Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977), страница 5

д., осуществляющие необходимые логические операции. В простейшем случае операция выделения сигнала из шума заключается в частотном анализе смеси сигнала и шума с помощью узкополосных электрических фильтров, а операция обработки сигнала— в его детектировании. Однако обычно требуются более сложные решения. йля регистрации обработанного сигнала применяются различные визуальные, звуковые, фотографические, осциллографические индикаторы и автоматические системы. 18 ч-аким образом, обобщенная схема электрической части тракта „ „ электронного прибора может быть представлена в виде, оптик изо Р б,зжениом на рис.

5. В каждом конкретном случае структурная Схема дыдепееип иадиидитхи сигнала Схеми иегиатпииции сигнала Входнж цепь приемеик излу~ееия р,к. 5. Обобщенкак схема электрической части тракта оптико-алек- трониото арибора хема электрической части оптико-электронного прибора может уличаться от обобщенной схемы, а функции ее отдельных элементов могут быть совмещены и видоизменены.

$ 4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ Количественную оценку свойств и эффективности применения оптико-электронного прибора в том или ином практическом случае можно произвести с помощью ряда основных характеристик. Порогом чувстпвитпельности называют наименьший поток излучения или наименьшую освещенность, при действии которых иа входной зрачок оптической системы прибора обеспечиваются заданные вероятность обнаружения цели, точность слежения за целью или точность воспроизведения изображения цели.

Иногда для оптико-электронных приборов, создающих изображение в инфракрасной области спектра (тепловизоров), более удобно выражать порог чувствительности разностью температур двух абсолютно черных тел, при которой наблюдается их различие. В свою очередь заданным вероятности обнаружения, точности слежения и точности воспроизведения соответствуют предельные величины отношения сигнала к шуму и, следовательно, поРогу чувствительности соответствует сигнал, величина которого превышает уровень шума в заданное число раз.

Если поток излучения определенной величины создает сигнал, равный шуму, эту величину принято называть эквивалентной мошностью шума (амш1. Несмотря на кажущуюся простоту, очевидность и физическую ясност более сность приведенного определения порога чувствительности при Э лее внимательном рассмотрении оно оказывается недостаточно строгим. требующим дополнительных разъяснений. В частности„ возникают следующие вопросы. Как выражать порог чувствительности, учитывая, что одно става ока излучения Рази зывает на оптико электронныи прибор разное деиствие~ Как К к Учитывать форму сигнала и характеристики шума при Рассчете их отношениями Как установить количественную связь между отношением сигнала к шуму и такими показателями качества работы прибора, как вероятность обнаружения, точность слежения и точность воспроизведения? Ответы на эти вопросы будут рассмотрены в ходе дальнейшего изложения.

Порог чувствительности оптико-электронного прибора определяет его дальность действия при заданных условиях обнаружения, т. е. заданных характеристиках источника излучения и промежуточной среды, причем под дальностью действия понимают то наибольшее расстояние до излучающего объекта, при котором поток излучения от него, падающий на входной зрачок прибора, соответствует порогу чувствительности. В последнее время термин «порог чувствительности» (пороговый поток) все чаще заменяется термином «обнаружительная способность» (де1есЙвйу), что связано с широким распространением этого термина, введенного К. Джонсом для описания свойств приемников излучения.

Обнаружительная способность обратно пропорциональна порогу чувствительности. Поле обзора — пространственный угол с вершиной в центре входного отверстия оптической системы, в пределах которого объект наблюдения (цель) может быть обнаружен прибором. При симметричном поле обзора оно может выражаться значением линейного угла раствора соответствующего пространственного угла, однако большей частью поле обзора задается в виде произведения значений линейного угла в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (горизонтальной и вертикальной, по азимуту и углу места, азимуту и тангажу и т.

п.). Величина поля обзора оптической системы зависит от требований к прибору и может быть различной. Например, поле обзора тепловизора, предназначенного для контроля теплового режима крупной промышленной установки, составляет 30 Х 30', в то время как тепловизор-микроскоп для исследования распределения температур микросхем может иметь поле обзора 30х30'. Время обзора — время осмотра поля обзора может быть различным, но обычно оно находится в пределах 0,05 с — 10 мин.

Иногда задается не время обзора, а число кадров, осматриваемых в единицу времени, либо обратный этому числу период обновления информации. Поле зрения (мгновенное поле зрения) — пространственный угол с вершиной в центре входного отверстия оптической системы, в пределах которого обьект наблюдения (цель) может быть обнаружен прибором в данный момент времени (при отсутствии сканирования). Поле зрения сканирующей системы является частью поля обзора, и его величина определяется размерами диафрагмы поля и фокусного расстояния объектива.

Для простой (энергетической) несканирующей системы поле зрения и поле обзора совпадают. ,~д,отои(ая способность обычно характеризуется наимень ,глом между двумя точечными источниками излучения, ко шим у" ые могут быть раздельно обнаружены прибором. Разрешающая и бность может также выражаться числом линий, приходяспосо шихся я иа единицу угла или на все полеобзора(навею«картинку»), которь Рые можно различить на выходном индикаторе прибора. уличность можно характеризовать среднеквадратическим значение ,вием ошибки, с которой можно измерить заданный параметр (дальность, угловые координаты и т п.) при определенных условиях наблюдения (движение, помехи и т.

д.). Существует еще большее число всевозможных характеристик работы оптико-электронного прибора, но онн являются либо производными от перечисленных, либо используются достаточно редко. э б. СИСТЕМЫ ОБЗОРА И АНАЛИЗА ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ (ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ) Объект наблюдения (цель) н окружающий его фон образуют пространственное поле излучения„характеристики которого могут изменяться во времени. Для обнаружения объекта наблюдепия необходимо осуществлять обзор и анализ поля излучения.

Рис. 6. Классификации систем обзора и анализа поля излучения Обзор поля излучения может осуществляться либо путем одновременной регистрации потоков излучения, исходящих от каждого элемента поля обзора (несканирующие системы или системы одновременного восприятия), либо путем последовательной регистрации этих потоков за счет пространственной развертки (ска""Рование или последовательное восприятие). Анализ поля излучения осуществляется как втечение, так и по ~~ончании обзора с помощью оптических и электронных устройств "ли человеком и имеет цель ответить на вопросы о наличии интере.

су нь|х у""4его объекта наблюдения в поле обзора и его ориентировоч- координатах (задачи обнаружения), о принадлежности наблюдаемого объекта к тому или иному классу объектов (задача опознавания), об энергетических характеристиках, геометрических размерах, форме и точном положении объекта наблюдения в пространстве в течение заданного времени (задачи измерения и сопровождения). В соответствии с этим системы обзора могут быть разделены на следующие основные типы: несканирующие простейшего типа (энергетические); несканирующие, создающие изображение; сканирующие узким полем зрения; сканирующие с растровыми анализаторами; мозаичные или многоэлементные; комбинированные (рис. 6).

Кроме того, различают два типа сканирующих систем с узким полем зрения — системы, в которых сканирование и анализ поля излучения осуществляются в пространстве предметов, и системы со сканированием в пространстве изображений. э 6. НЕСНАНИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ ОБЗОРА И АНАЛИЗА ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРОСТЕЙШЕГО ТИПА (ЭНЕРГЕТИЧЕСНИЕ) Наиболее простым устройством для обзора поля излучения является система, состоящая из объектива и одного неподвижного приемника (рис. 7), зеркальный (а) или линзовый (б) объектив которого служит только для увеличения потока излучения, попадающего па приемник.

Такие системы способны регистриро- Рнс. 7. Схемы систем обзора простейшего (зиергетического) тина: а — зеркаль- 4 ные б — линзовые Э вать общую величину и изменения во времени потока излучения, распространяющегося внутри поля обзора. Они отличаются от других несканирующих систем только тем, что одновременная регистрация потока излучения не сопровождается здесь анализом излучения отдельных элементов поля обзора, т. е. поле обзора «р и поле зрения б совпадают. Эти системы находят применение в простейших радиометрах, радиационных пирометрах, а также в приборах сигнализации и связи.

22 э 7. НЕСКАНИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ, СОЗДАЮЩИЕ ИЗОБР А)КЕНИЕ Более сложные несканирующие системы состоят из широкольного объектива, создающего изображение в интересующей „гблюдателя области спектра, и приемника излучения, реги- рирующего и преобразующего изображение в вид, удобный для наблюдения и последующего анализа. Классификация несканирующих систем, создающих изобра,кение, приведена на рис. 8. К системам обзора, создающим изображение без сканировании, естественно в первую очередь отнести системы с фотографачеекой пластинкой и электронно-оптическим преобразователем Рис. 8. Клнссифиинции иесиииирующих систем, создающих изображение изображения, которые чувствительны к излучению с длинами волн до 0,8 — -1,2 мкм. За исключением сильно нагретых тел фотографируемые объекты облучаются посторонним источником и изображаются только в отраженном излучении.

С помощью электронно-оптического преобразователя и фотопластинки не могут быть зарегистрированы излучения слабонагретых тел. Предел, ниже которого нагретые тела не испускают инфракрасного излучения в количестве, достаточном для воздействия па современные эмульсии, находится приблизительно при 250 С. Напомним, что глаз человека при достаточной адаптации в полной темноте может различить тело, нагретое до температуры 420' С. Тела, имеющие более низкую температуру, совершенно невидимы. Способностью, подобно фотопластинке, аккумулировать излучение обладает ээапорограф — типичный представитель преобразователей теплового изображения.