Анализ средств наблюдений в ИК диапазоне

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Томский государственный  университет систем управления 
и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

 

 

 

Анализ средств  наблюдений в ИК диапазоне

Курсовая работа по дисциплине

«Инженерно-техническая  защита информации»

 

 

Студент гр. 1А8

 

____________ КузнецовВ. Е.

«    » ___________ 2013

 

Руководитель

Доцент кафедры  РЗИ, 
к.ф.м.н.

____________ Максимов А.В.

«    » ___________ 2013

 

 

2013 
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой РЗИ,  профессор

____________А.С. Задорин

«_____»______________2013 г.

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

«Инженерно-техническая защита информации»

 

 

Тема работы: Анализ средств наблюдений в ИК диапазоне

 

Исполнитель: студент гр. 1А8 Кузнецов Владимир Евгеньевич

 

Цель работы: анализ средств и методов лежащих в основе работы средств наблюдений в ИК диапазоне.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники разработки:

 

1. Гейхман И.Л., Волков В.Г. "Основы улучшения видимости в сложных условиях" Москва ООО" Недра-Бизнесцентр", 1999 г., 286 стр. 
2. Тарсов В.В., Якушенов Ю.Г. "Инфракрасные системы смотрящего типа Москва "ЛОГОС", 2004 г., 444стр. 
3. Криксунов Л.З., Волков В.А., Вялов В.К. "Справочник по приборам инфракрасной техники" изд. "Техника", 1980г., 232стр. 
4. Криксунов Л.З, "Справочник по основам инфракрасной техники", Москва "Советское радио", 1978 г., 400стр. 
5. Криксунов Л.З. "Приборы ночного видения", изд. "Техника", 1975г., 216 стр.
6. Брошюра о возможностях приборов, работающих в    SWIR – области http://www.flir.com/uploadedFiles/SWIR- Brochure.pdf

 

 

 

 

Руководитель  курсовой работы                                                                Задание получил

Максимов  А.В.Кузнецов В.Е.

 

Дата выдачи задания "__"_________ 2013 г.       

Срок сдачи  работы"__"________2013 г.

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 38 стр.,6 источников, 6 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПРИБОРОВ,РАБОТАЮЩИЕ В ИК ОБЛАСТИ, СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИБОРОВ РАЗНЫХ ТИПОВ.

 

Целью данной курсовой работы является анализ средств и  методов, лежащих в основе работы средств наблюдений в ИК диапазоне.

В ходе работы были изучены основные типы приборов, работающих в ИК области, приведены их основные характеристики, произведен сравнительный анализ приборов разных типов.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе MicrosoftOfficeWord 2010.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

     В настоящее время чрезвычайно актуальным является обеспечение наблюдения при любых условиях освещения: днем при прямом солнечном свете и ночью, при пониженной освещенности и прозрачности атмосферы, при воздействии интенсивных световых помех, таких как излучение фар, прожекторов, сигнальных огней. Успехи, достигнутые в последнее время в освоении инфракрасного диапазона электромагнитного спектра, позволили создать разнообразную инфракрасную аппаратуру промышленного, научного и военного назначения, пригодную для работы в ухудшенных атмосферных условиях.

     Существующие технологии особенно востребованы по следующим направлениям:

      1) обнаружение целей  и определение траекторий их  движения:

-визуализация поля наблюдения,

-наблюдение целей, помеченных  с помощью других устройств,

-использование атмосферного ночного  свечения в качестве подсветки  в   условиях безлунной ночи  при наблюдении,

-различение и формирование изображения  в условиях тумана, дымки и  пыли,

     2) гиперспектральное  отображение:

-идентификация натуральных и  искусственных (произведенных человеком) материалов, источников излучения,

  -  спектральная идентификация  взрывоопасных веществ.     

     Однако на качество  работы инфракрасной аппаратуры  существенно влияет спектр поглощения  атмосферой, представляющей собой  механическую смесь различных газов, что обусловливает ее неоднородность по температуре и давлению. Весомый вклад в спектр поглощения ИК-излучения атмосферой вносит водяной пар, что делает его самым важным фактором в вариации свойств окна прозрачности атмосферы. На рисунке 1 показана зависимость поглощения излучения атмосферными газами от длины волны.

 

 

1. Пропускание излучения атмосферными газами в солнечном и тепловом диапазонах спектра.

     Как видно из рисунка  1, в диапазоне коротковолнового  ИК-излучения длин волн 0.9 – 2.0 мкм и в диапазоне 4.0 – 8.0 мкм есть окна прозрачности атмосферы, в котором водяной пар практически не поглощает излучение.

    

 

 

Основные типы приборов, работающих в ИК области

- По физическому принципу построения ОЭП делятся на:

- ОЭП на основе электронно-оптических преобразователей:

1. Нулевого поколения (одно-трехкамерные ЭОП со стеклянным входом и выходом, содержащие кислородно-серебрянно-цезиевый или многощелочной с пониженной инфракрасной чувствительностью входные фотокатоды);
2. Первого поколения (одно-трехмодульные ЭОП модульной конструкции с волоконно-оптическими деталями на входе и выходе, входной фотокатод – главным образом многощелочной с повышенной инфракрасной чувствительностью);
3. Второго поколения (ЭОП с микроканальным усилением, входной фотокатод). Сюда также входят ОЭП так называемого поколения «2+», которые отличаются от второго поколения сверхвысокой чувствительностью фотокатода;
4. Третьего поколения (ЭОП с микроканальным усилением, входной катод с отрицательным электронным средством);
5. Четвертого поколения (ЭОП гибридно-модульный или твердотельный);

- ОЭП низкоуровневые телевизионные (НТВ):

1. Первого поколения (на основе вакуумных телевизионных трубок);
2. Второго поколения (на основе ПЗС или ПЗИ-матриц);
3. Третьего поколения (на основе гибридно-модульных преобразователей изображения с ОЭС-фотокатодом);

 

 

- ОЭП лазерные:

1. Активно-непрерывные (непрерывный или импульсный лазерный подсвет без импульсного управления (стробирования) преобразователя изображения);
2. Активно-импульсные (импульсный лазерный подсвет в сочетании со стробированием преобразователя изображения);

- ОЭП тепловизионные трех поколений;

 

- По степени скрытности работы ОЭП делятся на:

- активные (с дополнительным подсветом  наблюдаемого объекта;

- пассивные (без подсвета);

- пассивно-активные (работающие с подсветом либо без него в зависимости от внешних условий);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Требования к оптико-электронным  наблюдательным приборам:

1. Обеспечение требуемой дальности действия – прибор должен решать зрительную задачу (обнаружение, распознавание, идентификация объекта) при расположении объекта наблюдения на дальности, не ниже требуемой;
2. Работа как при так называемых нормированных (нормальных)внешних условиях, так и при ухудшенныхусловиях (пониженная освещенность, ухудшенные метеорологические условия – дымка, туман, дождь, снегопад и пр., низкие природные и температурные контрасты);
3. Возможность поиска и обнаружение объекта наблюдения в пространстве предметов в заданном угловом поле зрения, либо за время, не более установленного;
4. Наблюдение при наличии световых и пыледымовых помех;
5. Представление визуальной информации для оператора в наиболее удобной для него форме, не приводящей к утомлению и неспособности в течение продолжительного времени решать зрительные задачи;
6. Способность к представлению, наряду с визуальной, также и необходимой измерительной информации – дальности до наблюдаемого объекта, его координат, скорости движения и пр.;
7. Ограниченные значения массы, габаритов, и энергопотребления применительно к конкретной специфике применения прибора;
8. Определенное время непрерывной работы и срок службы;
9. Стойкость к механико – климатическим воздействиям,
10. Низкая стоимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные параметры приборов наблюдения.

1. Дальность действия – основной параметр, характеризующий ОЭП. Он подразделяется на дальность обнаружения, распознавания и идентификации;
2. Угол поля зрения – угловая величина пространства предметов, в пределах которого может быть обнаружен объект наблюдения при неизменном положении оптической оси прибора в процессе поиска объекта, вершина угла совпадает с точкой расположения прибора.

 Для тепловизионных приборов:

1. Минимальная разрешаемая разность температур
2. Угловое (или линейное) разрешение
3. Поле обзора
4. Минимальное рабочее расстояние
5. Порог температурной чувствительности
6. Пространственно - частотная температурная характеристика
7. Передаточная характеристика

Для низкоуровневых телевизионных  приборов и приборов на базе ЭОП:

1. Чувствительность
2. Предельная разрешающая способность
3. Рабочая разрешающая способность
4. Контрастная чувствительность
5. Динамический диапазон
6. инерционность

 

 

 

Пассивные и пассивно-активные приборы  на базе ЭОП

Принцип дествия таких приборов основан на преобразованиии инфракрасного  излучения в видимое и на усилении низких урвней яркости, создаваемых  на наблюдаемом объекте свечением ночного неба, звезд и луны в видимой и ближней инфракрасной области спектра.

Объектив  создает перевернутое изображение  объекта на полупрозрачном фотокатоде ЭОП. Световой поток, попадая на фотокатод, возбуждает фотоэлектроны. Распределение их плотности соответствует распределению освещенности на фотокатоде. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем, формируемым с помощью электронной оптики ЭОП. Ускорение электронов происходит за счет энергии высоковольтного источника питания, который подает на экран ЭОП высоковольтное напряжение. Ускоренные фотоэлектроны фокусируются электронной оптикой на катодолюминесцирующий экран. Последний под действием фотоэлектронов излучает свет в видимой области спектра.

К источнику также может быть подключен инфракрасный осветитель, который служит для работы прибора в почти полной темноте. Его использование необязательно – он применяется только либо в активных, либо в пассивно-активных приборах и эффективен лишь при условии нормальной прозрачности атмосферы.

На данный момент существуют 5 поколений  приборов с ЭОП:

1. Нулевого поколения (одно-трехкамерные ЭОП со стеклянным входом и выходом, содержащие кислородно-серебрянно-цезиевый или многощелочной с пониженной инфракрасной чувствительностью входные фотокатоды).

ПНВ нулевого поколения не могут  работать в пассивном режиме из-за высокого уровня темновых шумов фотокатода, обусловленных значительным уровнем его термоэмиссии. Наблюдение с помощью таких приборов можно вести либо при помощи подсвета, либо при исключительно высоком уровне естественной освещенности, либо при помощи термоэлектрического охлаждения фотокатода. Дальность действия таких приборов невысока. С одной стороны, это определяется малым коэффициентом усиления яркости ЭОП с фотокатодом и низкой чувствительностью последнего. С другой стороны, излучение подсвета рассеивается в атмосфере, причем главным образом в обратном направлении, создавая световую помеху, которая накладывается на изображение наблюдаемого объекта и снижает контраст. Это обстоятельство ограничивает дальность действия прибора даже при нормальной прозрачности атмосферы, а при пониженной (дымка, туман, дождь, снегопад и пр.) прибор становится просто неработоспособным. Излучение ИК-подсвета демаскирует прибор, т.к. он может быть обнаружен в этом случае любым индикатором ИК-излучения, так и непосредственно невооруженным глазом, который при низких уровнях освещенности может воспринимать ИК-излучение ближнего диапазона вплоть до 1,2 мкм. Из-за подсвета такие приборы обладают значительной массой, габаритами и энергопотреблением. Также ЭОП нулевого поколения неустойчивы к световым помехам. Единственный способ борьбы с ними – выключение прибора.

2. Первого поколения (одно-трехмодульные ЭОП модульной конструкции с волоконно-оптическими деталями на входе и выходе, входной фотокатод – главным образом многощелочной с повышенной инфракрасной чувствительностью).

При использовании волоконно - оптических деталей удалось добиться отсутствия потерь по разрешению на краю поля зрения ЭОП, по отношению к центру. Это  коренным образом отличает ЭОП первого поколения от ЭОП нулевого поколения. Для получения высокого коэффициента усиления яркости отдельные модули могут быть объединены в двух- или трехмодульную систему. Металлокерамическая конструкция и наличие волоконно - оптических деталей снижают чувствительность ЭОП к засветкам и светорассеянию. Но в таких приборах используются зеркально-линзовые объективы, которые обладают более высоким качеством изображения, большим углом зрения, меньшей массой и габаритами по сравнению с линзовыми объективами, используемыми в приборах с ЭОП нулевого поколения. Однако в этих приборах также имеется и ряд недостатков – продольные габариты, определяемые продольными габаритами ЭОП (и соответственно масса) остаются сравнительно велики. В чаще всего используемых трехмодульных ЭОП наблюдается снижение разрешающей способности от модуля к модулю, возрастание искажения изображения на краях поля зрения за счет дисторсии. Сравнительно велика инерционность изображения, обусловленная наличием трех люминесцирующих экранов. Остается высокой чувствительность к засветкам от ярких источников света, что приводит к свертыванию изображения или появлению ореолов, приводящих к потере видимости.

 

3. Второго поколения (ЭОП с микроканальным усилением, входной фотокатод). Сюда также входят ОЭП так называемого поколения «2+», которые отличаются от второго поколения сверхвысокой чувствительностью фотокатода.

