Перспективы развития двух- и многодиапазонных оптико-электронных систем с матричными приемниками излучения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективы развития двух- и многодиапазонных оптико-электронных систем с матричными приемниками излучения

Основные тенденции развития и совершенствования ОЭС с МПИ неоднократно рассматривались в литературе, см. например [11,24,29,82,147,148]. Напомним некоторые из них:

- расширение круга задач, решаемых одной и той же МОЭС (обнаружение, слежение, классификация, измерение и т.п.);

- повышение геометрооптического, спектрального, временного и энергетического (температурного) разрешения;

- расширение спектральной области работы как в сторону УФ, так и в сторону длинноволнового ИК-диапазона;

- совершенствование методов обработки сигналов в ФПУ и электронном тракте системы;

- создание адаптивных ОЭС с перестраиваемыми параметрами и характеристиками всей системы и отдельных ее звеньев (оптической системы, МПИ, электронного тракта, системы отображения);

- увеличение частоты кадров;

- увеличение динамического диапазона обрабатываемых сигналов, в частности, увеличение диапазона аналого-цифрового преобразования до 15 бит и более;

- уменьшение габаритов, массы и энергопотребления;

- снижение стоимости.

Применительно к МОЭС можно дополнительно назвать или конкретизировать следующие проблемные задачи.

1. Необходимо приблизить энергетическую чувствительность, и в частности, пороговую чувствительность или удельную обнаружительную способность МПИ, работающих в длинноволновом ИК-диапазоне, к однотипным параметрам МПИ, работающих в видимом и ближнем ИК-диапазонах, например ПЗС-приемников. Это особенно важно для сравнительно недорогих и экономичных неохлаждаемых микроболометрических МПИ пока еще уступающих по чувствительности охлаждаемым фотоэлектрическим МПИ

2. Учитывая принципиально большую сложность оптических систем, применяемых в МОЭС, по сравнению с системами обычных («однодиапазонных») ОЭС, а также тот факт, что для достижения высокого энергетического разрешения в ИК-диапазоне целесообразно применять объективы с большими диаметрами входных зрачков. Необходимо создавать новые, более дешевые и облегченные, по сравнению с таким широко используемым материалом как Gе, материалы для изготовления линз спектроделителей. защитных окон и других оптических деталей. Это особенно актуально, если учесть, что в современных ОЭС стоимость объектива возрастает пропорционально кубу увеличения диаметра входного зрачка, а стоимость объектива из германия составляет 1/4… 1/3 общей стоимости современной ИКС.

3. Необходимо совершенствовать и одновременно упрощать электронные системы совмещения (объединения) изображений, получаемых в отдельных спектральных диапазонах МОЭС, особенно с учетом различий в пространственном раэрешении, достигаемом в этих диапазонах. Важны требования к созданию таких систем с меньшими габаритами, массой и энергопотреблением. Во многих важных применениях необходимо обеспечить работу системы объединения изображений в реальном масштабе времени. Очень важно снизить стоимость системы совмещения изображений, которая сегодня превышает порой 25% от общей стоимости MOЭС. (В двухдиапазонной ОЭС, описанной в [163], стоимость этой системы составляет 5000 долларов США при общей стоимости ОЭС порядка 20 тыс. долларов).

К числу проблем совершенствования охлаждаемых ФПУ, используемых в МОЭС, можно отнести:

- повышение рабочей температуры (температуры охлаждения) при сохранении достаточной обнаружительной способности в каждом рабочем спектральном диапазоне;

- снижение энергопотребления системы охлаждения;

- уменьшение перекрестных оптических и электрических связей между отдельными спектральными каналами многодиапазонных ФПУ;

- повышение однородности параметров и характеристик отдельных пикселов МПИ;

- совершенствование технологии изготовления многодиапазонных МПИ (выращивание однородных подложек больших размеров; уменьшение числа дефектов в материалах отдельных слоев приемника; переход на кремниевые подложки для КРТ-приемников; совершенствование технологии создания многослойных структур, в том числе легированных и т.д.);

- увеличение коэффициента заполнения фоточувствительного слоя, в частности, путем совершенствования технологии соединения отдельных элементов этого слоя с ячейками схемы накопления и считывания зарядов;

- развитие технологии травления узких и глубоких изолирующих промежутков между отдельными пикселами многодиапазонных многослойных МПИ, подобных HDVIP^TM [88];

- совершенствование схем накопления и считывания зарядов с отдельных пикселов МПИ (уменьшение размеров отдельных ячеек этих схем при сохранении или увеличении их емкости; ввод систем параллельной обработки сигналов и т.д.);

- создание схем накопления и считывания с раздельными временами накопления зарядов, образующихся в различных рабочих спектральных диапазонах, что особенно важно для ФПУ с одновременным считыванием сигналов.

При рассмотрении проблем совершенствования охлаждаемых двухдиапазонных МПИ авторы [82], исходя из условий ведения боевых действий с помощью ИКС «смотрящего» типа, приняли за базовую модель такой ИКС систему, имеющую объектив с переменным угловым полем - от широкого (3,85⁰х2,2⁰ с диафрагменным числом К=2,5) до узкого (1,6⁰х0,9⁰ с К=6) и работающую в двух спектральных диапазонах - 3…5 и 7,8…10,5 мкм. В качестве приемника рассматривался двухдиапазонный МПИ формата 1280х720 с размером пиксела 20 мкм. Предполагается, что при использовании ИКС «смотрящего» типа 3-го поколения (с двухдиапазонными матричными МПИ) длинноволновый ИК-диапазон будет использоваться для обнаружения предполагаемых целей в широком угловом поле, а средневолновый ИК-диапазон - для их идентификации в узком поле. Дальность до цели при ее идентификации в принятой модели должна составлять почти 70% от дальности обнаружения.

Указывается, что в настоящее время одна из основных технологических трудностей создания такой системы заключается в сложности выращивания кристалла достаточно большого размера, в котором выполняется ФПУ (МПИ и схема считывания). При размере пиксела 30 мкм размеры кристалла должны составлять 22х38 мм. При этом требуется разрабатывать новое поколение криогенных устройств, поскольку широко применяемые в настоящее время устройства типа дьюаров SADA не рассчитаны на охлаждение кристаллов столь больших размеров.

Во многом по этой причине в базовой модели ИКС 3-го поколения предлагается принять размер пиксела порядка 20 мкм, при котором для углового поля 1,6⁰ предельное число пикселов, размещаемых вдоль горизонтальной оси ФПУ при достигнутых на сегодня размерах кристаллов и соответствующих им объемов охлаждаемого устройства, не превышает 1280. Однако при таких размерах пикселов сложно обеспечить доступ ко всем слоям многослойного МПИ, в частности, получить очень узкие (около 3 мкм в их верхней, широкой, части) зоны раздела пикселов (канавки) с большой глубиной (до 15…16 мкм). Во многом поэтому сегодня размеры пикселов двухдиапазонных матричных МПИ составляют 30…60 мкм. Предполагается, что при увеличении размера пикселов до 30 мкм и формате 1280х720 необходимость применения нового охлаждаемого устройства с большим объемом дьюара, большей потребляемой мощностью и т.д. вызовет удорожание всей системы вдвое, по сравнению с системой, где могут использоваться ФПУ с размерами пикселов 20 мкм [82].

Важной задачей остается устранение различия в коэффициентах теплового расширения материалов чувствительного слоя МПИ и подложки, в которой формируется схема считывания зарядов с элементов этого слоя. Этот фактор препятствует увеличению размеров ФПУ, т.е. его формата. Кроме того, для МПИ на базе КРТ важно устранять термические и механические напряжения при объединении в единую конструкцию ФПУ приемника и схемы считывания, которая в большинстве своем является кремниевой. Поэтому в последние годы активно изыскиваются возможности использования кремниевых композитных подложек для нанесения на них методом молекулярно-лучевой эпитаксии фоточувствительных слоев КРТ. Как уже отмечалось в разделе 4.2, такие подложки уже применяются при изготовлении МПИ, работающих в ближнем и среднем ИК-диапазонах, а для работы в спектральном диапазоне 8…12 мкм созданы опытные образцы МПИ формата 256х256 пикселов.

Стремление уменьшить размеры пикселов ФПУ сталкивается с ограниченными возможностями схем считывания, построенных на стандартных КМОП-конденсаторах. Уменьшение толщины пленок, на базе которых создаются эти элементы, увеличивает удельную емкость КМОП-конденсатора (емкость на единицу площади пленки), но одновременно в связи с уменьшением напряжения, приложенного к конденсатору, уменьшается плотность накапливаемых зарядов. Одним из путей разрешения этого противоречия может быть переход к ферроэлектрическим конденсаторам вместо используемых в настоящее время конденсаторов на базе SiO₂. В этом направлении ведутся пока лишь начальные исследования [82].

Сложно обеспечить необходимое для идентификации целей высокое разрешение оптической системы, при котором число Джонсона (число пикселов, укладывающихся на изображении цели) должно превышать 8…12. Именно поэтому в описываемой в [82] модели предлагается большое диафрагменное число объектива при решении задачи идентификации (К=6), что может обеспечить кружок рассеяния, собираемый на пиксел размером не более 20 мкм.

Увеличение дальностей обнаружения и идентификации целей для ИКС 3-го поколения в большей степени зависит от увеличения числа пикселов МПИ и в меньшей - от увеличения их чувствительности. Характер зависимости периода пикселов ФПУ, определяющего их число, от дальности до цели при ее обнаружении в длинноволновом ИК-диапазоне системой с диафрагменным числом объектива К=2,5 и при ее идентификации в средневолновом ИК-диапазоне при К=6 показаны на рис. 36 [82]. Дальности обнаружения и идентификации увеличиваются при уменьшении размера пиксела до предела, ограничиваемого достигаемым размером кружка рассеяния объектива. Эти зависимости построены в предположении, что кружки рассеяния в обоих спектральных рабочих диапазонах модели ИКС 3-го поколения одинаковы, а обнаружительные способности D* приемников (слоев) и времена накопления зарядов в ячейках ФПУ для этих диапазонов остаются постоянными. При этом в соответствии с изменением углового поля в режимах обнаружения и идентификации и сохранении периода пикселов постоянным формат МПИ изменялся.

Влияние изменения чувствительности фотоприемника на дальности действия ИКС меньше влияния изменения размеров пикселов МПИ при работе системы в условиях незамутненной атмосферы. При этом изменение чувствительности на порядок соответствует изменению изменению времени накопления (интегрирования) зарядов на два порядка. Возрастание дальности действия ИКС происходит довольно незначительно при заметном увеличении отношения сигнал-шум на ее входе. Однако, в ухудшенных атмосферных условиях улучшение чувствительности за счет увеличения времени накопления, а отсюда и увеличение дальности действия, гораздо более важно, так как сигнал становится слабее.

Очень важно учитывать динамический диапазон сигналов (облученностей), принимаемых ФПУ на базе МПИ. Здесь, как известно, важно сопоставлять квантовую чувствительность элементов МПИ и емкость ячеек схемы считывания и накопления зарядов, которые в своей совокупности определяют время накопления для конкретных условий работы ИКС (уровней облученности МПИ или чисел приходящих в единицу времени фотонов). Отношение сигнал-шум возрастает пропорционально корню квадратному от числа приходящих фотонов. Поэтому для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму при росте динамического диапазона принимаемых сигналов требуются высококачественные аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Сегодня нижний уровень преобразуемых сигналов в ИКС визуализации характеризуется шумовым уровнем (пьедесталом) схем считывания порядка 300 мкВ, а максимальное управляющее напряжение кремниевых схем, используемых в этих системах, составляет несколько Вольт, и наблюдается тенденция к его уменьшению при уменьшении размеров ячеек (пикселов) схем считывания до величин порядка 1,0…1,5 В [82]. Это означает, что динамический диапазон схем считывания приближается к 10⁴ (80 дБ). В настоящее время в лучших схемах считывания достигнут предел порядка 70…75 дБ. Поэтому для увеличения чувствительности ФПУ очень важно снижать уровень шумового пьедестала, так чтобы динамический диапазон преобразования сигналов в кристалле ФПУ достигал 15…16 бит. (Пока лучшие АЦП обеспечивают диапазон порядка 12 бит.)

