автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Принципы построения модульных тепловизионных приборов с последовательно-параллельным сканированием

На правах рукописи

ЧИВАНОВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 621.384

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МОДУЛЬНЫХ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в ФГУП 'ТОЙ им. С И. Вавилова".

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Коро гаев Валерий Викторович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зверев Виктор Алексеевич; кандидат технических наук, доцент

Ефимов Виктор Викторович. Ведущее предприятие - НИИКИ ОЭП, г. Сосновый Бор. Защита диссертации состоится 29 июня 2005 года в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.227.01 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д 14, ауд. 313-а.

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке СГШГУ ИТМО. Автореферат разослан "__" мая 2005 г.

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, д 14, секретарю диссертационного совета Д 212.227.01.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.01, кандидат технических наук, доцент

В.М. Красавцев

МУС

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Основу многих современных оптико-электронных систем и комплексов различного назначения составляют тепловизионные приборы (ТВП), обеспечивающие наблюдение объектов и прилегающего фона за счет их собственного теплового излучения. Эта уникальная особенность работы ТВП обусловила значительный интерес к ним различных научных и технических ведомств развитых стран мира

Анализ показал, что успехи ведущих зарубежных стран в массовом оснащении такими ТВП служб, занимающихся навигацией, диспетчированием движения, поисково-спасательными работами, контролем качества и эксплуатационными свойствами промышленных и жилых объектов (зданий, теплосетей, линий электропередач), экологическим контролем, спектрозональной съемкой, а также обеспечением безопасности и охраны объектов, таких, как АЭС, взлетно-посадочные полосы аэропортов и т. д., достигнуты за счет своевременной разработки и реализации программ унификации наиболее дорогостоящих и сложных в изготовлении узлов (модулей) тепловизионной техники, обеспечивающих оптимальное соотношение между техническими и стоимостными показателями, упрощение задач эксплуатации и возможность совершенствования технических характеристик системы за счет улучшения параметров отдельных модулей.

В нашей стране, несмотря на значительные усилия, предпринимавшиеся для развития данного вида техники, до сих пор не удалось решить задачу рентабельного промышленного выпуска ТВП массового применения. Кроме того, отсутствие серийных отечественных приборов приводит к усилению тенденции использования зарубежных ТВП в различных отраслях хозяйства РФ, что подрывает экономическое положение предприятий оптического приборостроения, приводит к неспособности России удерживать внешние рынки, связанные с оснащением тепловизионными системами экспортной техники.

Данная работа посвящена исследованию принципов построения ТВП, позволяющих найти пути решения указанной задачи В работе основное внимание было уделено вопросам создания развертывающих устройств (РУ) для ТВП с зонной разверткой как наиболее универсальной схемы, принятой за базовую для построения ТВП различного назначения, а также вопросам оптимального согласования РУ с приемником оптического излучения (ПОИ) и оптической системой

(ОС).

Цель работы

Целью работы является научное обоснование принципов построения ТВП с последовательно-параллельным сканированием на основе субматричных ПОИ. Задачи исследования

1 Аналитический обзор основных типов ТВП, их элементов и схемотехнических решений.

2. Анализ тенденций развития схемотехнических решений ТВП.

3. Анализ структуры РУ ТВП.

4. Сравнительный анализ критериев эффективности ТВП.

5. Анализ факторов, влияющих на работу ТВП.

6 Разработка алгоритма поиска технических решений оптико-механических сканирующих систем (ОМСС).

7. Исследование способов улучшения технических характеристик

ТВП.

Методы исследования

1. Методы системно-структурного анализа основных типов ТВП, их схемотехнических решений и частных конструкторских реализаций их элементов.

2. Метод факторного анализа схем построения РУ.

3. Методы математического моделирования для анализа формирования растра РУ при работе с ПОИ.

Научная новизна работы

Разработаны принципы построения и базовая структура сканирующих ТВП и их РУ, математическая модель РУ, алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации РУ и способы улучшения эффективности и технических характеристик ТВП. Основные результаты, выносимые на защиту

1. Разработана базовая структурная схема ТВП, произведено разделение ТВП на общие и дополнительные модули, определены характеристики общих и дополнительных модулей, определены характеристики ТВП, построенных на модулях, разработаны конструкции модулей, разработана методика стыковки модулей с целью формирования ТВП, разработаны общие технические требования к тепловизионным модулям, что позволило разработать образцы модульных ТВП 1-го поколения с минимальными массогабаритными характеристиками и предельными значениями по основным характеристикам, а также приступить к их практической реализации на новой отечественной элементной базе.

2. Проведен сравнительный анализ критериев эффективности ТВП, выявлен наиболее предпочтительный и предложены пути совершенствования критерия, что позволило более обоснованно

сравнивать различные образцы ТЕШ производства различных фирм, в том числе с учетом массогабаритных характеристик образца и его стоимости.

3. На основе анализа функциональных связей РУ с различными модулями ТВП выбрана базовая конфигурация взаимного расположения модулей ТВП, разработаны функциональный состав, структурная схема и компоновка частей модуля РУ и предложен комплекс характеристик РУ как модуля, входящего в состав ТВП.

4. Разработаны математическая модель формирования растра РУ, работающего совместно с ПОИ различной топологии, и соответствующая компьютерная программа, с помощью которой проведены расчеты различных вариантов сканирующей системы и определены условия оптимальной стыковки ОС ТВП с модулем фотоприемного устройства, что позволило как повысить эффективность и улучшить технические характеристики ТВП в целом, так и предъявить технические требования к отдельным узлам, блокам и модулям.

5. На основании методики ориентировочной оценки оптимальной номенклатуры приборов с учетом интересов потребителей и затрат производства предложен алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации РУ, дающий возможность одновременно учесть требования различных потребителей к каждому из приборов и реальные возможности отечественной промышленности на существующем уровне технологии серийного изготовления и контроля параметров ТВП.

6. Исследовано распределение облученности по полю в плоскости изображения и предложены пути уменьшения его неравномерности, что позволяет улучшить характеристики ТВП.

7. Исследована связь топологии ПОИ с параметрами РУ и ТВП и для ТВП с последовательно-параллельным сканированием, построенных по базовой схеме 1-го поколения, предложено использовать в качестве ПОИ субматричные микросхемы, позволяющие применить более простую и дешёвую ОС и уменьшить фоновую засветку ПОИ.

8. Разработано охлаждаемое ФПУ на основе субматричной фоточувствительной микросхемы, работающей в режиме временной задержки и накопления и состоящей из матрицы ФЧЭ, сочлененной с интегральным матричным мультиплексором, обеспечивающее более высокие обнаружительные характеристики с сохранением основных конструктивных, массогабаритных и эксплуатационных параметров Практические результаты работы

1 Обоснованы принципы построения и аппаратной реализации модулей РУ для ТВП зонного сканирования с учетом способов и

условий их применения в реальных условиях, обеспечивающие возможность их дальнейшей модернизации и многовариантности применения.

2. Результаты сравнительного анализа критериев эффективности и расчетов основных параметров ТВП, позволяют более обоснованно сравнивать различные образцы ТВП

3. Разработаны образцы модульных ТВП 1-го поколения с минимальными массогабаритными характеристиками и предельными значениями по основным характеристикам, а также приступить к их практической реализации на отечественной эпементной базе.

4. На основе анализа математического моделирования разработано двухканальное РУ для ПОИ 1-го поколения.

5. Разработана ОС ТВП с повышенной чувствительностью, уменьшенной фоновой засветкой, повышенной обнаружительной способностью и равномерной засветкой ФЧЭ по всему полю в малогабаритном РУ.

6. Разработаны ОС зонного сканирования, обеспечивающие уменьшенное переналожение и пропуск зон, одновременное сканирование в нескольких спектральных диапазонах, уменьшение числа входных окон и габаритов и упрощение конструкции сканирующего барабана.

7. Разработана ОМСС с одновременным сканированием двух полей зрения при одном входном окне.

8. Разработан ТВП с двумя сканирующими блоками.

9 Результаты исследований могут быть использованы в соответствующих учебных дисциплинах вузов для обучения студентов по направлению "Оптотехника".

Реализация результатов работы

Результаты работы реализованы:

а) при создании тепловизионных систем с РУ на базе сканирующей системы типа "угловое зеркало" (с одним каналом) следующими предприятиями: ФГУП "ГОИ им. С.И. Вавилова" (Санкт-Петербург); ОАО "Красногорский завод им. С.А. Зверева" и др.;

б) при разработке тепловизионных систем с РУ на базе сканирующей системы типа "угловое зеркало" (с двумя каналами) следующими предприятиями: ОАО "Московский завод "Сапфир" и др.;

в) при разработке тепловизионных систем с РУ на базе сканирующей системы типа "угловое зеркало" (со следящим зрачком) следующими предприятиями: ФГУП "НИИ ПП" (Санкт-Петербург); ФГУП "ГОИ им. С И. Вавилова" (Санкт-Петербург) и др.

Реализация результатов подтверждена восемью актами внедрения. Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях.

1. Всесоюзная конференция "Тепловизионная медицинская аппаратура и практика ее применения - ТЕМП-85". Апрель 1985 г., Фрунзе.

2.XVII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения ГНЦ РФ ФГУП "НПО "Орион" 27-31 мая 2002 г.. Москва, Россия.

3 XIII Международная научно-техническая конференция "Лазеры 2002", 16-20 сентября 2002 г., Сочи, Россия.

4. XXXIII научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава СПбГУ ИТМО, февраль 2004 г.

5. XVIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения ГНЦ РФ ФГУП "НПО "Орион", июнь 2004 г., Москва, Россия.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения. 5 глав, заключения, библиографического списка из 157 наименований и содержит 220 страниц, 98 рисунков, 16 таблиц и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы её цели и задачи, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрена структурная схема ТВП и дан аналитический обзор ее основных элементов: оптических систем (ОС), оптико-механических систем сканирования (ОМСС), приемников оптического излучения (ПОИ). Проведен сравнительный анализ основных вариантов топологического построения ПОИ' а) линейный ПОИ; б) "чересстрочный" линейный ПОИ; в) "шахматный" линейный ПОИ; г) сканирующая матрица из двух пар "чересстрочных" линеек фоточуствительных элементов (ФЧЭ), расположенных в шахматном порядке. Рассмотрены также характерные особенности трех основных вариантов построения растра ТВП: а) "длинной чересстрочной» линейкой ФЧЭ; б) линейкой ФЧЭ "средней" длины; в) "короткой" линейкой ФЧЭ. Приведены таблицы основных характеристик ТВП для каждого варианта: ПОИ, оптики и электроники. Сравнение этих характеристик показало, что выбор той или иной схемотехники

построения ТВГТ в значительной степени определяется наличием в стране соответствующих материалов, элементов и технологий

Далее рассматриваются основные типы сканирующих ТВП и схемотехнические решения зарубежных и отечественных ТВП.

Генеральным направлением развития схемотехнических решений зарубежных ТВП явилась разработка модульных систем. Достоинство модульной концепции состоит в резком снижении затрат на исследования и разработку систем ТВП и существенном повышение надежности ТВП.

Отечественные работы по унификации и стандартизации ТВП проводились во ФГУП "ГОИ им. С.И. Вавилова", где была предложена концепция разработки унифицированных телловизионных модулей трех типоразмеров, основанная на топологии ПОИ в виде "шахматной" линейки ФЧЭ "средней" длины и разработке эффективных РУ.

На основании проведенного обзора и анализа тенденций развития ТВП были поставлены задачи дальнейшего исследования: анализ и совершенствование структуры ТВП и, в частности, РУ; сравнительный анализ критериев эффективности ТВП; анализ факторов, влияющих ка работу ТВП; разработка алгоритма поиска технических решений ОМСС; исследование способов улучшения технических характеристик ТВП.

Во второй главе рассматриваются принципы построения отечественных модульных ТВП и анализируются критерии эффективности.

В процессе совершенствования структуры отечественных ТВП были получены следующие результаты: разработана базовая схема ТВП; произведено структурирование ТВП на общие и дополнительные модули; определены характеристики общих и дополнительных модулей; определены характеристики "ГВП, построенные на модулях; разработана конструкция модулей; разработана методика стыковки модулей с целью формирования ТВП; разработаны обшие технические требования к модулям.

Исходя из функции, были определены две группы модулей: модули общие, которые обеспечивают общий потенциал ТВП: формат, частоту кадров, чувствительность и т п.. и модули дополнительные.

Совокупность общих модулей (ОМ) формирует тепловизионную камеру. К числу ОМ относятся: развертывающее устройство (РУ); приемник оптического излучения (ПОИ); предварительный усилитель; микрокриогенная система (МКС); блок электронной обработки (БЭО).

Дополнительные модули предназначены для адаптации тепловизионной камеры к фоноцелевой обстановке (телескопическая насадка) и к носителю (блок питания, пульт управления, блок обработки

изображения) Совокупность общих и дополнительных модулей формируют тепловизионный канал. На базе унифицированного тепловизионного канала создаются тепловизионные комплексы различного назначения.

В программе были сформулированы довольно жесткие требования к снижению диаметра входного зрачка. Однако снижение диаметра зрачка возможно только за счет уменьшения относительного отверстия оптической системы, что приводит к снижению чувствительности тепловизионного канала

Наиболее перспективными направлениями компенсации уменьшения чувствительности являются повышение эффективности ОМСС путем совершенствования РУ. оптимизация согласования ПОИ с ОС, поиск эффективной пары ПОИ - ОМСС.

Далее рассмотрены различные критерии эффективности ТВП и условия их применимости. Проанализированы такие критерии, как критерий Сендалла, показатель сравнения для построения ТВП по их тактико-экономическим характеристикам, критерий "информационной емкости", критерий "дальности действия", критерий "многофункционального ТВП", критерий "сравнительной эффективности" и оценка эффективности ТВП в лабораторных и цеховых условиях и другие. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки и имеет ограниченное применение, не являясь универсальным средством оценки. Констатируя многообразие используемых критериев и отсутствие в связи с этим единого подхода к оценке эффективности ТВП, можно сформулировать следующие основные выводы:

1) целесообразно было бы выбрать и утвердить временный договорной критерий (критерии) эффективности ТВП, позволяющий оценивать уровень решения задач и обоснованно сравнивать различные образцы ТВП;

2) анализ предложенных выше критериев приводит к выводам, что в качестве критерия эффективности наиболее предпочтителен критерий дальности действия, обладающий (к настоящему времени) наилучшим соотношением достоинств и недостатков, более других критериев апробированный и достаточно универсальный; в случае его использования должен быть оговорен целый ряд условий его определения: вероятность и время решения задачи, набор объектов и их характеристики, методики выполнения операций и принятия операторами-экспертами решений, характеристики носителя, атмосферные условия, фоновая обстановка и т.д.;

3) в исследованиях, связанных с проблемой критерия эффективности ТВП, необходимо повышать степень обобщенности

критерия, установив при этом аналитические связи технических характеристик ТВП с эксплуатационными и экономическими показателями разработки и производства ТВП. В частности, одним из первых шагов желательно сделать корректное аналитическое объединение дальности действия (£д), поля обзора (А*В) и габаритов (Г) как функции коэффициента заполнения объема и степени интегрирования (возможности конфигурации) отдельных узлов, стоимости (С), динамического диапазона выходных сигналов (Ч7) и других параметров.

В третьей главе рассматриваются состав и структура РУ, предлагается математическая модель формирования растра РУ совместно с ПОИ, а также алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации ОМСС.

Принципиальная схема РУ определяется, прежде всего, топологией ПОИ и порядком формирования растра в процессе развертки ПОИ ОМСС, входящей в состав РУ. Если, например, ПОИ топологически выполнен, как "шахматная" линейка ФЧЭ, составленная из двух и более "чересстрочных" линеек, причем размер линейки меньше размера растра вдоль кадра, то это предъявляет к сканирующему устройству следующие требования:

- развертка должна быть двумерной (строчная и кадровая);

- развертка по кадру должна происходить во время нерабочей части строчной развертки.

В состав структурной схемы РУ входят следующие основные элементы: блок сканирования (БС); электродвигатель (ЭД); датчик углового положения блока сканирования (ДУ); блок управления приводом (БУП); элементы сведения оптических каналов (ЭСОК); оптический коммутатор (ОК); объектив (ОБ).

Функционально РУ связано с модулем телескопической насадки (ТН) - для обеспечения оптического канала и для передачи сигналов дистанционного управления (для перефокусировки и смены увеличения), с модулем ФПУ - для обеспечения оптического канала и с модулем блока электронной обработки (БЭО) - для управления приводом.

Принципы построения ТВП с ОМСС базируются на соответствии масштаба пространственных координат в поле зрения прибора ("оптический растр") пространственным координатам "электронного" растра.

Поскольку применяемые ПОИ имеют фиксированную топологию, определяемую тремя группами координат (центры ФЧЭ, крайние центры ФЧЭ и диагональ их рассредоточения), а БС является узлом, элементы которого находятся в динамике, необходимо как можно

точнее проводить преобразование угла, соответствующего элементу разрешения (пикселю) в электрический сигнал и далее в пространственный элемент разрешения. Для этого необходимо определить уравнение сканирования (закон сканирования). Для вывода уравнения сканирования необходимо задаться параметрами объектива, БС и топологии ПОИ.

Принимается, что ФЧЭ ПОИ сгруппированы в отдельные "шахматные" линейки, каждая из которых состоит из двух "чересстрочных" линеек, и выводится уравнение ПОИ.

Для написания закона сканирования из характеристик объектива необходимо только значение его фокусного расстояния.

Здесь рассматривается БС, выполненный в виде системы плоских зеркал, каждое из которых установлено на оси вращения (качания). В каждый момент времени положение зеркала относительно осей координат ХУ2 определяется нормалью, а любой луч-вектор, падающий на зеркало, отражается в соответствии с оператором зеркала - матрицей плоского зеркала.

Растр представляет собой совокупность элементов разложения кадра (проекций ФЧЭ Г10И), образующий характерный для данной системы сканирования рисунок, определенный "законом" сканирования. Идеализированный растр дает представление о порядке его формирования без учета возникающих в процессе сканирования специфических аберраций: пропусков, переналожений, относительных сдвигов строк Растр рассматривается как пространственное образование, не связанное с порядком появления его элементов во времени. Кадр состоит из элементарных кадров - сканов, за время формирования которых строится зона растра. Реальный растр имеет следующие отличия от идеализированного: отдельные зоны смещены друг от друга вдоль строки (смещение зон); фрагменты соседних зон накладываются друг на друга (переналожение зон); масштаб зон при перефокусировке изменяется.

Модель двухканальной схемы сканирования описывается с помощью оператора, которым служит произведение матриц действия всех элементов БС (всех зеркал). Произведение обеих матриц представляет собой матрицу углового зеркала. В итоге получен закон сканирования, используемый в программе расчета РУ, приведенной в приложении 1.

На основании методики ориентировочной оценки оптимальной номенклатуры приборов с учетом интересов потребителей и затрат производства был разработан алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации РУ с оптимизированными параметрами, который содержит комплексную оценку проектирования и изготовления

изделия на основе базовых конструктивно-технических решений и базовой технологии их производства.

В четвертой главе рассматриваются пути повышения чувствительности и эффективности ТВГ1, основанные на анализе распределения облученности в плоскости изображения, оптимальном выборе топологии ПОИ и правильном подборе эффективной пары "ПОИ - ОМСС".

Одним из важнейших факторов, определяющих чувствительность ТВП, является равномерность распределения облученности в плоскости изображения. Общий анализ распределения относится ко всем типам оитических систем, а не только для ТВП. Техническая литература на эту тему была противоречива, а приблизительные оценки относились к принципам проведения вычислений.

Применение коррекции неравномерности распределения облученности вдоль ФЧЭ ПОИ при изображении теплового отклика объекта на плоскости ПОИ, вынуждает проводить вычисление распределения облученности изображения в ТВП для телескопических насадок (ТН) с различным увеличением, а так же для различных горизонтальных позиций БС. При этом обычно допускается, что распределение облученности в ОС приближенно описывается функцией cos4 со, гдеоз - угловое поле. Однако радиометрические вычисления, основанные на общем теоретическом анализе, показывают, что дисторсия и аберрации зрачка оказывают значительное влияние на распределение облученности на ПОИ, иногда даже большее, чем cos4 со. Это связано с тем, что попадание падающего потока на каждую точку плоскости изображения зависит от эффективного увеличения системы как функции угла поля зрения, что связанно с дисторсией и аберрациями зрачка и, соответственно, с облученностью ФЧЭ НОИ.

Анализ позволяет сделать важное заключение: облученность изображения при полевом угле ш изменяется как функция D cos со, и не зависит от расположения зрачка в системе.

Анализ сканирующих систем отличается от анализа статических систем, в основном, из-за процесса сканирования. Рассмотрим системы с параллельным сканированием, содержащие ТН, БС, и объектив ПОИ. Сканирование происходит в афокальном пространстве между ТН и объективом ПОИ. Вычисление распределения облученности на плоскости ФЧЭ в процессе сканирования обычно основывается на зависимости cos4coy , дисторсии зрачка системы и изменении размера изображения как функции от обоих вышеуказанных параметров (сох , соу).

Вычисление масштабных изменений в результате дисторсии изображения показывает, что уровень облученности каждой точки изображения зависит только от дисторсии в зрачке и изображении

Одной из принципиальных особенностей ОС ТВП можно считать необходимость обеспечения постоянства относительного отверстия независимо от размеров поля обзора. С учетом этого следует рассматривать следующие возможные направления развития перспективных ОС: формирование промежуточного изображения и специальные средства ограничения (диафрагмирования) засветки ПОИ излучением от элементов конструкции прибора. В связи с последним утверждением рассматривается вопрос места установки и формы охлаждаемой диафрагмы в оптико-электронных системах с линейными многоэлементными ПОИ. Для уменьшения фоновой засветки ПОИ. работающих в режиме ограничения флуктуациями фона, в конструкции ПОИ предусматривают охлаждаемую диафрагму, которая располагается непосредственно перед ФЧЭ

Применение многоэлементных ПОИ позволяет повысить пороговую чувствительность аппаратуры в первом приближении в п"~ раз, где п - число ФЧЭ в многоэлементном Г10И. Однако обнаружительная способность центрального ФЧЭ в системе со щелевой диафрагмой уменьшается по сравнению с обнаружительной способностью одноэлементного ПОИ в системе с круглой диафрагмой, причем тем сильнее, чем больше отношение /пр/й, где /пр - длина прямоугольной части диафрагмы, И - расстояние от диафрагмы до плоскости ФЧЭ. Увеличение же И обычно ограничивается конструктивными соображениями и ухудшением теплофизических свойств криостата ПОИ.

Другим путем улучшения характеристик ТВП является установление связи топологии ПОИ с характеристиками и подбор пары "ПОИ - ОМСС". Количество ФЧЭ ПОИ связано с достижимой величиной их максимальной чувствительности и величиной разброса чувствительности ФЧЭ ПОИ относительно среднего значения, что напрямую связано с чувствительностью ТВП. Одновременно количество ФЧЭ ПОИ определяет количество зон сканирования, то есть основной параметр РУ, и, как следствие, время минимально короткого импульса, ширину полосы пропускания и. в итоге, чувствительность ТВП и его габариты. Кроме того, от количества ФЧЭ ПОИ зависит требуемая хладопроизводительчость микрокриогенной системы (МКС), а следовательно, масса, габариты и энергопотребление ТВП.

Методически анализ ТВП с ОМСС основывается на моделировании процесса сканирования различных ОМСС ПОИ, топология которого может быть различной.

При этом поиск эффективной пары "ПОИ - ОМСС" строился на основе:

1) проведения расчетов основных параметров зеркальных ОМСС, позволяющих проводить анализ растровой структуры на основе закона сканирования и уравнения ПОИ. которые позволяют определять' допуски геометрических искажений, зависящие от выбора осей качания и углов обзора; габаритные соотношения элементов системы, согласование входных и выходных зрачков, требования к объективу, определяемые спецификой применяемого блока сканирования, линейными размерами и топологией ФЧЭ выбранного (заданного) ПОИ; изменение линейного разрешения по полю обзора, интегральной дисторсии и распределения облученности ФЧЭ как функций углового поля;

2) расчета спектра видеосигнала, позволяющего исследовать нарушение подобия между объектом и его изображением и дающего возможность как вводить коррекцию переналожения или пропуска строк, так и проводить коррекцию распределения облученности вдоль линейки ФЧЭ в строчном и кадровом направлении;

3) расчета отношения сигнал/шум в изображении, а также уровней чувствительности и разрешающей способности, которые можно считать рациональными при стремлении к предельному увеличению параметров эффективности функционирования отдельных узлов ТПВ.

При этом резерв в повышении эффективности ТПВ состоит в достижении чувствительности ПОИ, ограниченной фоновым излучением при использовании охлаждаемых апертурных диафрагм, и в рациональном выборе рабочего спектрального диапазона, что позволяет достичь предельных значений обнаружительной способности.

Длительность просмотра пикселя, определяемая циклограммой прохождения сигналов и соответствующая угловому размеру пикселя, определяет необходимую рабочую полосу пропускания и, как следствие, требования по быстродействию к электронному тракту, его архитектуре и программе функционирования.

Моделирование процесса сканирования, описанное в приложении 2, позволило проводить анализ относительного расположения ФЧЭ различной топологии и ОМСС при переборе различных вариантов ОМСС, выполненных на базе одиночного зеркала, двух зеркал, двугранного зеркала, осуществляющих строчную и кадровую развертку. Анализ показал наличие двух типов систем. Первый тип не обладает зависимостью расхождения траекторий строк, последовательно сканирующих ФЧЭ, от топологии ФЧЭ. Второй тип ОМСС обладает этой зависимостью, при этом траектории проекций отличаются тем

сильней, чем дальше ФЧЭ расположены друг от друга и от оптической оси системы. При превышении предела соответствия размеров топологии ФЧЭ и углового поля данного типа ОМСС ухудшается качество изображения за счет появления муара из-за переналожения строк, появления увеличивающегося и изменяющегося по строке квазисимметричного фазового набега и появления расхождения или переналожения зон сканирования. Кроме того, возможно появление искажений формы изображения объекта за счет несоответствия законов сканирования ОМСС и системы отображения изображений (СОИ).

Под оптимальной стыковкой ОС ТВП с ПОИ подразумевается конструкция "ОМСС+ПОИ", содержащая МКС ПОИ, в котором охлаждаемая апертурная диафрагма по форме, размерам и местоположению совмещена с выходным зрачком объектива ПОИ при отсутствии вобуляции выходного зрачка (аберрации в зрачках) Это означает, что на практике диафрагма должна иметь форму круга

Необходимо минимизировать аберрации в зрачках, не жертвуя при этом другими параметрами системы, так как это сказывается на массе и габаритах ОС.

В результате определения граничных соотношений топологии ПОИ и углового поля ОМСС показана возможность достижения сканирующими ТВП максимальной чувствительности за счет применения малоформатной сканирующей матрицы ФЧЭ при сохранении приемлемого качества изображения по полю.

Фокусировка изображения должна осуществляться оптическими элементами телескопической насадки, так как фокусировка перемещением линз объектива ПОИ без одновременной корректировки линейных размеров зон получаемого изображения в узле насадки, приведет к пропускам или переналожению зон в кадре.

При использовании "коротких" линеек ФЧЭ результат операции по согласованию зрачков входной и первичной ОС более эффективен, так как при условии равенства линейных размеров ФЧЭ исправление волнового фронта и коррекцию аберраций в зрачках проще проводить при формообразовании первичной ОС, чем во входной ОС, в то время как использование "длинных" линеек ФЧЭ ведет к необходимости обязательного спецформообразования оптических элементов входной ОС, что технологически более сложно.

Для решения задачи минимизация числа ФЧЭ ПОИ при сохранении параметров тепловизионной системы выведена зависимость между числом ФЧЭ и сопоставимой обнаружительной способностью ПОИ, реально достижимой по технологии и ценообразованию.

Показан еще один способ повышения характеристик ТВП без увеличения габаритов РУ за счет увеличения числа ФЧЭ ПОИ. Это

использование матрицы ФЧЭ (МФЧЭ). предназначенной для работы в режиме временной задержки и накопления (ВЗН),

Особенности топологии этой матрицы заключаются в том, что каждая ступень ВЗН представляет собой билинейку из двух рядов по 32 ФЧЭ, расположенных в шахматном порядке. Количество ступеней ВЗН - N. Такую топологическую структуру имеют обе поверхности МФЧЭ.

Преимущество матричного ПОИ с режимом ВЗН перед линейным ПОИ, заключается в увеличении в N раз эффективного времени накопления информации при сохранении той же скорости развертки. В режиме ограничения фоном (ОФ), например, по влиянию на пороговые характеристики это эквивалентно увеличению в N раз квантовой эффективности ФЧЭ линейного ПОИ. Пороговая чувствительность при этом увеличивается в Л? раз. Для получения того же эффекта на линейном ПОИ пришлось бы либо в N раз снизить скорость развертки, что в подавляющем большинстве систем недопустимо, либо в N раз увеличить квантовую эффективность ФЧЭ, чго обычно технически трудно достижимо, да и существует ее предел, равный 1. Ещё более сильный эффект достигается в режиме ВЗН на НОИ, в которых режим ОФ на линейке ФЧЭ реализовать не удается. Разработанная топология позволяет сравнительно легко решить задачу линейности развертки как по времени, так и по пространству для тепловизионных систем с последовательно-параллельным сканированием.