В отличие от ЭОП первого поколения  ЭОП второго поколения содержит только один модуль, но его коэффициент  усиления яркости практически не уступает величине, характерной для трехмодульного ЭОП первого поколения. В ЭОП второго поколения дополнительно устанавливается микроканальная пластина (МКП), с помощью которой происходит лавинный процесс умножения электронов, что повышает коэффициент усиления. Однородное электрическое поле между МКП и экраном обеспечивает формирование изображения без фокусировки. Это уменьшает продольные габариты ЭОП. Его разрешающая способность превышает значение трехмодульного ЭОП первого поколения, но функция передачи модуляции выше за счет уменьшения количества модулей и волоконно-оптических деталей, а дисторсия по этой же причине примерно в 3 раза меньше.

Недостатком ЭОП с МКП является снижение отношения сигнал/шум по сравнению с ЭОП первого поколения за счет шумов МКП. Однако это может быт компенсировано за счет оптической системы. В ЭОП с МКП предусмотрена автоматическая регулировка яркости, позволяющая работать в широком диапазоне изменения освещенности. Эти ЭОП менее чувствительны к световым помехам, чем ЭОП первого поколения, т.к. засветка в них локализуется за счет насыщения соответствующих микроканалов только в пределах размера изображения источника световой помехи, не создавая ореола. ЭОП второго поколения может быть выполнен по двум схемам: с внутренним усилением (инвенторного типа) и бипланарного типа. В ЭОП бипланарного типа оборачивание изображения происходит за счет наличия волоконно-оптического оборачивающего элемента, который обеспечивает разворот изображения на 180 градусов за счет поворота на 180 градусов выходного торца по отношению к входному. Достоинством такой схемы является простота выполнения и низкая стоимость.

 

4. Третьего поколения (ЭОП с микроканальным усилением, входной катод с отрицательным электронным средством).

ЭОП третьего поколения отличается от ЭОП второго поколения бипланарного типа только использованием фотокатода с отрицательным электронным сродством на основе арсенида галлия вместо многощелочного фотокатода. Это обеспечивает в 3 – 4 раза большую чувствительность, чем у ЭОП второго поколения. Недостатком ЭОП является большая стоимость.

Промежуточное положение занимают бипланарные ЭОП поколения «2+», выполненные на базе нового многощелочного фотокатода, чувствительность которого только в 2 раза ниже, чем у фотокатода на основе арсенида галлия. Создание таких ЭОП – попытка найти компромисс между необходимостью повышения чувствительности и снижения стоимости ЭОП.

5. Четвертого поколения (ЭОП гибридно-модульный или твердотельный).

В области 1.5 – 2.0 мкм такими приборами обеспечивается меньшее поглощение излучения при его прохождении в туманах и дымках, а также более высокий уровень природных контрастов. Однако чувствительность таких приборов значительно ниже, чем у ЭОП. В связи с этим их применение ограничено сугубо узкими задачами, либо они должны входить в состав многоканального комплекса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Низкоуровневые телевизионные  приборы (НТВ)

Низкоуровневые телевизионные  приборы по сравнению с традиционными приборами на базе ЭОП обладают рядом преимуществ:

1. Практически круглосуточная работа за счет использования системы автоматической регулировки яркости, автоматического введения нейтральных фильтров и диафрагмирования объектива,
2. Дистанционная передача изображения и его одновременный вывод на несколько ТВ мониторов (дублирование информации),
3. Большее удобство наблюдения с экрана ТВ монитора по сравнению с использованием для той же цели окуляра,
4. Большая эффективность и объем представляемой буквенно-цифровой и символической информации, выводимой на ТВ монитор через электронный канал НТВ ОЭП,
5. Повышение качества изображения за счет его цифровой обработки в реальном масштабе времени,
6. Автоматизация процесса обнаружения и распознавания объектов при условии использования компьютера;
7. Ослабление влияния световых помех за счет стробирования, нелинейного усиления и обработки изображения в электронном канале НТВ ОЭП.

