Оптический канал - приёмник изображения

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 11:26

Рассмотрение различных вариантов приёмников изображения, выбор, обоснование.

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 11:27

репост из viewtopic.php?f=80&t=15&start=40
--------------------------------------------------------------------------------------------
BarsMonster писал(а):Я предлагаю ближний УФ-синий, ~400нм.


А какая польза от ближнего УФ ? только желание упростить (линзовую) оптику ?
Если посмотреть спектральную чувствительность типичной (не специальной УФ) ПЗС, то увидим что на зелёный приходится ещё немалая часть выхода. Я бы не пренебрегал всем доступным спектром. Всё ж Луна внизу быстро пролетает.

kai-16000.PNG
kai-16000.PNG (52.51 KiB) 4871 просмотра


Также бегло смотрю УФ камеры на сайте FLI (астрокамеры) (просто что под руку подвернулось) - и вижу большие пиксели в 13-24 микрона и низкую скорость считывания в 1-1.8Мгц.

Вообще для начала определиться какая камера будет использоваться:
- потроха FullFrame Canon/Nikon/Sony (последних поколений высокой чувствительности, что актуально для выдержек 1/8000).
- потроха специальной астрономической камеры.
- собственная разработка.

В первом случае это цветная ПЗС, во втором - по выбору цветная или что лучше по чувствительности - ч/б, в третьем что угодно, но вероятно то же что и во втором случае. От радиации спасаться полным отключением на время перелёта и перезагрузками в рабочем режиме. (Кстати я ещё не читал, определились ли с тем какая платформа - герметичная или нет? для бытовухи очевидно герметичная)

gionov писал(а):Луна хорошо освещена Солнцем, это не Плутон

До кучи из гугла картинка по спектру отражения реголита.

otrazh-luna.jpg
otrazh-luna.jpg (156.02 KiB) 4871 просмотра

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 11:41

BarsMonster писал(а):
Ronin писал(а):А какая польза от ближнего УФ ? только желание упростить (линзовую) оптику ?

Увеличение разрешения 1.6 раза против просто съемки в видимом диапазоне.
Приведенный вами график чувствительности матрицы - нетипичный, смещенный в синюю область. Обычно пик дальше, ближе к красному.


Да, видимо так ИК-фильтр. Т.е. это ближе к "бытовым" матрицам, которые, с одной стороны легче раздобыть (особенно для тренировки "на кошках", ибо digikey для той же KAI-16000 пишет цены от 3.6k$), но с другой стороны для них сложнее с нормальной документацией.

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 12:13

Kalinkin писал(а):Разработать матрицу нам точно не по карману, так что предлагаю делиться ссылками на серийные образцы и прикидывать насколько они подойдут нам.


астрокамеры http://flicamera.com/proline/index.html
http://www.sbig.com/products/cameras/
сами сенсоры http://www.onsemi.ru.com/PowerSolutions ... ?id=101682
http://www.e2v.com/products/imaging/ima ... ccd-emccd/

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Kalinkin » 25 окт 2015, 12:28



Я так понял что это матрицы для съёмки с помощью домашних телескопов.
Работают в видимом диапазоне, имеют большой размер пикселя, для увеличения чувствительности.

Нам интересны матрицы с пикселем не больше 6 мкм., иначе надо сильно увеличивать фокусное расстояние.

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 12:40

maxrez писал(а):А что если использовать сканирующий метод получения снимка? Сделать так, чтобы движение над поверхностью ни мешало а наоборот было условием получения снимка. Как светочувстительный элемент использовать сенсор подобный сенсору в сканере.


Очевидно, время считывания должно быть на порядок меньше выдержки (которая 1/7500 ~ 133мкс для 20см разрешения и 1/15000 ~ 66мкс для 10см) если у нас обычная CCD линейка с последовательным считыванием. Т.е. за 6мкс считать несколько тысяч пикселей - сотни мегагерц! Если есть некий буфер строки - то за время выдержки (66мкс) - десятки мегагерц. В общем по скорости считывания и обработки это труднее простой съёмки кадра и спокойного его разбора (хоть минуту).

Ronin
Сообщений: 18
Зарегистрирован: 24 окт 2015, 22:04

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Ronin » 25 окт 2015, 12:45

Kalinkin писал(а):Я так понял что это матрицы для съёмки с помощью домашних телескопов.
Работают в видимом диапазоне, имеют большой размер пикселя, для увеличения чувствительности.
Нам интересны матрицы с пикселем не больше 6 мкм., иначе надо сильно увеличивать фокусное расстояние.


Нет, это матрицы для профессиональных телескопов - цены в десятки k$, один только сенсор (ПЗС чип) KAI-16000 стоит от 3.6k$
Есть там и пиксели 5-7мкм. (т.е. фокусное 500-700мм)
Схемы типа кассегренов и максутовых имеют типичное относительное отверстие от 1/8, так что фокусное 125*8=1000мм вполне для них нормально (а то и больше). Если рефрактор то да, потребуется покороче.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Kalinkin » 25 окт 2015, 13:06

Пожалуйста, не соотносите размер пикселя с фокусным расстоянием каких-то телескопов. Это не корректно. И уж тем более с какой-то конкретной схемой телескопа. Телескоп - "теле" далеко, "скоп" - смотрю. Телескоп это система для работы с глазом. У нас объектив, который работает с матрицей, с изображением конечного размера.

В матрице нас интересуют:
Размер пикселя - чем меньше тем лучше.
Количество пикселей - чем больше, тем лучше.
Чувствительность матрицы с допустимым соотношением сигнал/шум - чем больше, тем лучше.

Наша задача найти оптимальный вариант.

BarsMonster
Сообщений: 48
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 00:32

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение BarsMonster » 26 окт 2015, 19:12

Kalinkin писал(а):Размер пикселя - чем меньше тем лучше.

Размер пикселя нужно выбирать исходя из относительного отверстия, чтобы мы были близки к дифракционному пределу.

Если пиксель будет сильно меньше - теряем по соотношению сигнал/шум (мелкие пиксели шумят больше, а информации больше не получаем)
Если пиксель сильно больше - то теряем информацию.

Если взять современные мелкие матрицы с пикселем 1.5мкм - то и объектив нужен будет на ~F2.8, а его с требуемой апертурой сделать может оказаться затруднительно. Для типичных для зеркальных Кассегренов F8 - пиксель должен быть существенно больше.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Kalinkin » 26 окт 2015, 21:19

BarsMonster писал(а):
Kalinkin писал(а):Размер пикселя - чем меньше тем лучше.

Размер пикселя нужно выбирать исходя из относительного отверстия, чтобы мы были близки к дифракционному пределу.

Если пиксель будет сильно меньше - теряем по соотношению сигнал/шум (мелкие пиксели шумят больше, а информации больше не получаем)
Если пиксель сильно больше - то теряем информацию.

Если взять современные мелкие матрицы с пикселем 1.5мкм - то и объектив нужен будет на ~F2.8, а его с требуемой апертурой сделать может оказаться затруднительно. Для типичных для зеркальных Кассегренов F8 - пиксель должен быть существенно больше.


Давайте-ка я ещё раз напишу порядок расчёта.

Выбор размера пикселя( т.е. выбор матрицы) - расчёт фокусного расстояния (т.е. масштаба съёмки) - определение необходимого минимального диаметра входного зрачка (из критерия Релея) - расчёт углового поля (из геометрических размеров матрицы) - выбор конструкции объектива.

Соотносить размер пикселя и относительное отверстие, без значения фокуса - полная чушь!!!

При пикселе =1,5 мкм, получаем:
Фокус - 150 мм
Диаметр входного зрачка - 66 мм
f/d = 2,2

Это добротный объектив, трудно но выполнимо.
https://market.yandex.ru/product/8488259?hid=90613
Как пример.

Поставлю точку в обсуждении пиксель/диафрагма
https://yadi.sk/i/_5jOaEc4k2hx6
Простенький расчёт характеристик оптики в экселе. Где выделено жёлтым вводить руками, в метрах.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение gionov » 26 окт 2015, 21:43

Kalinkin писал(а):Соотносить размер пикселя и относительное отверстие, без значения фокуса - полная чушь!!!

Ну как это?
Угловое разрешение обратно пропорционально входному отверстию, так?
Угловой размер пикселя пропорционален фокусному расстоянию, так?
Если так, то тогда получается, что если приравняем угловое разрешение к угловому размеру пикселя, то размер пикселя будет пропорционален отношению фокусного расстояния ко входному отверстию.
То есть размер пикселя должен быть обратно пропорционален относительному отверстию.
И это понятно почему. Из-за волновой природы света при относительном отверстии 1, когда волна приходит практически со всех сторон неопределённость точки на матрице примерно равна половине длины волны. При уменьшении относительного отверстия фронт волны становится уже и неопределённость возрастает.
Таким образом, не привлекая других соображений получаем, что оптимальный размер пикселя равен половине длинны волны света делённой на относительное отверстие.
Для зелёного света при F=1/8 получим размер в 0.55 мкм * 8 / 2 = 2.2 мкм.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Kalinkin » 26 окт 2015, 22:07

gionov писал(а):
Kalinkin писал(а):Соотносить размер пикселя и относительное отверстие, без значения фокуса - полная чушь!!!


Угловое разрешение обратно пропорционально входному отверстию, так?
Угловой размер пикселя пропорционален фокусному расстоянию, так?

То есть размер пикселя должен быть обратно пропорционален относительному отверстию.


Угловой размер пикселя = линейный размер пикселя/фокусное расстояние

Почему вы при своих расчётах выкидываете фокус мне непонятно.


Ещё раз пишу формулу дифракционного разрешения.

d=1.22*l*f/D

d - диаметр кружка рассеяния
l - длина волны
f - фокусное расстояние
D - диаметр входного зрачка

d=размер пикселя.

Размер пикселя обратно пропорционален относительному отверстию.

Но высчитывать через размер пикселя относительное отверстие это форменное извращение. Прежде чем переходить к дифракционному пределу, надо разобраться с обычной геометрией.


Простейшее соотношение
размер пикселя - фокусное расстояние
разрешение на местности - дистанция съёмки

Получаем фокусное расстояние. Что дальше делать я уже писал.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Kalinkin » 26 окт 2015, 22:13

Извините,gionov, не нашёл вашего поста в теме "Пожалуйста, представьтесь".
Не могли бы вы рассказать о сфере вашей деятельности?

Аватар пользователя
Nemor
Сообщений: 10
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 11:06

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Nemor » 03 ноя 2015, 00:35

Добрый вечер, и давайте же наконец подумаем про матрицу!
Что мы, насколько я понимаю, ищем:

1. Матрица должна быть кадровая. Снимать "заметанием", как Взрослые аппараты мы не можем, т.к. поток информации дикий;
2. Матрица должна быть быстрая. 10 или 20км - поверхность проносится под нами очень, даже слишком быстро;
3. Матрица должна быть простая и доступная. Например КМОП. Вообще говоря Кастомную гляделку для диких скоростей нам, скорее всего, смогут сделать, но это дорого;
4. Пиксель должен быть маленький. Матрица сама должна быть маленькая, точная, быстрая и т.д.;
5. Спектр должен быть поширше. Пока мы не знаем, какой же он нам нужен, но падать в какие-то экстремальные полосы пока не стоит.

Что можно найти сходу "на коленке" при таких требованиях.
Например вот на первый взгляд довольно гибкий образец:
http://www.onsemi.com/PowerSolutions/pr ... =PYTHON500
Или вот шустрый товарищ:
http://www.onsemi.com/PowerSolutions/pr ... =KAC-06040

Вообще ON Semiconductor имеет довольно широкий диапазон и удобную искалку. Еще покопался на http://www.cmosis.com/products/standard_products/ но там выбор меньше и безумных скоростей вроде нет.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение gionov » 03 ноя 2015, 06:52

1. Да, матрица должна быть кадровая, а не линейка, но не по причине объёма информации (он одинаков), а по причине стоимости.
2. Выдержка не менее 1/1000. Практически все матрицы поддерживают такую. Ограничение связано не с высотой, а с яркостью поверхности.
4. Размер пикселя стандартный 5 мкм. Для уменьшения размера пикселя и сохранения качества придётся сильно увеличивать относительное отверстие. К тому же, выдержка будет расти обратно пропорционально размеру пикселя. Так для 2 мкм выдержка не менее 1/100 с.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение maxrez » 03 ноя 2015, 19:31

Nemor писал(а):Добрый вечер, и давайте же наконец подумаем про матрицу!
Что мы, насколько я понимаю, ищем:

1. Матрица должна быть кадровая. Снимать "заметанием", как Взрослые аппараты мы не можем, т.к. поток информации дикий;


Можно приблизительно оценить скорость потока данных с линейки?

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение gionov » 03 ноя 2015, 19:53

Какая разница, как получено изображение? Мегапиксель с кадровой матрицы равен мегапикселю с линейки.
Поток данных определяется размером изображения и как часто будем делать кадры изображения (неважно моментным снимком или заметанием)

Аватар пользователя
Nemor
Сообщений: 10
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 11:06

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение Nemor » 04 ноя 2015, 12:39

Ну если совсем просто, у нас скорость движения 1600м/с. Хотелка по разрешению 0,1м, делим скорость на проекцию пикселя получаем 16кГЦ строчной частоты. Теперь умножаем ее на кол-во элементов в матрице. При захвате 100м это 1000 элементов, получаем соответственно 16МГЦ.
Нормальные матрицы наверняка будут иметь не один выход, а парочку, т.е. примерно 8МГц на каждый выход.

По поводу "дикого" потока информации я может не совсем точно выразился. Кадровая матрица позволяет нам "щелкнуть" и некоторое время "разбирать" картинку. Если мы лупим в режиме заметания - на это времени нет, надо оперативно оцифровывать изображение и упихивать в память.

Про стоимость тоже мне кажется не очевидным превосходство кадровых. Линейки с ВЗН конечно дороже, но повсеместно применяются в промышленности, и могут стоить вполне человеческих денег. Скажу честно, пока подходящих линеек не встречал, обычно они длиннее (4-8к элементов) и с пикселем не меньше 5 микрон.

И кстати смотреть надо именно на ВЗН-матрицы, они позволяют значительно увеличить накопленный сигнал. Есть у меня подозрение что света будет у нас очень мало.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение gionov » 04 ноя 2015, 13:38

А! Понял о каком потоке шла речь. 5 мкм - это и для кадровых стандарт и по расчётам получается, что этот размер оптимален для съёмки Луны. Ширина 4096 - тоже нормально, а вот выдержка должна быть, по крайней мере 1/500 с, значит линейка должна содержать как минимум 32 строки.

tvy
Сообщений: 23
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 18:44

Re: Оптический канал - приёмник изображения

Сообщение tvy » 05 ноя 2015, 17:54

Допустим мы хотим распознать колею из двух следов от колес.
Есть ли способы фотографирования/распознавания с примеником разрешающей способности меньшей, чем ширина колеи.

Особенности:
1. колея непрерывна на значительное расстояние
2. Рисунок постоянен: две линии.


Вернуться в «Обоснование выбора целевой аппаратуры»

Кто сейчас на форуме

Количество пользователей, которые сейчас просматривают этот форум: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость