Использование двух- и многодиапазонных оптико-электронных систем в науке, технике, народном хозяйстве

Однородность чувствительности МПИ, работающего в диапазоне 4,4…6,1 мкм, характеризуется вариациями порядка 1,22%, а при работе в диапазоне 8,85…14,6 мкм эти вариации увеличиваются до ±2,5% вокруг среднего значения. Поскольку из-за заметного темнового тока процент рабочих пикселов в длинноволновом ИК-диапазоне может снижаться до 80%, было предложено разделять пиксел размером 60 х 60 мкм2на четыре части (субпикселы), в каждой из которых вероятность наличия дефектов материала приемника гораздо меньше, чем во всем пикселе. Отбраковка только одного из четырех субпикселов позволяет увеличить процент работоспособных пикселов с 80% до 98%. Чувствительность у каждого из участвующих в съеме информации трех субпикселов ниже, чем у полного пиксела, однако эквивалентный шуму порог чувствительности на входе в режиме ограничения фоном увеличивается незначительно - на 13%.

Матричные МПИ в системах дистанционного зондирования могут использоваться не только в «смотрящем» режиме, т.е. для получения информации о наблюдаемой сцене в пространственных координатах x и y, но и в режиме сканирования по одной из этих координат. При этом вторая координата матричного МПИ используется для получения спектральной информации о сцене. Вдоль этой координаты с помощью диспергирующего элемента производится разложение интегрального излучения сцены в спектр.

Подобный принцип положен, например, в основу конструкции видеоспектрометра CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars), который предназначен для получения данных о поверхности Марса [132]. Прибор работает в видимом и ИК-диапазонах. Разделение на два спектральных канала потока, прошедшего щель монохроматора, осуществляется с помощью дихроичного светоделителя. В одном канале (0,38…1,05 мкм) используется матрица кремниевых фотодиодов формата 640 (пространственное разложение) х480 (разложение в спектр). Для получения узкополосных спектров с дисперсией 6,55 нм на один спектр используется 106 рядов МПИ. В диапазоне 0,98…3,96 мкм используется охлаждаемый до 110 К МПИ на базе КРТ того же формата 640х480 с охлаждаемой блендой. Здесь дисперсия составляет 6,63 нм на спектр. Общее число спектров равно 544. Корпус спектрометра охлаждается до температуры -90оС. Оптическая система и ФПУ помещены на стабилизированную платформу.

В отличие от распространенных на практике схем двухдиапазонных спектрометров, в которых излучение, собираемое объективом, с помощью спектроделителя распределяется на два канала, в каждом из которых имеются диспергирующий элемент и МПИ, в спектрометре, описанном в [92], используются только одна дифракционная решетка и один МПИ. Это уменьшает массу прибора и его энергопотребление, определяемое, во многом, системой охлаждения МПИ, что особенно важно для ОЭС, работающих в космосе. В этом спектрометре перекрывающиеся порядки дифракции, т.е. спектры в диапазонах 7…12 мкм (первый порядок) и 3,5…5,5 мкм (второй порядок), поступают на охлаждаемый до 77 К двухдиапазонный фотовольтаический МПИ на базе КРТ. Кроме того, были разработаны схемы, работающие в двух участках средневолнового ИК-диапазона с границей разделения 4,3 мкм или в двух участках длинноволнового ИК-диапазона с границей разделения около 8 мкм.

Оптическая система лабораторного образца прибора состояла из объектива (f?= 400 мм, К=2,3), собирающего излучение в диапазоне 3…12 мкм на спектрометрическую (входную) щель. Эта щель вместе со следующими за ней коллиматором из двух асферических зеркал, плоской дифракционной решеткой и асферическим зеркалом, собирающим излучение в двух дифракционных порядках на чувствительный слой МПИ, также как и приемник с охлаждаемой апертурной диафрагмой, составляла отдельный блок, помещаемый внутрь сосуда Дьюара. Увеличение коллиматора и зеркала переноса составляло 1,7х, а размер элементарного углового поля в плоскости чувствительного слоя МПИ равнялся 73 мкм. В качестве МПИ использовался двухдиапазонный приемник на базе КРТ компании DRS Infrared Technologies. Его формат равен 320 х 240 при размере пикселов 50 мкм.

4. Системы для правоохранительных применений и борьбы с терроризмом

Сочетание возможностей одновременного выделения спектральных признаков (отражательной и излучательной способностей) и геометрических характеристик образов делает особенно привлекательным использование многодиапазонных матричных МПИ при разработке биометрических способов и аппаратуры, применяемых в охранных, контрольно-пропускных и других аналогичных системах.

Геометрические признаки лица одного и того же субъекта могут заметно изменяться во времени, при изменении ракурса наблюдения, условий освещения и других факторов. Более устойчивыми и стабильными во времени являются спектральные признаки лица человека - отражательная и излучательная способности кожи, глаз, надбровий, которые в то же время заметно изменяются от человека к человеку.

Не исключая способов распознавания по геометрическим признакам, в последние годы все большее внимание уделяется разработке многодиапазонных (многоспектральных) ОЭС распознавания образов, работающих преимущественно в ближнем ИК-диапазоне, где спектральные признаки отдельных субъектов наиболее характерны и, в то же время, индивидуально устойчивы. Так, в [111] рассматриваются предпосылки для создания таких систем, основанных на особенностях спектральных характеристик отражения и излучения кожи и волос человека (особенно кожи и ее слоев). Если отражательные способности кожи и волос отдельных людей в диапазоне 0,7…1,0 мкм заметно изменяются, то для одного человека они остаются достаточно стабильными даже при различных ракурсах наблюдения головы.

Авторы [111] предлагают для такого распознавания использовать многодиапазонную (гиперспектральную) систему PlutoTMCamera, разработанную компанией Opto-Knowledge Systems, Inc.(OKSI) на базе жидкокристаллического перестраиваемого фильтра, созданного фирмой Cambridge Research Instruments (CRI). В системе участок спектра 0,7…1,0 мкм разбит на 31 диапазон шириной 0,01 мкм каждый. Пространственное разрешение системы (формат) составляет 468х494. Время опроса всех каналов - 10 с. В [111] описываются алгоритм обработки получаемых сигналов и результаты ее экспериментальных исследований.

Имеются сообщения об использовании двухканальных ОЭС на базе InAsGa - МПИ, работающих в диапазоне 0,9…1,7 мкм, для обнаружения человеческого лица по различию отражательных способностей глаз и надбровий и кожи человека [49]. Кроме двух ИК каналов система, описанная в [49], может дополняться цветной камерой, работающей в видимом диапазоне спектра.

Размещено на Allbest.ru