В НТВ используются ПЗС матрицы, использование которых характеризуется:

1. Малыми габаритами, массой и энергопотреблением,

Постоянством растра и возможностью сравнительного простого и точного  измерения координат,

2. Возможностью накопления информации,
3. Высокой степенью однородности распределения чувствительности и разрешающей способности по всей светочувствительной поверхности ПЗС матрицы,
4. Высоким отношением сигнал/шум за счет в 10 – 100 раз меньшего значения емкости в цепи ПЗС – предусилитель по сравнению с цепью видикон – предусилитель,
5. Возможностью снижения геометрического шума по сравнению с кремниконами в 30 – 50 раз за счет термоэлектрического охлаждения,
6. Снижением в ПЗС примерно в 10 раз величины остаточного заряда по сравнению с вакуумными ТВ трубками и отсутствием свойственной им паразитной модуляции сигнала, что улучшает качество изображения при низких контрастах,
7. Удобством обработки сигнала и возможностью стробирования,
8. Высокой стойкостью к механическим и климатическим нагрузкам,
9. Стойкостью к световым помехам, возможностью их локализации,
10. Сравнительно низкой стоимостью,
11. Высоким сроком службы.

Для повышения чувствительности ПЗС  матрицы ее стыкуют с ЭОП для  предварительного усиления света. Такое  соединение называется гибридно –  модульным преобразователем (ГМП) изображения. Существуют 2 типа ГМП:

1. ПЗС матрица располагается внутри ЭОП. В таком ГМП отсутствуют потери, связанные с преобразованием электронного потока в излучение экрана ЭОП, потери излучения и разрешения в оптике переноса, а также влияние инерционности люминофора экрана ЭОП.
2. ПЗС матрица находится вне ЭОП. В них присутствуют указанные выше потери. ГМП из-за наличия оптики переноса и наружного расположения ПЗС отличаются большими габаритами. Динамический диапазон ГМП ограничивается возможностями ЭОП. Их преимуществом является модульный принцип построения, возможность замены дефектного ЭОП или ПЗС матрицы, а также вариация масштаба изображения в оптике переноса. В качестве последней может быть использована волоконно – оптическая деталь постоянного, либо переменного сечения. Сужающийся фокон обеспечивает полную передачу изображения со всего экрана ЭОП на ПЗС матрицу, то есть потери по полю исключены. При этом масштаб изображения уменьшается во столько раз, во сколько размер экрана больше габаритов светочувствительной площадки ПЗС матрицы. Уменьшение масштаба изображения снижает разрешающую способность ГМП, но несколько улучшает качество изображения, т. К. становятся незаметны шумы ЭОП. Также оптика переноса может представлять собой проекционный объектив. При этом возрастают габариты и энергетические потери, но зато можно изменять масштаб изображения, а также спроецировать с помощью переключающихся дихроичных зеркал на ПЗС матрицу изображение с другого канала (дневного или тепловизионного). Разрешающая способность ГМП сильно зависит от типа ЭОП. Трехмодульный ЭОП первого поколения дает высокий коэффициент усиления яркости, но увеличивает габариты ГМП и его дисторсию. Оптимальный вариант – использование гибридного двухмодульного ЭОП: первый модуль второго, «2+» или третьего поколения, второй модуль (усилительный) первого поколения. При этом не происходит существенного увеличения габаритов ГМП, а качественно его изображение сжимается мало, т.к. разрешающая способность второго модуля ЭОП составляет 60 – 70 штр/мм, а его дисторсия не превышает 5%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловизионные  приборы наблюдения

Принцип действия тепловизионных приборов основан на преобразовании в видимое изображение  собственного теплового излучения  наблюдаемых объектов. Тепловизионные приборы работают в спектральных диапазонах 3.0 – 5.0 и 8.0 – 14.0 мкм. Так  как тепловизионные приборы используют собственное излучение нагретых тел, то то они могут работать в любое время суток независимо от уровня естественной освещенности. Указанные выше диапазоны спектра тепловизионных (ТПВ) приборов более благоприятны по сравнению с видимым и ближним ИК диапазонами с точки зрения видимости при пониженной прозрачности атмосферы и в присутствии пыледымовых помех. Эти полностью пассивные приборы могут работать в условиях воздействия ослепляющих световых помех всех видов (за исключением тех, у которых максимум энергетической светимости приходится на рабочий спектральный диапазон ТПВ прибора). Кроме того еще одним преимуществом ТПВ является их способность обнаруживать теплоизлучающие объекты в известной степени и через непрозрачные преграды, например через листву. Они способны обнаруживать объекты на суше, на водной поверхности и даже под водой по их теплоизлучающему следу.

Вместе с тем ТПВ  приборы относятся к числу  наиболее сложных и дорогостоящих  приборов, включающих светосильную ИК оптику, высокочувствительные фотоприемные устройства, охлаждаемые до низких температур, криогенные охлаждающие устройства, оптико – механические блоки развертки изображения, электронные блоки обработки последнего и индикаторные устройства.

ТПВ приборы бывают трех поколений:

1. Первого поколения – с использованием одноэлементного фотоприемного устройства и оптико – механической развертки изображения по двум координатам;
2. Второго поколения - с использованием многоэлементных линеек фотоприемных устройств и иоптико-механической развертки изображения по одной координате;
3. Третьего поколения – с использованием двухкоординатной фокально – плоскостной матрицы ФПУ и не имеющие оптико – механической развертки;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приборы, работающие в SWIR области

В последнее время все больше развивается применение приборов, работающий в ближнем ИК диапазоне. В диапазоне 0.9-2.0 мкм длин волн приемником воспринимается отраженное от объектов ИК-излучение. Отражательные характеристики различных материалов в ближнем ИК-диапазоне и в видимой области довольно близки, поэтому ИК-изображение напоминает изображение видимого диапазона.

     Явление естественной ночной освещенности, достаточно сильной именно в этом диапазоне длин волн дает дополнительный плюс использованию приемников, чувствительных в коротковолновом ИК, в условиях безлунной ночи. 

 

 

2. Излучение ночного неба в разных условиях ночного времени.

 

     Как видно из рисунка 2, в диапазоне работы систем на основе ЭОПов и CCD-матриц (до 1 мкм) величина свечения небольшая, тогда как свечение в области коротковолнового ИК-излучения длин волн очень сильное. Этот факт компенсирует преимущество наличия низкого уровня шума у CCD-матриц и ЭОПов. В условиях безлунной ночи CCD-камеры в конечном итоге дают зернистое изображение с затемнением в углах. А камеры, чувствительные в коротковолновом ИК-диапазоне (например, на основе InGaAs) демонстрируют значительно более ясное изображение при тех же условиях, что отражено на рисунке 3.

 

        

 

         1k x 1k I²CCD 17 mm f/1.4                                 640 x 512 InGaAs 25 mm f/2.0

 

3. Сравнительное изображение гор при отображении I²CCD и InGaAs камерами в условиях безлунной ночи.

     Еще одним недостатком CCD-матриц является присутствие размытия изображения вокруг ярких источников излучения в условиях общей низкой освещенности, вызванное большой интенсивностью вокруг области источника и последующим усилением сигнала, а также множественное затемнение принципиальных объектов за счет этого. Это размытие проиллюстрировано на рисунке 4.

 

 

 

4. Прибрежные здания, наблюдаемые из моря в условиях ночи I²CCD и InGaAs камерами.

    В условиях интенсивного прямого солнечного освещения для обеспечения удовлетворительной работы CCD-камер требуется использование дополнительных устройств (бленд) во избежание эффекта «ослепления».    

     При формировании  изображения в условиях тумана, пыли или дымки работает закон Рэлея, согласно которому интенсивность рассеиваемого средой света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны падающего света в случае, когда среда состоит из частиц-диэлектриков, размеры которых много меньше длины волны излучения. То есть излучение видимого диапазона рассеивается сильнее, а излучение коротковолнового ИК-диапазона огибает эти частицы, в результате имеем более качественное изображение и более высокое разрешение (Рисунок 5).

 

5. Сравнение отображения визуальной и SWIR камер в условиях тумана и дымки.

     Тепловое отображение  отлично может обнаружить присутствие теплого объекта на холодном фоне, но полностью идентифицировать этот объект со всеми деталями не в состоянии. Таким образом, тепловые приемники не обеспечивают необходимого разрешения. Кроме того, у тепловых приемников излучения существует еще один серьезный недостаток. В условиях, при которых различия температуры объектов минимальны, например, в пещере или в темном помещении, такие приемники испытывают трудности визуализации, что отображено на рисунке 6.

 

6. Сравнительное отображение тепловой, I²CCD и InGaAs камер.

Активно – импульсные приборы наблюдения

Действие  активно – импульсных приборов наблюдения основано на импульсном методе наблюдения. Объект наблюдения освещается короткими  световыми импульсами, длительность которых значительно меньше времени распространения света до объекта и обратно. При этом объект наблюдается в оптический прибор, снабженный быстродействующим затвором, открывающимся в такт с посылкой световых импульсов на определенное время. В том случае, когда временная задержка между моментом излучения импульса и моментом открывания затвора равна удвоенному времени, необходимому для прохождения светом расстояния до объекта и обратно, наблюдатель будет видеть только сам объект и участок пространства, непосредственно его окружающий. Глубина этого пространства определяется как временем открытого состояния затвора, так и длительностью светового импульса. В качестве источника используется лазер, при этом обеспечивается: