функциональной схемы подобных систем классификации и обобщенной структуры информационно-измерительных систем исследуемого класса, в которой обработка сигналов разделена на этапы с известными обобщенными зависимостями, связывающими входные и выходные характеристики данного этапа.

2. Получение общего математического выражения для коэффициентов чувствительности вложенных функций, получающихся при описании цепочек последовательных операций и расчет значений коэффициентов чувствительности для частных случаев исполнения информационно-измерительной системы и ее элементов.

3. Получение зависимостей для статической ошибки измерения местоположения объекта на сцене, вызванной неоднородностью коэффициента преломления среды распространения электромагнитного излучения.

4. Оценка статической погрешности, возникающей при несовпадении статических характеристик видеоусилителя и аналого-цифрового преобразователя.

5. Оценка пространственной динамики элементов оптико-механической части с помощью гауссиана и разработка принципа суммирования гауссианов с использованием логарифмической частотной характеристики (JI4X).

6. Получение зависимости для функций чувствительности к изменению параметров гауссианов, формирующих JI4X.

7. Разработка методики для определения параметров гауссианов передаточной функции по кривой нарастания интенсивности сигнала и оценка с применением разработанной методики передаточной функции среды распространения электромагнитного излучения, объектива, оптического фильтра с неидеальностью типа «волнистость», матричного прибора с зарядовой связью как дискретизатора оптического сигнала при неподвижном и перемещающемся изображении.

8. Разработка механизма и получение зависимостей для оценки динамических погрешностей, возникающих на этапе усиления и оцифровки видеосигнала.

9. Разработка обобщенной методики номинального проектирования информационно-измерительной системы на базе оптико-электронного преобразователя и учета допусков на реализацию параметров оптико-электронного преобразователя.

10. Применение методики для проектирования панорамного оптико-электронного преобразователя.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. На основании механизма коэффициентов и функций чувствительности разработана модель и получены общие зависимости, определяющие параметрическую точность функционирования информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей, в том числе, впервые получены выражения для относительных коэффициентов чувствительности вложенных функций, которыми описываются последовательные преобразования сигналов.

2. Получены выражения для коэффициентов чувствительности элементов оптического тракта: среды распространения электромагнитного излучения, объектива, фильтра, фотоэлектронного преобразователя.

3. Показано, что параметры суммарной логарифмической пространственно-частотной характеристики находятся линейным суммированием логарифмов коэффициентов передач и квадратичным суммированием параметров рассеяния гауссианов компонентов оптико-электронной системы.

4. Разработана методика проектирования оптико-электронных преобразователей, включающая этап номинального проектирования и этап учета влияния допусков на статические и пространственно-частотные характеристики.

Практическая ценность работы заключается в том, что методики номинального проектирования и учета погрешностей параметров систем при проектировании, разработанные в диссертации, позволяют снизить трудоемкость создания информационно-измерительных систем исследуемого класса и повысить качество проектирования за счет снижения объемов экспериментальных работ.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением аналитических моделей оптико-механических и электронных узлов и блоков, а также экспериментальными исследованиями информационно-измерительной системы на основе оптико-электронного преобразователя.

Положения, выносимые на защиту.

1. Модель и общие зависимости, определяющие параметрическую точность функционирования информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей, включая выражения для относительных коэффициентов чувствительности вложенных функций, которыми описываются последовательные преобразования сигналов.

2. Выражения для коэффициентов чувствительности элементов оптического тракта: среды распространения электромагнитного излучения, объектива, фильтра, фотоэлектронного преобразователя.

3. Метод оценки пространственно-частотных характеристик информационно-измерительных систем на базе оптико-электронных преобразователей, основанный на квадратичном суммировании показателей рассеяния гауссианов компонентов и линейном суммировании логарифмов коэффициентов передач.

4. Методика проектирования оптико-электронных преобразователей, включающая этап номинального проектирования и этап учета влияния допусков на статические и пространственно-частотные характеристики.

Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения совместных работ с ОАО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения» (акт внедрения прилагается), а также в учебный процесс кафедры РТиАП при преподавании следующих дисциплин: «Основы информационных устройств роботов», «Основы технического зрения и цифровой обработки изображений».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1. XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула, Тульский государственный университет, 2008.

2. XXVII Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула, Тульский государственный университет, 2009.

3. Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21. XXI Международная научная конференция. - Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2008.

4. Всероссийская научно-техническая конференция «Интеллект-2009». -Тула, Тульский государственный университет, 2009.

5. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета 2005 - 2009 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, включенных в список литературы, в том числе: 7 статей, представляющие собой материалы межрегиональных научно-технических конференций, 2 статьи в сборниках, рекомендуемых ВАК РФ для публикаций материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из ведения, 4 разделов, заключения, изложенных на 161 страницах машинописного текста, и включающих 80 рисунков и 3 таблицы, приложений на двух страницах и списка использованной литературы из 162 наименований.

Краткое содержание диссертации.

В первом разделе разработана обобщенная структурная схема и дана классификация оптико-электронных преобразователей, показано, что в информационно-измерительных системах на их основе существует ряд факторов, влияющих на точность измерения, предложен математический аппарат для исследования точностных характеристик.

Во втором разделе получены зависимости для коэффициентов чувствительности статических характеристик к изменению параметров оптико-электронных преобразователей, в том числе и при выполнении системой цепочек операций по преобразованию информации, разработаны математические модели системы измерения местоположения точки в пространстве, получены зависимости для коэффициентов чувствительности элементов и самой системы и среды распространения электромагнитного излучения.

В третьем разделе исследуются пространственная динамика оптико-электронных преобразователей, для исследования пространственной динамики предложено аппроксимировать импульсную переходную характеристику гаус-сианом, а пространственно-частотную характеристику - логарифмом гауссиана; получена зависимость для определения параметра суммарной характеристики при прохождении сигнала через ряд оптических фильтров, выражение для функции чувствительности итогового гауссиана к изменению параметров, а также формулы для параметров гауссиана ряда оптических элементов.

В четвертом разделе разработана методика номинального проектирования оптико-электронных преобразователей и методика учета отклонений параметров при проектировании оптико-электронных преобразователей, полученные методики применены для проектирования панорамного оптико-электронного устройства наблюдения.

В заключении сделаны выводы по работе.

Приложение содержит акты внедрения результатов диссертации в учебный процесс и промышленность.

I»

4.5. Выводы

1. С учетом полученных ранее математических моделей статики и пространственной динамики оптико-электронных преобразователей разработана методика номинального проектирования информационно-измерительных систем на их основе.

2. Разработана методика учета погрешностей статических и динамических параметров оптико-электронных преобразователей при проектировании.

3. Разработанные модели и методики применены для разработки макета панорамного оптико-электронного устройства наблюдения.

4. Произведено моделирование функционирования оптико-электронного устройства для различных условий функционирования и условий наблюдения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании анализа оптико-электронных систем, выпускаемых промышленностью, и известной обобщенной функциональной схемы подобных систем разработана классификация и обобщенная структура информационно-измерительных систем исследуемого класса.

2. Обработка сигналов в системе разделена на этапы, для каждого из которых определены обобщенные зависимости, связывающие входные и выходные характеристики данного этапа.

3. Показана возможность использования для исследования точностных статических характеристик оптико-электронных преобразователей аппарата коэффициентов и функций чувствительности, получено математическое выражение для коэффициентов чувствительности вложенных функций, формируемых при описании цепочек последовательных операций в информационно-измерительных системах' исследуемого класса.

4. Рассчитаны значения коэффициентов чувствительности: для случая наблюдения геометрической точки; измерения расстояния до геометрической точки с помощью бинокулярного зрения; учитывающих аберрации объектива; учитывающих клиновидность оптических фильтров, стоящих в тракте прохождения видеосигнала.

5. Показано, что неоднородность коэффициента преломления среды распространения электромагнитного излучения приводит к статическим погрешностям оценки местоположения объекта на сцене, получены зависимости для соответствующего коэффициента чувствительности.

6. Произведена оценка статических погрешностей, возникающих при несовпадении статических характеристик видеоусилителя и аналого-цифрового преобразователя.

7. Предложено оценивать пространственную динамику элементов оптико-механической части с помощью гауссиана, показан принцип суммирования га-уссианов с использованием логарифмической частотной характеристики (JI4X) и получены зависимости для функций чувствительности к изменению параметров гауссианов, формирующих JI4X.

8. Разработана методика для определения параметров гауссианов передаточной функции по кривой нарастания интенсивности сигнала.

9. Проведена оценка передаточных функций и функций чувствительности: среды распространения электромагнитного излучения; объектива; оптического фильтра с неидеальностью типа «волнистость»; матричного прибора с зарядовой связью как дискретизатора оптического сигнала при неподвижном и перемещающемся изображении.

10. Показан механизм и получены зависимости для оценки погрешностей, возникающих на этапе усиления и оцифровки видеосигнала.

11. Разработаны методики номинального проектирования информационно-измерительной системы на базе оптико-электронного преобразователя и учета допусков на реализацию параметров оптико-электронного преобразователя.

12. Методика применена для проектирования панорамного оптико-электронного преобразователя.

1. Абузова И.В., Игнатьев В.М., Ларкин Е.В. Сканирующие системы с повышенным разрешением. Тула: ТулГУ, 1996. - 88 с.

2. Аксиненко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения: Справочник. М.: Радио и связь, 1987. - 295 с.

3. Андриянов А.В., Шпак И.И. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и системах. — Минск: Вышэйшая школа, 1987. — 176 с.

4. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. М.: Высшая школа, 1988. - 432 с.

5. Аксиненко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства. М.: Энергоиздат, 1984. - 208 с.

6. Артюхина Н.К. Теория и расчет оптических систем: Ч. 1. Минск: БИТУ, 2004.- 134 с.

7. Бабаев А.А. Амортизация, демпфирование и стабилизация бортовых оптических приборов. М.: Машиностроение, 1984. - 232 с.

8. Барб Д.Ф. Режим задержки и интегрирования в приемниках изображения // Полупроводниковые формирователи изображения. М.: Мир, 1979.-С. 499-507.

9. Барсуков А.С., Летуновский А.В. Телевизионные системы. М.: Изд-во МО СССР, 1986. - 376 с.

10. Бархатов А.Г., Иванов Г.Г., Корсаков Ю.Л. Видеосистема мониторинга транспортных потоков. Проблема стабилизации изображений // Изв. ТЭТУ. Сб. научных трудов. Вып. 519. С.Пб.: ТЭТУ, 1998. - С. 53 - 57.

11. Беркут А.И., Рульнов А.А. Системы автоматического контроля технологических параметров: Учебное пособие для вузов. М.: АСВ, 2005. - 144 с.

12. Блатнер Д., Флейшман Г., Рот С. Сканирование и растрирование изображений / Под ред. А.А. Витта. М.: ЭКОМ, 1999. - 400 с.

13. Борковский А.Г., Гаванин В.А., Зайдель И.Н. Вакуумные фотоэлектронные приборы. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

14. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств.- М.: Машиностроение, 1976. 312 с.

15. Быстров Ю.А. Оптоэлектронные приборы и устройства: Учебное пособие для вузов. М.: Радио-Софт, 2001. - 256 с.

16. Васильев Д.В., Заложнев Ю.Н., Астапов Ю.М. Теория оптико-электронных следящих систем. М.: Наука, 1988.-324 с.

17. Воронцов М.А. Управляемые оптические системы. М.: Наука, 1988.-268 с.

18. Гайдуков Б.А., Котов В.В. Погрешности дискретизации изображения // XXII Научная сессия, посвященная дню радио (материалы конференции).- Тула: ТулГУ, 2004. С. 81 - 82.

19. Гвоздева Н.П., Коркина К.И. Теория оптических систем и оптические измерения. М.: Машиностроение, 1981. - 384 с.

20. Гельман М.М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем. — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 317 с.

21. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. -М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

22. Гольберг JI.M. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1990.-325 с.

23. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. - 1072 с.

24. Гребнев А.В., Гридин В.И., Дмитриев В.П. Оптоэлектронные элементы и устройства. М.: Радио и связь, 1998. - 336 с.

25. Грязин Г.Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства.- JL: Машиностроение, 1988. 224 с.

26. Грязин Г.Н. Системы прикладного телевидения. СПб.: Политехника, 2000. - 277 с.

27. Гудмен Дж. Статическая оптика. М.: Мир, 1988. - 528 с.

28. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988. - 488 с.

29. Дементьев Ю.А. Распределение лучистой энергии точечного источника: Новая форма интегрального уравнения переноса излучения. М.: Физ-матлит, 2005. - 128 с.

30. Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования. М.: Наука, 1971. - 288 с.

31. Джексон Р.Г. Новейшие датчики. М.: Техносфера, 2008. - 400 с.

32. Ермаков О.Н. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004. -416 с.

33. Ерофеенко В.Г., Козловская И.С. Основы математического моделирования. Минск: БГУ, 2002. - 195 с.

34. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. - 496 с.

35. Зверев В.А., Серебряков А.Г. Базовые схемы оптических систем с вынесенным зрачком. Оптический журнал // Оптико-механическая промышленность. 2000. - № 6. - Стр. 74.

36. Звонарев Д.А., Игнатова О.А., Кузнецова Т.Р. Наблюдение рабочего органа манипулятора в системе технического зрения // XXVII Научная сессия, посвященная Дню радио. Тула: НТО РЭС им. А.С. Попова, 2009. - С. - 44 - 46.

37. Звонарев Д.А, Игнатова О.А., Кузнецова Т.Р. Трехопорный демпфер системы технического зрения // XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. Тула: НТО РЭС им. А.С. Попова, 2008. - С. 74 - 77.

38. Звонарев Д.А., Кузнецова Т.Р. Формирование видеосигнала в системе технического зрения роботов // Приборы и управление. Вып. 6. Тула: ТулГУ, 2008.-С. 30-38.

39. Зеге Э.П., Иванов А.П., Кацев И.Л. Перенос изображения в рассеивающей среде. Минск: Наука и техника, 1985. - 327 с.

40. Зуев В.А., Попов В.Г. Фотоэлектрические МДП-приборы. М.: Радио и связь, 1983. - 160 с.

41. Игнатова О.А., Кузнецова Т.Р. Алгоритмическая компенсация угла поворота по крену в системах технического зрения роботов // Приборы иуправление. Вып. 6. Тула: ТулГУ, 2008. - С. 46 - 49.

42. Игнатьев В.М. Системы отображения, записи и ввода видеоинформации повышенных объемов и плотности. Саратов: СГУ, 1990. - 160 с.

43. Игнатьев В.М., Ларкин Е.В. Восприятие информации в системах искусственного интеллекта. Тула: ТулГУ, 1993. - 88с.

44. Информационно-измерительная техника и технологии / В.И.Калашников, С.В. Нефедов, А.Б. Путилин и др. Под ред. Г.Г. Раннева. М.: Высшая школа, 2002. - 454 с.

45. Каинов В.А., Тусюк С.К. Функциональная взаимозаменяемость в системах автоматического управления. Учебное пособие. - Тула, ТулПИ, 1986. 85 с.

46. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 352 с.

47. Катыс Г.П. Обработка визуальной информации М.: Машиностроение, 1990. - 320 с.

48. Кашкаров А.П. Фото- и термодатчики в электронных сферах. М.: Альтекс-А, 2004. - 224 с.

49. Ключникова Л.В., Ключников В.В. Проектирование оптико-механических приборов. СП-б.: Политехника, 1995. - 206 с.

50. Ковтонюк Н.Ф., Сальников Е.Н. Фоточувствительные МДП-при-боры для преобразования изображений. М.: Радио и связь, 1990. - 157 с.

51. Козерук А.С. Расчет компенсаторов для оптических приборов: Лабораторный практикум. Минск БНТУ, 2005. - 32 с.