Для систем визуализации с существующими сегодня дисплеями достаточна частота кадров порядка 30…60 Гц. Для следящих систем, систем наведения и самонаведения требуются гораздо большие частоты. Однако, при более высоких частотах возрастает энергопотребление системы считывания и обработки сигналов, а также системы охлаждения. Эти соображения привели авторов [82] к выводу о том, что частота кадров в базовой модели ИКС 3-го поколения должна быть разумно ограничена, достигая 480 Гц для кадра (окна) размером 64х64 пиксела. С помощью этого окна можно обеспечить работу системы автоматического распознавания целей внутри всего поля обзора (углового поля) системы.

Большинство современных охлаждаемых МПИ работает при температурах охлаждения около 77 К. Исключение составляют КРТ-МПИ, работающие в средневолновом ИК-диапазоне и обычно использующие твердотельные термоэлектрические охладители, создающие перепад температуры охлаждения и окружающей температуры до 120…130 К. С увеличением температуры охлаждения термодинамический к.п.д. (холодильный коэффициент) заметно растет. Так, для холодильника типа Javelin при переходе рабочей температуры охлаждения от 80 К к 120 К (начальная, окружающая, температура равна 300 К) этот к.п.д. увеличивается с 3% до 7%, а при переходе к 150 К он возрастает до 11% [82]. Снижение перепада температур ведет к заметному уменьшению размеров, массы и энергопотребления системы охлаждения. С учетом этого перспективными для будущего представляются исследования возможности создания приемников на базе InGaAsSb, использующих решетки на деформированных слоях (strained-layer superlattice - SLS) [148]. Они могут иметь граничную длину волны спектральной характеристики, изменяющуюся от 3 до 25 мкм, и работать при более высоких температурах, чем используемые сегодня охлаждаемые МПИ.

Основные параметры перспективной ИКС 3-го поколения могут быть следующими [82]:

- формат ФПУ - 1280х720;

- частота кадра (всего) - 60 Гц;

- частота просмотра внутреннего кадрового окна - 480 Гц;

- диафрагменные числа объективов К =2,5 (для широкого углового поля 3,85⁰х2,2⁰),

К=6 (для узкого углового поля 1,6⁰х0,9⁰);

- размер пиксела МПИ - 20 мкм;

- рабочие спектральные диапазоны - 3,4…5,0 и 7,8…10,5 мкм;

- эквивалентная шуму разность температур при температуре фона 300 К - 35 мК (при К=6), 25 мК (при К=2,5);

- динамический диапазон - 78 дБ;

- диапазон температур наблюдаемой сцены - 227…360 К;

- рабочая температура (температура охлаждения) ФПУ - более 80 К.

Как показано в [147], для создания систем обнаружения твердотопливных ракет, более эффективных, чем существующие, и работающих в средневолновом ИК-диапазоне, необходимы двухдиапазонные ФПУ 3-го поколения, имеющие форматы 480х384 и 640х512 с пикселами размером 15…20 мкм, частотой кадров 200…3000 Гц и разрядностью аналого-цифрового преобразования в 15 бит.

Очевидно, что ряд недостатков охлаждаемых МПИ и ФПУ на их основе (сложность, энергоемкость, ограниченный срок службы, дороговизна и др.) заставляют исследовать возможности использования в МОЭС гораздо более простых и дешевых неохлаждаемых приемников, прежде всего, микроболометров. Следует увеличивать пространственное и энергетическое разрешение неохлаждаемых МПИ (микроболометров), работающих в длинноволновoм ИК-диапазоне, а также снижать их энергопотребление, для чего следует заменять термоэлектрические охладители и системы стабилизации температуры на системы электронной коррекции и стабилизации параметров МПИ.

