«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 24, ¹ 3 (2011)
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛН
УДК 519.713; 519.711:53, 53.072; 53:004
Исследование зависимости контраста объекта на фоне неба
от условий наблюдения в УФ-диапазоне длин волн
Â.Â. Áåëîâ1,2, Á.Ä. Áîðèñîâ1, Ì.Â. Òàðàñåíêîâ1, Â.Á. Øëèøåâñêèé3*
1Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН
634021, ã. Òîìñê, ïë. Академика Çóåâà, 1
2Томский государственный университет
634050, ã. Òîìñê, ïð. Ëåíèíà, 36
3Сибирская государственная геодезическая академия
630108, ã. Новосибирск, óë. Плахотного, 10
Поступила в редакцию 8.12.2010 ã.
Обсуждаются результаты математического моделирования натурного эксперимента по определению
контраста изображения объекта на фоне неба в УФ-диапазоне длин волн. Дан анализ влияния аэрозольной
составляющей атмосферы на эту характеристику качества изображения. В качестве экспериментальных данных
использовались полевые измерения, выполненные в ИОА СО РАН. Математическое моделирование
осуществлено методом Монте-Карло. Модель атмосферы задавалась с помощью генератора оптических моделей
на основе LOWTRAN-7. Сравнение результатов математического моделирования и данных измерений
показывает практически полное совпадение характера изменения нормированного контраста изображения
объекта на фоне неба в зависимости от оптической длины трассы между объектом и оптической системой.
Ключевые слова: ультрафиолет, изображение, эксперимент, моделирование методом Монте-Карло;
ultraviolet, image, experiment, Monte Carlo simulation.
Введение
Проблеме влияния рассеивающих и поглощающих
сред на качество изображения объектов, оценке
дальности их обнаружения посвящено значительное
число ðàáîò, изданы монографии (íàïðèìåð, [1, 2]),
обобщающие результаты этих исследований. Общим
для них является то, что в основном они выполнены
для видимого или ИК-диапазонов длин волн.
Определенный интерес представляет исследование
процесса формирования и переноса изображений
в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. В настоящее
время существуют лишь единичные работы,
касающиеся этой проблемы (íàïðèìåð, [3–6]).
УФ-диапазон при длинах волн λ > 0,33 мкм практически
так же перспективен для функционирования
систем наблюдения, как и видимый, поскольку
в ближнем УФ-диапазоне в атмосфере отсутствуют
интенсивные полосы поглощения. На длинах волн
0,28–0,33 мкм поглощение атмосферных газов весьма
существенно (особенно в полосе поглощения
Хиггинса озона [7]), что, с одной стороны, заметно
ослабляет приходящий в оптическую систему сигнал,
а с другой – подавляет процесс рассеяния и умень*
Владимир
Васильевич Белов (belov@iao.ru);
Борис Дмитриевич Борисов; Михаил Викторович Тарасенков
(tmv@iao.ru); Виктор Брунович Шлишевский
(svb@ssga.ru).
шает влияние искажающих изображение факторов,
связанных с этим процессом. Поэтому УФ-диапазону
длин волн еще предстоит занять свою нишу
в ряду практических приложений.
Работы в этом направлении ведутся в ИОА СО
РАН с 2004 г., когда была проведена серия экспериментальных
исследований влияния оптических
условий в атмосфере на контраст изображений объекта
на фоне неба. Результаты этих исследований
побудили нас выполнить численные эксперименты
методом Монте-Карло, имитирующие полевые измерения.
В настоящей статье приведены результаты
экспериментальных и теоретических исследований
зависимости контраста изображений объекта на
фоне неба от оптической длины трассы наблюдения
при λ ∼ 0,36÷0,38 ìêì.
Дальность видимости объектов при наблюдении
через атмосферу в видимой и ультрафиолетовой
областях спектра существенно зависит от отражающих
свойств поверхности предмета, а также от условий
природного освещения, определяющих энергетическую
освещенность обращенной к наблюдателю
поверхности объекта, и энергетической яркости
того фона, на котором эта поверхность позиционируется.
По мере увеличения расстояния различие
по яркости объекта и фона уменьшается за счет
вуалирующего действия рассеянного атмосферным
аэрозолем света. Для оценки эффективности электронных
систем наблюдения в УФ-области используется
хорошо известное определение контраста,
Исследование зависимости контраста объекта на фоне неба от условий наблюдения в УФ-диапазоне длин волн 171
Стр.1