分光模式

2024-11-20

分光模式（共7篇）

分光模式篇1

摘要：文章结合农村实际宽带用户分布场景, 研究了二级分光模式下分光器位置设置和分光比的设置原则, 推导出配线光缆总体造价理论模型, 并给出两种不同用户分布模型的蝶形引入光缆和线路总体造价分析, 同时通过模型数值分析了用户密度、二级分光比和工程造价的关系, 为运营商在农村规模开展FTTH建设提供了理论模型和依据。

关键词：FTTH,二级分光,配线光缆,蝶形引入光缆

随着国家“宽带中国”战略的实施, FTTH在城市规模部署已经基本完成, “光纤到户”开始进入了“寻常百姓家”, 最终成为惠民工程。随着工程和应用的不断深入和经验的不断积累, FTTH从设计、施工、资源录入、IT支撑、资费套餐、维护服务等整个流程在不断地优化, 客户感知不断提升。当前FTTH的部署主要针对城市中的中、高档小区和政企单位的住宅区, 这些小区一般有比较完善的规划, 如统一的物业、楼房排列整齐、楼高设计一致、进线管道规范等特点。为了进一步加大FTTH的应用面和覆盖深度, FTTH在以上区域之外的乡镇、农村等一些特殊区域的部署将是下一步的部署重点。不同于城区, 农村FTTH用户一般比较分散, 运营商在农村部署FTTH网络时通常采用二级分光的模式[1]。在该模式下, 分光点的设置位置以及一、二级分光比大小的设置都对建设成本有一定的影响。合理地设定分光器安装位置及分光比大小能够有效地节约运营商建设成本[2], 这是运营商在进行农村FTTH网络建设所重点关注的问题[3,4]。

1. 分光点设置位置

在二级分光模式下, 二级分光器一般设置在靠近用户处, 而一级分光器有多种设置方法, 既可以集中放置在光交中, 也可以在远离光交的位置安装分光分纤盒来放置一级分光器。一级分光器设置在远离光交的分光分纤盒时, 由于分光器更靠近用户, 因此相比设置在光交中的分光器而言, 其对光缆提前进行了收敛, 光缆投资会相对减少;但同时, 新增分光分纤盒需要额外投资。两种方案相比较, 对一级分光器的设置位置会有一个最优距离, 在此距离下, 线路投资将会最节省。

假定:光缆单位造价为p元/纤芯公里;分纤盒造价为q元/个;一级分光比为1:n, 配线光缆总长度为Lkm, 一级分光器设置在距离光交xkm处 (见图1) 。

若一级分光器放置分光分纤盒中, 则配线光缆造价为:

若一级分光器放置在光交内, 则配线光缆造价为:

令Q'燮Q, 可以得出:

若光交至用户处 (或二级分光点) 距离很短, 以至于总长度, 则无论一级分光器放置在何处, 不等式 (3) 均成立, 也就是说分光器置于光交内一定最节省成本。

而当总长度时, 一级分光器放置的位置在满足时, 可以确保分光器不放在光交内要比放在光交内节约成本, 且根据造价公式 (1) 可见x (即越靠近用户) 越大, 造价越低。

2. 配线光缆造价分析

取q=300元/个, p=500元/纤芯公里, 当一级分光取最小值1:2时有, L (临界) =0.6km, 一级分光比越大, 该值显著下降。一般情况下, 在农村主干光交至用户侧距离都不会低于0.6km。因此仅从节约配线光缆建设成本的角度来看, 一级分光器建议部署在小区接入点。此时, 一级分光器与二级分光器均位于用户区域内, 为使得一级分光与二级分光间的光缆造价最低, 应当将小区接入点设置在用户区域中央 (见图2) 。

为计算简单起见, 假定用户区域为正方形, 上图中红色线段表示一级分光器至二级分光器间的光缆路由, 由于总用户数为ρS户, 并假定二级分光比为n, 则共需设置ρS/n个二级分光器, 这些二级分光器将用户区域分成ρS/n个小区域 (为计算方便, 假定ρS/n刚好为某整数的平方) , 则红色段落共段, 总长度为。

在以上假设条件下, 该区域内一级分光器至二级分光器间的光缆造价为, 其中p'为单位造价, 单位是元/km。

因此配线光缆总体造价为:

其中第一部分为主干光交至一级分光器的配线光缆造价, 第二部分为分纤盒 (集中放置一级分光器) 单价, 第三部分为一级分光器至二级分光器间的光缆造价。

3. 蝶形引入光缆造价分析

(1) 用户模型一。

假定某用户区域如图3所示, 面积为S, 用户密度为ρ, 二级分光器分光比为1:n, 蝶形引入光缆单位造价为p元/m, 分纤盒造价为q元/个。

该区域中总用户数为ρS户, 所需分光器数量为ρS/n个, 每个分光器覆盖n用户, 覆盖面积为n/ρ, 则:

共有ρS/n个覆盖区域, 则总的蝶形引入光缆造价为:

将上式对分光比n求导, 可得出蝶形引入光缆总投资最小时的分光比,

考虑到分光比只能为2、4、8、16、32、64中的一个, 因此上式求得的分光比的值应比对这些参数, 取最接近的一个。

取蝶形引入光缆造价p=1.1元/m, 分纤盒q=300元/个, 考虑到农村用户密度较低, 分别以100户/km2、200户/km2、500户/km2、1000户/km2进行测算, 计算所得二级分光比 (见表1) 。

(2) 用户模型二。

假定用户区域是沿道路的长条形, 如图4所示, 总长度为lm, 用户密度为ρ户/m, 则相邻两户之间的距离为1/ρm。

同前面的方法分析, 红色线段表示一级分光器至二级分光器之间的光缆, 其路由总长度基本上与用户区域长度接近, 为计算简单起见, 假定红色线段长度等于用户区域长度l米, 其平均造价为p'元/km, 则这一段造价为:p'×l×10-3元。

二级分光器根据其分光比不同覆盖不同户数的用户, 其蝶形引入光缆建设长度也有所不同。表2列出不同分光比下, 每个二级分光器下所带蝶形引入光缆的长度。

分析上表中的数据, 可以得知每个分光器所带蝶形引入光缆的长度与分光比之间的关系为:n24×1 p

则蝶形引入光缆造价为:其中为二级分光器的数量, P2为蝶形引入光缆单价。

考虑到放置二级分光器要新增的分光分纤盒的投资, 则总的蝶形引入光缆造价为:

令该式对二级分光比n求导, 并令其等于零, 可解得蝶形引入光缆造价最低时的二级分光比为:

假定q=300元/个, p2=1.1元/m, 可得出二级分光比与用户密度之间的关系 (如表3所示) 。

4. 线路总体造价分析

实际的线路投资应当是配线光缆与蝶形引入光缆两部分投资的总和。

(1) 用户模型一。

其中:为为配线光缆单位造价 (500元/纤芯km) ;q为分纤盒单价 (300元/个) ;p2为蝶形引入光缆单位造价 (1.1元/m) ;p'为一级分光器与二级分光器间光缆单价 (750元/km) ;S为区域面积 (假定1km2) ;ρ为用户密度 (假定四种情况, 100户/km2、200户/km2、500户/km2、1000户/km2) ;L为主干光交至小区接入点 (一级分光器位置) 的距离 (假定5km) ;n为二级分光比。

表4、图5是在各种用户密度情况下, 随着二级分光比的不同, 总造价的走势, 可以看见, 在用户密度较低时 (100/200/300户/km2) , 二级分光比设置在4或8投资较为节省, 用户密度较高时 (500/1000户/km2) , 二级分光比设置在8或16投资较为节省, 这与前节内容分析的较为一致。

(2) 用户模型二。

将上节内容中的相关取值代入上式, 并取用户区域长度为1000m (见表5、图6) 。

实际建设中, 道路两边可能都有住户, 在这种情况下, 考虑到二级分光器一般不穿越马路进行用户覆盖, 因此只需将上面的计算结果乘以2即可, 其他趋势性的结论不变。

5. 结论

在二级分光模式下, 如果主干光交距离用户区域较近, 则一级分光器集中放置在光交中较为节省成本;如果主干光交距离用户区域较远, 则一级分光器越靠近用户区域越节省线路建设成本。

一级分光比与二级分光比的设置有一个最优值, 该值与用户密度有关。在总分光比为1:64的前提下, 通常用户密度越高, 最优的二级分光值比越大。在农村覆盖场景下, 二级分光比通常设置为1:4或1:8较为合适。

参考文献

[1]王澄, 李昶.PON网络建设分光模式的选择[J].电信工程技术与标准化, 2012 (7) .

[2]金昱, 褚辉.降低FTTH中ODN建设成本探析[J]电信技术, 2011 (2) .

[3]马刚, 雷宇, 郭冰.我国电信运营商FTTH入户方式探讨[J].现代电信科技, 2011 (9) .

[4]赵暘.规模化FTTH建设的关键点[J].电信科学, 2011 (5) .

分光模式篇2

我国“网络世界”的发展与发达国家相比仍然比较缓慢,因此为了提高网络速度,在网络中需要对先进的技术进行合理应用,使快点接入网络建设问题得到更好的解决,尤其是在FTTH建设中发挥良好的作用。

2集中式分光

集中式分光就是OLT统一在中心机房,在整个工程中使用的所有光纤都由中心机房拉出,或者拉少量的主干光缆到某个集中点或光交箱等,然后在从光交箱通过分光器拉配线光缆到用户家中。集中式分光的集中以及位置上移使该方式在具体应用中具有以下优点:

(1)PON口资源的使用量更少,通过集中式分光可以使OLT插件的效用得到最高。在该方式下,每个用户都可以通过光缆与光交箱的分光器进行直接连接,这样分光器就可以实现对用户的灵活覆盖,有效地避免了一个分光器只能对一个单元或一栋楼进行布置的不利局面,效用率能够达到100%,从而节约了PON口资源。

(2)网络测试变得更加方便,通过集中式分光可以实现局端点对点连接,减少了设备数量,同时在整个系统中所使用的光时域发射器、光功率计,都能够快速对每个用户的光路在应用过程中所出现的故障和消耗情况进行准确测试,这样既提高了装维的质量,又提高了装维速度。

(3)可以最大程度减少分光器信号损耗,分光信号在遇到网络部件连接时,信号都会发生一定程度损耗,大量信号损耗,将会导致信号发生一定程度亏损,这将会对光纤的传输距离造成一定程度限制。利用集中式分光器可以在ODN网络中将多余的连接器或接头消除,从而使信号损耗降到最低。

集中式分光也有缺点:投入资金较大;由于在施工过程中所使用的配线光缆的数量较大,因此在实际施工过程中会消耗大量的光缆和管道资源。

3分散式分光

分散式分光就是以某片区域或一栋楼作为分光点,从OLT中引出一根主光缆到分光点,然后在从分光点处引出光缆,最后与用户相连。

通过大量的实践经验来看,分散式分光从局端OLT设备与主光缆和楼道分光器相连,一芯主干光缆连接分光器。分散分光与集中分光相比存在的主要差别有:

一是不再存在配线光缆,配线光缆由主干光缆延伸所代替;

二是分光器要放置在楼道中,利用分光器代替分线盒;

三是分光器为分散式,并且在实际施工中下沉到楼道单元。

分散式分光在实际应用过程中的主要优点体现在以下几个方面:

(1)可以减少管道和光缆资源,从而降低投资成本。专业也是分散式分光的最大优点,在采用该方式时分光器需要下沉至楼道,将配线光缆的使用量去除,虽然主干光缆的使用量有所增加,但是增加的数量相对较小,与减少的配线光缆使用量相比,几乎可以忽略不计。

(2)确保带宽能够满足用户的具体使用需求。在每栋楼和每个单元都应当配置一个分光器,每个分光器上的用户数量都有限,因此可以确保每个用户都具有价较高的网络宽带。通常来说,EPON的带宽为1.25G,如果六层住宅,每个单元有24个用户进行计算,每个用户的宽带数量能够达到53M,而如果将EPON的带口宽度增加到2.5G,那么每一个用户所得到的带宽将会更高。

分散式分光的主要缺点为:在每个单元或每栋楼都需要加设一个分光器,每个分光器都需要对应一个PON口,因此在应用分散式分光时,P O N口的数量较多,通常来说一个P O N口能覆盖一个单元或一栋楼,由此可见,如果楼内的用户数量较少,PON资源无法的得到充分利用,将会导致资源浪费。

需要施工人员注意的是,在FTTH建设中无论采用的是集中式分光还是分散式分光方式,在具体应用过程中必须要做好OLT建设,施工的具体要求如下:一是机架的安装的方向、位置都要与设计的要求相符;二是机架安装要端正牢固,同时机架支架的间隙值不能超过3mm,垂直偏差值不能超过机架自身高度的1%,机架固定如图1所示;三是为了确保整个工程的安全性,在对机架处理上应当采用膨胀螺栓的方式对地加固,并且要严格依据设计要求对设备进行加固。

4结束语

随着我国三网融合、城市光网项目的不断发展,FTTH建设也得到了快速发展,与传统的宽带接入方法相比,在FTTH建设过程中可以通过集中式分光和分散式分光两种不同方式进行,针对不同的情况选择不同的方式,并不断积累施工经验,逐步突破FTTH建设中的难点。

参考文献

[1]于延华,付建超,杨大勇等.分光技术在FTTH建设中的应用[J].石油仪器,2013,04:64-65+3-4

超分光图像分析的波段选择篇3

超分光图像是一种三维体积数据包含二维空间信息的图像, 其光谱分辨率在10nm级别。

1 超分光图像简介

国际遥感界认为光谱分辨率在0.1λ数量级范围内的为多分光 (Multispectral) , 这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段。光谱分辨率在0.01λ的遥感信息称之为超分光 (Hyperspectral) 遥感。随着遥感光谱分辨率的进一步提高, 在达到0.001λ时, 遥感即进入了超高分光 (Ultraspectral) 阶段[5]。1999年和2000年发射升空的中分辨率成像光谱仪 (MODIS和Hyperion) 都已经成为主要的应用数据来源[3]。

本研究所使用的超分光图像是利用美国USDA (United States Department of Agriculture) 的ISL (Instrument and Sensing Laboratory) 实验室开发的超分光成像仪等间隔扫描一段波长范围获得的, 它由112个波段组成, 其波长范围为λ1=425.4nm到λ112=710.7nm, 其空间分辨率为400*460*16bits。