В пятой главе излагаются запатентованные схемотехнические решения различных узлов и блоков ТВП.

Предложен тепловизор с многоэлементным ПОИ, в котором с целью повышения качества изображения добавлен второй сканирующий блок кадровой развертки.

Предложена тепловизионная оптическая система, в которой для уменьшения габаритов оптической системы при сохранении чувствительности ТВП выходной зрачок объектива совмещен с охлаждаемой диафрагмой ПОИ.

Предложена оптическая система зонного сканирования, в которой уменьшены пропуски между зонами и переналожения зон при многозонном способе сканирования.

Предложена оптическая система зонного сканирования для одновременного сканирования в нескольких спектральных диапазонах

Предложена эффективная система сканирования, которая при сохранении габаритов обладает в 2 раза большим к.п.д сканирования.

В приложении 1 приведена программа расчета аппаратной реализации ОМСС.

В приложении 2 приведен пример расчета ОМСС с помощью программы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем.

1. Разработана базовая структурная схема ТВП, произведено разделение ТВП на общие и дополнительные модули, определены характеристики общих и дополнительных модулей, определены характеристики ТВП, построенных на модулях, разработаны конструкции модулей, разработана методика стыковки модулей с целью формирования ТВП, разработаны общие технические требования к тепловизионным модулям, что позволило разработать образцы модульных ТВП 1-го поколения с минимальными массогабаритными характеристиками и предельными значениями по основным характеристикам, а также приступить к их практической реализации на отечественной элементной базе.

2. Проведен сравнительный анализ критериев эффективности ТВП, выявлен наиболее предпочтительный и предложены пути совершенствования критерия, что позволило более обоснованно сравнивать различные образцы ТВП производства различных фирм, в том числе с учетом массогабаритных характеристик образца и его стоимости.

3. На основе анализа функциональных связей РУ с различными модулями ТВП выбрана базовая конфигурация взаимного расположения модулей ТВП, разработаны функциональный состав, структурная схема и компоновка частей модуля РУ и предложен комплекс характеристик РУ как модуля, входящего в состав ТВП.

4. В результате изучения принципов формирования растра и рассмотрения вариантов построения схем РУ разработана математическая модель формирования растра РУ совместно с ПОИ

5 На основании методики ориентировочной оценки оптимальной номенклатуры приборов с учетом интересов потребителей и затрат производства предложен алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации РУ.

6. Разработаны математическая модель формирования растра РУ, работающего совместно с ПОИ различной топологии, и соответствующая компьютерная программа, с помощью которой проведены расчеты различных вариантов сканирующей системы и определены условия оптимальной стыковки ОС ТВП с модулем фотоприемного устройства, что позволило как повысить эффективность и улучшить технические характеристики ТВП в целом, так и предъявить технические требования к отдельным узлам, блокам и модулям.

7. Исследовано распределение облученности по полю в плоскости изображения и предложены пути уменьшения его неравномерности.

8. Исследована связь топологии ПОИ с параметрами РУ и ТВП и для ТВП с последовательно-параллельным сканированием, построенных по базовой схеме 1-го поколения, предложено

использовать в качестве ПОИ субматричные микросхемы, позволяющие применить более простую и дешёвую ОС и уменьшить фоновую засветку ПОИ

9. Разработано охлаждаемое ФПУ с более высокими обнаружительными характеристиками, но с сохранением основных конструктивных, массогабаритных и эксплуатационных параметров на основе субматричной фоточувствительной микросхемы (ФМС), работающей в режиме ВЗН и состоящей из матрицы ФЧЭ, сочлененной с интегральным матричным мультиплексором.

Основное содержание работы опубликовано в 20 научных трудах, в том числе, в 13 авторских свидетельствах, патентах и заявках, 2 статьях и 5 тезисах докладов:

1. Широбоков А.М, Чиванов А.Н Оценка цветовых пороговых контрастов с позиции яркостных контрастов в тепловизионных системах регистрации // Тез. докл. Всесоюзной конфер. "Тепловизионная медицинская аппаратура и практика ее применения -ТЕМП-85", апрель 1985 г., г. Фрунзе. - С. 78-80.

2. Широбоков А.М., Чиванов А.Н.. Ширшова М.А Определение некоторых параметров медицинских тепловизоров с учетом вычисляемого отношения сигнал/шум // Тез. докл. Всесоюзной конфер. "Тепловизионная медицинская аппаратура и практика ее применения -ТЕМП-85", апрель 1985 г, г. Фрунзе. - С. 80.

3. А. с. 1690214А1 СССР, МКИ Н 04 N 5/33. Тепловизор / B.II. Митин, А.Н. Чиванов, А.И Криворучко и А.Н. Колянов (СССР). -№4600840/09 ; заявл. 31.10.88 ; опубл. 07.11.91, Бюл № 41. -2 с.

4. Заявка № 4889620 RU, М1Ж G02B 26/10. Оптическая система зонного сканирования / В.П Митин., JI.M. Блюдников, Д.Ю. Жуковский, А.Н. Чиванов (Россия) ; заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы" (РФ) - № 4889620 ; заявл. 10 12.90 ; опубл 1993 г., Бюл № 12 - с. 228

5. Пат. 2068194 Россия, МПК G 02 В 27/17. Оптическая сканирующая система / В П. Митин, JIM. Блюдников, И А Коробченко, Д.Ю. Жуковский, А.Н. Чиванов (Россия) ; заявитель Науч.-исслед. ин-т физической оптики, оптики лазеров и информационно-оптических систем - головной институт Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" ; патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы". № 5050667/28 ; заявл. 03.07.92 ; опубл. 20.10.96, Бюл. №29. -4 с.

6. Пат. 2108168 Россия, МПК G 02 В 26/10 Оптическая система зонного сканирования / В П. Митин, J1.M. Блюдников, А.Н. Чиванов, И.А. Коробченко (Россия) ; заявитель и патентообладатель Науч.-исслед. ин-т физической оптики, оптики лазеров и информационно-оптических систем - Головной институт Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова". -№4926409; заявл. 08,04.91 ; опубл. 15.08.1994, Бюл. № 15 -с. 156.

7. Свидетельство 5266 U1 на полезную модель Россия, МПК G 02 В 26/10. Тепловизионная оптическая система / В.П. Митин, А Н. Чиванов. Е.В. Прокофьев, О Г Романов, А В. Вафиади, JI.M Блюдников (Россия) ; заявитель и обладатель свидетельства Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы" - № 95110745 , заявл. 27.06.95 ; опубл. 16.10.97, Бюл. №10. - с 54.

8 Заявка № 95115501/28 (027036) RU, МПК G 02 В 26/12. Оптическая система зонного сканирования / В.П. Митин, Д.Ю. Жуковский, Л.М. Блюдников, М.Ю. Чиванов (Россия) , заявитель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы". - № 95115501/28 , заявл 04.09.95 ; опубл. 1997 г.. Бюл. № 25, ч I. - с. 116-117.

9. Пат. 2093873 Россия, МПК G 02 В 26/12. Оптическая система зонного сканирования / А.И. Андреев, В.П. Митин, А.Н. Чиванов (Россия); заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы" -№95102570/28 ; заявл. 16.02.95 ; опубл. 20.10.97, Бюл. №29 -3 с.

10 Пат 2107935 Россия, МПК G 02 В 26/12. Оптическая система зонного сканирования / В.П. Митин, Ю.И. Белоусов, Л.М. Блюдников, ДЮ Жуковский, A.II Чиванов (Россия) ; заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы". -№ 96101456/28 ; заявл 22.01.96 ; опубл. 1998 г., Бюл. №9, ч. 1.-е. 381.

11. Пат. 2087018 Россия, МПК7 G 02 В 26/10. Способ сборки многогранного зеркального сканера / Б.С. Товбин, Л.М. Блюдников,

B.П. Митин, А Н.. Чиванов, С.Е. Шевцов (Россия); заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы"; - № 94029821/28 ; заявл. 28.07.94 ; опубл. 1997, Бюл. № 22. ч. II. - с. 395.

12. Пат. 2091839 Россия, МПК7 G02 В 26/12. Оптическая система сканирования / В.П. Митин, Д.Ю. Жуковский, А.Н.. Чиванов, А.И. Андреев (Россия); заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы".; - № 95104199 ; заявл. 22.03.95 ; опубл. 1997, Бюл. № 27. -с. 407.

13. Пат. 2080636 Россия, МПК7 G 02 В 26/10. Способ изготовления многогранного зеркального сканера / А.И. Андреев, А.Н. Чиванов, Д.Ю.Жуковский (Россия) ; заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы".; - № 94029825 ; заявл. 09.08.94 ; опубл. 27.05.1997, Бюл. № 15. - с. 179.

14. Заявка № 96119412 RU, МПК G02B 26/10. Оптическая система зонного сканирования / В П. Митин, О.Н. Гусев, А.Н Чиванов,

C.А. Родионов, B.C. Креопалов, Л.И. Пржевалинский (Россия) ; заявитель и патентообладатель Товарищество с ограниченной

Я^-М/г? ьЬ- 2006-4

20 * * I

ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы" (РФЬ № 96! 29412 ; заявл. 19.09.96 , опубл. 1998 г., Бюл. № 35, ч. I - с. 177.

15. Заявка № 96119413/28 Россия, МПК G 02 В 26/12. Оптическая система зонного сканирования / В.П. Митин, О.Н. Гусев, А Н. Чиванов (Россия); заявитель Товарищество с ограниченной ответственностью "Оптические материалы, элементы и приборы" (РФ). -№ 96119413/28 ; заявл. 19.09.96 ; опубл. 1998 г., Бюл. № 35, ч. 1. - с. 117.

16. Астахов В.П., Грибанов A.A., Евстафьева Н.И., Карпов В.В., Козырев М.Е., Кузнецов Н.С., Романов О.Г., Чиванов А.Н. Разработка базовой технологии производства фотоприемников на основе германия, легированного ртутью // Тез. докл. XVII Междунар. научно-техн. конфер по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ ГУЛ "НПО "Орион". 27-31 мая, 2002 г., Москва, Россия. - С. 159-160.

17. Чернокожин В В., Завадский Ю.И., Чиванов А.Н., Митин В.П., Романов О.Г., Белоконев В.М., Виноградов A.B., Навражных В.А. Перспективы развития субматричных микросхем для тепловизионных систем с последовательно-параллельным сканированием //Тез. док. XI11 Междунар. научно-техн конфер. "Лазеры 2002", 16-20 сентября 2002 г., Сочи, Россия. - С. 146.

18. Коротаев В.В., Чиванов А.Н. Современное состояние тепловизионной техники // Науч.-техн. вестн. СПб ГУ ИТМО - 2004 -Вып. 15.-С. 127-131.

19. Чиванов А.Н. Методы повышения технических характеристик тепловизоров // Hayч-техн. вестн. СПб ГУ ИТМО. - 2004 - Вып. 15. -С. 132-136.

20. Карасев В.Б., Мирзоева J1.A, Маковцов Г.А., Чиванов А.Н., Денисов Р.Н Фотоприемные устройства для современных и перспективных комплексов наблюдения и зондирования земли, атмосферы и Космоса. // Тез докл. XVIII Междунар. научно-техн. конфер. по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ ФГУП "НПО "Орион". Июнь 2004 г., Москва, Россия. - С. 7-8.

Подписано в печать 12.05.2005 г.

Формат 60 х 84 I/I6. Тираж 120 экз.

Объем 1,5 п-п. Заказ № 7/Н

Отпечатано в издательстве ООО «Геликон Плюс» 199053, Санкт-Петербурь В.0.1-ая линия, д. 28. Тел.:(812) 327-46-13

Введение.

Глава 1.ктурная схема тепловизионного прибора и его элементы. Схемотехнические решения.

1.1. Структурная схема тепловизионного прибора.

1.2. Оптика, используемая в инфракрасной области.

1.2.1. Зеркальные телескопические системы.

1.2.2. Зеркально-линзовые телескопы.

1.2.3. Линзовая оптика.

1.3. Различные типы систем сканирования.

1.3.1. Строчная развертка (строчные сканирующие устройства).

1.3.2. Сканирование изображения.

1.3.3. Восстановление изображения.

1.3.4. Двумерное сканирование одноэлементным приемником.

1.3.5. Параллельное сканирование линейным приемником с числом элементов п.

1.3.6. Последовательное сканирование линейным приемником с числом элементов р.

1.3.7. Последовательно-параллельное сканирование с помощью матричного приемника.

1.3.8. Электронное сканирование.

1.4. Приемники оптического излучения.

1.4.1. Наиболее употребительные в тепловидении приемники. оптического излучения.

1.4.2. Фоточувствительные приборы с переносом заряда.

1.4.3. Основные типы топологических построений приемников оптического излучения.

1.4.4. Субматричные микросхемы.

1.5. Основные типы оптико-электронных сканирующих приборов.

1.5.1. Теплопеленгаторы.

1.5.2. Обзорные тепловизионные системы.

1.5.3. Тепловизионные приборы наблюдения и прицеливания.

1.6. Схемотехнические решения приборов.

1.6.1. Схемотехнические решения зарубежных приборов. Программа Synergy.

1.6.2. Схемотехнические решения отечественных приборов.

Выводы.

Глава 2. Российская программа унификации и стандартизации ТВП и их общих модулей. Сравнительный анализ критериев эффективности ТВП.

2.1. Российская программа унификации и стандартизации ТВП и их общих модулей.

Выводы по разделу.

2.2. Сравнительный анализ критериев эффективности ТВП.

2.2.1. Критерий Сендалла.

2.2.2. Показатель сравнения ТВП по тактико-экономическим характеристикам.

2.2.3. Критерий "информационной емкости".

2.2.4. Критерий "дальности действия".

2.2.5. Оценка эффективности ТВП в лабораторных и цеховых условиях. Сравнение различных образцов ТВП по тест-объектам в лабораторных и цеховых условиях.

2.2.6. Критерий "многофункционального ТВП".

2.2.7. Критерий "эффективности решения задачи".

2.2.8. Критерий "сравнительной эффективности".

2.2.9. Критерий "универсальности применения".

Выводы по разделу.

Глава 3. Исследование путей совершенствования развертывающего устройства.

3.1. Состав и структура развертывающего устройства.

3.1.1. Функциональные связи модуля развертывающего устройства с модулями тепловизионного прибора.

3.1.2. Базовая конфигурация взаимного расположения модулей.

3.1.3. Функциональный состав основных компонентов оптико-механической сканирующей системы и технические характеристики развертывающего устройства.

3.1.4. Состав и структурная схема модуля развертывающего устройства

3.1.5. Компоновка составных частей модуля развертывающего устройства

3.2. Математическая модель формирования растра развертывающим устройством совместно с приемником оптического излучения.

3.2.1. Принципиальная схема развертывающего устройства и принципы формирования растра.

3.2.2. Математическая модель формирования растра развертывающего устройства совместно с приемником оптического излучения.

3.3. Поиск технических решений аппаратной реализации развертывающего устройства с учетом требований унификации.

Выводы по главе.

Глава 4. Пути повышения чувствительности и эффективности тепловизионного прибора.

4.1. Анализ распределения облученности в плоскости изображения.

4.1.1. Влияние распределения облученности в плоскости теплового изображения.

4.1.2. Анализ оптических систем с точки зрения распределения облученности плоскости изображения.

4.1.3. Общий случай распределения облученности, когда изображение передается от плоскости на плоскость.

4.1.4. Распределение облученности на линейном приемнике оптического излучения в оптико-механических сканирующих системах.

4.1.5. Вычисление масштабных изменений в результате дисторсии изображения.

Выводы по разделу.

4.2. Влияние относительного отверстия оптической системы и охлаждаемой диафрагмы на эффективность тепловизионного прибора

4.2.1. Повышение эффективности тепловизионного прибора путем изменения относительного отверстия оптической системы.

4.2.2. Охлаждаемая диафрагма в оптико-электронных системах с линейными многоэлементными приемниками оптического излучения.

4.3. Поиск эффективной пары "оптико-механическая сканирующая система - приемник оптического излучения".

4.3.1 Постановка задачи.

4.3.2. Критерии выбора топологии приемника оптического излучения.

4.3.3. Моделирование процесса сканирования оптико-механическим системами сканирования с приемниками оптического излучения.

4.3.4. Применение матрицы фоточувствительных элементов.

Выводы по разделу.

Глава 5. Новые технические решения на основе проведенных исследований

5.1. Тепловизионная оптическая система.

5.2. Оптическая сканирующая система.

5.3. Оптическая система зонного сканирования с уменьшенными пропусками и переналожениями зон.

5.4. Оптическая система зонного сканирования с одновременным сканированием в нескольких спектральных диапазонах.

5.5. Тепловизионный прибор с двумя сканирующими блоками.

Оптико-электронные системы формирования, обработки и визуализации инфракрасных изображений, или инфракрасные системы (ИКС), находят все более широкое применение в самых различных областях науки и техники [112,113]. Их можно разделить на системы тепловидения, использующие фотоэлектрические полупроводниковые приемники оптического излучения (ФЭПП) [76], и приборы ночного видения, в которых используются электровакуумные фотоэлектронные приемники, например, электронно-оптические преобразователи или передающие телевизионные трубки [59,155]. В последних изданиях [112] приводится другой вариант классификации ИКС по способу анализа пространства предметов. Их разделяют на ИКС "смотрящего" типа, где пространство анализируется многоэлементными матричными приемниками оптического излучения (ПОИ), и на сканирующие ИКС, в которых происходит относительное взаимное перемещение изображения пространства предметов и многоэлементного линейного ПОИ. В настоящей работе будем рассматривать сканирующие ИКС с многоэлементными ФЭПП, называя эти системы для краткости тепловизионными приборами (ТВП).

ТВП, обеспечивающие наблюдение объектов и прилегающего фона за счет их собственного теплового излучения, составляют основу многих современных оптико-электронных систем и комплексов различного назначения. Эта уникальная особенность работы ТВП обусловила значительный интерес к ним различных научных и технических ведомств развитых стран мира.

Анализ показал, что успехи ведущих зарубежных стран в массовом оснащении такими ТВП служб, занимающихся навигацией, диспетчированием движения, поисково-спасательными работами, контролем качества и эксплуатационными свойствами промышленных и жилых объектов (зданий, теплосетей, линий электропередач), экологическим контролем, спектрозональной съемкой, а также обеспечением безопасности и охраны таких объектов, как АЭС, взлетно-посадочные полосы аэропортов и т. д., достигнуты за счет своевременной реализации специальных программ разработки наиболее дорогостоящих и сложных в изготовлении узлов тепловизионной техники, обеспечивающих оптимальное соотношение между техническими и стоимостными показателями, упрощение задач эксплуатации и возможность совершенствования технических характеристик системы за счет улучшения параметров отдельных узлов.

В нашей стране, несмотря на значительные усилия, предпринимавшиеся для развития данного вида техники, до сих пор не удалось решить задачу рентабельного промышленного выпуска ТВП массового применения. Кроме того, отсутствие серийных отечественных приборов приводит к усилению тенденции использования зарубежных ТВП в различных отраслях хозяйства РФ, что подрывает экономическое положение предприятий оптического приборостроения, приводит к неспособности России удерживать внешние рынки, связанные с оснащением тепловизионными системами экспортной техники.

Данная работа посвящена исследованию принципов построения ТВП, позволяющих найти пути решения указанной задачи. При этом основное внимание уделено вопросам создания развертывающих устройств (РУ) для ТВП с зонной разверткой как наиболее универсальной схемы, принятой за основу для построения ТВП различного назначения, а также вопросам согласования РУ с приемником оптического излучения (ПОИ) и оптической системой (ОС).

Целью работы является научное обоснование принципов построения ТВП с последовательно-параллельным сканированием на основе субматричных ПОИ.

В задачи исследования входят:

1. Аналитический обзор основных типов ТВП и их схемотехнических решений.

2. Анализ тенденций развития схемотехнических решений ТВП.

3. Анализ структуры РУ ТВП.

4. Анализ факторов, влияющих на работу ТВП.

5. Сравнительный анализ критериев эффективности ТВП.

6. Разработка алгоритма поиска технических решений оптико-механических сканирующих систем (ОМСС).

7. Исследование способов улучшения технических характеристик ТВП.

В первой главе рассмотрена структурная схема ТВП и дан аналитический обзор ее основных элементов: ОС, систем сканирования, ПОИ. Проведен сравнительный анализ основных вариантов топологического построения ПОИ. Рассмотрены характерные особенности основных вариантов построения растра ТВП. Приведены циклограммы формирования сигналов и развертки и таблицы основных характеристик ТВП для каждого варианта. Сравнение этих характеристик показало, что выбор той или иной схемотехники построения ТВП в значительной степени определяется наличием в стране соответствующих материалов, элементов и технологий.

Дается обоснование перспективности применения малых субматричных микросхем с последовательно-параллельным сканированием, имеющих меньшее число элементов в строке, чем в строке телевизионного кадра.

Далее рассматриваются основные типы сканирующих ТВП и схемотехнические решения зарубежных и отечественных ТВП.

На основании проведенного обзора и анализа тенденций развития ТВП было установлено, что наиболее перспективными для отечественных промышленности и потребителей являются модульные ТВП с последовательно-параллельным сканированием на основе субматричных ПОИ, и были поставлены задачи дальнейшего исследования: анализ и совершенствование структуры ТВП и, в частности, РУ; сравнительный анализ критериев эффективности ТВП; анализ факторов, влияющих на работу ТВП; разработка алгоритма поиска технических решений ОМСС; исследование способов улучшения технических характеристик ТВП.

Во второй главе рассматривается отечественная программа, основной задачей которой была организация промышленного производства ТВП через унификацию и стандартизацию ТВП и его основных функциональных узлов -общих модулей. В рамках программы были выполнены следующие работы: разработана базовая система ТВП; определено деление ТВП на общие и дополнительные модули; определены характеристики общих и дополнительных модулей; определены характеристики ТВП, построенные на модулях; разработан технический облик и конструкция модулей; разработана методика стыковки модулей с целью формирования ТВП; разработаны общие технические требования к тепловизионным модулям.

В программе были сформулированы довольно жесткие требования к снижению диаметра входного зрачка. Но снижение диаметра зрачка возможно только за счет уменьшения относительного отверстия оптической системы, что приводит к снижению чувствительности тепловизионного канала. Наиболее перспективными направлениями компенсации уменьшения чувствительности являются повышение эффективности ОМСС путем совершенствования РУ, оптимизация согласования ПОИ с ОС, поиск эффективной пары "ПОИ - ОМСС".

Для выбора оптимальных схемотехнических решений на основе разработанной базовой структурной схемы необходимо было сравнить эффективность различных вариантов построения ТВП. Поэтому далее проводится сравнительный анализ критериев эффективности ТВП, который приводит к выводам, что в наиболее предпочтителен критерий дальности действия, обладающий (к настоящему времени) наилучшим соотношением достоинств и недостатков, более других критериев апробированный и достаточно универсальный.

На основании анализа имеющихся аналитических, физических, экономических и математических моделей процессов функционирования системы "объект - атмосфера - ТВП - оператор", предлагаемых различными авторами, а также методик проведения экспериментальных исследований процесса функционирования этого звена, результатов проведения натурных испытаний и сравнительной оценки показателей эффективности функционирования различных вариантов и схем построения ТВП практически по всем имеющимся критериям, в том числе на основе расчетов значений основной характеристики ТВП — зависимости дальности действия в функции вероятности от значений приведенного к входному зрачку радиационного контраста "объект — фон", сделан вывод о преимуществе схемы построения ТВП с последовательно-параллельным сканированием на основе субматричных ПОИ с "шахматным" расположением ФЧЭ и возможности обеспечения ею требуемых технических характеристик.

В третьей главе рассматриваются состав и структура РУ, на основе анализа функциональных связей РУ с различными модулями ТВП выбирается базовая конфигурация взаимного расположения модулей ТВП, разрабатывается функциональный состав, структурная схема и компоновка частей модуля РУ и предлагается комплекс характеристик РУ как модуля, входящего в состав ТВП.

В результате изучения принципов формирования растра и рассмотрения вариантов построения схем РУ разработана математическая модель формирования растра РУ совместно с ПОИ.

На основании методики ориентировочной оценки оптимальной номенклатуры приборов с учетом интересов потребителей и затрат производства предлагается алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации РУ.

В четвертой главе исследуются пути повышения чувствительности и эффективности ТВП. Проводится анализ распределения облученности в плоскости изображения, рассматривается влияние на эффективность ТВП относительного отверстия ОС и охлаждаемой диафрагмы. Сформулированы критерии выбора топологии ПОИ и разработана программа расчета ОМСС, моделирующая процесс сканирования, для выбора эффективной пары "ОМСС-ПОИ".

Показано, что облученность по полю изменяется по косинусному закону и не зависит от положения зрачка в системе при условии его совмещения с выходным зрачком ТН. Показано, что в конструкцию ПОИ следует ввести охлаждаемую диафрагму, устанавливаемую непосредственно перед ФЧЭ, совмещенную с выходным зрачком объектива ПОИ и имеющую круглую форму. Показано, что имеется возможность достижения сканирующими ТВП максимальной чувствительности за счет применения малоформатной сканирующей матрицы при сохранении приемлемого качества изображения по полю. Целесообразнее применять "короткие" линейные ПОИ, чем "длинные", так как это приводит к более эффективному согласованию зрачков и уменьшению полевых углов засветок и позволяет создать малогабаритную криогенную систему.

Использование субматричных многоэлементных ПОИ с N ступенями временной задержки и накопления (ВЗН) и накопления позволяет увеличить пороговую чувствительность в уГЙ раз по сравнению линейным ПОИ. Ещё более сильный эффект достигается в режиме ВЗН на ПОИ, в которых режим ограничения фоном на линейке ФЧЭ реализовать не удается. В этом случае выигрыш может превышать и достигать величины, близкой к N. Разработанная топология позволяет сравнительно легко решить задачу линейности развертки как по времени, так и по пространству для тепловизионных систем с последовательно-параллельным сканированием.

В пятой главе представлены новые технические решения ОМСС, разработанные на основе проведенных исследований и запатентованные в России. В их число входят тепловизионная оптическая система, оптическая сканирующая система, оптическая система зонного сканирования с уменьшенными пропусками и переналожениями зон, оптическая система зонного сканирования с одновременным сканированием в нескольких спектральных диапазонах и тепловизионный прибор с двумя сканирующими блоками.

В заключении сформулированы основные выводы по результатам проведенных исследований, сведения о публикациях результатов работы и практической реализации разработок.

Научная новизна диссертации заключается в том, что разработаны принципы построения и базовая структура сканирующих ТВП и РУ, математическая модель РУ, алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации РУ и способы улучшения эффективности и технических характеристик ТВП.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Разработана базовая структурная схема ТВП, произведено разделение ТВП на общие и дополнительные модули, определены характеристики общих и дополнительных модулей, определены характеристики ТВП, построенных на модулях, разработаны конструкции модулей, разработана методика стыковки модулей с целью формирования ТВП, разработаны общие технические требования к тепловизионным модулям, что позволило разработать образцы модульных ТВП 1-го поколения с минимальными массогабаритными характеристиками и предельными значениями по основным характеристикам, а также приступить к их практической реализации на отечественной элементной базе.

2. Проведен сравнительный анализ критериев эффективности ТВП, выявлен наиболее предпочтительный и предложены пути совершенствования критерия, что позволило более обоснованно сравнивать различные образцы ТВП производства различных фирм, в том числе с учетом массогабаритных характеристик образца и его стоимости.

3. На основе анализа функциональных связей РУ с различными модулями ТВП выбрана базовая конфигурация взаимного расположения модулей ТВП, разработаны функциональный состав, структурная схема и компоновка частей модуля РУ и предложен комплекс характеристик РУ как модуля, входящего в состав ТВП.

4. Разработаны математическая модель формирования растра РУ, работающего совместно с ПОИ различной топологии, и соответствующая компьютерная программа, с помощью которой проведены расчеты различных вариантов сканирующей системы и определены условия оптимальной стыковки ОС ТВП с модулем фотоприемного устройства, что позволило как повысить эффективность и улучшить технические характеристики ТВП в целом, так и предъявить технические требования к отдельным узлам, блокам и модулям.

5. На основании методики ориентировочной оценки оптимальной номенклатуры приборов с учетом интересов потребителей и затрат производства предложен алгоритм поиска технических решений аппаратной реализации РУ, дающий возможность одновременно учесть требования различных потребителей к каждому из приборов и реальные возможности отечественной промышленности на существующем уровне технологии серийного изготовления и контроля параметров ТВП.

6. Исследовано распределение облученности по полю в плоскости изображения и предложены пути уменьшения его неравномерности, что позволяет улучшить характеристики ТВП.

7. Исследована связь топологии ПОИ с параметрами РУ и ТВП и предложено для ТВП с последовательно-параллельным сканированием, построенных по базовой схеме 1-го поколения, использовать в качестве ПОИ субматричные микросхемы, позволяющие применить более простую и дешёвую ОС и уменьшить фоновую засветку ПОИ.

8. Разработано охлаждаемое фотоприемное устройство (ФПУ) на основе субматричной фоточувствительной микросхемы, работающей в режиме временной задержки и накопления и состоящей из матрицы ФЧЭ, сочлененной с интегральным матричным мультиплексором, обеспечивающее более высокие обнаружительные характеристики с сохранением основных конструктивных, массогабаритных и эксплуатационных параметров

Выражаю благодарность сотрудникам научных коллективов, в совместной работе с которыми был получен ряд представляемых в диссертации результатов: Митину В.П., Романову О.Г., Шевцову С.Е., Дегтяреву Е.В., Товбину Б.С., Блюдникову JT.M.

Результаты работы могут быть также использованы в соответствующих учебных дисциплинах вузов для обучения студентов по направлению "Оптотехника".

Заключение

1. Авдеев С.П. Основы тепловидения. JI. : Изд. мин. обороны СССР, 1967. -342 с.

2. Авдеев С.П. Физические основы оптико-электронных приборов : учеб. пособие. JI. : Изд. мин. обороны СССР, 1968. - 152 с.

3. Алеев P.M., Иванов В.П., Овсянников В.А. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры. — Казань : Казан, ун-т, 2000. -252 с.

4. Алеев P.M., Овсянников В.А., Румянцева H.A. Влияние атмосферы на эффективность тепловизионной аппаратуры // Оптический журнал. 1992. -№5.-С. 7-10.

5. Александров В.А., Кремень Н.В. Автоматическая компенсация неоднородностей интегральной чувствительности фотоприемного устройства тепловизионной системы // Оптический журнал. -1997. № 2. - С. 25-30.

6. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. M.-JI. : Госэнергоиздат, 1963. - 772 с.

7. Аникст Д.А., Константинович K.M., Меськин И.В., Панков Э.Д., Парвулюсов Ю.Б., Солдатов В.П., Титов B.C., Хорошев М.В., Якушенков Ю.Г. Высокоточные угловые измерения / под редакцией Ю.Г. Якушенкова. -М. : Машиностроение, 1987. С. 450-473.

8. Афонин A.B., Давыдов B.C. Определение оптимальных параметров передаточной характеристики сканирующих радиометров // Оптико-механическая промышленность. 1984. - № 1. - С. 11-13.

9. Белозеров А.Ф., Омелаев А.И., Филиппов B.JI. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике // Оптический журнал. 1998. - Т. 65. - № 6. - С. 19-23.

10. Белоконев В.М., Завадский Ю.И., Кузнецов Ю.А., Чернокожин В.В. Кремниевые фотоприемники длинноволнового ИК-диапазона // Электронная промышленность. 2003. - №2. - С. 169-17.

11. Белоконев В.М., Локтионов В.И., Плохов С.А., Суриков К.Н. Малогабаритные высокочувствительные телевизионные модули // Тез. докл. XVI Междунар. научно-техн. конф. по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Москва, 2000.- С. 70-71.

12. Бисярин В.П., Жуков А.Г. Влияние атмосферных условий на работу тепловизора // Тепловидение. Вып. 6. М.: МИРЭА, 1986. - С. 29-38.

13. Блюдников Л.М., Вафиади A.B. Влияние характеристик сканирующего зеркального барабана на частотно-контрастные характеристики тепловизора. -М.: МИРЭА.-№6.-С.71-75.

14. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК систем. М. : Радио и связь, 1987. - 208с.

15. Брусков В.М. Обобщенные конструкции узлов угловых зеркал // Оптико-механическая промышленность. 1983. - № 12. - С. 33-34.

16. Бугаенко А.Г., Иванов В.П., Омелаев А.И., Тевяшов В.И., Филиппов В.Л. Физические основы и техника измерений в тепловидении : научно-техническое издание ; под общ. ред. В.Л. Филиппова. Казань: Отечество, 2003 г. - 354 с.

17. Бугаенко А.Г., Макаров A.C. Методы и аппаратура для измерения основных параметров и оценки качества изображения тепловизионных приборов // Обзор № 4648. М.: ЦНИИ и ТЭИ, 1988. - 58 с.

18. Васильченко Н.В., Санникова O.A. Охлаждаемая диафрагма в оптико-электронных системах с линейчатыми многоэлементными фотоприемниками // Оптико-механическая промышленность. 1991. - № 6. - С. 6-9.

19. Вафиади A.B. Аналитические модели сканирующих тепловизионных приборов // Оптический журнал. 1997. - № 1. - С. 32-36.

20. Вафиади A.B. Критерий оптимизации тепловизионных приборов // Тез. Всес. конф. "Темп-91". Л.: ГОИ, 1991. - С. 30-31.

21. Вафиади A.B. Расчет чувствительности тепловизионного прибора с фоторезистором, работающем в режиме ограничения излучением фона // Оптический журнал. 1993. - № 4. - С. 20-25.

22. Вафиади A.B. и др. О расчете основных характеристик тепловизионной аппаратуры // Тепловидение : Межвузовский сборник. 1986. - № 6. -С. 14-22.

23. Вольф У., Герман Б., Ла Рока Э., Сьютс Г., Тернер Р., Хуфнагель Р. Справочник по инфракрасной технике : в 4 томах / пер. с англ. под ред. М.М. Мирошникова, Н.В. Васильченко. М.: Мир, 1995.

24. Галиакберов Д.Ш. и др. Критерий качества приемников излучения для тепловизионных систем. //Оптико-механическая промышленность. 1979. -№8.-С. 12-14.

25. Гоев А.И. Разработки тепловизионных приборов в ОАО "Красногорский завод им. С.А. Зверева" // Научно-технический и гуманитарный сборник Международной Академии Контенант. 2002. - С. 7-9.

26. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение / Пер. с фр. под ред. Л.Н. Курбатова. М.: Мир, 1988. - 400 с.

27. Грязин Г.Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства: Системы телевидения. Л. : Машиностроение, 1988. 224 с.

28. Дегтярев Е. В., Рудый И. В. Анализ эффективности перспективных тепловизионных приборов различных классов и выбор схем их построения // Оптико-электронные системы визуализации и обработки оптических изображений.-ЦНИИ "Циклон".-2001.-Вып. 1.-С. 19-33.

29. Дегтярев Е.В., Рудый И.В. и др. Иконический подход к решению проблемы коррекции неоднородностей чувствительности многоэлементных ФПУ в сканирующих тепловизорах // Оптический журнал. 1997. - т. 64. -№2.-С. 31-34.

30. Довнар Д.В., Предко К.Г., Черных И.В. Корреляционные и вероятностные критерии качества оптических систем // Оптико-механическая промышленность. 1991. -№ 11.-С. 29-33.

31. Дорофеева М.В., Омелаев А.И. Зеркальные сканирующие системы оптико-электронных приборов ИК диапазона спектра // Оптический журнал. 1996. - № 11. - С. 66-70.

32. Дроздов В.А., Сухарев В.И. Термография в строительстве М. : Стройиздат, 1987. - 240 с.

33. Дубиновский A.M., Панков Э.Д. Стендовые испытания и регулировка оптико-электронных приборов. J1. : Машиностроение, 1986. - 153 с.

34. Ерофеечев В.Г. Инфракрасные фокальные матрицы // Оптический журнал. 1996. - № 6. - С. 4-17.

35. Ермаков Б.А. Оптико-электронные приборы с лазерами. J1.: ГОИ, 1982. -200 с.

36. Ерофеечев В.Г., Мирошников М.М. Перспективы использования ИК матриц в тепловидении // Оптический журнал. 1997. - № 2. - С. 5-13.

37. Жуков А.Г. Расчет параметров сканирующих тепловизионных систем В кн.: Тепловидение. - М.: МИРЭА, 1980. - Вып. 3. - С. 36-45.

38. Жуков А.Г. Сравнение тепловизионных приборов, работающих на основе различных принципов // Тепловидение. М. : МИРЭА, 1988. - Вып. 7. -С. 14-21.

39. Жуков А.Г. Энергетический расчет тепловизионных камер // Тепловидение. М.: МИРЭА, 1980. - Вып. 3. - С. 65-72.

40. Жуков А.Г., Горюнов А.Н., Кальфа A.A. Тепловизионные приборы и их применение. М.: Радио и связь, 1983. - 168 с.

41. Жуков А.Г., Комарницкая О.Б. Сравнение тепловизионных фотоприемников//Тепловидение. М.: МИРЭА, 1984. - Вып. 5. - С. 41-51.

42. Завадский Ю.И., Кузнецов Ю.А., Чернокожин В.В., Белоконев В.М., Дегтярев Е.В. Факторы, ограничивающие пороговые характеристики матричных фотоприемников длинноволнового инфракрасного диапазона // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. - № 9. - С. 25-29.

43. Зверев В.А., Рагузин P.M. Унификация и агрегатирование в оптическом приборостроении // Оптико-механическая промышленность. 1979. - № 2. -С. 21-26.

44. Иванова Р.Н., Морозова Н.П. Спрайт-приёмник в тепловизионных системах // Тепловидение. М.: МИРЭА, 1988. - Вып. 7. - С. 4-10.

45. Изнар А. Н. Электронно-оптические приборы. — М. : Машиностроение, 1977.-257 с.

46. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. Л. : Машиностроение, 1986. - 174 с.

47. Кавторов В.В., Шичков В.В. Анализ структуры растра в многолучевой схеме сканирующего устройства // Оптико-механическая промышленность. -1985.-№ 11.-С. 19-21.

48. Кариженский Е.Я. Новые средства увеличения обнаружительной способности тепловизоров//Оптический журнал.- 1993. №4. —С. 15-19.

49. Ковалевская Т.Е., Овсюк В.Н., Белоконев В.М., Дегтярев Е.В. Фотоника: Словарь терминов // Новосибирск.: изд-во СО РАН. 2004. - 342 с.

50. Колбин М.Н., Романов О.Г. Фотоприемники на основе примесного германия для тепловидения // Оптический журнал. 1992. - № 12. - С. 49-52.

51. Колючкин В.Я. Иерархия модельного представления оптико-электронных систем в задачах автоматизированного проектирования // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1991. - № 5. - С. 52-60.

52. Колючкин В.Я., Липатов И.В. Математическая модель оптико-электронной системы наблюдения на системотехническом уровне // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1991. - № 5. - С. 68-75.

53. Коротаев В.В., Чиванов А.Н. Современное состояние тепловизионной техники // Науч.-техн. вестн. СПб ГУ ИТМО. 2004. - Вып. 15. - С. 127-131.

54. Костин В.П., Мочалин В.Д. Аналитический способ оценки радиационного контраста нагретых тел // Оптико-механическая промышленность. 1989. -№7.-С. 62-63.

55. Кошелев В.Н., Митин В.П. Сканирование одиночным плоским зеркалом, расположенном в заднем отрезке объектива // Оптико-механическая промышленность. 1980. - № 8. - С. 23-24.

56. Криксунов Л.З. Справочник по основам ИК техники. М. : Советское радио, 1978.-400 с.

57. Куприянов И.К. Модель оптико-электронной аппаратуры обнаружения с линейным сканированием // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1989. -№4.-С. 70-73.

58. Курбатов А.Л., Прокофьев Е.В., Романов О.Г. Фотоприемные устройства ИК-диапазона на основе примесного германия // Оптический журнал. 1993. -№ 12. - С. 40-47.

59. Куртев Н.Д. Методика определения минимальной разрешаемой разности температур тепловизионных приборов при использовании сетчатых фильтров. В кн.: Тепловидение. - М.: МИРЭА, 1984, вып. 5. - С. 4-7.

60. Куртев Н.Д., Анцыферов С.С. Повышение достоверности анализа тепловых изображений // Тепловидение. М.: МИРЭА, 1986. - Вып.6. -С. 112-117.

61. Ллойд Дж. Системы тепловидения / Пер. с англ. под ред. А.И. Горячева. -М.: Мир, 1978.-416 с.

62. Луизов A.B., Федорова Н.С. Число градаций яркости, различаемое глазом // Оптико-механическая промышленность. 1973. - № 10. - С. 12-15.

63. Макаров A.C., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань: Унипресс, 1998.-318 с.

64. Мешков В.В., М.М. Епанешников. Осветительные установки. М. : Энергия, 1972.-С. 167-171.

65. Мирошников М.М. Инфракрасная техника в России // Оптический журнал. 1997. - № 2. - С. 18-23.

66. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л. : Машиностроение, 1983. - 696 с.

67. Мирошников М.М., Синцов В.Н., Черняев Ю.С. Разработка методики испытаний тепловизионных приборов // Оптико-механическая промышленность. 1971. - № 4. — С. 18-22.

68. Митин В.П. Расчет основных параметров зеркальных сканирующих систем // Оптико-механическая промышленность. 1980. — № 7. - С. 21-23.

69. Митин В.П., Муравейская A.A. Корректировка входной апертуры фотоприемника в сканирующем ИК микроскопе // Оптико-механическая промышленность. - 1979. - № 6. - С. 38-40.

70. Мочалин В.Д. Прогнозирование радиационных контрастов объектов в спектральных диапазонах 3,5-5 и 8-14 мкм // Оптико-механическая промышленность. 1991. - № 6. — С. 24-26.

71. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. М. : Воениздат, 1989. - 254 с.

72. Павлова В.А., Тетерин В.В., Дегтярев, Рудый И.В. Иконический подход к решению проблемы неоднородностей чувствительности многоэлементных ФПУ в сканирующих тепловизорах // Оптический журнал. 1997. - № 2 — С. 21-29.

73. Покотило С.А., Снегирёв A.JI., Ясинский Г.И. Косое сканирование и его использование в тепловидении // Оптико-механическая промышленность. — 1991.-№3.-С. 16-17.

74. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах. Л. : Машиностроение, 1980. - 272 с.

75. Преснухин Л.Н. и др. Фотоэлектрические преобразователи информации. -М. : Машиностроение, 1974. 369 с.ЮО.Приборы тепловизионные. Термины и определения : ГОСТ 27675-88. -М. : Изд-во стандартов, 1988.

76. Рагузин P.M. О прогнозировании развития и выборе оптимальной номенклатуры световых микроскопов // Оптико-механическая промышленность. 1973. - № 3. — С. 53-55.

77. Сабинин В.Е., Солк C.B. Проблемы проектирования и изготовления оптики из полимерных материалов. // Оптический журнал. Том 69, №1, 2002, -С. 61-64.

78. Савоскин В.М. Афокальные трехкомпонентные панкратические системы // Оптико-механическая промышленность, 1973, № 3 С. 18-20.

79. Соболева Н.Ф., Митин В.П. Анализ искажений формы изображения в ИК микроскопе с одиночным сканирующим зеркалом // Оптико-механическая промышленность, 1975, № 4 - С. 6-8.

80. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы "смотрящего" типа. М.: Логос, 2004. - 444 с.

81. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Минимальная пороговая разность температур, обнаруживаемая тепловизионным методом // Оптический журнал. 1993, №5. - С. 20-23.

82. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Предельная чувствительность и информативность тепловизоров и других оптико-электронных приборов // Оптический журнал. 1996. - Т. 63, №6. - С. 18-41.

83. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Сравнительная оценка информативности визуальных и тепловизионных методов наблюдения в условиях теплового баланса Земли // Оптический журнал. 1995. - Т.62, №4. - С. 11-18.

84. Тымкул В.М., Ананич М.И. Оптико-математическая модель поляризационных тепловых изображений объектов. Ч. 2. // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1993. - № 3. - С. 53-55.

85. Ухов Б.В., Клочкова В.Г., Красников Д.Н. Влияние аберраций оптической системы на основные параметры тепловизора // Оптико-механическая промышленность. 1978. - №11. - С. 3-5.

86. Ухов Б.В., Краснова O.B. Оптимизация параметров схемы Кеннеди // Оптико-механическая промышленность. 1989. - № 2. - С. 50-53.

87. Ухов Б.В. и др. Критерий сравнения тепловизоров и сканирующих оптико-механических устройств // Оптико-механическая промышленность. -1983.-№6.-с. 20-24.

88. Хадсон Р. Инфракрасные системы. М.: Мир, 1972. - 534 с.

89. Хайнадский O.A. Влияние эксцентриситета и торцевого биения растров на закон изменения выходных сигналов нониусных синусно-косинусных датчиков угла // Оптико-механическая промышленность. 1979. - № 2. -С. 2-5.

90. Чиванов А.Н. Методы повышения технических характеристик тепловизоров // Науч.-техн. вестн. СПб ГУ ИТМО. 2004. - Вып. 15. -С. 132-136.

91. Чистяков В.А. Градуировка тепловизоров по образцам теплового излучения // Измерительная техника. — 1986. № 5. - С. 61-62.

92. Шабашев O.K., Муравейская А. А. Тепловые излучатели для определения параметров тепловизоров // Оптико-механическая промышленность. 1982. - № 12. — С. 42-43.

93. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех. М. : Сов. радио, 1967. - 348 с.

94. Широбоков A.M. Методика определения и исследование зависимости разрешающей способности самолётных тепловизоров от контраста объектов // Оптико-механическая промышленность. 1976. - № 4. - С. 75-77.

95. Якушенков Ю.Г. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов. М. : Сов. Радио, 1971. - 384 с.

96. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М. : Сов. Радио, 1980.-392 с.

97. Johnson J. Analysis of image forming systems // Proc. of Image Intensifier Symposium, 1958.-P. 249-273.

98. Electro-optical imaging: system performance and modeling / Ed. by L.C. Biberman. Bellingham, Washington, US // SPIE. 2000. - 1253 p.

99. Findlay G.A., Gutter D.R. Comparison of performance of 3-5 and 8-12 mk infrared systems // Applied Optics. 1989. - v. 28, № 23. - P. 5029-5038.

100. Harvey C. Dual active/passive IP image system // Optical Engineering. — 1981. v. 20, № 6. - P. 976-981.

101. Hoist G.C. Electro-optical imaging system performance: 2nd ed. / SPIE vol. PM-84. Winter Park, FL: JCD Publishing, 1998. - 378 p.

102. Kantrowitz F. Bandpass optimization for low-altitude long-path IR imagery // Optical Engineering. 1994. - v. 33, № 4. - P. 1114-1120.

103. Marche P., Packard P., Kaiser W. SYNERGI новое поколение тепловизионных систем / Thomson ТТО Optronique - France, PilkingtonOptronics United Kingdom, Carl Zeiss - Germany // SPIE. - 1995. - Vol. 2552 : Infrured Technology XXI. - 872 p.

104. Naveh O. Sensitivity of scanning and staring infrared seekers for air-to-air missiles // Proc. SPIE. 1997. - Vol. 3061. - P. 692-711.

105. Norton P.R. Infrared in the next millennium // SPIE Proc. 1999. - Vol. 3698.- P. 652-665.

106. Price J. Band selection procedure for multispectral scanners // Applied Optics.- 1994. Vol. 33. - №15. - P. 3281- 3289.

107. Ratches J. A. Night vision modeling: historical perspective // SPIE Proc. -1999.- Vol. 3701.-P. 2-12.

108. Reuss M. Notes on the Cos4 Law Illumination // JOSA. 1948. - P. 980-982.

109. Reuss M. The Cos4 Law Illumination // JOSA. 1945. - P. 283-288.

110. Rossel F.A., Willson R.H. Recent Psychophysical Experiments and the Display Signal-to-Noise Ratio Concept. Perception of Displayed Information / Ed. by L.M. Biberman. Ch. 5, Plenum - 1973. - P. 167-232.

111. Smith. Modern optical Engineering. McGraw Hill, 1966. - 133 p. 154.Solk S., Shevtsov S., Iakovlev A. Designing of optical elements manufactured by diamond turning// SPIE. - 2000. - Vol. 4231. - P. 181-188.

112. The Infrared and Electro-Optical System Handbook / Ed. by J. S. Accetta, D. L. Shumaker. Bellingham // SPIE Proc. - 1993. - 3024 p.

113. Wolf W.L. Errors in MRTD charts // Infrared Physics. 1977. - Vol. 17. -№5. -P. 375-381.

114. Zhijun X., Wending F. Optimization of sprite detectors // Infrared Physics. -1990. Vol. 30. - № 6. - P. 489-499.