С учетом непрерывного совершенствования параметров и характеристик микроболометров на первый план выдвигаются проблемы выделения оптическими средствами рабочих спектральных диапазонов внутри широкого участка ИК-спектра, в котором они чувствительны, в частности, создание перестраиваемых в реальном масштабе времени узкополосных оптических фильтров для работы в ИК-диапазоне спектра. С этой точки зрения большой интерес представляет сообщение компании Raytheon о разработке микроболометра, обладающего достаточно хорошей чувствительностью не только в длинноволновом ИК-диапазоне (7…14 мкм), но и в средневолновом (3…6 мкм) [104]. Взяв за основу микроболометр формата 320х240 с размером пиксела 50 мкм, имевший эквивалентную шуму разрешающую способность ДT_п=26 мК в диапазоне 7…14 мкм и 790 мК в диапазоне 3…6 мкм при диафрагменном числе К=1 и частоте кадров 30 Гц, путем изменения его конструкции с целью увеличения поглощения излучения и, как следствие, чувствительности в диапазоне 3…6 мкм удалось достичь значений ДT_п, равных 136 и 33 мК для диапазонов 3…6 и 7…14 мкм, соответственно.

Нельзя считать бесперспективным и такой «классический» путь построения МОЭС, каким является комплексирование в одной системе отдельных каналов, работающих в разных спектральных диапазонах. При этом необходимо уменьшать габариты, массу и энергопотребление приемников излучения, используемых в отдельных спектральных каналах МОЭС. Так например, вместо традиционных ЭОП, работающих в ближнем ИК-диапазоне, возможно использовать гибридно-модульные преобразователи типа «ЭОП +ПЗC» [11] или полупроводниковые МПИ на базе InGaAs, длинноволновая граница спектральной характеристики которых близка к 1,7 мкм.

Перспективным можно считать уже упоминавшееся выше объединение в одной конструкции каналов на базе гибридно-модульных преобразователей, работающих в ближнем ИК-диапазоне, и микроболометрических ИКС, работающих в длинноволновом ИК-диапазоне.

Примером успешного комплексирования неохлаждаемого микроболометра (типа DRS U3000 формата 320х240) с ИКС, работающей в ближнем ИК-диапазоне, и цветной ПЗС является разработка системы Max-Vis., Inc., предназначенной для обеспечения посадки самолетов в ночных условиях и в условиях ухудшения погоды [156]. Система позволяет пилоту одновременно управлять самолетом и отслеживать задний план взлетно-посадочной полосы и освещающие огни аэропорта.

Комплексирование каналов ОЭС, работающих в ближневолновом и в длинноволновом ИК-диапазонах, особенно часто стало использоваться при создании систем, работающих как в пассивном, так и в активном режимах. Пассивный канал, служащий для обнаружения объекта в широком угловом поле, обычно работает в длинноволновом ИК-диапазоне по собственному излучению объекта. После обнаружения включается активный канал, обеспечивающий идентификацию объекта. Этот канал, работающий в ближневолновом ИК-диапазоне, включает в себя узкопольный тепловизор и систему подсветки, совмещенную с лазерным дальномером. Кроме военной техники такие комплексы начинают применяться при дистанционном зондировании поверхности Земли, в космических линиях связи и некоторых других применениях.

Микроболометрический канал может быть использован в качестве радиометрического, в частности, для определения температуры объектов. Так, фирма Electrophysics Corp. разработала пироэлектрическую камеру, в которой пировидикон формата 320х240 формирует изображения для измерения температур в диапазоне 0…500⁰C [144].

В последние годы большое внимание стало уделяться разработке адаптивных ФПУ, что во многом связано с развитием малогабаритных и облегченных ОЭС для автономных (беспилотных) систем и роботов, работающих в сложных и меняющихся условиях. Агенство по перспективным разработкам Министерства обороны США (DARPA) финансирует программу создания матричных ФПУ с перестраиваемой в реальном масштабе времени спектральной характеристикой (AFPA - Adaptive Focal Plane Array) [30]. Адаптивные ФПУ должны позволять перестройку спектрального рабочего диапазона как внутри кадра (изображения наблюдаемой сцены), так и при переходе от кадра к кадру. Число рабочих спектральных диапазонов должно быть более трех - в средневолновом ИК-диапазоне (3…5 мкм), в нескольких участках длинноволнового ИК-диапазона (8…12 мкм) и, возможно, в коротковолновом ИК-диапазоне. Спектральное разрешение (отношение ширины рабочего спектрального диапазона к значению средней для него длины волны) должно быть менее 0,01, т.е. на длине волны 10 мкм ширина спектральной характеристики должна быть менее 100 нм. В таких ФПУ предполагается обеспечить управление параметрами как отдельных пикселов, так и кадра в целом. Частота кадров может не превышать 60 Гц. Апертура ФПУ должна соответствовать диафрагменным числам К от 2 до 4.

