ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 621.646.4

ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ

О.Ю. Горбунова, О.И. Бурцева

Рассматриваются вопросы влияния среды на качество изображения, приведены значения коэффициента прозрачности при различных условиях и коэффициента ослабления в зависимости от интенсивности осадков; представлены оптические свойства среды, влияющие на качество изображения.

Ключевые слова: оптические свойства среды, частицы газа, спектр, свет, изображение.

Оптические свойства среды существенно влияют на качество изображения. Распространение света в атмосфере сопровождается целым рядом явлений линейного и нелинейного взаимодействия со средой. При этом ни одно из этих явлений не проявляется в отдельности. По чисто качественным признакам указанные явления можно разделить на три основные группы: поглощение и рассеяние молекулами газов воздуха, ослабление на аэрозолях (пыль, дождь, снег, туман) и флуктуации излучения на турбу-лентностях атмосферы [1].

Наиболее часто встречающееся состояние замутнения атмосферы является дымка, которое представляет собой частицы относительно малых размеров при дальности видимости до 2 км. Такие частицы могут быть твердыми, жидкими, смачиваемыми и несмачиваемыми. Твердые частицы могут иметь различную форму, жидкие частицы имеют форму сферы.

Спектры размеров частиц дымки [1, 2] делится по размерам на три

части:

«ядра Айткена» - радиус частиц а=10-7^10-5 см;

большие частицы - радиус частиц а=10-5^10-4 см;

гигантские частицы - радиус частиц а>10-4 см.

С точки зрения ослабления видимых волн в атмосфере частицы атмосферного аэрозоля разделяют на оптически активные и неактивные. К первым относятся такие, которые заметно влияют на излучение. Оптически неактивными частицами являются «ядра Айткена».

Максимальный размер частиц, которые можно считать оптически неактивными зависит от длины волны излучения. Размеры наиболее многочисленных частиц городской пыли [2] колеблются от а=0,2^0,5 мкм.

Любые осадки характеризуются наличием в них крупных частиц. Значения относительного размера частиц таковы, что коэффициенты ослабления считают пропорциональными площади сечения частиц, а для определения аэрозольного ослабления в осадках большее значение имеет их интенсивность или водность, чем параметры микроструктуры.

Методами спектральной диагностики можно измерить оптическую плотность или определяемые ею характеристики среды. Экспериментально, путем исследования ослабления светового луча определяется оптическая плотность, создаваемого лампой или лазером. Без взаимодействия со

357

средой до наблюдателя доходит доля света, равная ехр(—0), где ^ — оптическая плотность среды в направлении наблюдения. При рассеянии излучения в среде, измерение 10 усложняется так, как свет луча после рассеяния может не попасть в спектральный прибор, с помощью которого ведется исследование ослабления. Оптическая плотность ^ характеризует все взаимодействия света с веществом, регистрация рассеянного света приводит к уменьшению наблюдаемой оптической плотности по сравнению с истинной.

Потеря света быстро возрастает с увеличением мутности воздуха, и в туманную погоду атмосфера так плохо пропускает свет, что производить наблюдения на далекие расстояния совсем невозможно. Это происходит оттого, что при прохождении света через мутный воздух часть его теряется, или, как иногда говорят, "поглощается". Для того чтобы выразить это ослабление в цифрах, пользуются так называемым коэффициентом прозрачности. Измерим полное количество света в каком-нибудь пучке лучей, например, в пучке от прожектора, сначала до вступления в воздух, а потом после того, как этот пучок пройдет слой воздуха толщиной 1 км. Во втором случае света окажется меньше. Число, показывающее, какая часть света прошла через слой воздуха в 1 км толщины, и называется коэффициентом прозрачности о:

I

о =— I '

(1)

где I - количество света, вошедшее в слой воздуха; Г - количество света, пропущенное слоем воздуха толщиной 1 километр.

Поэтому, для того, чтобы вычислить коэффициент прозрачности, надо разделить количество света, прошедшее через 1 км воздуха, на то количество света, которой вступило в этот слой воздуха. В табл. 1 приведены некоторые значения о при различных погодных условиях.

Значения коэффициента прозрачности

Таблица 1

Состояние атмосферы Коэффициент прозрачности, о Дальность видимости, км

Воздух абсолютно чист 0,99 300

Средняя прозрачность 0,81 20

Воздух мутен (мгла) 0,36 4

Лёгкий туман 0,015 1

Туман от 2-10-4 до 8-10-10 0,5 0,2

Густой туман от 10-19 до 10-34 0,1 0,05

Коэффициент ослабления ц для разнообразных осадков можно рассчитать, воспользовавшись его зависимостью от интенсивности дождя [1]:

т = 0,21р0,74. (2)

В табл. 2 представлены результаты расчета коэффициента ослабления от интенсивности выпадения осадков в виде дождя.

Таблица 2

Зависимость коэффициента ослабления от интенсивности осадков

Интенсивность осадков р, мм/ч 0,25 1 4 16 100

Коэффициент ослабления ц, км-1 0,075 0,21 0,586 1,634 6,342

При прохождении света через мутный воздух очень небольшая часть его "поглощается" по-настоящему и переходит в теплоту, нагревающую его, остальной свет сохраняет форму световых лучей, но при этом лучи меняют направление. Встретив плавающую в атмосфере каплю тумана, пылинку или даже молекулу воздуха, световой луч отражается, точнее, рассеивается ею в разные стороны. Рассеяние света - очень сложное явление. Световой луч, отразившийся от одной частицы среды, может попасть на другую частицу и отразиться второй раз. Дважды отраженный луч опять попадает на частицу и отражается в третий раз и т. д.

Оптические свойства светорассеивающих веществ обусловлены взаимодействием электромагнитного излучения, обладающего определенной энергией, с частицами среды. Особенности этих свойств определяются природой частиц, их размерами, соотношением между длиной волны электромагнитного излучения и размерами частиц. Таким образом, в зависимости от свойств частиц и их размеров свет, проходя через среду, может поглощаться, отражаться или рассеиваться.

Список литературы

1. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде. М., Л.: Гостехиз-дат, 1951. 238 с.

2. Физика атмосферы и проблемы климата / Г.В. Розенберг, Г.И. Горчаков, Ю.С. Георгиевский, Ю.С. Любовцева. М., Наука, 1980. 320 с.

3. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.: Соврадио, 1970. 494 с.

4. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. М., Радио и связь, 1981. 288 с.

5. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Оптические свойства неоднородных сред // Сб. научных статей «28-я научная сессия, посвященная дню радио». Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 191-197.

6. Горбунова О.Ю., Акименко Т. А. Распространение оптического сигнала в дисперсной среде // Известия Тульского государственного университет. Технические науки. Проблемы специального машиностроения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. Вып. 2. С. 377-381.

Горбунова Ольга Юрьевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Бурцева Ольга Ивановна, канд. техн. наук, доцент, hrcvlgamail.ru Россия, Тула, Тульский государственный университет

IMPACT OF ATMOSPHERE ON IMAGE QUALITY O.Y. Gorhunova, O.I. Burtseva

The questions of the influence of the environment on the image quality are considered, the values of the transparency coefficient under various conditions and the attenuation coefficient depending on the intensity of precipitation are given; presents the optical properties of the medium that affect the image quality.

Key words: optical properties of the medium, gas particles, spectrum, light, image.

Gorhunova Olga Yuryevna, candidate of technical sciences, oygora mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Burtseva Olga Ivanovna, candidate of technical sciences, hrcvlgamail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.83

ЗАДАЧИ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

Т.А. Акименко, И.Н. Лариошкин

Разработана общая структура решения задачи оптимизации, основанная на использовании метода нисходящего проектирования, показано, что вариации проектных решений можно рассматривать как структурно-параметрические. Структурная часть задачи заключается в возможности для реализации в циклограммах различных, отличающихся друг от друга последовательностей выполнения операции. Параметрический аспект заключается в возможности использования различных программных модулей.

Ключевые слова: оптимизация, иерархические процессы, система управления, мобильный робот, робототехническим комплекс.

Задача разработки оптимальных циклограмм является классиче-

* / * * * \ ской: требуется найти значение вектора x = Ц,...,xn,...,x^J варьируемых параметров x = (xi,..., xv,..., xv), которое доставляет минимум целевой функции

V = V(x) ® min, (1)

где g(x) - скалярная функция векторного аргумента x.

360