• دوشنبه ۱۱ فروردین ۱۳۹۹
  • |

آمار سایت

  • تمام بازديد‌ها: 1986167 بازدید
  • بازديد 24 ساعت قبل: 3011 بازدید
  • مهمانان حاضر در زیرپورتال: 28 کاربر
  • کاربران حاضر در زیرپورتال:0 کاربر

ورود به سایت

تابش الکترومغناطیسی و فرآیند تشکیل تصویر

امواج الکترومغناطیسی پرتوهای کیهانی تا امواج رادیویی را در برمی‌گیرند و در این میان ناحیه اپتیکی تنها بخش کوچکی از امواج (0.4 تا 0.76 میکرون) را به خود اختصاص داده است (شکل1). تمام امواج الکترومغناطیسی حامل انرژی می‌باشند و سرعت آن‌ها در خلاء تقریباً برابر 299.792.458 متر بر ثانیه و در محیط‌های دیگر کمتر از این مقدار است؛ چهار معادله دیفرانسیلی الکترومغناطیس که با نام معادلات ماکسول شناخته می‌شوند شرایط امواج الکترومغناطیسی در محیط‌های مختلف را تشریح می‌کنند. نسبت سرعت نور در خلاء به‌سرعت آن در هر محیط دیگر، ضریب شکست آن محیط نامیده می‌شود. به‌عنوان‌مثال سرعت نور در شیشه معمولی حدود 1.3 کمتر از سرعت نور در خلاء است که از همین ویژگی به‌منظور تشکیل تصویر استفاده می‌شود.
شکل 1 - طرح‌ واره‌ای امواج الکترومغناطیسی برحسب طول‌موج
امواج اپتیکی که از یک چشمه نقطه‌ای در خلاء منتشر می‌شود در هرلحظه کروی است و انحنای آن با دور شدن از چشمه نقطه‌ای کاهش می‌یابد؛ شعاع جبهه‌موج را در فاصله‌ای دور از چشمه می‌توان بی‌نهایت فرض کرد که چنین موجی را موج تخت می‌نامند. جبهه‌موجی که روی یک لنز فرود می‌آید تحت تأثیر تغییر سرعت (تأخیر فاز) در محیط لنز تغییر شکل می‌دهد. اثر یک لنز کوژ (محدب) که ضریب شکستی بزرگ‌تر از ضریب شکست محیط پیرامونش داشته باشد، همگراست. بدین ترتیب اگر پرده یا کاغذی در محل جمع شدن نور یا نقطه کانونی قرار داده شود، گفته می‌شود لنز، یک تصویر حقیقی تشکیل داده است (شکل2). یک تصویر درواقع نگاشت یک منظره سه‌بعدی از فضای جسم به یک صفحه دوبعدی در فضای تصویر است.
 
شکل 2 – طرح‌واره‌ای از اثر همگرایی لنز کوژ
همین مفهوم برای یک لنز کاو (مقعر) نیز به کار گرفته می‌شود و آنگاه جبهه‌موج واگرا حاصل می‌شود و یک تصویر مجازی ایجاد می‌شود. بر این اساس با ترکیب‌های مختلفی از میزان انحنای سطوح اپتیکی می‌توان به کنترل مسیر پرتوهای اپتیکی با کاربردهای گوناگون پرداخت (شکل3). یک سامانه تصویربرداری ایده‌آل باید از هر نقطه در فضای جسم یک نقطه معین در صفحه تصویر ایجاد نماید به‌گونه‌ای که فواصل نسبی بین نقاط در فضای جسم در صفحه تصویر حفظ شود؛ بدین منظور در طراحی یک سامانه اپتیکی می‌بایست به بهینه‌سازی مفاهیمی همچون ابیراهی‌ها، انحنای میدان و اعوجاجات پرداخت.
 
شکل 3 – طرح‌واره‌ای از سطوح اپتیکی با انحنای متفاوت
در مأموریت‌های فضایی نمونه‌های متعددی از سامانه‌های تصویربرداری را می‌توان نام برد که با بهره‌گیری از سطوح مختلف با ضرایب‌شکست متفاوت به کنترل مسیر پرتوهای اپتیکی جهت دستیابی به تصویری با کیفیت مطلوب پرداخته‌اند. به‌عنوان نمونه شکل زیر طرح‌واره محموله تصویربرداری ماهواره IMS-1 هند را نشان می‌دهد که دارای رزولوشن 37 متر، عرض برداشت 151 کیلومتر و 4 باند طیفی است.
 
شکل 4 – طرح‌واره محموله تصویربرداری ماهواره IMS-1
شایان‌ذکر است هر سطح خمیده آینه‌ای نیز دارای یک فاصله کانونی است و درست مانند یک لنز تصویر می‌سازد. آینه کاو هم‌ارز یک لنز مثبت همگرا است و از اجسام دور تصویری حقیقی تشکیل می‌دهد. آینه کوژ نیز تصویری مجازی تشکیل می‌دهد و هم‌ارز یک لنز منفی است. این سطوح نیز قابلیت‌های فراوانی در طراحی سامانه‌های تصویربرداری کاربردی همچون ماهواره‌های مشاهده زمین ایجاد می‌کنند. به‌عنوان نمونه‌ای پیشرفته از استفاده سطوح بازتابی در تصویربرداری فضایی می‌توان ماهواره Pleiades را نام برد (شکل5).
 
شکل 5 – طرح‌واره محموله تصویربرداری ماهواره Pleiades
موارد مذکور دو مفهوم بنیادی در موضوع سامانه‌های تصویربرداری اپتیکی یعنی سامانه‌های شکستی (عبوری) و سامانه‌های بازتابی را ارائه نموده‌اند؛ هر یک از آن‌ها ویژگی‌ها و مزایایی نسبت به نوع دیگر دارند که در بخش بعد به معرفی بیشتر آن‌ها پرداخته‌ شده است.

کلیدواژه ها: معادلات ماکسول | ضریب شکست | طراحی اپتیکی | اپتیک بازتابی | ماهواره‌ مشاهده زمین | ماهواره تصویربرداری | ‌ تصویربرداری فضایی | ابیراهی | انحنای میدان و اعوجاج اپتیکی | سنجش از دور | سازمان فضایی ایران |



CAPTCHA
دفعات مشاهده: 153 بار   |   دفعات چاپ: 6 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر