ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ СОЗДАНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИНФРАКРАСНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Для большинства практических применений ИК –систем требования к приборам не являются жесткими, однако прибор должен быть простым, надежным и обязательно дешевым. Подобная простая и дешевая ИК-система может быть реализована только на охлаждаемой многоформатной «смотрящей» матрице.

Термин «неохлаждаемая» указывает на то, что подобная матрица не требует глубокого охлаждения жидким азотом (холодильником Стерлинга). Чувствительные элементы подобных матриц могут охлаждаться с помощью термоэлектрического эффекта.

Обычно считают, что приемники ИК-излучения с высокими параметрами должны всегда работать при глубоком охлаждении. Это справедливо, если выполняется сравнение по отношению к одному чувствительному элементу.

Квантовый фотоприемник для спектрального диапазона 8…14 мкм при температуре жидкого азота в 100 раз чувствительнее пироэлектрического при комнатной температуре.

Если же сравнивать параметры ИК –системы, в которой тепловизионное изображение формируется линейкой из 10…12 низкотемпературных датчиков, с системой, где применяется «смотрящая» многоэлементная матрица из сотни тысяч пироэлектрических неохлаждаемых элементов, то в выходных характеристиках ИК –систем наступает паритет.

Создание чувствительных к дальнему ИК –диапазону многоэлементных неохлаждаемых матриц считается настоящей революцией в разработке современных систем ночного видения, так как их стоимость уменьшается на порядок по сравнению с ИК –системами, требующими глубокого охлаждения.

Такие системы будут стоить не дороже 1000 условных единиц и найдут широкое применение в быту, медицине, при навигации, при пожарах, при дистанционном контроле линий электропередач, в процессе пограничного патрулирования, для контроля промышленных стоков и обнаружения на море нефтяных пятен, в военном деле и т.д.

Тепловые приемники работают при нагревании чувствительного элемента падающим ИК – излучением. Для реализации хорошего теплового ИК –прибора сейчас разрабатывается технология изготовления миркоболометров из кремния. Размер микроболометра составляет 50х50 мкм. Освоено промышленное изготовление матриц размером 240х336 элементов. Эквивалентная шуму разность температур, регистрируемая подобной тепловизионной системой, составляет около 0,05 ºК.

Фронт работ по неохлаждаемым фокальным матрицам быстро растет. Считается, что неохлаждаемые ИК –тепловизионные системы получают широкое распространение в следующем десятилетии [13].

При военном применении ИК- систем со «смотрящими» неохлаждаемыми многоэлементными матрицами для реализации большой дальности действия ИК –система дополняется видеопроцессором со специально разработанным алгоритмом обработки теплового изображения наблюдаемой сцены. Реализация большой дальности в результате осуществляется совместной работой датчика цели и блокам обработки информации.

Сам по себе датчик цели на предельных дальностях не в состоянии сформировать тепловой портрет цели нужного качества для предъявления оператору на визуальном экране. Полученное датчиком цели тепловизионное изображение цели нуждается в специальной цифровой обработке, которая и выполняется видеопроцессором.

Решение общей задачи – получение максимально возможной дальности действия ИК –прибора – осуществляется совместно датчиком цели и видеопроцессором. Развитие микропроцессорной техники позволяет решить эту задачу.

Поэтому создание высокоэффективных алгоритмов обработки сигналов от многоэлементной ИК – матрицы в реальном времени является второй важной практической задачей, решаемой в настоящее время.

В процессе цифровой обработки должна быть выполнена фильтрация сигналов, исключение из изображения местности (суммарной мозаики) отдельных точек (пикселей), соответствующих отказавшим чувствительным элементам в матрице, регулирование яркостей отдельных элементов наблюдаемой сцены, подчеркивание малых характерных тепловых контрастов отдельных элементов цели и т.д.

В качестве примера совместной работы формирователя изображения цели (датчика цели) и видеопроцессора может служить ночной портрет моста через реку (см. рис. 9.1, 9.2).

ЛИТЕРАТУРА

1. И.М. Устенко, В.И. Шутов Сопоставительный анализ использования в авиационных комплексах 3…5 и 8…12 мкм тепловизионных каналов. –Юбилейная научно –техническая конференция ФГУ «ГосНИИАС «Авиационные системы в ХХI веке», сборник докладов, том I, 2006. стр-507…523с.

2. Орлов В.А., Петров В.А. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видемости. –М: Воениздат,1989. -254с.

3. КозелкинВ.В., Усольцев И.Ф. Основы инфракрасной техники. –М: Машиностроение, 1974. -335с.

4. Хадсон Р. Инфракрасные системы / Перевод с англ. – М.: Мир, 1972. -534с.

5. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. –М.: Советское радио, 1970. -496 с.

6. Справочник по инфракрасной технике/ Ред. У. Волф, Г. Цисиc В 4 тт. Т. 1. Физика ИК- излучения / Перевод с англ. – М.: Мир, 1995. -606с.

7. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Перевод с фран. – М.: Мир, 1988. -416 с.

8. Ллойд Дж. Системы тепловидения / Перевод с англ. – М.: Мир, 1978. -418 с.

9. Лазерев Л.П. Инфракрасные и световые приборы самонаведения и наведения летательных аппаратов. –М.: Машиностроение, 1976. -568 с.

10. Справочник по инфракрасной технике / Ред. У. Волф, Г. Цисиc В 4-х тт. Т. 3. Приборная база ИК –систем; Перевод с англ. – М.: Мир, 1998. -339 с.

11. Ерофейчев В.Г. Инфракрасные фокальные матрицы // Оптический журнал. – 1995. -№2. –С. 3 -17.

12. Ерофейчев В.Г. Инфракрасные фокальные матрицы // Оптический журнал. – 1996. -№6. –С. 4 -16.

13. Ерофейчев В.Г. Мирошников М.Н. Перспективы использования ИК- матриц в тепловидении // Оптический журнал. – 1997. -№2. –С. 18 -41.

14. Ушаков М.Б. ИК –системы на PtSi- матрицах. Обзор № 5584 НТЦ «Информатика». –М, 1997. -24 с.

15. Макаров А.А. НПО ГИПО –лидер российского тепловидения // Военный парад. – 1996., ноябрь –декабрь. –С. 42-45.

16. Тепловизионная система «FLIR». Модель 200(AN/AAQ-21). Технические характеристики: Проспект фирмы. 1988. -7с.

17. Гиростабилизированные оптико-электронные системы нового поколения. Описание систем. – Уральский оптико-механические завод. Проспект фирмы, 1999. -4с.

18. Тепловизионный прицел «Ноктюрн». Основные характеристики: Проспект Красногорского завода им. С.А. Зверева, 1999. -1с.

19. Справочник по инфракрасной технике / Ред. У. Волф, Г. Цисиc В 4 тт. Т. 4. Проектирование инфракрасных систем / Перевод с англ. – М.: Мир, 1999. -472с.

20. Новейший неохлаждаемый тепловизор фмрмы SENTINEL. Технические характеристики: Проспект фирмы, 1999. -4 с.

21. Тепловизор «ЛИК -2». Основные характеристики: ЗАО «Матричные технологии», 1999. -1 с.

22. Справочник по инфракрасной технике / Ред. У. Волф, Г. Цисиc В 4 тт. Т. 2. Проектирование инфракрасных систем / Перевод с англ. – М.: Мир, 1998. -347с.