Вплив моделі опису сигналів на розрахунки показників ефективності оптико-електронних систем
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210769Ключові слова:
оптико-електронні системи, корпускулярна теорія, хвильова теорія світла, статистична модель, виявленняАнотація
Робота спрямована на встановлення меж застосування моделей опису сигналів в оптико-електронних системах при розрахунках ефективності.
Запропоновано опис процесу формування сигналів з урахуванням корпускулярних і хвильових властивостей при реєстрації сигналів у широкому діапазоні інтенсивностей.
Запропоновано опис статистичних особливостей вихідних сигналів в залежності від енергетичних властивостей сигнальних та шумових компонент. Показано, що при описі вихідних сигналів оптико-електронних систем, які реєструють сигнали з різними властивостями, використовують пуассонівський і гауссів розподіл. Інваріантність пуассонівських потоків зумовлює опис адитивної суміші сигнального і фонового потоків за допомогою пуассонівського потоку.
Розраховано ефективність оптико-електронних систем за критерієм відношення сигнал/шум на основі корпускулярного та хвильового опису сигналів. Розрахунки ефективності показали доцільність використання цього критерію при умові стабілізації статистичних властивостей сигнальних та фонових потоків. Показано, що при умові зміни енергетичних характеристик сигналів, з точки зору хвильової та корпускулярної моделі, статистичні характеристики сигналів мають різні описи.
Проведено аналіз теоретичних методів аналізу сигналів в оптико-електронних системах, який спрямовано на адекватну характеристику роботи системи у залежності від умов її експлуатації. Урахування методу опису процесу приймання та оброблення сигналів дозволяє врахувати додаткові статистичні характеристики сигналів, наприклад збільшення дисперсії вихідного сигналу. Використання адаптивних методів опису сигналів дає можливість збільшити ефективність систем при прийманні сильних сигналів в умовах складної завадової обстановки, а також при прийманні слабких сигналівПосилання
Fedoseev, V. I., Kolosov, M. P. (2007). Optiko-elektronnye pribory orientatsii i navigatsii kosmicheskih apparatov. Moscow: Logos, 248.
Parfenov, V. I., Kirillov, V. S. (2012). Optical signal detection according to the photoelectron flow with unknown density waveform. Komp'yuternaya optika, 36 (4), 618–622.
Flores-Fuentes, W., Rivas-Lopez, M., Sergiyenko, O., Gonzalez-Navarro, F., Rivera-Castillo, J., Hernandez-Balbuena, D. (2013). Digital Signal Processing on Optoelectronic for SHM. In Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science. Vol. I. San Francisco.
Strelkov, A. I., Moskvitin, S. V., Lytyuga, A. P., Strelkova, T. A. (2010). Opticheskaya lokatsiya. Teoreticheskie osnovy priema i obrabotki opticheskih signalov. Kharkiv: Apostrof, 312.
Dutton, N. A. W., Gyongy, I., Parmesan, L., Gnecchi, S., Calder, N., Rae, B. R. et. al. (2016). A SPAD-Based QVGA Image Sensor for Single-Photon Counting and Quanta Imaging. IEEE Transactions on Electron Devices, 63 (1), 189–196. doi: https://doi.org/10.1109/ted.2015.2464682
Fossum, E. R. (2013). Modeling the Performance of Single-Bit and Multi-Bit Quanta Image Sensors. IEEE Journal of the Electron Devices Society, 1 (9), 166–174. doi: https://doi.org/10.1109/jeds.2013.2284054
Ma, J., Masoodian, S., Starkey, D. A., Fossum, E. R. (2017). Photon-number-resolving megapixel image sensor at room temperature without avalanche gain. Optica, 4 (12), 1474. doi: https://doi.org/10.1364/optica.4.001474
Al-Ani, M. S., Ali Alheeti, K. M. (2017). Precision Statistical Analysis of Images Based on Brightness Distribution. Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, 2 (4), 99–104. doi: https://doi.org/10.25046/aj020413
Dutton, N., Gyongy, I., Parmesan, L., Henderson, R. (2016). Single Photon Counting Performance and Noise Analysis of CMOS SPAD-Based Image Sensors. Sensors, 16 (7), 1122. doi: https://doi.org/10.3390/s16071122
Nikitin, V. M., Fomin, V. N., Nikolaev, A. I., Borisenkov, I. L. (2008). Adaptivnaya pomehozashchita optiko-elektronnyh informatsionnyh sistem. Belgorod: Izd-vo BelGU, 196.
Tihonov, V. I. (1983). Optimal'niy priem signalov. Moscow: «Radio i svyaz'», 320.
Matveev, А. N. (1988). Optics. Moscow: Mir, 446.
Strilkova, T. (2017). Rozvytok stokhastyko-determinovanoi teoriyi pryiomu ta obrobky syhnaliv v optyko-elektronnykh systemakh. Kyiv, 343.
Strelkova, T., Kartashov, V., Lytyuga, A. P., Strelkov, A. I. (2017). Theoretical Methods of Images Processing in Optoelectronic Systems. Advances in Computational Intelligence and Robotics, 180–205. doi: https://doi.org/10.4018/978-1-5225-0632-4.ch006
Fedoseev, V. I. (2011). Priem prostranstvenno-vremennyh signalov v optiko-elektronnyh sistemah (puassonovskaya model'). Moscow: Logos, 232.
Cunningham, I. A., Shaw, R. (1999). Signal-to-noise optimization of medical imaging systems. Journal of the Optical Society of America A, 16 (3), 621. doi: https://doi.org/10.1364/josaa.16.000621
Feng Yang, Lu, Y. M., Sbaiz, L., Vetterli, M. (2012). Bits From Photons: Oversampled Image Acquisition Using Binary Poisson Statistics. IEEE Transactions on Image Processing, 21 (4), 1421–1436. doi: https://doi.org/10.1109/tip.2011.2179306
Bédard, G. (1967). Analysis of Light Fluctuations from Photon Counting Statistics*. Journal of the Optical Society of America, 57 (10), 1201. doi: https://doi.org/10.1364/josa.57.001201
Strelkova, T. (2015). Using stable distribution laws during evaluation of signal processing efficiency in optoelectronic systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (74)), 4–10. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.39950
Kuriksha, A. A. (1973). Kvantovaya optika i opticheskaya lokatsiya (statisticheskaya teoriya). Moscow: Sovetskoe radio, 183.
Sheremet'ev, A. G. (1971). Statisticheskaya teoriya lazernoy svyazi. Moscow: «Svyaz'», 264.
Venttsel', E. S., Ovcharov, L. A. (2000). Teoriya sluchaynyh protsessov i ee inzhenernye prilozheniya. Moscow: Vysshaya shkola, 383.
Feller, V. (1967). Vvedenie v teoriyu veroyatnosti i ee prilozheniya. Vol. 2. Moscow: Mir, 765.
Khoroshun, A. N., Vasnetsov, M. V., Pas’ko, V. A., Soskin, M. S. (2007). Structure of the axial intensity minima in the Fresnel diffraction on a circular opening and superluminous effects. Optics Communications, 271 (2), 316–322. doi: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2006.10.030
Khoroshun, A., Ryazantsev, A., Ryazantsev, O., Sato, S., Kozawa, Y., Masajada, J. et. al. (2020). Formation of an optical field with regular singular-skeleton structure by the double-phase-ramp converter. Journal of Optics, 22 (2), 025603. doi: https://doi.org/10.1088/2040-8986/ab61c9
Horstmann, J., Spahr, H., Buj, C., Münter, M., Brinkmann, R. (2015). Full-field speckle interferometry for non-contact photoacoustic tomography. Physics in Medicine and Biology, 60 (10), 4045–4058. doi: https://doi.org/10.1088/0031-9155/60/10/4045
Kumar, M., Khan, G. S., Shakher, C. (2015). Measurement of elastic and thermal properties of composite materials using digital speckle pattern interferometry. SPECKLE 2015: VI International Conference on Speckle Metrology. doi: https://doi.org/10.1117/12.2196390
Kulya, M., Petrov, N. V., Tsypkin, A., Egiazarian, K., Katkovnik, V. (2019). Hyperspectral data denoising for terahertz pulse time-domain holography. Optics Express, 27 (13), 18456. doi: https://doi.org/10.1364/oe.27.018456
Bol'shakov, I. A., Rakoshits, V. S. (1978). Prikladnaya teoriya sluchaynyh potokov. Moscow: Sov. radio, 248.
Koks, D., L'yuis, P. (1969). Statisticheskiy analiz posledovatel'nostey sobytiy. Moscow: Mir, 312.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Tatiana Strelkova, Aleksandr Lytuyga, Aleksandr Kalmykov, Ganna Khoroshun, Andrii Riazantsev, Oleksandr Ryazantsev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
