Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Ьег! 1,, Арр!!ей Орг!св, Ц7!!еу, 1968. 2. Согол 1., Квох 1. 1)., Соейвгг!вг Р. г'., А Те!ег!в!ов-Васе Ьавег Ясвввег. 1. Свпегв! Савв!йога!!оп, ВСА Лео., ЗЗ, 623 — 666 (1972). 3. Е!вйЬвг6 Р. 1., А Рпвш 1йпе-Ясввввг 1ог Н!ЯЬ Яреей ТЬегпюягврЬу, Ориеа Асса, 15, 305 — 316 (1966). 4. Куликовская Н. И., Гальперин Л. А., Курышева В.
М., Оптические характеристики сканирующих систем тепловизоров, Оптнко-леканинеекан промышленность, 37, № 10, 21 — 23 (1970). 5. 1ввРАвв Р. А., ЪУЬ!се Н. Е. Рввйагвеисв1в о1 Орс!св, МсСгвт-Н!И, 1957. 6. ЯшНЬ Чс. 1., Мойегп Ормсв! ЕвЯ!аевг!вл, МССганг-Н!!1, 1966. 7. Фвййв!! 1. Й., Васа!!п6 Рг!вш Овв!Яп 1ог Соя!шаспо !гвале Согаревоамоп Свшегао, Аррпей Орыее, 5, 1211 — 1223 (1966).
8. ВовеВ Р. А., Рг!вш Ясаавег, оОЯА, 50, 521 — 526 (1иие 1960). 9. Всо11в %. Ь., ей., НвпйЬоо!с о1М!Н!агу 1п(гвгвй ТесЬпо1обу, !)ЯСРО, 1965. !9а Глава 8 Типы тепловизионных систем 8.1. Введение Секретный характер большинства разработок систем тепло- видения не позволяет широко обсуждать характеристики систем в открытой литературе. Немногочисленные публикации на эту тему относятся к термографической аппаратуре [1 — 7!, системам гЫВ для гражданского применения [8, 91 и для применения в в военных целях [10 — 121.
Кратко рассмотренная в гл. 1 система с одноэлементным приемником излучения является простейшей. Однако фундаментальные ограничения или современное состояние технологии иаготовления приемников излучения могут не позволить создать систему такого типа с достаточной тепловой чувствительностью, и для повышения отношения сигнала к шуму на кадр и на элемент разрешения приходится увеличивать число чувствительных элементов. При этом можно сохранить вид растра таким же, как для одно- элементного приемника, и вытянуть линейку чувствительных элементов горизонтально [в направлении сканирования), илн применить одномерное сканирование, располагая линейку вертикально, или, наконец, скомбинировать оба способа.
Некоторые воаможные схемы показаны на фиг. 8.1. При увеличении числа чувствительных элементов приемника для каждого элемента требуется как минимум свой предусилитель, так что повышение чувствительности сопровождается увеличением сложности системы. Чтобы не слишком усложнить систему, можно применить метод последовательной обработки сигнала или коммутирование каналов, причем в обоих случаях п-канальное устройство сводится к системе с одним видеоканалом. Обычные системы тепловидения отличаются друг от друга по двум принципиальным признакам: способу разложения картины и способу обработки предварительно усиленных сигналов приемника излучения для получения изображения.
Отличия в оптике, сканирующих устройствах, системах охлаждения и индикаторах не имеют фундаментального значения, если указанные части системы отвечают минимуму предъявляемых требований. Например, типы тепловизионных систем 293 П ППО ОООПП ООООО О ОООО ООООО ОООПО О О П О О бгиг. 8Д. Возможные способы использования дискретных фотопрггеыных струнтур. а — однозлемегниый приемник излучения, сканирующий медленно по вертикаля и быстро по горизонтали; б — последовательная линейка чувствительных элементов, сканирующая медленно по вертикали и быстро по горизонтали; г — параллельная линейка чувствительных ваемеитов, сканирующая медленно по горизонтали и с чересстрочной разверткой по вертикали; г — двумерная моааяка чувствительных алемевтов без сканирования.
выбор системы охлаждения, работающей по циклу Стирлинга или циклу Виллюмье, может повлиять на стоимость, вес или надежность систем тепловидения в целом, но не дает оснований относить их к системам разного класса. Изменения же в типе сканирования или обработки сигнала, как мы увидим ниже, могут радикально изменить функционирование системы.
8.2. Последовательное и параллельное разложение картины В дополнение к разделению сканирующих устройств на устройства со сканированием в параллельном и сходящемся пучках и на устройства с одномерным и двумерным сканированием можно разделить их на устройства с параллельным и последовательным разложением картины и соответствующей обработкой сигнала приемника. Различие между этими двумя типами сканирования показано на фиг. 8.2. При параллельном разложении картины чувствительные элементы приемника ориентированы перпендинулярно линии сканирования, как, например, в линейке чувствительных элементов приемника, используемых в системах с азимутальным сканированием. Выходные сигналы всех чувствительных элементов усиливаются, обрабатываются и подаются на индикатор одновременно, т.
е. параллельно. При последовательном разложении картины ПЗ] линейка чувствительных элементов ориентирована параллельно линии сканирования и каждая точка изо- ГЛАВА 8 -г Наиравеение сланиробмия Наиродяеиие ~адержни Ниородиение енининнияоя Фиг. 8.2. Последовательное (а) и параллельное (б) сканирование. 1 — усялитель; Š— линия задержки; и — предусялители; 4 — чувствительные влементы приемника излучения; и — светодиоды.
бражения сканируется всеми чувствительными элементами. Выходные сигналы элементов поступают в линию задержки и сумлуируются на выходе, при этом можно использовать сумму как единый сигнал (как это делается при использовании одноэлементного приемника), а можно направлять сигналы друг за другом на аналогичную линейку сканирующих индикаторных элементов. Один тип сканирования может оказаться более выгодным, чем другой, в зависимости от таких факторов, как допустимые габаритные размеры приемного устройства, потребление мощности и соотношение эффективности характеристик системы и ее стоимости.
Основное преимущество параллельной обработки сигнала заключается в том. что можно создать весьма компактные приемные устройства узкого назначения, используя сканирование в сходящекуся пучке как для приемных, так и для индикаторных элементов с помощью одного зеркала. Это преимущество может быть утрачено при использовании системы общего назначения со сканированием в параллельном пучке. Основной недостаток параллельной обработки сигналов заключается в том, что разброс по обнаружительной способности Пе и чувствительности элементов приемника в линейке приводит к неравномерности изображения. Кроме того, прохождение по переменной составляющей паразитных сигналов, обусловленных различными значениями средней яркости участков картины, и их попадание на разные 295 ТИПЫ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ раруюи~ая еау«е еи ар»ение | ер»ии григ.
8.3. Применение интегрирующей линии задержки при последователь- нои сканировании. чувствительные элементы приемника излучения также вызывают неравномерность изображения. Основные преимущества последовательного сканирования заключаются в том, что упомянутые выше неравномерности устраняются, поскольку разложение картины осуществляется на самом деле как бы одним чувствительным элементом и требуемое число чувствительных элементов диктуется не числом линий сканирования, как в системах с параллельным сканированием, а требуемой чувствительностью системы.
Основной недостаток последовательного сканирования заключается в том, что приходится использовать сканирование в параллельном пучке, в результате чего оптическая система получается более сложной и громоздкой. Вид выражения для отношения сигнала к шуму системы Р11В с последовательным сканированием довольно трудно себе представить.
Приводимый ниже вывод выражений для эффективной обнаружительной способности Р* и отношения сигнала к шуму такой системы покааывает, как в этом случае улучшаются характеристики, несмотря на неравномерность обнаружительной способности Р* и чувствительности. Интегрирующая линия задержки (фиг. 8.3) линейно суммирует сигналы чувствительных элементов приемника и извлекает корень квадратный из суммы квадратичных значений шумов. Эффективная обнаружительная способность Р* и аффективное отношение сигнала к шуму «эквивалентного» одноэлементного приемника определяются комбинациями характеристик отдельных чувствительных элементов.
Характеристики могут быть оптимизированы соответствующим выбором коэффициентов усиления каналов, ведущих в линию задержки. Делается это следующим обрааом. 296 ГЛАВА З Допустим, что на каждый чувствительный элемент падает одинаковый поток излучения Р и что имеется н чувствительных элементов приемника с чувствительностью )1! и обнаружительной способностью Р,*.. Сигнал Я! и шум Л'! на выходе будут равны соответственно Я! = РГ7!С! (8.1) )/Ада| В!6~ [ ! ! ра р.
! (8.2) и 8,=-Р ~ Л!а!, (8.3) (8.4) Отношение сигнала к шуму на выходе равно (8.5) Вводя относительный коэффициент усиления е! =бФ (8.6) при котором д! = 1, получим Р ~ Л!х! (8.7) где 6! — регулируемый коэффициент усиления предусилителей каждого канала.
Каждый выходной сигнал задерживается на время, соответствующее расстоянию от электрического центра каждого элемента до последнего элемента в линейке (фиг. 8.3). На выходе линии задержки создаются сигнал Ь', и шум Л'„относительно которых можно предположить, что они получаются на выходе одноэлементного приемника с обнаружительной способностью )7; и чувствительностью Л,. Сигнал и шум на выходе линии задержки описываются выражениями ТИПЫ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ 297 Можно максимизировать величину Я,/Л', соответствующим выбором относительных коэффициентов усиления до Для этого при определенном дь берется частная производная д (Я,/Л',)!деь, которая затем приравнивается нулю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
