Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Этот пример показывает, что МПФ относительно нечувствительна к расфокусировке. Система с фокусным расстоянием 50 мм и разрешением 1 мрад становится системой с разрешением порядка 2 мрад при кружке рассеяния за счет расфокусировки 2,54 прад и с линейной расфокусировкой 0,8 мм. 252 ГЛАВА « 6ЛЗ. Отражения от холодных поверхностей В системе тепловидения с линзовой оптикой и охлаждаемыми приемниками иалучения возможны дефекты изображения из-за обратного отражения от холодных поверхностей на приемник.
Явление, заключающееся в том, что элементы приемника «чувствуютэ собственные холодные поверхности на фоне более теплого окружения, называется эффектом Нарцисса. Эффект Нарцисса возникает при сканировании всякий раз, когда часть холодной чувствительной поверхности приемника, находящаяся в фокальной плоскости, отражается от какого-нибудь оптического элемента так, что стран«энное изобрая«ение вновь попадает в фокальную плоскость на линейку чувствительных элементов приемника.
в то время как в других точках по линии сканирования на приемник попадает более теплый фон. Два обычных примера — возникновение эффекта Нарцисса в результате отражений от плоской поверхности окна или от вогнутой обращенной к приемнику поверхности линзы. В качестве простого примера рассмотрим случай, изображенный на фиг. 6.41, когда в сканирующем устройстве в сходящемся пучке используется собирающий мениск. На нижней части фигуры показано эквивалентное сканированию перемещение приемника, когда расфокусировка за счет сканирования пренебрежимо мала. Хотя проблемы, возникающие в связи с эффектом Нарцисса. далеко не просты, мы рассмотрим эту систему в качестве примера, иллюстрирующего существенные стороны проблемы. Пусть ~— фокусное расстояние объектива, а и Ь вЂ” линейные размеры чувствительной поверхности приемника, находящейся в фокальной плоскости, причем низкую температуру приемника обозначим Т,, а более высокую температуру окружения Т„.
Рассмотрим наихудший возможный случай, когда радиус кривизны внутренней поверхности линзы Я«равен ее фокусному расстоянию 1. Тогда, если тыльная поверхность линзы имеет коэффициент отражения г, она действует как зеркало с фокусным расстоянием Я«/2. В этом случае по законам геометрической оптики некоторая точка в фокальной плоскости изображается за счет отражения в другой точке фокальной плоскости, как показано на фиг. 6.42.
Это не реальный случай, однако его полезно рассмотреть, прежде чем приступить к изучению практических примеров. Схема перемещения приемника, эквивалентного сканированию, на фиг. 6.41 показывает, что приемник будет визировать более теплое окружение на краях линии сканирования и собственное холодное отражение в центральной части этой линии. Отражения от поверхности линзы приводят к тому, что приемник воспринимает не только излучение картины, но и меняющееся при сканировании излучение фокальной плоскости. 253 оптика l и Ъ Фиг. 6.4(.
Зеркальная сканирующая система е сходящемся пучке лучей (о) и еквивалентное сканированию перемещение приемника (б). 1 — приемник получения; Л вЂ” холоппый участок сопелькой плоскости; Š— частично отражающая поверхность. аб~ажениа Фнг. 6.42. Схема, иллюстрирующая аффект Нарцисса. ВВ4 ГЛАВА Е Фяг. 6.43. Эффект Нарцисса на экране индикатора. И А(Те) еяьт )е (е е — 1) (6 128) И,(Т„) = (6 129) ),е (е ~е — 1) Если предположить, что зти поверхности излучают по закону Ламберта, спектральный поток, который попадет на приемник от холодной и теплой поверхностей соответственно, составит Р (Т)= ИХ(т) л е аЬ Л =- ( Ие(У) 1 (6ЛЗО) л 4лее нее е 1 4яе ) ' Р„(Т„) = †г ( ' , ) (6 131) Разность этих величин йРА равна аЬРе ЬРх=г, [И'А(Т~) — И'х(Т.)) Полная интегральная разность ЬР в пределах диапазона длин волн Մ— Хе в предположении, что отрахеательная способность в пределах этого диапазона постоянна, равна ).е (е 'е 1) ).е (е е — 1) (6.132) Поскольку усиливается переменная составляющая сигналов приемника излучения, большая разность между излучением холодной фокальной плоскости и более теплым окружением будет накладываться на видеосигнал картины, так что на акране индикатора будут видны картина и темное изображение фокальной плоскости.
Типичный вид этого явления показан на фиг. 6.43, причем форма пятна, обусловленного эффектом Нарцисса, зависит от формы аллан<денной поверхности в фокальной плоскости и степени расфокусировки. Величину этого отрицательного сигнала можно определить следующим образом. Поверхностная плотность потока излучения холодной поверхности с температурой Т, и теплой поверхности с температурой Т„определяется фор- мулами оптика 255 Эо л ( Фнт. 6.44. Е расчету потока излучения.
гг ппг 4ьд дт (6.134) В случае малых разностей температур ЛТ, изменение в воспринимаемой плотности потока будет равно гг бР.= 4 ЬТ.сгр~.Т7' ~ ', ' ~А (6.135) ы Наконец, можно взять отношение ЬР к сгР, И' (адСйг) иг Ляг ЛТ, сфтстдсг сг сг сг ),! Х дй'г ~Т;~ др т! Для случая простой линзы Л', = (г, а(г/Лг = сер и Т) = В,. Чтобы привести пример расчета, примем, что Т„= Т, = 300 К, Т, = 77 К и что рабочий диапазон длин волн 8 — 14 мкм.
Тогда второй член в квадратных скобках в числителе становится пре- (6Н36) Чтобы определить, насколько допустим такой сигнал, нужно сравнить его с разностью плотностей потока, соответствующей типичной воспринимаемой картине. Согласно фнг. 6.44, где показан телесный угол, в пределах которого приемник воспринимает излучение объекта, изменения в получаемом потоке с изменением температуры картины Т, будут описываться выражением 256 ГЛАВА 8 небрежимо малым по сравнению 14 ЛР г 8 ЛТ . с первым, и, следовательно, дЛ 48~8 в В (6.137) 14 дигх (Тв1 дТв 8 Интегралы в числителе и знаменателе равны соответственно 1,72 10 ' и 2,62 10 4 Вт/смз.
Таким образом, принимая коэффициент пропускания линзы равным единице, получаем — = 66(Т~ЬТ,). ЛРв Если ЛТррр и ЬТ,88 системы таковы, что с ее помощью можно обнаружить протяженный объект с ЛТ, ж 0,01 вС и более, и если минимально воаможный коэффициент отражения с учетом просветления поверхности линзы равен 0,01, то блик от холодной поверхности будет превышать ЬТррр в 66 раз.
Проведенный выше расчет соответствует наихудшему случаю, когда центр кривизны поверхности линзы расположен в фокальной плоскости. На практике, однако, поверхности линз обычно таковы, что обратное отражение расфокусировано. В общем случае для вогнутой поверхности одиночной линзы приемника где вт — радиус кривизны, а )7 — диаметр поверхности линзы. Для случая рассматриваемой в примере линзы приемника Я=448=8501 мм, 1)=П,=20 мм и 1=50 мм.
Тогда ЬР! / 50 20 42 г 23г ЛР, 85,01 20 г' твлгв твЛТв Если г = 0,01 и тв = 1, то ЛР 0,23 ЛР, ЛТ, что дает неприемлемый уровень эффекта Нарцисса. Так как холодный сигнал отрицателен по отношению к среднему уровню сигнала картины и так как этот средний уровень соответствует низкому уровню яркости на индикаторе, холодный сигнал на индикаторе обычно выглядит черным. В практических случаях аффект Нарцисса может возникать вследствие отражения от входных окон, от деталей корпуса приемника излучения, от элементов сканирующей системы и от поверхностей лина, расположенных в различных частях системы.
В целом приведенный ОПТИКА 257 выше вывод дает удовлетворительные результаты при оценке эффекта Нарцисса, если правильно принимается в расчет величина и геометрия стран«ения и пропускания излучения в системе. Для уменьшения стран«ения от холодной поверхности до приемлемого уровня следует принимать следующие меры: 1. Уменьшать эффективную излучающую площадь холодной фокальной поверхности с помощью теплых экранов.
2. Уменьшать отражение поверхностей линз, применяя высокоэффективные просветляющие покрытия. 3. Расфокусировать отрахгенное по направлению к приемнику излучение холодных поверхностей, проектируя оптическую систему, не содержащую конфокальных поверхностей. 4. Наклонять все плоские окна. 5. Если этих мер недостаточно, рекомендуется компенсировать сигнал с помощью нагретого источника или электронных средств в видеоканале. Однако первых четырех способов обычно бывает достаточно для устранения эффекта Нарцисса. ЛИТЕРАТУРА 1.
К!е!п М. Ч., Ор«1св, байеу, 1970. 2. ЧраИея 8., Норйдпя В. Е., ТЬе Оиеп!а!1оп о1 !Ье 1ша8е Росшей Ьу а Земев о1 Р!апе М1ггогв, А рр!. Орк, 3, 1447 — 1452 (1964). 3. Борн М., Вольф Э., Основы оптики, иэд-во «Наука», 1970. 4. Нег!»Ьег8ег М., Ба!хЬег8 С. В., Ве1гаспче 1пй1сев о1 1п(гагей Ор!1са! Ма!ег)а1» апй Со1ог Соггесыоп о1 1п1гагей Ьепвев, «ОБА, 52, 420 — 427 (1962). 5. Норйдпв Н. Н., ТЬе Ргечпепсу Вевропяе о( а Ое1оспяей Орпса! Буягеш, Рсос. Воу. Юос., 231, 91 — 103 (1955).
6. Ьеч1 Ь., Апя!1п8 В. Н., ТаЫев о1 !Ье Мойп1аиоп ТгапМег Рппс«1оп о1 а Ое1оспвей Рег1ес! 1,епя, Арр!. Орг., 7, 967 — 974 (1968). 7. )аш!евоп Т. Н., Хоош Ьепвея (ог !Ье 8 го 13 р )ЧачеЬапй, Орпса! Асга, 18, 17 — 30 (1971). 8. Н(!!оп А. В., НопохЫе СЬа!созеп!йе О1авяев ав 1п(гатей Ор!ка1 Ма!ег(а1в, А рр!. Ор»., 5, 1877 — 1882 (1966). 9. НИ!оп А. В., топе» С.
Е., ТЬе ТЬегша! СЬапде 1п !Ье )Чопй(врет»1«е 1п(гатей Вейас!!че !пйех о1 Орг!оа1 Ма!епа!я, Арр!. Орг., 6, 1513 — 1517 (1967). 10. НИ!оп А. В., топе» С. Е., Вгап М., )Че»ч Н18Ь Тешрега!пге 1п(гатей Тгапяппи!пх 6!аваев — 1Н, уи(сагой Рьуис«, 6, 183 — 194 (1966). 11. Эа!хЬег8 С. 1)., ЧИ!а 7. 7., 1п(гагей Ве1гас!1че !пйехев о1 8(Исоп, Оегшапппп, апй Мойнбей Эе!епшш О!авв, оОЯА, 47, 244 — 246 (1957). 12. НИ!оп А. В., 1п1гагей Тгапвш1гыпх Ма!егга1в, о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