52. Козлов Ю.А., Солнцев В.А. Система компенсации сдвига оптического изображения // Сб. науч. трудов Хабаровского политехнического институ

53. Вопросы теории и расчета электромеханических систем. Хабаровск: ХПИ, 1982.-С. 185 - 190.

54. Кориков A.M., Сырямкин В.И., Титов B.C. Корреляционные зрительные системы роботов. Томск: Радио и связь, 1990. - 264 с.

55. Котюк А.Б. Датчики в современных измерениях. М.: Радио и связь: Горячая линия - Телеком. - 2006. - 96 с.

56. Кравцов Н.В., Чирков JI.E., Поляченко B.JT. Элементы оптоэлек-тронных информационных систем. М.: Наука, 1970. - 223 с.

57. Краус М., Вошни Э. Измерительные информационные системы. -М.: Мир, 1975.-312 с.

58. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. М.: Радио и связь, 1989. - 381 с.

59. Кузнецова Т.Р. Влияние погрешностей характеристик фотоэлектронных преобразователей на точность интеллектуальных систем // Интеллект-2009. Материалы научно-технической конференции. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009.-С. 117-119.

60. Кузнецова Т.Р. Влияние прозрачного диспергента среды распространения на систему технического зрения // Известия ТулГУ. Сер. Технологическая системотехника. Вып. 15. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. — С. 15—19.

61. Кузнецова Т.Р. Влияние точности конструктивных параметров нелинейных преобразователей на точность оценки выходной величины // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. №2 Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. -С.165-170

62. Кузнецова Т.Р., Ларкин Е.В. Оценка точности позиционирования рабочего органа робота // XXVII Научная сессия, посвященная Дню радио. -Тула: НТО РЭС им. А.С. Попова, 2009. С. 57 - 59.

63. Кузнецова Т.Р. Определение параметров движения объектов по их изображениям в системах технического зрения // XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. Тула: НТО РЭС им. А.С. Попова, 2008. - С. 63 - 65.

64. Кузнецова Т.Р. Система технического зрения как объект проектирования // Приборы и управление. Вып. 7. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009.вания // Приборы и управление. Вып. 7. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. - С. 83 - 92.

65. Кузнецова Т.Р. Система технического зрения мобильного робота // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21. Сб. трудов XXI Международной научной конференции: в 10 т. Т. 6. Саратов: Сар. гос. тех. унт., 2008. - 149- 151.

66. Кузнецова Т.Р. Формирование изображений больших форматов из фрагментов // Приборы и управление. Вып. 6. Тула: ТулГУ, 2008. - С. 63 - 66.

67. Кузнецова Т.Р., Цудиков М.Б. Влияние непрозрачного диспергента среды распространения на систему технического зрения // XXVI Научная сессия, посвященная Дню радио. Тула: НТО РЭС им. А.С. Попова, 2008. С. 83 -85.

68. Кузнецова Т.Р., Цудиков М.Б. Система наблюдения на нежестком основании // Вестник ТулГУ. Сер. Системы управления. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 83 - 87.

69. Ландсберг Г.С. Оптика: Учебное пособие для вузов. М.: Физмат-лит, 2006. - 848 с.

70. Ларкин Е.В., Первак И.Е. Отображение графической информации. -Тула: ТулГУ, 2000. 109 с.

71. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. -М.: Машиностроение, 1985. 248 с.

72. Латыев С.М., Егоров Г.В., Нонинг Р. К вопросу обеспечения показателей качества точных приборов при конструировании // Изв. вузов. Приборостроение. 2000. - № 1 - 2. - С. 21 - 25.

73. Латыев С.М., Татаринов А.Т. Расчет допусков на первичные погрешности оптических приборов // Оптико-механическая промышленность. -1987.-№ 4.-С. 31 -33.

74. Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов. -СПб. Политехника, 2007. - 579 с.

75. Листратов Ю.В., Сидоров В.И. Проектирование РЖ систем в морском приборостроении: Учебное пособие. М.: МИРЭА, 1994. - 76 с.

76. Лифанов Ю.С., Саблин В.Н., Салтан М.И. Направление развития зарубежных средств наблюдения за полем боя. М.: Радиотехника, 2004. - 64 с.

77. Мадьяри В. Элементы оптоэлектроники и фотоэлектрической автоматики. М.: Сов. радио, 1979. - 160 с.

78. Маламед Е.Р. Конструирование оптических приборов космического базирования. СП-б: ГИТМО (ТУ), 2002. - 292 с.

79. Мальцев М.Д. Расчет допусков на оптические детали. М.: Машиностроение, 1974. - 168 с.

80. Малютин Д.М. Оптические измерения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - 160 с.

81. Маляренко А.Д., Филонов И.П. Технологические основы управляемого формообразования оптических поверхностей. Минск: ВУЗ-ЮНИТИ БГПА, 1999.-211 с.

82. Мамедов И.Р. Передача неподвижных и графических телевизионных изображений. М.: Радио и связь, 1999. - 128 с.

83. Мартинес-Дуарт Д.М., Мартин-Пальма Р.Д., Агулло-Руеда Ф. На-нотехнологии для микро и оптоэлектроники. М.: Техносфера, 2007. - 368 с.

84. Мартынов В.Н., Кольцов Г.И. Полупроводниковая оптоэлектрони-ка: Учебное пособие. М.: МИСИС, 1999. - 400 с.

85. Массовая кристаллография и определение дисперсионных характеристик микрокристаллов галогенидов серебра // Т.А. Ларичев, Б.А. Сечкарев, Л.В. Сотникова, Ф.В. Титов. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2004. - 88 с.

86. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985. - 351 с.

87. Меркишин Г.В. Многооконные оптико-электронные датчики линейных размеров. М.: Радио и связь, 1986. - 166 с.

88. Методы анализа и синтеза модульных информационно-управляющих систем / Н.А. Кузнецов, В.В. Кульба, С.С. Ковалевский, С.А. Косяченко. -М.: Физматлит, 2002. 800 с.

89. Методы компьютерной обработки изображений // Ред. В.А. Сойфе-ра. М.: Физматлит, 2003. - 781 с.

90. Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред / В.Н.Лопатин и др. М.: Физматлит, 2004. - 384 с.

91. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1983. - 420 с.

92. Мосягин Г.М., Немтинов В.Б., Лебедев Е.Н. Теория оптико-электронных систем. М.: Машиностроение, 1990 . - 431 с.

93. Мусаев Э.С. Оптоэлектронные устройства на полупроводниковых излучателях. М.: Радио и связь, 2004. - 208 с.

94. Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света. М.: Наука, 1970. - 295 с.

95. Мусьянов М.П., Миценко И.Д. Оптико-электронные системы ближней дал ьнометрии. М.: Радио и связь, 1991. - 166 с.

96. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. М.: Машиностроение, 1991. - 336 с.

97. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. М.: Сов. радио, 1986. - 254 с.

98. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды / В.И.Козицев и др. Под ред. В.Н. Рождествина. М.: Изд- во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с.

99. Оптико-электронные устройства обработки и распознавания изображений / B.C. Титов и др. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - 121 с.

100. Оптическая обработка информации / Ред. Д. Кейсента. М.: Мир, 1980.-252 с.

101. Оптоэлектронные и электронно-оптические информационные устройства и системы / В.И. Осадчий, А.Я. Паринский, Ю.М. Агафонов, В.А. Еропкин. Под ред. В.И. Осадчего и А.А. Яшина. Тула: ТулГУ, 1999. - 291 с.

102. Оптоэлектронные модули фирмы ERICSSON. М.: ДОДЭКА, 2000.-32 с.

103. Оптоэлектронные приборы фирмы Kinglight. М.: ДОДЭКА, 1999.64 с.

104. Оптоэлектронные приборы фирмы QT Optoelectronics. М.: ДОДЭ-КА, 2000. - 32 с.

105. Ориентация и навигация подвижных объектов: Современные информационные технологии / Б.С. Алешин и др. Ред. Б.С. Алешина, К.К. Вере-меенко, А.И. Черноморского. М.: Физматлит, 2006. - 424 с.

106. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М.: Воениздат, 1989. - 256 с.

107. Основы построения информационно-измерительных систем: Пособие по системной интеграции / Н.А.Виноградов и др. Под ред. В.Г.Свиридова. -М.: Изд-во МЭИ, 2004. 268 с.

108. Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике / Под ред. Алексеева В.И. М.: «Мир», 1971. - 496 с.

109. Пахомов И.И., Рожков О.В., Рождествин В.Н. Оптико-электронные квантовые приборы. М.: Радио и связь, 1982. - 456 с.

110. Плотников B.C., Варфоломеев Д.И., Пустовалов В.Е. Расчет и конструирование оптико-механических приборов. М.: Машиностроение, 1983. -256 с.

111. Погарев Г.В. Оптические котировочные задачи. Л.: Машиностроение, 1998. - 260 с.

112. Погорельский С.Л. Прикладная оптика: Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, «Гриф и К0», 2005. - 186 с.

113. Полупроводниковые формирователи изображений / Под. ред. И. Есперса, Ф. Ван де Виле, М. Уатта. М.: Мир, 1988. - 432 с.

114. Пресс Ф.П. Формирователи видеосигнала на приборах с зарядовой связью. М.: Радио и связь, 1981. - 136 с.

115. Проектирование оптико-электронных приборов / Ред. Ю.Г. Яку-шенкова. М.: ЛОГОС, 2000. - 487 с.

116. Прокунцев А.Ф., Юмаев P.M. Преобразование и обработка информации с датчиков физических величин. М.: Машиностроение, 1992. - 283 с.

117. Проников А.С. Параметрическая надежность машин. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.

118. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника. М.: Радио и связь, 1990.-528 с.

119. Путятин Е.П., Аверин С.И. Обработка изображений в робототехнике. М.: Машиностроение, 1990. - 319 с.

120. Пытьев Ю.П. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем. М.: Физматлит, 2004. - 400 с.

121. Расчет точности машин и приборов / В.П. Булатов, М.Г. Фридлен-дер, А.Г.Баталов и др. Ред. В.П. Булатова, М.Г. Фридлендера. СПб.: Политехника, 1993.-496 с.

122. Ребрин Ю.К. Управление оптическим лучом в пространстве. М.: Сов. радио, 1977. - 336 с.

123. Рогальский А.И. Инфракрасные детекторы. Новосибирск: Наука, 2003. - 636 с.

124. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2006.592 с.

125. Рудэнт Я.А., Бруталов В.Н. Основы метрологии. Точность и надежность в машиностроении. М.: Машиностроение, 1991. - 304 с.

126. Савиных В.П., Соломатин В.А. Оптико-электронные системы дистанционного зондирования. М.: Недра, 1995. - 315 с.

127. Савчук А.А. Пространственно-зависимые искажения изображения, вызванные движением, и реставрация изображения // Обработка изображения при помощи ЦВМ. -М.: Мир, 1973. С. 75 - 81.

128. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. М.: Мир, 1978. - 328 с.

129. Сергеев В.И. Инструментальная точность кинематических и динамических систем. М.: Наука, 1971. - 100 с.

130. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы / В.Б.Брагин и др. Под ред. Е.П.Попова, В.В.Клюева. М.: Машиностроение,1985.-256 с.

131. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения. М.: Горячая линия -Телеком, 2001.-224 с.

132. Смирнов А.В., Пескин А.Е. Цифровое телевидение: От теории к практике. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 352 с.

133. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения. -JI.: Машиностроение, 1989. 221 с.

134. Справочник по ИК технике: В 4-х т. . /У.Вольф и др. М.: Мир. - Т. 1. - 1995. - 606 .: Т. 2. - 1996. - 347 е.: Т. 3. - 1999. - 472 е.: Т. 4. - 1999. - 470 с.

135. Справочник технолога-оптика / Ред. М.Н.Окатова. СП-б: Политехника, 2004. - 680 с.

136. Стрэтт Дж. (Лорд Релей) Волновая теория света. М.: Норма, 2004.- 362 с.

137. Тарасов В.В. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. М.: Логос, 2007. - 190 с.

138. Теория оптико-электронных следящих систем / Ю.М. Астапов, Д.В. Васильев, Ю.И. Золожнев. М.: Наука, 1988. - 324 с.

139. Фрайдек Дж. Современные датчики: Справочник. М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

140. Фридлянд И.В. Оптико-механические сканирующие устройства с оптической коррекцией. Техника кино и телевидения. - 1979. - № 2. - С. 49.

141. Харт X. Введение в измерительную технику. М.: Мир, 1999. - 391с.

142. Хромов Л.И., Цыпулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика: Передача и компьютерная обработка видеоинформации. М.: Радио и связь, 1991.- 192 с.

143. Шмидт Д. Оптоэлектронные сенсорные системы. М.: Мир, 1991.96 с.

144. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем. Л.: Машиностроение, 1980. - 207 с.

145. Юревич Е.И. Основы робототехники: Учебное пособие. СПб.: «БХВ-Петербург», 2007. - 416 с.

146. Юшин A.M. Оптоэлектронные приборы и их зарубежные аналоги. -М.: Радио и связь. Т. 1. - 2000. - 512 е.: Т. 2. - 2001. - 544 е.: Т. 3. - 2002. - 512 е.: Т. 4. -2003.-512 с.

147. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для вузов. М.: Логос, 2004. - 472 с.

148. Beyer П., Reizenberg Н. Handbuch der Mikroskopie. Berlin: VEB Ver-lag Technik, 1987. -488 p.

149. Bracewell R.N. The Fourier Transform and Its Applications. N.Y. -McGraw-Hill, 2000. - 604 p.

150. Buchanan S.P. Automatic tracking improved performance for electro-optical imaging and target acquisition system // Optic and Laser Technology. 1980. -V. 1. - N. l.-Pp. 31-34.

151. Campion G., D'Andrea'a-Novel В., Bastin G. Structural properties and classification of cinematic and dynamic models of wheeled mobile robots // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1996. - Vol. 12. - N. 1 - , Pp. 47 - 62.

152. Capone B.R., Taylore R.W., Kosonocky W.F. Design and characterization of Schottky infrared charge coupled device (IRCCD) focal plane array // Optical Engeneering. 1982. - V. 21. - N 5. - Pp. 945 - 950.

153. Daubechies I., Lagarias J.V. Two-scale difference equations 1. Existence and global regularity of solution. SIAM J. Math. Anal. - 1991. - Pp. 1388 - 1410.

154. Fradkov A.L., Stotsky A.A. Speed gradient adaptive algorithms for mechanical system // International Journal of Adaptive Control and Signal Processing. -1992.-Vol. 6.-Pp. 211 -220.

155. Hair Т., Bluthe J., Ager W. An Optical Method of Measureing Transverse Surface Velocity // Acta IMECO. Budapest, 1968. Vol. 2. - Pp. 191 - 198.

156. Latyev C.M„ Rukavitzin N.N. Ditch L.S. Erhohung der Qalitat von MePgeraten durch rechnerische Korrekture der Fehler // Feingeratetechnik. 1988. -N 10.-Pp. 448 - 450.

157. Latyev C.M„ Tatarinov A.G. Toleranzsynthese bei der Gerateentwick-lung // Feingeratetechnik. 1987. - N 11. - Pp. 471 - 473.

158. Loni A. C. P., Lion M. L. High — resolution still — image on transmission based on CCITT H. 261. Codec // IEEE Trans. Circuits and Syst. Video Tedenol. -1993. V 3. - № 2. - Pp. 164 - 169.

159. Mobley С/D/ Light and water: radiative transfer in natural water. San-Diego Cal.: Academic Press, 1994. - 592 pp.

160. Naumann H., Schroder G. Bauelemente der Optic. Munchen-Wien: С/-Hanser Werlag, 1983. - 599 pp.

161. Rogers G.F., Earnshaw R.A. Techniques for computer graphics. Berlin: Springer-Verlag, 1987. - 512 Pp.

162. Wood G.D. An Airborne Video (Motion Picture Surveillance System) // Journal of the SMPTE, 1974. N 9. - Pp. 740 - 743.