В соответствии с программой AFPA компания Rockwell Scientific Co. (RSC) разрабатывает матричное ФПУ, в котором КРТ-МПИ объединен с матрицей миниатюрных эталонов (интерферометров) Фабри-Перо, перестраиваемых с помощью микроэлектромеханических модулей (описание устройства приводилось выше - в разделе 4.2). Каждому пикселу МПИ соответствует свой эталон. Как отмечалось в [75], ФПУ работает в сравнительно широком диапазоне 3…5 мкм и в нескольких узких полосах внутри диапазона 8…12 мкм. Для такого устройства потребуется принципиально новая схема считывания зарядов с отдельных пикселов, обеспечивающая дополнительные, по сравнению с существующими, функции контроля параметров каждого пиксела. Такая схема разрабатывается в соответствии с отдельной программой, финансируемой DARPA.

В [30] указывается, что разработка матричных адаптивных ФПУ для диапазона 3…5 мкм на базе вертикально-интегрированных фотодиодных КРТ-МПИ ведется компанией DRS Technologies Inc. и Университетом Западной Австралии. В конструкции также используются индивидуальные для каждого пиксела фильтры, перестраиваемые с помощью микроэлектромеханических модулей. Предполагается, что полностью интегрированная матрица будет иметь формат 64 х 64 пиксела.

Как известно, одним из путей совершенствования ОЭС является адаптация их пространственного разрешения к условиям работы системы, подобно тому как это происходит в зрительном аппарате многих живых существ [5]. В связи с этим вызывают большой интерес сообщения компании Nova Sensors (США) о разработке системы VASI^TM (Variable Acuity Superpixel Imager) с изменяющимся пространственным разрешением («остротой зрения») МПИ в реальном масштабе времени [44,96,109]. В ней широкое поле обзора, которому соответствует общий формат ФПУ, просматривается с достаточно высокой частотой, но с относительно невысоким пространственным разрешением за счет объединения пикселов ФПУ, например, в группы форматом 9х9 пикселов. Оператор или контроллер системы имеют возможность уменьшать размеры этих групп вплоть до одного пиксела для отдельных участков ФПУ, достигая тем самым высокого разрешения в соответствующих частях поля обзора при той же частоте его просмотра. При этом возможно также изменять положение и пространственную конфигурацию групп пикселов высокого разрешения программным способом. Таким образом можно обеспечить более высокое пространственное разрешение в заданной зоне поля обзора, т.е. имитировать область наилучшего зрения (фовеа, желтая ямка) глаза человека.

Система с таким процессором может работать при высокой частоте кадров и высоком разрешении объектов в отдельной части поля и в то же самое время просматривать все поле обзора для обнаружения других объектов, не увеличивая для этого скорость считывания данных и ширину полосы пропускания частот. Перепрограммирование может осуществляться на кадровой частоте.

В [109] сообщается, что компания разработала алгоритмы и схемы обработки изображений, реализующие этот принцип и ряд операций, используемых при распознавании и слежении за точечными и площадными объектами в реальном масштабе времени:

- реконструкцию изображения, получаемого в окне из части пикселов ФПУ;

- одно- или двухточечную коррекцию неоднородности чувствительности пикселов;

- замену дефектных пикселов ФПУ;

- компенсацию неоднородности спектральных характеристик;

- слежение за центроидами отдельных изображений (от одного до четырех);

- вычисление быстрого Фурье-преобразования и спектральной плотности мощности;

- определение видимой скорости перемещения фона;

- медианную фильтрацию и ряд других операций.

Как указывается в [109], общие принципы, лежащие в основе VASI^TM, могут быть использованы и при разработке МОЭС.

В [96] проводилось сравнение параметров ОЭС, построенных по традиционной схеме обработки сигналов, снимаемых с МПИ, и по схеме VASI^TM («фовеальная» схема). Формат сравниваемых ФПУ принимался равным 1024 х 1024 пикселов. Расчеты проводились для участков повышенного разрешения размерами 32 х 32, 64 х 64, 128 х 128 и 320 х256 пикселов. Размер пикселов низкого разрешения (объединенных в группы пикселов) был равен 9 х 9 пикселов высокого разрешения. При периоде кадров в 6,33 мс и тактовой частоте считывания 5 МГц время накопления зарядов на пикселе ФПУ равнялось 0,5 мс. Для требуемой частоты кадров традиционных ОЭС в 30 Гц при большом формате ФПУ необходимо иметь много параллельных видеовыходов (для коммерческих камер с форматом 1024 х 1024 их число обычно составляет 16). Для схемы VASI^TM с частотой кадров до 74,4 Гц требуется только один видеовыход, что упрощает схему аналого-цифрового преобразования сигналов. Если потребляемая традиционными ФПУ мощность достигает 150 мВт, то в VASI^TM она равна приблизительно 50 мВт.

Процессор системы VASI^TM с указанными выше форматами (9 х 9 и 128 х 128) может совершать 2,02?10⁸ операций в секунду, а при использовании традиционной схемы с форматом 1024 х 1024 - только 3,317?10⁶ операций в секунду.

Система VASI^TM с частотой кадров 30 Гц требует для передачи информации ширину полосы пропускания во много раз меньшую, чем однотипные по общему формату традиционные системы.

Осреднение сигналов, снимаемых с отдельных участков МПИ, заметно снижает уровень геометрического шума ФПУ. Временные шумы могут быть уменьшены за счет увеличения числа выборок сигнала.

В [127] сообщается о работе над программой создания оптических элементов с динамически изменяющимся показателем преломления (Bio-Optic Synthetic Systems Program), которые могут найти применения как в военной, так и в гражданской технике. Программа носит долгосрочный характер (5…20 лет). В соответствии с ней уже сейчас создаются жидкокристаллические элементы, помещаемые между линзовыми компонентами объектива и изменяющие фокусировку изображения в различных частях плоскости изображений.

Библиография

микроболометр оптический электронный

1. Дистанционное зондирование: количественный подход/Ш.М. Дейвис, Д.А. Ландгриб, Т.Л. Филипс и др. Под ред. Ф. Свейна и Ш. Дейвис. Пер. с англ. М.: Недра, 1983, - 415 с.

2. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. - М.: Мир, 1978. - 512 с.

3. Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений. - Ташкент, «Фан», 1987

4. Катыс Г.П., Кравцов Н.В., Чирков Л.Е. Модуляция и отклонение оптического излучения. - Изд-во АН СССР, 1967. - 176 с.

5. Левшин В.Л. Биокибернетические оптико-электронные устройства автоматического распознавания изображений. - М.: Машиностроение, 1987. -176 с.

6. Ллойд Дж. Системы тепловидения. / Пер. с англ. Под ред. А.И. Горячева - М.: Мир, 1976. 416 с.

7. Моисеев В.А., Терешин Е.А., Демьянов Э.А. и др. Принципы построения многоспектральных комплексированных оптико-электронных систем. - Известия вузов. Приборостроение., 2004, т. 47, №9, с. 51-57.

8. Описание и распознавание объектов в системах искусственного интеллекта. - М.:Наука, 1980. - 136 с.

9. Проектирование оптико-электронных приборов./Ю.Б. Парвулюсов, С.А. Родионов, В.П. Солдатов и др. Под ред. Ю.Г. Якушенкова. - М.: Логос, 2000 - 488 с.

10. Справочник по инфракрасной технике. /Под ред. У. Волфа и Г. Цисиса. В 4-х т.т. /Пер. с англ. Н.В. Васильченко, В.А. Есакова и М.М. Мирошникова. - М.: Мир, 1995-1999

11. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. - М.: Логос, 2004. 444 с.

12. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Многоспектральные оптико-электронные системы.-Спец. техника, №4, 2002, с. 56-62

Размещено на Allbest.ru