Рассеивание излучения на аэрозольных частицах Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

УДК 681.5

Т.А. Акименко, канд. техн. наук, доц., (4872) 23-12-95, tantan72 @mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ), М.Б. Цудиков, канд. техн. наук., доц. (4872)35-02-19, tsudickov. mb@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

О.Ю. Горбунова, канд. техн. наук, асс., (4872) 41-29-84, oygor@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

РАССЕИВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦАХ

Рассмотрено влияние тумана и дымки на разрешение оптической системы наблюдения. Исследована зависимость контраста от размеров и концентрации аэрозольных частиц. Предложено программное повышение контраста в сложных метеоусловиях.

Ключевые слова: аэрозоль, контраст, разрешение, программный фильтр, ослабление излучения

В условиях тумана и дымки происходит аэрозольное ослабление оптического излучения, сопровождаемое ухудшением контраста и разрешающей способности оптической системы. Для анализа влияния среды на передачу оптической информации примем, что частицы тумана и дымки -сферические частицы правильной формы, а рассеянный свет имеет ту же длину волны, что и рассеиваемый, тогда для определения интенсивности

рассеянного света, воспользуемся формулой [1]

С2 2

1 = ТГ1 ol D (0, И2, (1)

X r

где функция

D(0, „)= Míí^ ; (2)

X Sin 0 С = na2, x = ka

где a - радиус частицы; X - длина волны; J1(х sin 0)- функция Бесселя

у 2п

первого рода; k = — - волновой вектор; r - расстояние между частица-

X

ми.

Нормированную интенсивность света рассеянного одной частицей определяется согласно выражению

г2т л

X

sin 0

т a 2 J2

Г =-2^2-". (3)

10 r Sin 0

По выражению (3) найдём нормированную интенсивность для частиц тумана с радиусами частиц 5, 6 мкм со счётной концентрацией 60 и 600 частиц в 1 см3 . Результаты расчётов представлены на рис. 1 и 2.

а

Рис. 1. Ослабление света на частице радиусом 5 мкм и счётной концентрацией 60(а) и 600(б) для различных длин волн

Рис. 2. Ослабление света на частице радиусом 6 мкм и счётной концентрацией 60(а) и 600(б) для различных длин волн

Анализ графиков рис. 1 и 2 показывает:

1) увеличение концентрации частиц в 10 раз с 60 до 600 увеличивает нормированную интенсивность излучения приблизительно в 5 раз;

2) с ростом длины волны нормированная интенсивность излучения на рассеивающих частицах уменьшается.

Для слоя равномерно распределённых частиц радиусом 5 мкм и счётной концентрацией 60 картина нормированного распределения интенсивности представлена на рис. 3 и 4.

353

1

^ Л 0;75 — \ £ \ /

\ / 0=50 —----/

X — Д Д

о1

а

[ I,

0Л5

0 -гЬг.-*- Э

б

1 щ

V УУ уч уу

\ / 0:50 — V

/\ 025 — /\

0 в

в

Рис. 3. Нормированные интенсивности излучения для длин волн: а - 0,4 мкм; б - 0,8 мкм; в — сумма волн спектра до 0,65 мкм

Максимальное значение нормированной интенсивности на графиках принято за единицу (100 %).

Разность между максимальным и минимальным значением интенсивности определяет контраст для периодических изображений. При высоком контрасте изображения будут различимы мелкие детали. Если разность нормированных интенсивностей составляет более 20 % для двух расположенных рядом точек, то контраст недостаточен.

Анализ приведённых графиков объясняет известный факт более высокого контраста для длинноволновой части видимого спектра в условиях тумана и дымки [2]. Поэтому с целью повышения контраста необходимо частично удалять коротковолновую долю видимого диапазона (рис. 3, в) при плохих погодных условиях наблюдения. Так, например, на рис. 3, а происходит уменьшение нормированной освещенности ниже заданного предела в 20 % с потерей контраста, а на рисунке 3,в, на котором убрана коротковолновая часть до 0.65 мкм, контрастность увеличилась на 17 % и произошло превышение порогового предела контраста.

Рис. 4. Функциональная схема программной компенсации влияния атмосферной дымки и тумана

Для улучшения качества изображения при наблюдении объектов в условиях наличия атмосферной дымки или тумана предлагается использовать для повышения контраста изображения программный фильтр для удаления коротковолновой части спектра оптического диапазона. Программный вариант имеет преимущество по сравнению с использованием просто ИК-фильтра за счет гибкого варьирования величиной отсеченного излучения для обеспечения приемлемого времени экспозиции при работе в режиме реального времени. Схема формирования изображения с программной компенсацией влияния аэрозольной среды может быть реализована в соответствии с рис. 4.

Список литературы

1. Воронцов М.А. Управляемые оптические системы. М.: Наука,

1988. 268 с.

2. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1989. 360 с.

M.B. Tsudikov, T.A. Akimenko, O.Y. Gorbunova RADIATION DISPERSION ON AEROSOL PARTICLES

Influence of a fog and smokes on the permission of optical system of supervision is considered. Dependence of contrast on the sizes and concentration of aerosol particles is investigated. Program increase of contrast in difficult meteoconditions is offered.

Key words: aerosol, contrast, resolution, the software filter, radiation attenuation

Получено 07.03.12

УДК 681.5

М.Б. Цудиков, канд.техн. наук., доц. (4872)35-02-19, tsudickov.mb@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Т.А. Акименко, канд. техн. наук, доц., (4872) 23-12-95, tantan72 @mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

О.Ю. Горбунова, канд. техн. наук, ассист., (4872) 41-29-84, oygor@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ПАНОРАМЫ

Рассмотрено формирование цилиндрической панорамы с использованием панорамного оптико-электронного устройства наблюдения. Выполнен анализ методов определения характерных точек. Выбран и реализован корреляционный метод. Разработан программно-вычислительный комплекс для сшивания панорамы с коррекцией искажения изображений.

Ключевые слова: аэрозоль, контраст, разрешение, программный фильтр, ослабление излучения

Способ создания панорамы совмещением отдельных снимков заключается в съемке одной или нескольких серий фотографий и наложением с частичным перекрытием отдельных изображений друг на друга на определенный процент площади изображения. При использовании данного метода камера поворачивается на определенное расстояние в положение, из которого должен быть сделан следующий снимок до тех пор, пока весь 360-градусный цикл не будет пройден. Изображения затем соединяются, формируя панорамное изображение с помощью специального программного обеспечения. Количество отдельных изображений и выбранная форма проекции определяют, какой тип панорамы (цилиндрическая, сферическая, кубическая) будет получен в результате.

Для получения цилиндрических панорам достаточно одной гори-

356