1. Классификация средств ОР. Обобщенная структура средств ОР

 ОР представляет собой  добывание информации с помощью оптических средств приёма колебаний видимого и инфракрасного диапазонов, излученных или отраженных объектами и фоном.

По размещению ОР может быть наземной, воздушной космической. По принципу работы различают: ВЗОР, ФР, ТР, ЛР, ИР. Классификация средств ОР приведена на рис.1 В разведывательных целях освоен диапазон от 0,4 до 14мкм.

 

 

 

 

 

 

 

 

                         Рис.1 Классификация средств ОР

 

Замечания:

1Неоднородность среды существенно влияет на условия ОР   для l        ³1.3мкм

2        ВЗОР ведется  в диапазоне видимого света l = 0.38 – 0.78мкм. Это обусловлено спектральной чувствительностью глаза.

3        ФР дает результаты и в КВ части ИК диапазона (l £ 0.9)

4        ТР может вестись днём и ночью (l £ 2мкм)

5        Средства ИР действуют в окнах прозрачности атмосферы в диапазоне 0.78 £ l £ 19мкм.

 

 

Обобщенная структура средств оптической разведки представлена на рисунке 2 и включает в себя:

1.      Источник освещения.

2.      Объект наблюдения.

3.      Фон, на котором расположен объект.

4.      Среду распространения электромагнитных волн.

5.      Средство изменения угловых величин (объектив).

6.      Средство регистрации (окуляр, фотопленка, экран монитора).

7.      Зрительную систему наблюдателя.

 

Рисунок 2 - Обобщенная структура средств оптической разведки

Источник освещения создает поток лучистой энергии, падающей на объект и фон, на котором тот расположен. В качестве источника лучистой энергии могут выступать солнце, луна или приборы подсветки (прожекторы).

Отраженные от объекта и фона лучи, распространяясь сквозь среду распространения (атмосферу) попадают в приемник излучения средства оптической разведки и фокусируются объективом на средстве регистрации. Затем полученное изображение преобразуется в видимое изображение, удобное для обработки.

Каждый из элементов накладывает определенные особенности на процесс разведки, ее возможности и требования к средству разведки.

Эффективность ОР связана с характеристиками зрительного восприятия. Поэтому рассмотрим их более подробно.

2.Характеристика зрительного восприятия.

 

Возможность наблюдения предмета определяется его освещенностью  Е =            - ( поток на единицу  площади)

[лк – в светотехнических единицах, вт/м² – в энергетических ]

Ф [ лм, вт ] -световой поток- физиологическая характеристика восприятия света глазом.

I =   [кq] - сила света

B=  [],[ ]  - яркость –отношение силы света к площади проекции светящейся поверхности.

 

Зрительные ощущения, возникающие у наблюдателя в результате воздействия света на его зрительный аппарат, позволяют судить о яркости и цвете наблюдаемых объектов, определять их форму и взаимное расположение, отличать объекты от окружающего фона.

Основными характеристиками зрения, которые существенно влияют на возможности визуального обнаружения маскируемых объектов, являются спектральная, контрастная и световая чувствительности, разрешающая способность.

Спектральная чувствительность характеризует восприимчивость глаз к излучениям. Глаз воспринимает излучения в области спектра с длиной волны от 0,38 до 0,76 мкм. В пределах этого участка чувствительность глаза неодинакова. Она максимальна для желто-зеленых излучений с длиной волны 0,555 мкм и уменьшается до нуля на границах видимой области.

Спектральная чувствительность зрения выражается в относительных единицах и называется относительной видностью.

При этом чувствительность глаза к излучениям с длиной волны 0,555 мкм принимается за единицу. Зависимость относительной видности S_l от длины волны излучений для дневных условий наблюдения показана на рисунке 3 сплошной линией.

 

Рисунок 3. - Относительная видность излучений

 

Сравнивая по графику относительные видности для волн 0,555 и 0,65 мкм, замечаем, что видность при l=0,65 мкм примерно в 10 раз меньше. Это значит, что при одинаковых лучистых потоках, отраженных поверхностью в желто-зеленой (l=0,555 мкм) и красной (l=0,65 мкм) областях спектра, видимая яркость поверхности в красной будет в 10 раз меньше, чем в желто-зеленой. При наблюдении ночью кривая видности сдвигается в коротковолновую часть спектра.

Контрастная чувствительность. При визуальной разведке любой объект наблюдается на фоне местности.