2 超分光图像波段选择方法

2.1 粒子群优化算法 (PSO)

粒子群优化 (PSO, Particle Swarm Optimization) 算法是一种新的进化算法 (EA, Evolutionary Algorithm) , 和遗传算法相似, 它也是从随机解出发, 通过迭代寻找最优解。

PSO初始化为一群随机粒子 (随机解) , 然后通过叠代找到最优解。粒子i在n维空间里的位置表示为矢量Xi= (Xi1, Xi2, ..., Xin) , 飞行速度表示为Vi= (Vi1, Vi2, ..., Vin) ;矢量Pi= (Pi1, Pi2, ..., Pin) 和Pg= (Pg1, Pg2, ..., Pgn) 分别为第i个粒子迄今为止搜索到的最优位置 (个体极值) 和整个粒子群迄今为止搜索到的最优位置 (全局极值) 。每个粒子在n维空间的位置Xi就是其在问题空间中的一个潜在解。将其带入目标函数就可计算出其适应值, 根据粒子适应值的大小来衡量Xi的优劣。PSO的搜索过程主要是依靠粒子间的相互影响完成的。

2.2 线性判别分析 (LDA) 和Fisher比率

LDA也称为Fisher线性判别 (FLD:Fisher Linear Discriminant) , 是属于一种线性变换。LDA的基本思想是将高维的模式样本投影到最佳鉴别低维空间, 以达到抽取分类信息和压缩特征空间维数的效果, 投影后保证模式样本在新的子空间有最大的类间距离和最小的类内距离 (同一个类别的所有样本聚集在一起, 不同类别的样本尽量地分开) , 即该模式在该空间中有最佳的可分离性。

2.3 超分光图像波段选择

为了在112个波段中选择k个波段, 我们把112个波段等间隔分为k个区域, 例如选择4个波段的时候, 112个波段被分为4个段:1-28波段属于第一区域;29-56波段属于第二区域;57-84波段属于第三区域;85-112波段属于第4区域。然后在每个区域中选择一个波段。这样, 样本空间里的每个112维样本经过波段选择之后变成k维样本。利用LDC对k维样本进行分类的时候, 其分类精度取决于k维样本空间里计算的Fisher比率, 而又取决于每个区域中选择的波段, 选择的波段越好, 越高。因此, 我们可以假设Fisher比率为被选波段的函数。

3 实验结果及分析

我们用家禽皮肤癌超分光图像进行实验。首先从家禽皮肤癌超分光图像中提取正常部分和肿瘤部分样本作为样本空间, 然后在样本中随机取出1000个正常部分和1000个肿瘤部分样本做实验。在正常和肿瘤部分样本中各取500个用作训练样本, 剩余的用作测试样本。利用训练样本进行基于PSO的波段选择之后, 在测试样本中测试了分类错误率, 实验中使用的分类器是线性判别分类器。为了提高实验的可信度, 这样的实验重复做了100次之后与其他的结果进行了比较。

在实验中设置了如下PSO参数:

粒子个数=3*k, 循环次数=60, 学习因子c1=c2=2.0, 惯性权重w=0.9-当前循环数*0.2/循环次数

表1表示随机取样本做100次实验的分类错误率比较结果。条件A使用全部112个波段;条件B表示在112个波段中等间隔选择k个波段;条件C表示选择前面k个波段;条件D表示选择中间k个波段;条件E表示选择后面k个波段;条件F表示随机选择k个波段;条件G是用本研究提出的方法选择k个波段。

从表1的实验结果中可以看出:随着k的增加, 各个波段选择条件下的分类错误率明显下降;固定k值不变的时候, 本研究提出的波段选择方法的分类错误率最低, 特别是k值在15以上的时候, 用我们的方法选择波段之后的分类错误率和选择全部波段时分类错误率之间的差距小于1%, 属于可接受范围内的差距。当k等于15的时候, 它们之间的分类错误率差距为0.66%, 而此时我们所选择的波段仅仅是总波段的13.39%而已, 这表明我们提出的波段选择方法是行之有效的。

4 结论及下一步工作

本研究提出了利用粒子群优化算法的超分光图像分析的波段选择方法, 实验结果表明本研究提出的方法在大幅度降低所需信息量和储存空间的情况下, 错误率上升在可接受范围之内, 表明本研究提出的波段选择方法是行之有效的。

参考文献

[1]赵春晖, 刘春红.超谱遥感图像降维方法研究[J].中国空间科学技术, 2004, 24 (05) :28-36.

[2]刘国林.高光谱遥感波段选择的非线性投影寻踪方法[J].徐州师范大学学报 (自然科学版) , 2004, 22 (04) :49-53.

[3]刘建平, 赵英时.高光谱遥感数据解译的最佳波段选择方法研究[J].中国科学院研究生院学报, 1999, 16 (02) :153-161.

[4]常红, 赵春晖, 张凌雁.一种新的高光谱遥感图像降维方法[J].中国图象图形学报:A辑, 2005, 10 (02) :218-222.

原子荧光分光光度法测定硒含量篇4

用荧光分光光度法测定大蒜中硒含量, 方法快速、简便、准确。

1 材料和方法

1.1 供试材料大蒜购于沈阳某超市, 原料质量合格, 中间不会引入杂质, 影响金属含量。

1.2仪器与试剂AFS-2202型原子荧光光度计 (天津吉天仪器有限公司) ;硒标准工作液 (1μg/m L) ;硒标准储备液 (100μg/m L) ;所用试剂均为优级纯。

1.3 样品制备大蒜去皮, 清洗干净, 去除水滴, 搅拌打成均匀浆液。

1.4硒含量的测定称取大蒜试样0.5~2.0g, 置于250m L三角烧瓶或高脚烧杯中, 加10.0 m L混合酸 (将硝酸与高氯酸按9:1体积混合) , 静置12小时。在电热板上加热, 滴加硝酸到溶液中, 当溶液变为无色并且出现白烟时.将剩余溶液加热至2m L左右, 冷却, 再加1:1的盐酸溶液5.0m L, 在电热板上继续加热, 溶液变为无色并且出现白烟。, 然后Se6+氧化为Se4+。冷却, 将溶液转移至50 m L容量瓶中。加盐酸10.0 m L和铁氰化钾溶液6.0m L, 定容混匀待测。做空白试验。

计算公式:硒的含量 (m g/kg) = (C1-C2) VD/1000m

式中, C1为试样测定浓度 (μg/L) ;C2为试样空白测定浓度 (μg/L) ;V为试样定容体积 (m L) ;D为分取倍数;m为试样质量 (g) 。

1.5硒标准曲线的绘制分别吸取硒标准工作液0、2.50 m L于50 m L容量瓶中。加盐酸10.0 m L和铁氰化钾溶液6.0 m L, 定容混匀待测。设定标准曲线的浓度范围:0、5.00、10.00、20.00、30.00、40.00、50.00μg/L。仪器条件:负高压300V;灯电流80m A;载气流量300m L/min;屏蔽气流量600m L/min;原子化高度6min;测量方式为标准曲线法;读数方式为峰面积;延迟时间1.5s;读数时间8s。

2 结果与分析

2.1硒标准曲线的线性范围50.0μg/L硒标准溶液作为最高浓度, 将0μg/L硒标准溶液作为标准空白, 把, , 以荧光强度值 (I) 对硒浓度值 (C) 进行回归, 得到回归方程:I=19.848C+10.583, 相关系数R=0.9994。

2.2 样品测定结果

计算方法:将测定的荧光强度结果代入得到的标准曲线方程中, 计算硒含量。结果见表1。

3结语因为荧光强度变化很快, 为避免由于荧光强度随时间延长而导致含量减低, 应该尽快进行检测, 同时对反应过程中p H的调节也要准确。另外, 研究表明普通市售大蒜中含硒量很低, 我们还需要进一步对含硒量丰富的大蒜进行功能性研究。

摘要：用原子荧光分光光度法测定大蒜样品中的硒含量, 按照国家法定标准中的食物中硒的含量进行测定。大蒜中硒含量浓度在一定范围内与其荧光强度呈线性关系, 相关系数为0.9994, 硒平均含量0.0329μg/g。结果表明此方法可靠, 重现性好。

关键词：硒,大蒜,原子荧光分光光度法

参考文献

[1]孔祥瑞.硒的生物学作用及临床生化意义[J].国外医学临床生物化学与检验分册, 1982, 3 (4) :33-34.

[2]贾奎寿, 叶素芳.微量元素硒与人体健康的研究[J].广东微量元素科学, 2002, 9 (1) :4-6.

[3]解宏智, 周纪侃.荧光法测定蘑菇及其水解液中痕量硒的研究[J].分析测试学报, 1998, 1:61-63.

复杂背景下导弹目标的分光检测篇5

关键词：应用光学电子学,目标检测,双CCD,分光检测,背景减法

1 引言

电视制导系统中导弹目标的检测问题就是图像跟踪中的运动目标检测问题。现有的运动目标检测方法有光流法[1]、运动能量检测法[2]、时域差法[3]、背景减法[4]等。这些方法中,背景减法是目前运动分割中最常用的一种方法[5]。它是利用当前图像与背景图像差分来检测运动区域的一种技术,一般能提供最完全的特征数据。背景减法的难点是背景图像的获得及其维护更新[6]。实际场景中背景的情况很复杂,存在各种各样的干扰,且背景随时间不断变化,因此,背景图像的维护及其更新应能处理这些干扰和变化,具体在电视制导系统中就是满足如下要求[7]:

1)能适应复杂地面环境,如阳光照射下的雪地、树木、建筑、赤热的卵石河床,水面浪花散射的阳光;

2)能适应背景随时间的缓慢变化,如在一天中不同时间的光照变化;

3)能适应背景物体的变化,如野战环境中的信号弹、炮口焰、曳光弹等;

4)能检测出光照的突然变化,并能在尽量短的时间内适应这种变化;

5)为了能够更好的跟踪识别物体,在背景减法中应能尽量消除运动目标阴影的影响。

为达到上述要求,本文研究了一种基于分光检测原理检测导弹目标的方法。电视测角仪使用该方法实现了运动的导弹序列图像的背景减法,达到了准确检测导弹目标的目的。

2 导弹目标分光检测原理及方法

2.1 目标背景的光谱特性

导弹辐射源的辐射光谱分布曲线如图1所示,辐射波长范围为0.6~6.6µm,峰值波长为2.0µm。背景辐射由地表面附近的大气散射和地面杂物反射太阳光产生,地表本身的辐射较小。常见的树和草的背景反射光谱曲线如图2所示,波长范围为0.4~1.1µm,峰值波长在0.5µm左右[8]。从图1和图2的对比中,可看出导弹辐射源的光谱和背景的光谱在波长范围上相差较大,只有在0.6µm波长后有部分重叠。因此可以充分利用这一差别将导弹目标从背景中检测出来。

2.2 双CCD分光检测光学系统

典型CCD传感器的光谱响应曲线如图3所示,其相对响应的峰值波长在0.55µm,长波上限为1.1µm,在可见光的0.4µm处的相对响应约为0.8。不同CCD传感器的响应曲线略有不同,但差别较小(特种摄像机如红外摄像机等除外)。

根据摄像机CCD传感器的光谱响应曲线可知,其在0.6~1.1µm波长段与导弹目标的辐射光谱重叠,故其能响应导弹目标在0.6~1.1µm波长段的辐射谱线,并对导弹目标成像;而在0.4~0.6µm波长段与背景的辐射光谱有重叠,可对背景成像。如果在成像光谱中,将小于0.6µm的光谱滤除,仅利用0.6~1.1µm的谱线,则能够获得一幅包含部分背景与全部目标的图像;如仅用小于0.6µm部分的光线,则能获得一幅仅有背景没有目标的图像。根据这一思路,本文在电视制导系统的成像光路中加入分光组件[9],设计了如图4所示的电视制导双CCD分光检测光学系统。在图4中,1为光学系统物镜组,导弹和背景通过它成像在其焦面上;2为分光棱镜组,它使波长长于0.6µm的光线透射,进入主CCD,得到一幅含有部分背景信息和全部目标信息的当前图像,使波长短于0.6µm的光线反射,进入次CCD,得到一幅只含有背景信息的图像;由背景减法的原理可知,在对当前图像和背景图像进行差分运算后,便可消除背景信息,检测出运动的导弹目标。

为了可靠实现上述目标,关键问题就是分光膜的确定。从目标对比度方面考虑,希望波长落在背景光谱中与目标光谱不重叠段的那部分光线全部反射进入次路CCD,而波长落在重叠部分的光线则全部透射进入主路CCD成像。这样,一方面不会有太多的背景光线在主CCD成像图像中对目标成像产生干扰,另一方面也保证了目标本身在主CCD中成的像的灰度足够的大从而形成较高的对比度。在背景减法中,需要保证两路CCD对背景成像的灰度基本相同,所以不能无限制的减少主CCD中背景光线的射入量,否则就会对目标的检测产生不利的影响。

从导弹辐射光谱曲线(图1)和树木草地背景的反射光谱曲线(图2)以及CCD的光谱响应曲线(图3)可明显看出,0.4~0.6µm波段的响应灰度等效光能量大于0.6~1.1µm波段的等效光能量,因此需对0.4~0.6µm波段的反射光进行衰减处理,使之与0.6~1.1µm波段的等效光能量相等,同时,主路CCD要含有部分0.4~0.6µm的背景光谱能量以达到灰度平衡之目的。经过反复实验,本文得到了分光膜的透射、反射率参数:在0.4~0.6µm波段,反射率为85%,透射率为15%;在0.6~1.1µm波段,反射率为5%,透射率为95%。此时主路CCD图像中的导弹目标与背景的对比度高且两路CCD图像的背景灰度等级相近。经过减法电路后,主路CCD图像中的背景基本被减掉,大幅度提高了目标信号的信噪比。

2.3 同步扫描

为了保证主CCD图像减次CCD图像得到信噪比高的导弹目标图像,必须保证两路图像的时空同步,即物镜和摄像机组成的光路必须严格平行,两路摄像机的场与行扫描严格同步。这样两路摄像机图像才能在硬件上实现视频信号的直接相减,得到信噪比高的导弹目标图像。

系统中的两个摄像机由行场同步与时序控制电路产生的外同步信号进行同步控制,保证二者实现同步扫描。在光机系统装校时,要保证共用物镜的两个摄像机组成的光路平行性误差小于0.01 mrad,以保证两幅图像的空间同步。

2.4 导弹目标检测电路

导弹目标检测电路,即背景减法电路的框图如图5所示。其功能是与电视制导双CCD分光检测光学系统配合,实现从有背景干扰的图像中,提取微弱的弹标信号。

如图5所示,A路视频信号(正的弹标信号加背景干扰信号)经箝位后削去同步脉冲,送到跟随器的输入端。输出信号经微分后,送到限幅放大器,经延迟线延迟后再经箝位器箝位送到差分放大器的正输入端。B路视频信号(背景干扰信号)同样进行箝位削去同步脉冲,经过跟随器后,再进行微分、限幅放大,送到差分放大器的负输入端。A、B二路视频信号经差分放大后,输出的弹标信号为正极性;从差分放大器输出后,再进行放大,送到后续的图像处理电路。A路中延迟电路的作用是增强差分图像的导弹目标边缘[10],以更加方便后续图像处理。

3 系统实验

系统实验在可实际进行导弹飞行试验的靶场进行。电视测角仪置于导弹发射处,在距测角仪2 000 m处点燃辐射源,通过录像机分别记录下主CCD、次CCD和导弹目标检测电路差分放大后视频合成的图像。实验结果如图6所示。从主CCD与次CCD获取的图像(图6(a)、6(b))以及两幅图像的直方图(图6(d)、6(e))看,两者的背景基本相同,从主CCD上获得的图像,目标光源在图像中特别明显;而从次CCD上获得的图像,目标光源基本淹没在背景之中。从主次CCD相减的效果图(图6(c))和它的直方图(图6(f))看,复杂背景已基本被减掉,导弹目标图像更加突出,直方图的双峰特性非常明显,使后继的目标背景阈值分割变得非常容易和可靠。

4 结论

本文根据导弹辐射源的光谱特性和一般背景的光谱特性存在明显差异的特点,采用分光棱镜进行分光,使0.4~0.6µm的背景光谱反射进入次CCD成像,0.6~1.1µm的目标和背景重叠的光谱透射进入主CCD成像,并通过反复实验确定了分光膜方案:0.4~0.6µm波段的反射率为85%,透射率为15%;0.6~1.1µm波段的反射率为5%,透射率为95%。最后通过导弹目标检测电路实现了主次CCD图像信号的相减,得到了不含复杂背景,只有高对比度且边缘增强的导弹目标实时序列图像。实验结果图像表明主次CCD相减后的导弹目标图像中复杂背景已基本被减掉,图像直方图的双峰特性非常明显,导弹目标已被可靠检出。上述结果表明本文所使用的导弹目标检测方法有效可行。

参考文献

[1]Barron J,Fleet D,Beauchemin S.Performance of optical flow techniques[J].International Journal of Computer Vision,1994,12(1):43-77.

[2]Wildes Richard P.A measure of motion salience for surveillance applications[C]//Proceedings of the IEEE International Conference on Image Processing.[S.l.]:IEEE,1998,3:183-187.

[3]Lipton A,Fujiyoshi H,Patil R.Moving target classification and tracking from real-time video[C]//Proceedings of the4th IEEE Workshop on Applications of Computer Vision(WACV'98).Washington,DC,USA:IEEE Computer Society,1998:8-14.

[4]Collins Robert T,Lipton Alan J,Kanade Takeo,et al.A system for video Surveillance and Monitoring Technical Report CMU-RI-TR-00-12[R].Pittsburgh,Pennsylvania,USA:Carnegie Mellon University,2000.

[5]伏思华,张小虎.基于序列图像的运动目标实时检测方法[J].光学技术,2004,30(2):215-217.FU Si-hua,ZHANG Xiao-hu.Moving targets real-time detecting methods based on the image sequences[J].Optical Technique,2004,30(2):215-217.

[6]Toyama K,Krumm J,Brumitt B,et al.Wallfollower:principles and practice of background maintenance[C]//Inter.Conf.on Computer Vision.Corfu Greece:[s.l.],1999:224-261.

[7]曹翟,赵忠仁.瞄准线指令制导反坦克导弹的抗干扰技术综述[J].弹箭技术,1998(2):1-9.CAO Di,ZHAO Zhong-ren.Survey of Anti-Jamming Technology For Command to Line of Sight Anti-Tank Missile[J].DANJIAN JISHU,1998(2):1-9.

[8]任建伟,周东岱.DG-2野外地物光谱辐射计的研制[J].仪器仪表学报,1998,19(6):656-658.REN Jian-wei,ZHOU Dong-dai.The Develop of DG-2Field Spectroradiometer[J].Chinese Journal of Scientific Instrument,1998,19(6):656-658.

[9]唐晋发,顾培夫,刘旭,等.现代光学薄膜技术[M].杭州:浙江大学出版社,2006.TANG Jing-fa,GU Pei-fu,LIU Xu,et al.Modern Optical Thin Film Technology[M].Hangzhou:Zhejiang University Press,2006.

用分光计测量薄透镜焦距篇6

(一) 自准法测量透镜焦距原理

测量凸透镜焦距:如图1所示, 将物点A安放在凸透镜L1的焦点 (或焦平面) 上时, 它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜M将此平行光反射回去, 反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦点 (或焦平面) 上, 则间距即为该凸透镜的焦距。

测量凹透镜焦距:如图2所示, 将物点A安放在凸透镜L1的主光轴上, 测出它的成像位置F。固定凸透镜L1, 并在L1和像点F之间插入待测的凹透镜L2和一平面反射镜M, 使L2与L1的光心O1、O2在同一轴上。移动L2, 可使由平面反射镜M反射回去的光线经后, 仍成像于A点。此时, 从凹透镜射到平面镜上的光将是一束平行光, F点就成为由平面镜M反射回去的平行光束的虚像点, 也就是凹透镜L2的焦点。测出的L2位置, 则间距即为该凹透镜的焦距。

(二) 自准法测量透镜焦距误差主要来源

从测量透镜焦距原理图1和图2看到, 从A处发出的光线经透镜透射在被测透镜的右侧形成平行光, 然后通过平面反射镜将平行光反射回去, 根据光的可逆性, 在A处形成等大倒立的实像;在实际操作过程中, 通过左右移动图1中的凸透镜L1和图2中的凹透镜L2直至在A处看到清晰的实像来证明在被测透镜至平面反射镜之间的光束为平行光, 从而透镜焦距即可测得。然而, 利用光线返回的方法测量有两个弊端: (1) 凸透镜在某个位置时, 由凸透镜表面反射光在A处也会形成一个等大倒立的实像, 给判断平行光是否形成造成错误, (2) 用眼睛直接判断A处成像是否清晰难度大, 有时候图1中的凸透镜和图2中的凹透镜在一定的移动范围内看到A处成像都清晰;显然, 利用光线返回的方法测量透镜焦距误差会明显偏大。

(三) 用分光计测量透镜焦距

分光计中主要部件是自准直望远镜, 它由自准目镜和物镜组成, 使用前必须用自准法调节望远镜对焦无穷远处, 这样, 通过目镜看到图像清晰即可以判断由透镜折射后进入望远镜的光线是平行光。

用分光计测量凸透镜焦距的光具摆放位置如图3所示, 由光源发出的光线照射到物屏A上 (A上有一个向上箭头“↑”的孔) , 光线透过箭头“↑”孔射向凸透镜L1, 经平面反射镜M改变方向进入自准直望远镜T, 左右移动凸透镜L1直至通过自准直望远镜T的目镜看到清晰的箭头“↑”, 此时, 凸透镜L1到物屏A的距离即为凸透镜L1的焦距1f。

同样道理, 用分光计测量凹透镜焦距。如图3所示, 在凸透镜L1的前方 (以光的传播方向为参考方向) 安放一块毛玻璃屏F, 适当调节物屏A、凸透镜L1、毛玻璃屏F的位置, 通过自准直望远镜T的目镜看到在毛玻璃上形成一个清晰的箭头“↑”的实像并记录此时像 (毛玻璃) 的位置F, 然后, 把毛玻璃屏换成凹透镜L2, 左右移动凹透镜L2的位置直至通过自准直望远镜目镜看到清晰的箭头“↑”并记录此时凹透镜L2的位置, 则毛玻璃屏F到凹透镜L, 之间距离即为凹透镜的焦距f2。

(四) 测量数据及分析

用分光计测量透镜焦距数据如下:

1. 测量凸透镜焦距数据 (表1)

单位:cm

2. 测量凹透镜焦距数据 (表2)

单位:cm

从表1和表2测量数据看出, 凸透镜焦距测量值为 (20.10±0.03) cm, 相对误差为0.1%;凹透镜焦距测量值为 (26.05±0.10) cm, 相对误差为0.3%。结果表明, 用分光计测量透镜焦距精准度高, 重复性好。

(五) 结束语

用分光计测量透镜焦距充分利用了准直望远镜来鉴别平行光, 不必把光线向光源回射, 避免出现假象而造成误判;另外, 采用准直望远镜对成像清晰度的判断更加直接, 对成像清晰度判断准确度更高。测量数据表明, 用分光计测量透镜焦距精准度高, 重复性好。

摘要：测量薄透镜焦距一般在导轨上进行, 方法多种多样, 自准法测量是一个重要方法, 但是, 自准法测量容易出现假象而造成误判;另外, 对成像清晰度的判断直接影响测量的准确度。文章推荐用分光计测量薄透镜焦距, 不但不会造成假像误判, 而且对成像清晰度判断准确度高。

关键词：薄透镜,自准法,分光计

参考文献