Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 54
Текст из файла (страница 54)
изменение длины волны до 1 нм. У,НА 500 100 50 10 0,01 0,05 0,1 0,5 1,0 5,0 10,0 Э„лк Рис. б.11. Графики чувствительности видикона марки Х 7869 ~Россия) (1) и Н'ипатами ~Япония) ~3) О,1 0,5 1,0 1,5 2,0 Хгмкм Спектральная характеристика телекамеры зависит от материала ЧЭ ее оп-:::".:: 'гоэлсктронного преобразователя ~рис. б.12). Промышленно выпускают теле-, камеры, работающие в диапазоне видимого света, ультрафиолетовом, инфра- '':: КРаСНОМ И РептГСНОВСКОМ ДнганаЗОНВХ. рассмотрение принципОВ построе- ния телекамер начнем с передающих 5; НАгмкВТ 1000 Вакуумных электронноллучевых прибо- .,':;.':.
. г"'г ров (ЭЛП)в Отличительной Особенно- '..;г.' СТЬЮ КОТОРЫХ ЯВЛЯСТСЯ ИСПОЛЬЗОВаиис Н20 сфокусированного н алсктронньгй лус 1 2 потока электронов, взаимодействующе- .-: го с мишенью «фотокатодом) из свето-.:,.: чувствительного материала, на которую,,: проецируется изображение рабочей ''-' 1,0 сцены. Электронный луч формируется,'-' электропным прожектором, а его двн-- жение рсгулирусгся с помощью фоку-: сирующе-отклоняющей системы, реа- -," лизующей развертку луча по поверхно-:'; сти мишени. В зависимости от способа ..'. Рис б 12 Спек а ьн ., Съ ма сиг~ала Различают Дв Основных: стика видикона с мишенью иа Осно- гипа псРеда|ощих ЭЛП: без накоплениЯ '., ве РЬО ~1) и с мишенью из крем- заРЯда (диссектоРы) и с пакопленйем,'-; ния (2) заряда 1суперортиконы и видикопы). 6.3.
Даника изображения Диссектор обладает наивысшими среди всех передающих ЗЛП чувстви! тельностью и быстродействием. В так называемом режиме счета электронов возможна регистрация оптических сигналов от объектов, освещенность которых не превышает 10 лк (1 лк приблизительно соотвегствует освещенности от свечи, находящейся на расстоянии 1 м от приемника излучения). Принцип действия дисссктора основан на внешнем фотоэффекте. Благодаря отсутствию накопления электрического заряда на фотокатоде, а следовательно, смазывания изображения движущихся обьектов, диссектор называют еще трубкой мгновенного действия. Кроме того, его достоинством является возможность формирования различных траектории развертки.
К недостаткам диссектора можно отнести его сравнительно большие габаритные размеры. Суперортикон представляет собой высокочувствительный передающий ЭЛП с несколькими каскадами усиления, работающий по принципу накопления зарядов. Изображение переносится с фотокатода на двустороннюю мишень, считывается с нее и усиливается фотоэлектронным умножитслем. 4 Коэффициент усиления суперортикона достигает 10, что обеспечивает отношение сигнал/шум около 1ОО дБ при освещенности фотокатода 0,1 лк. Суперортиконы, как и диссекторы, способны работать практически в полной темноте. Их основные недостатки связаны со значительными размерами, малой контрастной чувствительностью и сравнительно невысоким диапазоном изменения освещенности.
В настоящее время суперортиконы используют во многих телевизионных системах. Самый распространенный вакуумный датчик изображения — видикон представляет собой малогабаритный псредающий ЭЛП с накоплением заряда, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте. Сейчас выпускают видиконы нескольких типов, отличающиеся характеристиками мишеа.-:' ни, системои фокусировки и отклонения луча и др. Более подробно эти датчики будут рассмотрены в 6.3.2.
В табл. 6.3 приведены типовые значения параметров вакуумных датчиков изображения. Другим направлением в разработке датчиков изображения является использование матриц светочувствительных элементов. Разрешающая способность таких датчиков определяется размером светочувствительного элемента и шагом и матрицы (расстоянием между отдельными элементами). Датчики изображения этого типа, называемые твердотельными телекамерами, разделяют на два основных класса: телекамеры с матрицами на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) и телекамеры с матрицами из фотоэлемен- тов (фотодиодов, фототрапзисторов или фоторсзисторов). Основпыс пара- метры матриц приведены в табл. 6.4. 1 Конструкпия диссектора разработана американским инженером Ф.
Фарнсуортом в 193 1 г. 2 Схема супсрортикона была предложена советским физиком Г. Браузе в 1938 г. Проект видикона был разработан в 1925 г. советским инженером А. Чернышевым, а первый промышленный прибор изготовлен в 1950 г. 6. Системы технического зреиин Таблица 6.3 Сравнительная характеристика вакуумных датчиков изображения ип оп- заряда Супср- ортнкон С накоплс- ннсм ~заряда То жс Таблица 6.4 Сравнительная харакгеристика матриц светочувствительных элементов 6.3.2. В иди коны Видикон представляет собой вакуумную колбу 1, в которой находится прожектор, светочувствительная мишень 9 и фокусирующе-отклоняющая система развертки луча (рис.
6.13). Мип1ень нанесена на торцевую поверхность колбы и содержит сигнальную пластину 10 — прозрачный электрод, имеющий вывод наружу. Каждый элемент мишени, материалом которой служат тонкие ~около 5 мкм) слои полупроводника ~аморфного сслена, трехсернистой сурьмы, оксида свинца, германия илн кремния)„изменяет свое сопротивление при внутреннем фотоэффекте. От толщины и свойств ма'гериала мишени зависят чувствительность, спектральная характеристика и инерционные параметры прибора. Работает видикон следующим образом.
Развертывающий электронный луч термокатода 2, ускоряясь анодами 5, проходит через сеточный анод 8 и достигает поверхности мишени 9. В.результате на внутренней поверхности мишени в некоторой ее.точке создается потенциал, близкий к потенциалу термокатода, а между ее противоположными поверхностями устанавливается разность потенциалов. После этого луч, толщина которого составляет 6.3. Датчики изображения около 30 мкм, освещает следующую точку мишени и т.
д. Если па мишень снаружи проецируется изображение, то проводимости у неодинаково освещенных участков слоя отличаются между собой, т. е. возникает рельеф проводимости, соответствующий рельефу яркости объекта. В течение некоторого промежутка времени, определяющего инерционность видикона, каждая из элементарных емкостей ~точек экрана) разряжается до определенного значения, зависящего от се освещенности, образуя потенциальный рельеф. Электронный луч при развертке доводит поверхность всех участков мишени до одинакового потенциала.
При этом, выравнивая потенциалы, он оставляет на более освещенных участках большее количество электронов. Таким образом, ток дозарядки элементарных емкостей несет в себе информацию о распределении освещенности на мишени. Протекая через сопротивление нагрузки Ян, он создаст напряжение видеосигнала. 20В Рвс. 6ЛЗ. Схема видикона: / — вакуумная колба; 2 — термокатод; 3 — модулятор; 4 — фокусирующая катушка; 5 — ускоряющие аноды; 6 — корректирующая катушка; 7 — отклоняющая катушка; 8 — сеточный анод; 9 — светочувствительная мишень: /Π— сигнальный электрод Формирование луча осуществляется прожектором, включающим в себя тсрмокатод 2, управляющий током модулятор 3 и аноды 5.
Анод 9 представляет собой мелкоструктурную сетку, находящуюся под напряжением, которое в 1,5 — 1,7 раза превышает напряжение анодов прожектора. Это обеспечивает перпендикулярное попадание луча в любую точку поверхности мишени. Развертка луча осуществляется фокусирующе-отклоняющей системой; состоящей из катушек 4, 6 и 7. В зависимости от способа фокусировки и отклонения луча выпускают видиконы с магнитным и электростатическим управлением (табл. 6.5).
Видиконы до настоящегО Времени широкО испОльзуют для получения высококачественных изображений. Их достоинства: высокая чувствительность и разп~сшающая способность, широкий температурный диапазон ~-80 ... +! 20 С), радиационная стойкость. К недостаткам видиконов необходимо отнести инерционность, значительные размеры и хрупкость.
$' 269 6. Системы технического зрения Тпблииа 6.5 Основные параметры промышленных видиконов 7 Молсль Материал, мишени = Т 1'е ' /соат лк Х,м мкА А мм ! ~ ЛИ-421 ~ БЬ.Яз 1/ 10 ! 0,10 ! 0,04, 0,4...0,75 ~ Магнит- ! Магнит- 26 1(Россия) ная ная ЛИ-426 ЯЬ„Зз 1 / 10 0,10 1 0,045 0,4...0„75 Электро- ~ » 26 (Россия) статическая ! ЛИ-439 Я1 1/ 1.2 1 ОЗО ! 0,024 0,4...1,1 Магнит- . » 26 1(Россия) ЛИ-465 Ссйе 1/ 2 ! 0,08 0,014 ' 0,4...0,8 Электро- Электро- 1 13,6 (Россия) .
! ~ ~ ~ статичс- ~ статиская . ческая 1ВКБ-102 ' '% ! О 7 / Нл ' О,!О ~ 0,005 ~ 0,3...1,5 ~ Н.л. ~ Н.д. ~ 12,7 П р н м е ч а н и е . Здесь /с -- уровень остаточного сигнала по истечении 40 мс после прекращения освещения мгнпсни (показатель ннерпионностн виаикона). В числителе — номинальная, а в знаменателе — максимальная.
б.З.З. Телекамеры на приборах с зарядовой связью Первые попытки использовать ПЗС в ка1сстве приемника изображения были предприняты в 1977 г„и к концу ХХ в. была создана .гвердотельная телекамера, почти по всем параметрам превосходившая вакуумные датчйки Улу ппить характеристики вндикона можно путем увеличения его коэффициента усиления и использования мишеней с малой постоянной времени. Появившийся в 60-х годах ХХ в.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