Количественное различие в яркостях объекта наблюдения и фона принято характеризовать контрастом, определяемым относительной разностью яркостей:

  или  ,                 (2.1)

где В_min и В_max - меньшая и большая яркости контрастирующих поверхностей объекта и фона; причем обе величины могут быть отнесены как к объекту, так и к фону.

Минимальное значение контраста, при котором еще отмечается различие в яркостях объекта и фона, т.е. когда объект еще обнаруживается, называют пороговым контрастом e. Величина 1/e, обратная пороговому контрасту, называется контрастной чувствительностью зрения.

Численное значение порогового контраста зависит от того, известно ли наблюдателю, где объект расположен, поэтому различают два пороговых контраста:

а)    контраст исчезновения объекта e_исч, который характеризует максимальную чувствительность человеческого зрения (при фиксированной линии наблюдения);

б)   контраст обнаружения e_обн, характеризующий контрастную чувствительность зрения при поиске объекта.

При разведке наблюдением противник вынужден вести поиск объектов. Поэтому возможности вскрытия объектов маскировки определяются порогами обнаружения e_обн, которые больше порогов исчезновения e_исч как минимум в 3 раза.

При ведении разведки днем пороговый контраст объекта зависит лишь от его формы и угловых размеров. С больших расстояний мелкие детали не наблюдаются, а видимая форма объекта приближается к геометрически правильной (круг, эллипс, квадрат, прямоугольник), которую можно характеризовать отношением ширины объекта к его длине l_min:l_max (рисунок 4).

 

 

Рисунок 4- Угловой размер объекта наблюдения

 

Угловым размером d называют угол, под которым видна проекция меньшей стороны объекта из точки расположения наблюдателя. Практически угловые размеры объектов разведки малы и не превышают долей градуса. Поэтому величину d определяют в угл. мин по формуле

,                                     (2.2)

где l_min – проекция меньшей стороны объекта на плоскость, перпендикулярную линии зрения наблюдателя; H – дальность (высота) наблюдения.

Угловые размеры объектов при ведении наземной, воздушной или космической разведки можно найти также по номограмме (рисунок 5).

Рисунок 5 - Номограмма для определения размеров объектов наблюдения

 

Так, автомобиль (l_min = 2,3 м) при воздушном плановом наблюдении с высоты H = 2 км имеет угловой размер δ = 4 угл.мин. Зависимость пороговых контрастов обнаружения для объектов различной формы и угловых размеров приведена на рисунке 6

Из этой номограммы следуют два очевидных вывода:

1)      протяженные объекты визуально обнаруживаются легче, т.е. при меньших контрастах, чем объекты компактные (l_min: l_max≈1:1);

2)      с увеличением угловых размеров пороговые контрасты обнаружения снижаются, следовательно, уменьшается контраст, при котором наблюдатель впервые может заметить объект.

 

Рисунок 6 – Значения пороговых контрастов обнаружения для объектов различной формы и угловых размеров

 

Разрешающая способность зрения характеризуется минимальным разрешаемым углом δ_min, т.е. наименьшим угловым размером объекта, его деталей или промежутков между ними, при котором эти объекты или детали еще видны раздельно, не сливаясь один с другим (рисунок 7).

Рисунок 7 - Минимальный разрешаемый угол

 

Значение минимального разрешаемого угла зрения зависит от формы объектов или деталей и контраста их с фоном. Численное значение δ_min, при ведении разведки наблюдением (с поиском объектов) можно найти по номограмме на рисунке 6. Для этого нужно знать контраст деталей объекта с фоном К и их форму (l_min: l_max). Знание разрешающей способности зрения необходимо для определения размеров маскировочных конструкций (масок, макетов) и маскирующих окрасок, рассчитанных на получение маскировочного эффекта с заданных расстояний, или для решения обратной задачи - определения дальности, с которой объект не опознается. Наименьший размер l_min, при котором объект или его деталь обнаруживается на удалении Н при минимальном разрешаемом угле зрения δ_min,, определяется как:

                                        (2.3)

 

где δ_min,- в угл. мин. Дальность или высота опознавания объекта определяется как:

.                                   (2.4)

Световая чувствительность характеризует свойства глаза по обнаружению источников света и освещенных поверхностей ночью. Она определяется наименьшей (пороговой) яркостью, при которой источник может быть обнаружен ночью с заданной вероятностью (75 %).

Пороговая яркость В_пор зависит от угловых размеров наблюдаемой поверхности и яркости фона. Например,пороговая яркость поверхностей при наблюдении их темной ночью значительно меньше, чем в лунную.

С уменьшением видимых угловых размеров поверхности пороговая яркость возрастает. Это значит, что, уменьшая яркость освещения поверхностей, можно повысить уровень допустимой маскировочной освещенности и тем самым создать приемлемые условия для выполнения войсками инженерных работ в ночное время суток.

Пороговая яркость световых пятен с размерами менее 10 угл. мин обратно пропорциональна квадрату их углового размера, т.е.

,                                       (2.5)

где δ - угловой размер светового пятна, угл. мин. Например, при уменьшении линейных размеров освещенной поверхности в 2 раза пороговая яркость увеличивается в 4 раза; значит, и допустимая освещенность в местах проведения работ может быть увеличена также в 4 раза.

Источники света (лампы, фонари, фары, сигнальные знаки) при наблюдении с больших расстояний имеют ничтожно малые угловые размеры и воспринимаются как светящиеся точки. В этих условиях световую чувствительность зрения уже нельзя характеризовать пороговой яркостью. Ее принято оценивать наименьшим значением освещенности, создаваемым источником света на зрачке глаза наблюдателя, при котором источник света впервые может быть обнаружен с заданной вероятностью. Эта величина называется пороговой освещенностью на зрачке наблюдателя (пороговым блеском) Е_пор.

При наблюдении источников белого света в темную ночь пороговый блеск Е_пор = 2×10^-8лк.

Чувствительность глаза к излучениям цветных источников света, например, светосигнальных знаков, характеризуется двумя величинами: пороговым блеском Е_пор, при котором источники обнаруживаются в виде бесцветных точек, и цветовым пороговым блеском Е_{пор цв}, при котором наблюдатель опознает их цвет. Расчетные значения этих величин для сигналов разного цвета имеют следующие значения (таблица 2.1):

 

Таблица 2.1 - Значения порогового и цветового порогового блесков

Возможности зрения по обнаружению разных сигналов определяются только цветовым блеском, так как для них не существует бесцветного промежутка. Красные сигналы либо не обнаруживаются, либо не опознаются.

Понятие порогового блеска используют в расчетах по световой маскировке. По нему определяют допустимую силу света источника, при которой его нельзя обнаружить с заданного расстояния. [1]

 

3.Видимость объектов

Видимость объекта при наблюдении днем зависит от многих факторов: контраста К с окружающим фоном, угловых размеров d и формы объекта, времени наблюдения t. При уменьшении контраста, угловых размеров или времени наблюдения видимость объектов ухудшается.

Время наблюдения может меняться в широких пределах в зависимости от того, ведется ли разведка с воздуха или с Земли. На практике принято рассчитывать на худший случай, когда время наблюдения объектов не ограничено.

Угловые размеры d и форма наблюдаемых объектов влияют лишь на одну величину - пороговый контраст зрения e.

В связи с этим видимость объекта, , принято выражать числом V, которое показывает, во сколько раз действительный контраст больше порогового контраста e для объекта данной формы и угловых размеров. На рисунке 8 представлены кривые, позволяющие сравнивать контраст К с порогом исчезновения объекта e_ИСЧ, содержащимся в данном контрасте К.

Иначе говоря, видимость V определяется количеством пороговых контрастов исчезновения объекта, содержащихся в данном контрасте К:

                                         (2.6)

 

Рисунок 8 - Номограмма для определения порогов e_исч объектов наблюдения

 

На практике определены ориентировочные значения видимости объектов для различных характеристик зрительного восприятия. Например, объект обнаруживается быстро; видны его крупные детали при V=5-8.

Для повышения видимости объекта до значения, когда его можно обнаружить и опознать, необходимо увеличить контраст объекта с фоном К и уменьшить пороговый контраст e. При ведении разведки эти задачи решаются с помощью светофильтров и оптических приборов наблюдения.

Светофильтры - это цветные стекла или пленки, которые прозрачны для видимого света лишь на определенных участках спектра. Предназначены для увеличения яркостных и цветовых контрастов наблюдаемых объектов вследствие отличий спектральных характеристик их и фона. Различают два вида светофильтров: однополосные и цветоконтрастные (спектрозональные). Однополосные светофильтры прозрачны в какой-то одной части спектра и позволяют увеличить яркостный контраст. Цветоконтрастные светофильтры имеют две полосы прозрачности и служат для повышения цветового и яркостного контрастов объектов. На рисунке 9 приведены характеристики однополосных светофильтров, применяемых при разведке.

 

 

Рисунок 9 - Спектральные характеристики светофильтров:

1 - зеленого; 2 - желтого; 3 - оранжевого; 4 - красного

При наблюдении через цветоконтрастные светофильтры (ЦКФ) с двумя областями прозрачности все предметы приобретают искусственные цвета.