Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978), страница 5

Любую сканирующую систему тепловидения можно описать при помощи нескольких основных параметров. Фоточувствительный элемент приемника обычно имеет прямоугольную форму с размерами а по горизонтали и Ь по вертикали (в сантиметрах). Угловые размеры фоточувствительного элемента приемника, работающего с оптикой, имеющей эффективное фокусное расстояние ') 1 (в сантиметрах), при небольших размерах приемника равны а = а/7 и (1 = Ь77' (в радианах). Угловые размеры обычно выражаются в миллнрадианах (10 з рад).

Угловые размеры области в 'пространстве объектов, в пределах которой объекты изображаются системой, называются полем зрения приемного устройства. Системы РЫК обычно имеют прямоугольное общее поле зрения с размерами А (град) по азимуту и В (град) по углу места. 2Э ГЛАВА 1 Фнг. 1.5. Эффективность сканирования.

1 — ВОЗМОжваЯ ПЛОЩаДЬ, ЕСЛИ ВСЕ ВРЕМН ту ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ СКаНИРОВаНИЯ НРОСтранства;  — площадь помри на обратный ход вертикальной развертки; 3 — площадь потерь на обратный ход горизонтальной развертки или иа автоматическое выравнивание каналов; е — полезная площадь, соответствующая времени П тя Время кадра ту — это время (в секундах) между моментом, когда система сканирования визирует первую точку поля зрения, и моментом, когда система, завершив сканирование всех остальных точек поля зрения, возвращается к первой точке.

Частота, с которой система формирует полную картину, называется частотой кадров Р (Р = ууТ1). Приемник (или приемники) излучения в системе не образуют информативного видеосигнала в течение полного времени кадра Ту, поскольку некоторое время требуется для автоматической регулировки усиления, восстановления постоянной составляющей и обратного хода сканирующего механизма. Соответствие между временем активного сканирования и пространственным перекрытием показано на фиг. $.5. Большой прямоугольник на фиг. х.5 соответствует перекрытию пространства при сканировании, если все время кадра Ту используется для сканирования картины.

Сплошной штриховкой показана площадь потерь, обусловленных затратой времени на обратный ход вертикальной развертки. В этом случае имеют в виду, что система при сканировании по вертикали имеет коэффициент использования развертки у)к ( 1. Пунктирной штриховкой показана площадь потерь, вызванных затратой времени на обратный ход горизонтальной развертки или на автоматическое выравнивание каналов.

Этя потери учитываются коэффициентом использования развертки по горизонтали т)н. Внутренний, незаштрихованный прямоугольник определяет активную площадь сканирования; соответствующее этой площади время равно т)кт)яТя Полный коэффициент использования развертки т~„ равен произведению црт)н Другой полезный параметр, который характеризует процесс сканирования, — время элемента разложения тк (в секундах). ввкдкпик 29 Углпгпе папамепие пугопгимгллппгп глемелпиг приемлила Е мпмеплп гремели г Углагае пплавепие Пегмгимелгпаге племенам прием- лила гмамепм гремели г с гу, млад гг.

мрай яриемюе угмрпйггяйа Гй1й Фиг. С6. Время элемента разложения та и угловой размер а чувствитель- ного элемента приемника излучения в направлении сканирования. Эту величину можно себе представить, рассматривая точечный источник тепловой энергии на пути сканирования пространства приемником излучения. Время между моментами, когда передний и задний края чувствительного элемента приемника пересекают этот точечный источник при сканировании, равно т„. Если угловая скорость сканирования в пространстве объектов постоянна, то величина т„будет постоянна по всему полю зрения; в противном случае она будет разной в различных точках поля зрения. Например, если сканирование линейно, то система с одпоэлементпым приемником излучения, с коэффициентом использования развертки, равным единице, и с соприкасающимися строками сканирования будет характеризоваться постоянной величиной та —— = ар/АВР.

Если коэффициент использования развертки отличен от единицы, то величина та будет равна нбч,„ та = АВе" (1.3) Это иллюстрируется схемой, представленной на фиг. 1.6. В последующих главах этой книги анализируется процесс получения теплового изображения в соответствии со схемой фиг. $Л и рассматривается дальнейшее развитие простых систем, упомянутых выше. Состояние элементной базы меняется так быстро, что подробное обсуждение, из каких элементов состоят отдельные компоненты систем, не имеет смысла. Цель данной книги заключается скорее в том, чтобы дать такое введение в предмет, что неискушенный читатель мог бы без затруднения отвечать иа простые вопросы типа ГЛАВА ! «чем определяется поле зрения?» или «зачем нужно восстановление постоянной составляющей?». Сведения о приемниках излучения, системах охлаждения для них и индикаторных устройствах можно получить в проспектах фирм, поэтому мы сосредоточим внимание на таких аспектах получения теплового изображения, которые не охватываются книгами по оптике, сканирующим устройствам и анализу систем.

1.4. Источники информации по вопросам тепловидения Большая часть литературы по системам тепловидения относится к разработкам военного назначения и является секретной или имеет другие грифы, ограничивающие к ней доступ. Статьи в открытой литературе по вопросам теплового изображения, физиологии зрительного восприятия, в том числе вооруженным глазом, обычно содержатся в следующих журналах: 1оигпа1 о1 !Ье Ор!!са1 Яос!е»у о1 Ашег!са; Арр1!ед ОрИсз; Ор!!са Ас!а; Ргосее«[!Ляз о1 !Ье 1пз!!!н!е о1 Е1ес!Нса1 апй Е1ес!Гоп!с Евййпеегз (1ЕЕЕ); 1ЕЕЕ Зоигпа1 о1 Оиап!пш Е1ес!гоп1сз; 1ЕЕЕ Тгапзас»!опз оп Е1ес!гоп Пег!сез; 1онгпа! о1 !Ье Яос!е!у о1 Мо!!оп Р!с!пге ап«[ Те1еч!з!оп Епя!Леегз; Нншап Рас!огз; РЬо!оягарЬ!с Яс!енсе ап«[ Епй!пеег!Лд; »'!з!оп ВезеагсЬ; Оптико-механическая промышленность (советский журнал); Ач!аПоп %еей апб Брасе ТесЬпо1ояу; 1Л1гагед РЬуз!сз; Ор!!са1 Брессга; ОрПса1 Епй!Леег!Лб и Е1ес!го-ОрИса1 Яуз!еш 1)ез!кп.

Сведения по основным вопросам инфракрасной техники можно найти в монографиях Хадсона [3), Джемисона и др. [4), Вольфа [5), Круза и др. [6), Хадни [7), Брамсона [8), Смита и др. [9], а также Хольтера и др. !10!. 1.5. Пример системы Для ясности в последующих главах будет использован пример определенной системы, чтобы проиллюстрировать применение основных выводов теоретического рассмотрения. Это чисто гипотетический прибор, относящийся к типу систем, получивших наибольшее развитие и применение,— Р11В со схемой сканирования в параллельном ходе лучей и возможностью замены телескопической оптики в зависимости от применения.

Этот тип Р1,1В описан в патентах Дели и др. [11) под названием «Универсальный прибор наблюдения» и Лакмана [12) под названием «Система тепловндення». Для нашего примера мы предположим, что система Р1,1В работает в спектральном диапазоне 8 — 12 мкм, имеет поле зрения с отношением сторон 4: 3 и сканирование с частотой 30 кадров в секунду и 60 полей в секунду. Основные функциональные компоненты системы показаны на фиг. 1.7. Мы не будем уточнять тип Внедвнне 31 йгламуаемоя уиаррамна приемнина получения гзмумиел»нмй лемемп мноа«- зоаимммого синана иялученим оэ»е«мио приемнина иону«ения Телеснопичесная сисмема Гнанирумщее устройозос Фиг.

1.7. Основные функциональные компоненты системы. телескопической системы, сканирующего устройства, объектива приемника, числа и расположения его фоточувствительных элементов и размера охлаждаемой диафрагмы. Определим только минимум необходимых параметров: размер фоточувствительного элемента а = Ь = 0,05 мм; фокусное расстояние объектива приемника То = 50 мм; световой диаметр объектива приемника Ро — — 20 мм; число строк сканирования 300; число элементов в строке 400; кратность чересстрочной развертки 2: 1. Эти параметры в дальнейшем будут дополнены размером поля зрения 400 )( 300 мрад (22,9 )( 17,2') и угловым размером фоточувствительного элемента 1 )( 1 мрад для типичной сканирующей системы и объектива приемника без телескопа.

В последующих главах мы будем по мере необходимости конкретизировать расположение фоточувствительных элементов приемника, тип телескопа и сканирующего механизма, схему обработки сигнала и рассматривать их взаимосвязь. ЛИТЕРАТУРА 1. %огшзег Е. Ы., 8епыпз !Ье 1пч!з!Ые»рог!6, Арр!. Орг., 1, 1667 — 1685 (1968). 2. М!11ег В., РЬ)К Оз1п!пх %!йег 8егч!се Ассер!зпсе, А Ыаноп Игее)г опй Юрасе Тесапо!оуу, 42 — 49 (1973); Сое! Кейнс!Ыпз Кеу !о ИгЫег РЫК Нзе, А и'А ЯТ, 48 — 53 (1973).

3. Хадсон Р., Инфракрасные системы, изд-во аМир», М., 1972. 4. Джемисон Дж. 9. и др., Физике и техника инфракрасного излучения, изд-во «Советское радио», М., 1965. 5. %о)!е %. Ь., Ей., НапдЬоой о1М11пагу 1п1гзгед ТесЬпо1оху, 8прегшгепдеп! о1 1)оспшеп!з, (). 8. Оотегпшеп! Ргш!ш8 ОН!се, 1965. 6. Круз П., Мзкглоулин Л., Мзкквистзн Р., Основы инфракрасной техники, Воениздат, М., 1964.

32 ГЛАВА ! 7. Найп! А., Еввепг!а1в о1 Мойегп РЬув!св Арр1!ей !о !Ье Я!пйу о1 !Ье 1п1гагей, Регяашоп, Х. г., 1967. 8. Браксон М. А., Инфракрасное излучение нагретых тел, изд-во еНаукаэ, М., 1964. 9. Смит Р. Джонс Ф., Чесмер Р., Обнаружение и измерение инфракрасного язлучення, ИЛ, М., 1959. 10.

Но1!егМ. В., Нпйе!шап Я., Яп!1в б. Н.,%о!1е%. Ь., Е!вв!в0. Ю., Ршк1ашеп!а!в о1 1ВНагей ТесЬпо!оЯу, МасМ!11ап, 1962. 11. !7а!у Р. 1. ет а1., 17п!!ей Я!а!ев Ра!еп! № 3760181, 17п!гесса! У!еюег 1ог Раг 1п1гагей, 1973. 12. ЬааЬшапп Р., УВНей Я!алев Равен! № 3723642, ТЬегша! 1шаЯ!пЯ Був!еш, 1971. Глава 2 Теория теплового излучения и прохождение излучения через атмосферу 2.1.