автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Разработка методов повышения помехоустойчивости астрономических телевизионных камер на приборах с зарядовой связью

На правах рукописи

Березин Владимир Борисович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КАМЕР НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ

Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства

телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2006

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина).

Научный руководитель -

доктор технических наук, старший научный сотрудник Цыцулин А. К.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, старший научный сотрудник Формозов Б. Н. кандидат технических наук Сущев Г.А.

Ведущее предприятие - ЗАО «Электроника и видеосистемы».

Защита состоится « а часов на заседании

диссертационного совета/ Д212.238.03 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ученый секретарь диссертационного совета

Баруздин С. А.

ЯЦР

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена решению части крупной научно-технической проблемы повышения помехоустойчивости и информационного согласования с сюжетом телевизионных астрономических систем реального времени, состоящей в решении задач разработки методов управления режимами работы телевизионных камер (ТК) на матричных приборах с зарядовой связью (ПЗС). При этом акцент делается на адаптацию группового счета фотонов в процессах дискретизации и квантования зарядового изображения в условиях априорной неопределенности об интенсивностях и координатах наблюдаемых звезд. Помехоустойчивость в работе традиционно понимается и вычисляется как потенциальная, лимитируемая шумом и в зависимости от класса задач (обнаружение или оценивание) характеризуется отношением сигнал/шум либо среднеквадратической ошибкой (СКО).

Актуальность темы.

Повышение помехоустойчивости группового счета фотонов актуально в системах астроориентации, внеатмосферной астрономии, околоземной астрономии, в том числе контроля космического пространства и адаптивной оптики. Актуальность исследований связана с потребностью достижения большой чувствительности и точности измерения параметров объектов при небольших массе и габаритах телекамер. Так как стоимость запуска космических аппаратов пропорциональна их массе, а повышение помехоустойчивости эквивалентно уменьшению размеров входного зрачка объектива, определяющего его массу, то повышение помехоустойчивости астрономических ТК имеет не только научные, но и экономические обоснования. Решение задачи повышения помехоустойчивости находится в русле общей проблемы развития оптико-электронных и телевизионных систем, отраженной в программе РФ «Национальная технологическая база», действие которой в силу ее важности продлено до 2010 года. Основой для повышения помехоустойчивости астрономических ТК реального времени, выступающих в роли преобразователей видеоинформации, является их построение как счетчика фотонов, наилучшим образом согласованного с одной стороны с источником зашумленного изображения, а с другой стороны с автоматическим компьютерным получателем. Существенный вклад в решение этой проблемы согласования внесли работы: А. Роуза, Ф. М. Вудворда, А. Боксенберга, С. Б. Гуревича, И. И. Цуккермана, С. И. Катаева, Л. И. Хромова и др. специалистов. Данная работа является приложением и развитием их результатов.

Цель и задачи работы.

Цель работы - решение задачи повышения помехоустойчивости астрономических телевизионных камер на ПЗС реального времени путём оптимизации режимов их работы. Для ратгпигс чпдп'ти необходимо учесть

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ) I БИБЛИОТЕКА I

! оСэпТ^У ;

особенности процесса группового счета фотонов и разработать методы повышения помехоустойчивости, учитывающие специфику матричных ПЗС. Такие методы подразделяются на три группы:

1. Оптимальное согласование эффективного размера элемента разложения с радиусом функции рассеяния точки объективом для двух разных задач принятия решений: обнаружения точечных объектов и оценки их координат.

2. Оптимальное согласование скорости создания информации ТК и сложности процессора путем использования аналогово-цифрового преобразования с переменным шагом квантования.

3. Минимизация и стабилизация темнового сигнала матричного ПЗС для повышения точности расчета порогов принятия решений в системе управления.

Предмет исследования.

Рассматриваемый класс астрономических ТК реального времени на матричных ПЗС включает и целевые системы (например, контроля космического пространства), и вспомогательные, предназначенные для обеспечения работы наземных и космических телескопов с большой апертурой. Последние решают задачу формирования оценок параметров точечных источников (звезд или пятен гартманограммы) за время, существенно меньшее времени наблюдения в Главном наблюдательном приборе. Понятие реального времени является обобщением принятого в астрономии «метода коротких экспозиций» с учетом того, что на качество работы ТК влияет не только точность измерения параметров объектов, но и задержка, с которой они передаются в систему управления.

Трудность достижения потенциальной помехоустойчивости связана с тем, что наблюдению предельно слабых сигналов звезд мешает наличие нескольких источников помех: фотонного шума сигнала, фотонного шума фона и собственного шума ТК. При этом трудности синтеза астрономических ТК связаны с тем, что для очень слабых сигналов может стоять только вопрос об их обнаружении и весьма грубой оценке координат, а при наблюдении более интенсивных сигналов может быть поставлен вопрос о высокоточном (субпиксельном) измерении координат. Это означает, что в астрономических системах реального времени необходимо использовать различные критерии качества системы, которые ведут к различным параметрам оптимальной системы наблюдения. Методика разработки астрономических ТК в настоящее время состоит в использовании матричных ПЗС, обладающих большой накопительной способностью (емкостью) элемента разложения, большим форматом (числом элементов) и построении видеотракта и устройства ввода в ЭВМ, вносящих минимально возможное количество ошибок. Анализ состояния отечественных и зарубежных разработок астрономических ТК показывает, что в большинстве случаев основной операцией согласования оптической системы и фотоприемника является выбор соотношения размеров радиуса функции рассеяния точки объективом и размера элемента ПЗС. При этом чаще всего такое согласование преследует цель достижения минимума ошибки измерения

координат, и лишь в некоторых случаях при дефиците числа элементов разложения в матричных ПЗС, такое согласование ведут с целью увеличения обнаружительной способности ТК. В телевизионных системах обоих типов для достижения предельной помехоустойчивости необходимо осуществить эффективную борьбу с указанными выше помехами, причем в большинстве случаев такая борьба должна опираться не только на априорную информацию о полезных сигналах и помехах, но и на прямые результаты наблюдения. Таким образом, астрономические ТК на ПЗС должны быть адаптивными к интенсивностям полезных сигналов и фонов.

Основные методы исследования.

На пути решения поставленной задачи имеются трудности, разрешаемые различными методами, подразделяемыми на три группы: теоретические (методы теории обнаружения и оценивания, теории информации), компьютерного моделирования и экспериментальной оценки помехоустойчивости ТК на матричных ПЗС.

Научная новизна работы:

Основным научным результатом является разработка метода адаптивного группового счета фотонов в астрономической ТК реального времени, включающего адаптацию зоны накопления (эффективного размера элемента разложения ПЗС) и разрядности квантователя к интенсивностям сигналов наблюдаемых точечных объектов и фона.

Частные результаты:

1. Обоснована необходимость адаптации эффективного размера элемента разложения к радиусу функции рассеяния точки при совместном решении задач обнаружения точечных объектов и оценки их координат, обусловленная выявленной зависимостью размера зоны накопления при обнаружении точечных объектов от ее потенциального контраста относительно фона и постоянством зоны накопления при оценивании координат.

2. Разработан метод адаптивного считывания сигнала с ПЗС.

3. Разработан метод параллельного считывания сигнала с ПЗС.

4. Обоснован и разработан метод информационного согласования ТК с процессором с помощью аналогово-цифрового преобразования с переменным шагом квантования.

5. Разработан метод высокоточного измерения темнового сигнала ТК на матричном ПЗС.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предельная помехоустойчивость в астрономических ТК на ПЗС, работающих в режиме реального времени, достигается методом адаптивного группового счета фотонов, включающим адаптацию зоны накопления и разрядности квантователя к интенсивностям сигналов звезд и фона.

2. Повышение помехоустойчивости астрономических ТК на ПЗС, работающих в режиме совместного обнаружения точечных объектов и оценки

их координат в условиях наличия фотонного шума сигнала, шума внешнего фона и собственного шума телекамеры, достигается методом адаптивного считывания зарядового изображения, обеспечивающим согласование эффективного размера элемента разложения с радиусом функции рассеяния точки объективом по двум различным критериям.

3. Повышение помехоустойчивости астрономической ТК на ПЗС в условиях большой априорной неопределенности о параметрах сигналов может быть достигнуто методом считывания зарядового изображения с формированием параллельных каналов с различным числом группируемых зарядовых пакетов.

4. Повышение помехоустойчивости передачи сигнала от ТК в вычислитель, характеризуемой информационным риском (суммой информации о фотонном шуме и потери полезной информации), достигается применением аналого-цифрового преобразования с кусочно-линейной шкалой квантования и числом разрядов, определяемым накопительной способностью элемента ПЗС.

5. Повышение помехоустойчивости астрономической ТК на охлаждаемом матричном ПЗС достигается стабилизацией темнового тока с использованием метода повышения точности оценки темнового сигнала путем адаптивного считывания сигнала «темновой строки» матрицы ПЗС

Практическая значимость работы:

Определяется выигрышами, достигнутыми в помехоустойчивости астрономических ТК при использовании разработанных методов. В том числе:

1. Разработанные методы дискретизации в матричном ПЗС, адаптивные к интснсивностям сигналов точечных объектов, позволяют до 2 раз увеличить пороговую чувствительность ТК.

2. Разработанный метод квантования с переменным шагом для экспоненциальной функции распределения интенсивностей сигналов звезд позволяет в 1,6 раза уменьшить информационный риск при передаче сигнала от ТК в процессор обработки.

3. Разработанный метод прецизионного измерения среднего значения темнового сигнала матричного ПЗС позволяв! на порядок повысить точность формирования оценок принятия решений в системе управления.

Личный вклад.

Включенные в диссертацию материалы получены лично автором или при ею непосредственном участии: метод адаптивного группового счета фотонов в астрономической телевизионной камере, включающий адаптацию эффективного размера элемента разложения ПЗС и разрядности квантователя к интен-сивностям сигналов наблюдаемых точечных объектов и фона, метод параллельною считывания сигнала с ПЗС. Метод высокоточного измерения среднего значения темнового тока матричного ПЗС и экспериментальные исследования помехоустойчивости всех разработанных методов проведены лично автором.

Реализация результатов работы:

Разработанные методы нашли применение в ряде экспериментальных аппаратур и НИР, о чем имеется 5 актов о внедрении:

1. Макетные образцы трех тйпов бортовых телевизионных камер (на неохлаждаемым ПЗС; на ПЗС охлаждаемом термоэлектрическим холодильником; на ПЗС, охлаждаемом до криогенного уровня температур) разработанные по договорам с НТЦ «Восход» (Генеральный Заказчик Институт астрономии «ИНАСАН»).

2. НИР «Оптима» «Исследование возможности создания ТВ камеры на ФПЗС для наблюдения точечных объектов в интересах систем контроля космического пространства», проводимой ФГУП «НИИ Телевидения».

3. Макетный образец телевизионного оборудования астрономического назначения, включающего в себя три телевизионных камеры на матричных ПЗС с термоэлектрическим охлаждением по контракту №М-03/2 от 25.04.2001г. с Институтом астрономии г. Мехико.

Апробация работы:

Результаты, полученные в ходе данной диссертационной работы, были представлены и обсуждались на следующих российских и международных конференциях:

1.6-я международная конференция «Оптико-электронные устройства распознавания образов, обработка изображений и символической информации», Курск, 2003.

2. 3-я международная конференция «Телевидение. Передача и обработка изображений». СПб, 2002.

3. 56-60 Научно-технические конференции НТО РЭС им. A.C. Попова, СПб, 2001-2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 164 наименования. Основная часть работы изложена на 115 страницах машинописного текста. Работа содержит 56 страниц рисунков и 2 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, указана цель работы, определены задачи и методы исследования. Сформулированы научная новизна, практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу принципов построения и состояния разработок систем невещательного телевидения, достижимого и достигнутого уровня помехоустойчивости астрономических телевизионных систем реального времени, формулировке требований к типу и характеристикам матричных ПЗС, применяемых в этих телевизионных системах, а также критическому обзору

известных методов обработки изображений, в том числе для повышения помехоустойчивости ТК на ПЗС. Помехоустойчивость рассматривается с позиций концепций счета фотонов А. Роуза и потенциальной помехоустойчивости В. А. Котельникова; помехоустойчивость оценивается средним риском при обнаружении и оценивании параметров и информационным риском при передаче сигналов. Наблюдаемые объекты полагаются точечными, размер изображения определяется импульсной характеристикой объектива, а не размером объекта. Применение термина «системы реального времени» накладывает отраниченис на внесение дополнительных задержек, вызывающих ошибки принятия решений и управления. Рассматриваются основные приложения данной работы: астродатчики и гартмановские измерители динамических искажений волнового фронта, отмечаются их сходства и различия. Задача наблюдения точечных объектов астрономическими ТК формулируется как задача совместного обнаружения и оценивания параметров при наличии нескольких источников шумов и ориентировочно известных функциях плотности вероятностей амплитуд сигналов. На основе проведенного анализа формулируются задачи исследования.

Вторая глава посвящена приложению принципов достижения потенциальной помехоустойчивости и принципа адаптации к астрономическим телекамерам на ПЗС. Обосновывается необходимость перехода от регулярной дискретизации в матричном ПЗС к адаптивной при решении задач совместного обнаружения и оценивания параметров сигналов точечных объектов по критерию максимума отношения сигнал/шум на этапе обнаружения и по критерию минимума СКО измерения координат на этапе оценки параметров. Обосновывается необходимость определения оптимальной дискретизации в ходе параметрического синтеза в рамках модели телевизионной системы, рассматриваемой как система связи, включающая устройства кодирования и декодирования (рис.1).

В данной модели матричный ПЗС выступает в роли кодера, его считывающее устройство трактуется как канал связи, а видеотракт и вычислитель выступает в роли декодера. Модель учитывает влияние фотонного шума сигнала, фотонного шума фона и собственного шума ТК. Преобразование сигналов и помех в ПЗС в первом приближении рассматривается как накопление смеси У сигнала 5 и фона В в элементах разложения размером Д с прямоугольной апертурной характеристикой.

В задаче обнаружения оптического сигнала аЯ(х - х0) считается известной форма сигнала Я(х) и неизвестными амплитуда сигнала а и координата х„. При проверке гипотезы о наличии сигнала минимум среднего риска достигается оптимизацией значения порога и максимизацией отношения сигнал/шум Дцш=а^тах У. Выбор порога считается известной в теории решений задачей и обычно осуществляется путём задания допустимого уровня вероятности ложных тревог с учётом функции плотности вероятности шума.

Рис. 1. Модель системы наблюдения с дискретизацией оптических сигналов в ПЗС

При обнаружении сигнала в условиях влияния нескольких источников шума отношение сигнал/шум определяется числом сигнальных фотоэлектронов числом фоновых фотоэлектронов Л^ и дисперсией О собственного шума телекамеры:

Форма полезного сигнала принята гауссовской с радиусом г и неизвестными амплитудой а и координатой ха. Полагается фиксированное значение функции рассеяния точки объективом и варьируется размер элемента разложения. Отношение сигнал/шум вычисляется с учетом шумов фона и шумов считывания, дисперсии которых не зависят от номера отсчета:

"Д/2 2

а $5(х)<1х

. -Д/2

Д/2

а ¡ЗМЛх + ВЬ + й -Д/2

Максимум помехоустойчивости при обнаружении в основном зависит от интенсивности а сигнала звезды и интенсивности В фона. Отношение а/В, которое трактуется как потенциальный контраст звезды относительно фона, определяет не только достижимое отношение сигнал/шум, но и оптимальный размер элемента разложения. Зависимость оптимального размера элемента от потенциального контраста и соотношения шумов фона и телекамеры (рис. 2) может быть выражена приближенной формулой, пригодной для быстрых оценок оптимальной зоны накопления:

&оцг = 1,45гтах

1,5 +

тах

1,9; +

В широком диапазоне изменения соотношения шумов фона и считывания оптимальный по критерию отношения сигнал/шум нормированный на радиус г сигнала звезды размер элемента разложения изменяется в пределах от 3 до 7.

В задаче измерения координат звезд минимуму среднего риска соответствует минимум СКО измерения координаты х0. В системах реального времени обычно используют квазиоптимальный алгоритм вычисления центра

Рис. 2. Зависимость оптимального для обнаружения размера элемента разложения от потенциального контраста.

1) В= 10, £=1000;

2) 5=10, £>=100;

3) 5=10, £>=10;

4) 5=10, £>=1;

тяжести. Известно, что вычисления по каждой оси должно вестись по трем отсчетам, т. е. оптимальный по критерию минимума СКО размер элемента разложения Л0ПТ=а^гтп е должен иметь значение, близкое к удвоенному радиусу г кружка рассеяния. Этот результат здесь уточняется с учетом фотонного шума сигнала и различной зависимости шума внешнего фона и собственного шума телекамеры от размера элемента разложения.

СКО измерения координат имеет несколько компонент, обусловленных шумом. Известно, что шум вызывает два явления: одно - обычное уменьшение точности, другое - неоднозначность. Оценка может быть отброшена от своего правильного положения настолько, что она будет казаться соответствующей совершенно ложному значению координаты. Поэтому полная СКО е будет содержать как минимум две компоненты: б„, определяемую «обычным уменьшением точности», и которая может быть названа нормальной ошибкой, и еа, определяемую неоднозначностью внутри самого сигнала, которая может быть названа аномальной ошибкой: е = е„ + еа. Нормальная ошибка родственна пропуску полезного сигнала при обнаружении. Аномальная ошибка, родственная ложной тревоге при обнаружении сигнала, определяется вероятностью неправильного определения отсчета, сигнал в котором максимален. В силу задания формы полезного сигнала гауссовской кривой обе

ошибки вычисляются через табулированный интеграл вероятности Ф(х) и суммируются по всем превышающим порог отсчетам.

Нормальная ошибка для трех отсчетов вычисляется по формуле

£ -.АЛ«[ф(¥)-ф(|)]+2СВА + Л0} а1 Ф2(^)

и увеличивается при увеличении размера зоны накопления.

Аномальная ошибка для грех отсчетов вычисляется по формуле

)} 1

и в отличие от нормальной ошибки уменьшается при увеличении размера зоны накопления. Эти две противоположные тенденции и определяют наличие оптимального для измерения координат размера элемента разложения.

Расчет показывает (рис. 3), что в широком диапазоне изменения соотношения интенсивности сигнала и шумов фона и считывания имеется оптимальное значение размера элемента Д/гар(е~1,45, т. е. учет трех источников шума (полезного сигнала, фона и считывания) при использовании алгоритма измерения центра тяжести подтвердил эмпирическое правило дискретизации сигнала звезды на три элемента по каждому направлению для достижения минимума ошибки измерения координат, уточнив оптимальное отношение размеров кружка рассеяния и зоны накопления.

Рис. 3. Зависимость СКО измерения координат звезды от соотношения размеров элемента разложения и функции рассеяния точки объективом при различных соотношениях шума фона и собственного шума телекамеры

1) а=100, В=5, 0=5;

2) а=100, В-5, 0=10,

3) а=100, В=50, 0=5,

4) а=100, В=100, 0=5;

5) а=10, В=1,

Совместное обнаружение-оценивание точечных объектов в телевизионных камерах на матричных ПЗС в режиме реального времени возможно путем последовательного не разрушающего заряды считывания сигналов с полной и сокращенной четкостью. В этом режиме матричный ПЗС (включая устройство считывания зарядов) выполняет роль общей ветви системы обработки для

1-Ф

совместного обнаружения-оценивания, а разветвление на самостоятельные алгоритмы осуществляется с помощью демультиплексора, включенного непосредственно после специальной схемы выборки. Специфика схемы выборки состоит в том, что при суммировании зарядовых пакетов по строке в выходном устройстве с плавающей диффузионной областью формируется видеосигнал, представляющий дискретно увеличивающуюся сумму видеосигналов соседних элементов разложения ПЗС. В этом случае для формирования каналов с различным пространственным разрешением и чувствительностью достаточно с помощью устройств выборки-хранения формировать разности между соответствующими значениями видеосигнала, а для формирования сигнала с максимальным отношением сигнал/шум - между последним значением, равным сумме всех видеосигналов и уровнем черного. Предложенный алгоритм обработки видеосигнала эквивалентен схеме двойной коррелированной выборки, что позволяет устранить шум установки потенциала узла детектирования заряда. Количество каналов на выходе демультиплексора определяется набором требуемых размеров зон накопления и зависит от соотношения шумов считывания и фотонных шумов фона. Данный метод обладает избыточностью (и требует усложнения вычислителя), приводит к некоторому уменьшению динамического диапазона системы со стороны сильных сигналов и поэтому должен применяться в случае большей априорной неопределенности сигналов.

Для изображений с умеренной априорной неопределенностью, с которыми работает телевизионная астрономия, имеется возможность строить систему не как параллельную, а как адаптивную: гак, чтобы при измерении координат эквивалентный размер элемента составлял 1,5 радиуса функции рассеяния точки, а при обнаружении увеличивался в 2-3 раза. В этом случае согласование зоны накопления с кружком рассеяния объектива должно производиться группированием зарядовых пакетов до передачи через выходное устройство, т. е. методом переменной по полю четкости, уменьшающим влияние шумов канала считывания зарядового изображения. Переменная четкость, реализуемая непосредственно в фотоприемной матрице, принципиально отличается от организованной путем компьютерной обработки считанного обычным способом изображения: шум считывания в обычной системе добавляется к каждому элементу разложения, а в системе с переменной четкостью он добавляется один раз на группу элементов. Алгоритм адаптации включает нормировку усиления в соответствии с числом суммируемых зарядовых пакетов для корректной компенсации фонового сигнала. Адаптация телевизионной системы позволяет при сохранении требований к уровню ложной тревоги повысить чувствительность к слабым источникам. Возможный выигрыш в чувствительности определяется отношением значения порогов на различных шагах адаптации. В зависимости от соотношения уровня шума фона и шума считывания изменяется выигрыш в чувствительности адаптивной системы. При практической реализации описанной адаптивной системы уровень шума

считывания измеряется по защищенным от воздействия оптического излучения элементам матрицы ПЗС, а уровни шумов измеряются в оценивающе-вычитающем устройстве вычислителя. Разработанные методы повышения помехоустойчивости астрономических ТК реального времени реализуют групповой счет фотонов и позволяют максимально приблизиться к потенциальному количеству информации, зависящего от числа и, элементов в строке матрицы ПЗС и емкости потенциальной ямы (максимального числа М, электронов в элементе разложения) элемента разложения (рис. 4).

Два разработанных метода характеризуются применением в ТК набора возможных интервалов дискретизации и отличаются либо параллельным их использованием (пирамидальная структура) либо адаптивным выбором из обоснованного множества. Вычислены значения выигрышей при применении разработанных методов.

Рис. 4. Зависимость количества информации для различных вариантов накопления:

• без группирования зарядовых пакетов элементов для оценивания координаты 1,

• с группированием зарядовых пакетов двух элементов 2,

-• с группированием трех

элементов 3,

• адаптивном накоплении 4,

• потенциальное значение 5, требующее согласованного фильтра Численные значения количества информации приведены для матричного ПЗС с числом элементов

16 I О^К,

на строке и3=10 и накопительной способностью элемента N,=64x103

Третья глава посвящена задаче повышения помехоустойчивости при передаче сигнала от ТК (кодера) в процессор вычисления оценок (декодер). Задача информационного согласования изображения звездного поля с каналом ввода информации в процессор рассмотрена с позиции минимума информационного риска, согласно которому разрядность т квантователя определяется исходя из минимума суммы потери полезной информации Д1 и загрузки канала шумовой информацией 1ш: ти = а^ппп(Д1 + 1ш). Показано, что оптимальное число разрядов квантователя определяется емкостью потенциальной ямы ПЗС и функцией распределения амплитуд сигналов. Для типовой в астрономии экспоненциальной плотности вероятности интенсивности сигнала звезд найдено оптимальное значение разрядности (на 0,5... 1 бит/элемент меньшее, чем при равномерной плотности вероятности), равное

т0 ~ Уг/ояслуо^,).

Для квантования сигналов, искаженных мультипликативным фотонным шумом, предложен метод аналогово-цифрового преобразования с переменным шагом квантования, использующий два участка с различающейся в четыре раза плотностью шагов - большой для слабых и малой для интенсивных сигналов. Метод позволяет при том же оптимальном числе разрядов и без существенного увеличения сложности кодера и декодера уменьшить информационный риск от значения 2,5 бит/элемент до 1,5 бит/элемент, существенно приблизившись к пределу в 1 бит/элемент для нелинейной шкалы порогов квантования.

Четвертая глава посвящена проблеме прецизионного измерения среднего значения сигнала темнового тока матричного ПЗС путем управления режимами считывания в ПЗС (рис.5). Результаты измерения нужны в двух подсистемах астрономической ТК: в блоке вычисления порогов принятия решений и в системе стабилизации температурного режима ПЗС. Трудность прямого измерения среднего значения темнового сигнала матричного ПЗС состоит в низком уровне этого сигнала как по сравнению с шумом считывания зарядов элементов разложения, так и по сравнению с шагом квантования видеосигнала в АЦП. Преодоление этой трудности осуществляется с помощью реализации методов накопления зарядов и усиления сигналов. Суть метода состоит в формировании виртуального канала связи, позволяющего через стандартное выходное устройство считывать помимо обычного видеосигнала совокупный темновой сигнал группы элементов выходного регистра; число элементов в группе выбирается автоматически в зависимости от уровня темнового сигнала предыдущего кадра.

1

Рис. 5. Эпюры сигналов управления считыванием с матричного ПЗС согласно разработанному методу повышения точности оценки темнового сигнала

Для повышения точности измерений предложено суммировать зарядовые пакеты не только темновых пикселей (2), а такое их количество, при котором

оценка темнового сигнала будет получена с необходимой точностью (4). Для реализации этого режима в интервале накопления прекращается подача импульсов сброса (3). При этом полагается, что ре^льтирующий сигнал не превысит динамического диапазона прибора и будет достаточно велик для проведения расчета с необходимой точностью. В результате телекамера приобретает новое свойство - в ней появляется дополнительный выход, несущий информацию о темновом токе матрицы.

Пятая глава посвящена экспериментальной проверке методов адаптивной дискретизации, высокоточного измерения среднего значения сигнала темнового тока матричного ПЗС, а также описанию астрономических телевизионных систем, построенных с применением разработанных методов. Результаты эксперимента подтвердили расчеты и показали, что метод адаптивной дискретизации сигналов точечных объектов реализуем и дает выигрыш в помехоустойчивости (рис. 6). Показанные на рис. 7 пороги / и 2 обеспечивают при различных режимах дискретизации одинаковое значение ложной тревоги, меньшее одной за кадр.

Рис 6 Иллюстрация эффективности адагпивного метода дискретизации сигналов точечных объектов При подробной дискретизации и заданной вероятности ложной трево1и в элемешс разложения Ртй КГ6 обнаруживается только два объекта из трех имеющихся (а)\ при той же дискретизации для обнаружения третьего объекта необходимо понизить порог до уровня, приводящего к большой вероятности ложной тревоги (б); при адаптивной дискретизации два интенсивных сигнала дискретизируются подробно, но дополнительно обнаружен грубо дискретизированиый слабый сигнал третьего объекта (в)

Выигрыш в чувствительности, как показывают расчет и эксперимент, при различных условиях наблюдения (при изменениях интенсивности внешнего фона и температуры ПЗС), уменьшается при увеличении как собственных шумов телекамеры, так и шумов внешнего фона (рис. 7).

Уровень

"1-1—I-1-1-1-Г—

10 13 16 19 22 25 28

т7

т 160

—Г" 180

Номер элемент I

Рис. 7. Осциллограммы сигнала при адаптивной дискретизации Интервал дискретизации для слабых сигналов, не превышающих порог 1, в три раза больше, чем для интенсивных сигналов (а); слабый сигнал, не превышающий порог 1 при подробной дискретизации, превышает порог 2 и обнаруживается при адаптивной дискретизации (б)

200

220

Рис. 8. Экспериментальная зависимость выигрыша в чувствительности адаптивной астрономической телекамеры от интенсивности внешнего фона при охлаждении матрицы ПЗС 1 и без охлаждения 2

1 ю ю2 ю3 ю4

л, фотоэлектронов фона/элемент Полученный в эксперименте максимальный выигрыш в помехо-

устойчивости в 2,6 раза вместо найденной оценки в 1,8 раза обусловлен

примерно в полтора раза большим значением размера кружка рассеяния объектива телекамеры по сравнению с оптимальным, обеспечивающим минимум среднеквадратической ошибки измерения координат.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В заключении обосновывается внутреннее единство решенных задач, приводятся выводы по диссертации, подтверждающие решение поставленных задач и служащие обоснованием положений, вынесенных на защиту.

Основным результатом работы является предложенный, экспериментально исследованный и реализованный в практических системах метод адаптивного группового счета фотонов в астрономических ТК реального времени. Наиболее важными теоретическими результатами, изложенными в диссертации и дающими практический выигрыш в качественных характеристиках астрономических телевизионных камер на матричных ПЗС реального времени, являются:

• Максимальная помехоустойчивость астрономических телевизионных камер достигается совокупностью методов адаптивного группового счета фотонов, включающего адаптацию дискретизации и квантования оптических сигналов, и дополненного методами уменьшения уровня собственных шумов охлаждаемых матричных ПЗС.

• Выявлено, что переход от задачи обнаружения точечного объекта к задаче оценивания его координат требует уменьшения интервала дискретизации изображений в 2...4 раза в зависимости от контраста объекта относительно фона и отношения дисперсий шумов фона и собственных шумов телевизионной камеры.

• Разработан метод адаптации астрономической телевизионной камеры, позволяющий в среднем в 1,5 раза повысить чувствительность и расширить диапазон яркостей регистрируемых звезд.

• Разработан метод квантования оптических сигналов при мультипликативном фотонном шуме благодаря применению двух различных шкал для слабых и сильных сигналов, позволяющий уменьшить информационный риск в 1,6 раза по сравнению с передачей с постоянным шагом квантования.

• Разработан адаптивный метод прецизионного измерения темнового сигнала матричного ПЗС, позволяющий на порядок повысить точность измерения среднего значения темнового сигнала и его шума.

Проведенные теоретические исследования, расчеты и эксперименты позволили разработать быстродействующие адаптивные телевизионные камеры и системы с использованием матричных ПЗС, в которых в несколько раз повышена помехоустойчивость. Результаты работы нашли применение в ряде НИР, о чем имеются акты внедрения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ РАБОТ

1. Березин В.Б. Метод высокоточного измерения среднего сигнала темнового тока ПЗС в астрономических телевизионных камерах./ В.Б. Березин, В.В. Березин, С.Ю. Алексеев, Е.А. Ананич // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», серия Радиоэлектроника и телекоммуникации. - 2004, - вып. 1, - с. 39^42.

2. Березин В.Б. Реализация аналогово-цифрового преобразования с переменным шагом квантования. / В.Б. Березин, Е.В. Наумов, A.M. Мончак, JB.B. Березин и др. // Известия высших учебных заведений, серия Радиоэлектроника, -2004,-вып. 3,- с. 57-65.

3. Березин В.Б. Адаптивное считывание в астрономических системах на матричных приборах с зарядовой связью. / В.Б. Березин, В.В. Березин, А.К. Цыцулин, A.B. Соколов // Известия высших учебных заведений, серия Радиоэлектроника, - 2004, - вып. 4, - с. 36-45.

4. Войцехович В.В. Трехканальная телевизионно-компьютерная система анализа волнового фронта / В.В. Войцехович, В.В. Березин, В.Б. Березин, Д.Г. Долгов и др. // Известия высших учебных заведений, серия Приборостроение. - 2005, - вып. 9, - с. 29-34.

5. Березин В.Б. Адаптация дискретизации в астрономической системе на матричном ПЗС. / В.Б. Березин, В.В. Березин, A.B. Переспелов, А.К. Цыцулин // Вопросы радиоэлектроники, серия Техника телевидения, -2006, - вып. 1, - с. 72-78.

Подписано в печать 06.03.06. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 8.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

J¿pe ¿A.

Содержание.

Введение.

Глава 1. Помехоустойчивость телевизионных астрономических систем на матричных ПЗС.

1.1. Астрономические телевизионные системы реального времени.

1.2 Принцип счета фотонов в астрономическом телевидении.

1.3. Помехоустойчивость астрономических телевизионных систем реального времени.Л

1.4. Современные матричные ПЗС астрономического назначения.

1.5. Критический обзор методов повышения помехоустойчивости астрономических телекамер на матричных ПЗС.

1.6. Постановка задач.

Глава 2. Разработка методов повышения помехоустойчивости совместного обнаружения и оценивания координат точечных объектов.

2.1 Пути решения задач обнаружения и оценивания координат сигналов точечных объектов.

2.2. Модель системы наблюдения с дискретизацией оптических сигналов в матричном ПЗС.

2.3. Обнаружение сигналов точечных объектов.

2.4. Оценивание координат сигналов точечных объектов.

2.5. Параллельное считывание с организацией каналов различной четкости.

2.6. Адаптивное считывание с переменным размером зоны накопления.

2.7. Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка метода квантования с повышенной помехоустойчивостью передачи сигнала от телекамеры в процессор.

3.1. Анализ квантования сигналов в условиях фотонного шума.

3.2. Метод квантования.

3.3. Адаптивный групповой счет фотонов.

3.4. Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка метода повышения точности оценки темнового сигнала охлаждаемого матричного ПЗС.

4.1. Мешающее воздействие темнового тока ПЗС.

4.2. Механизмы образования темнового тока.

4.3. Оценка темнового сигнала современных матричных ПЗС.

4.4. Охлаждение ПЗС.

4.5. Измерение и стабилизация темнового тока матричного ПЗС с помощью метода высокоточного измерения среднего значения.

4.6. Выводы по главе 4.

Глава 5. Экспериментальная проверка эффективности разработанных методов повышения помехоустойчивости телевизионных камер на ПЗС.

5.1. Экспериментальная проверка эффективности разработанного метода адаптивного считывания сигнала с матричного ПЗС.

5.2. Экспериментальная проверка метода высокоточного измерения среднего значения темнового тока матричных ПЗС.

5.3. Экспериментальная оценка влияния излучения космического пространства на характеристики темнового тока матричных ПЗС.

5.4. Выводы по главе 5.

Диссертация посвящена решению части крупной научно-технической проблемы повышения помехоустойчивости и информационного согласования с сюжетом телевизионных астрономических систем реального времени, состоящей в решении задач разработки методов управления режимами работы телевизионных камер (ТК) на матричных приборах с зарядовой связью (ПЗС). При этом акцент делается на адаптацию группового счета фотонов в процессах дискретизации и квантования зарядового изображения в условиях априорной неопределенности об интенсивностях и координатах наблюдаемых звезд.

Актуальность темы. Задача повышения помехоустойчивости группового счета фотонов актуальна при построении систем астроориентации, астрометрии и фотометрии, в телевизионных системах для внеатмосферной астрономии, околоземной астрономии, том числе контроля космического пространства (ККП) и адаптивной оптики.

Актуальность исследований связана с существующим дефицитом финансирования космических проектов, побуждающим к разработке приборов, обладающих требуемыми характеристиками, в т. ч. точностью и помехоустойчивостью, при небольших массе и габаритах. Так как стоимость запуска космического аппарата (КА) пропорциональна его массе, а повышение помехоустойчивости эквивалентно уменьшению размеров входного зрачка объектива, определяющего его массу, то повышение помехоустойчивости астрономических ТК имеет не только научные, но и экономические обоснования. Решение задачи повышения помехоустойчивости находится в русле общей проблемы развития оптико-электронных и телевизионных систем, отраженной в программе РФ «Национальная технологическая база», действие которой ранее было предусмотрено на период 2001-2006 год, но в силу ее важности дополненной и продленной до 2010 года. Рассматриваемый класс астрономических ТК реального времени предназначен для обеспечения работы наземных и космических телескопов с большой апертурой и решает задачу формирования оценок параметров точечных источников (звезд или пятен гартмонограммы) за время, существенно меньшее времени наблюдения в главном наблюдательном приборе. Понятие реального времени является обобщением принятого в астрономии «метода коротких экспозиций» с учетом того, что на качество работы ТК влияет не только точность измерения параметров объектов, но и задержка, с которой они передаются в систему управления.

Основой для повышения помехоустойчивости астрономических ТК реального времени, выступающих в роли преобразователей видеоинформации, является их построение как счетчика фотонов, наилучшим образом согласованного с одной стороны с источником зашумленного изображения, а с другой стороны с автоматическим компьютерным получателем. Существенный вклад в решение этой проблемы согласования внесли работы: А. Роуза, Ф.М. Вудворда, А. Боксенберга, С.Б. Гуревича, И.И. Цуккермана, С.И. Катаева, Л.И. Хромова и др. специалистов. Данная работа является приложением и развитием их результатов.

Предмет исследования. Рассматриваемый класс астрономических ТК реального времени на матричных ПЗС включает и целевые системы (например, контроля космического пространства) и вспомогательные, предназначенные для обеспечения работы наземных и космических телескопов с большой апертурой. Трудность достижения предельной помехоустойчивости связана с тем, что наблюдению предельно слабых сигналов звезд мешает наличие несколько источников помех: фотонного шума сигнала, фотонного шума фона и собственного шума ТК. Помехоустойчивость ниже рассматривается с позиций концепции счета фотонов А. Роуза и потенциальной помехоустойчивости В. А. Котельникова. Трудности синтеза астрономических ТК связаны с тем, что для очень слабых сигналов может стоять только вопрос об их обнаружении и весьма грубой оценке координат, а при наблюдении более интенсивных сигналов может быть поставлен вопрос о высокоточном (субпиксельном) измерении координат. Это означает, что в астрономических системах реального времени разработчики вынуждены использовать различные критерии качества системы, которые ведут к различным параметрам оптимальной системы наблюдения. Методика разработки астрономических ТК в настоящее время состоит в использовании матричных ПЗС, обладающих большой накопительной способностью (емкостью элемента разложения), большим форматом (числом элементов) и построении видеотракта и устройства ввода в ЭВМ, вносящих минимально возможное количество ошибок. Анализ состояния отечественных и зарубежных разработок астрономических ТК показывает, что в большинстве случаев основной операцией согласования оптической системы и фотоприемника является выбор соотношения размеров радиуса функции рассеяния точки объективом и размера элемента ПЗС. При этом чаще всего такое согласование преследует цель достижения минимума ошибки измерения координат и, лишь в некоторых случаях при дефиците числа элементов разложения в матричных ПЗС, такое согласование ведут с целью увеличения обнаружительной способности ТК. В телевизионных системах обоих типов для достижения предельной помехоустойчивости необходимо осуществить эффективную борьбу с указанными выше помехами, при чем в большинстве случаев такая борьба должна опираться не только на априорную информацию о полезных сигналах и помехах, но и на прямые результаты наблюдения. Таким образом, астрономические ТК на ПЗС должны быть адаптивными к интенсивностям полезных сигналов и фонов.

Целью диссертационной работы является решение задачи повышения помехоустойчивости астрономических телевизионных камер на ПЗС, работающих в реальном времени, путем оптимизации режимов их работы.

Для решения охарактеризованной задачи необходимо проанализировать особенности процесса группового счета фотонов и разработать методы повышения помехоустойчивости, учитывающие специфику преобразования сигналов в ТК на матричных ПЗС. Такие методы должны явиться следствием решения трех групп задач повышения помехоустойчивости:

1. Оптимального согласования эффективного размера элемента разложения с радиусом функции рассеяния точки объективом для двух последовательных этапов совместного обнаружения точечных объектов и оценки их координат при различных соотношениях шумов внешнего оптического фона, фотонного шума полезного сигнала точечного объекта и собственного шума ТК, где по одному и тому же количеству принятых фотонов надо выносить два разнородных решения.

2. Уменьшения требуемой производительности центрального процессора путем использования аналогово-цифрового преобразования с переменным шагом квантования.

3. Минимизации и стабилизации темнового сигнала матричного ПЗС для повышения точности расчета порогов принятия решений в системе управления.

Основные методы исследования. На пути решения поставленной задачи имеются трудности, разрешаемые различными методами, подразделяемыми на три группы: теоретические (методы теории обнаружения и оценивания, теории информации), компьютерного моделирования и экспериментальной оценки помехоустойчивости ТК на матричных ПЗС.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Основным научным результатом является разработка метода адаптивного группового счета фотонов в астрономической ТК реального времени, включающего адаптацию зоны накопления (эффективного размера элемента разложения ПЗС) и разрядности квантователя к интенсивностям сигналов наблюдаемых точечных объектов и фона.

Частные результаты:

1. Обоснована необходимость адаптации эффективного размера элемента разложения к радиусу функции рассеяния точки при совместном решении задач обнаружения точечных объектов и оценки их координат, обусловленная выявленной зависимостью размера зоны накопления при обнаружении точечных объектов от ее потенциального контраста относительно фона и постоянством зоны накопления при оценивании координат.

2. Разработан метод адаптивного считывания сигнала с ПЗС.

3. Разработан метод параллельного считывания сигнала с ПЗС.

4. Обоснован и разработан метод информационного согласования ТК с процессором с помощью аналогово-цифрового преобразования с переменным шагом квантования.

5. Разработан метод высокоточного измерения темнового сигнала ТК на матричном ПЗС.

Практическая значимость: Практическая значимость полученных результатов определяется выигрышами, достигнутыми в помехоустойчивости астрономических ТК при использовании разработанных методов. В том числе:

1. Разработанные методы дискретизации в матричном ПЗС, адаптивные к интенсивностям сигналов точечных объектов, позволяют до 2 раз увеличить пороговую чувствительность ТК.

2. Разработанный метод квантования с переменным шагом для экспоненциальной функции распределения интенсивностей сигналов звезд позволяет в 1,5 раза уменьшить информационный риск при передаче сигнала от ТК в процессор обработки.

3. Разработанный метод прецизионного измерения среднего значения темнового сигнала матричного ПЗС позволяет на порядок повысить точность формирования оценок принятия решений в системе управления.

Реализация результатов работы:

Разработанные методы нашли применение в ряде экспериментальных аппаратур и

НИР:

1. Макетный образец бортовой телевизионной камеры на матричном ПЗС, разработанный ООО «СКБ телевизионной техники» по договору №К29-2002 от 01.01.2002г. с НТЦ «Восход» (Генеральный Заказчик Институт астрономии «ИНАСАН»). Разработанный макет телевизионной камеры на матричном ПЗС с глубоким охлаждением включает в себя заливной криостат с регулировкой температуры матрицы и используется Заказчиком в составе макетного образца светоприемника камеры поля в видимом диапазоне для отладки программно-алгоритмического обеспечения системы наблюдения в фокальной плоскости телескопа Т-170.

2. Макетный образец бортовой телевизионной камеры на матричном ПЗС, разработанный ООО «СКБ телевизионной техники» по договору №КЗ 1-2002 от 01.01.2002г. с НТЦ «Восход» (Генеральный Заказчик Институт астрономии «ИНАСАН»). Разработанный макет телевизионной камеры на матричном ПЗС с термоэлектрическим охлаждением (включает в себя двухкаскадный холодильник Пельтье с регулировкой температуры матрицы) используется Заказчиком в составе макетного образца датчика гида для отладки программно-алгоритмического обеспечения системы наблюдения в фокальной плоскости телескопа Т-170.

3. Результаты данной диссертационной работы были использованы в ходе разработки экспериментального образца ТК на ПЗС в ходе НИР «Оптима» «Исследование возможности создания ТВ камеры на ФПЗС для наблюдения точечных объектов в интересах систем контроля космического пространства (СККП)», проводимой ФГУП «НИИ Телевидения».

4. Бортовая телевизионная камера на матричном ПЗС, разработанная ООО «СКБ телевизионной техники» по договору №К25-2001 от 30.03.2001г. с НТЦ «Восход» (Генеральный Заказчик НПО им. Лавочкина). Разработанная и поставленная Заказчику телевизионная камера используется в составе стендового комплекта оборудования, предназначенного для оснащения перспективных космических аппаратов средствами телеметрического контроля функционирования механических узлов, эксплуатируемых вне термоконтейнера космического аппарата.

5. Макетный образец телевизионного оборудования астрономического назначения, включающего в себя три телевизионных камеры на матричных ПЗС, разработанного ООО «СКБ телевизионной техники» по контракту №М-03/2 от 25.04.2001г. с Институтом астрономии Университета г. Мехико. Разработанные телевизионные камеры на матричных ПЗС с термоэлектрическим охлаждением (включает в себя двухкаскадный холодильник Пельтье) используется Заказчиком в составе оборудования, предназначенного для анализа искажений волнового фронта, возникающих в сегментированном телескопе.

Апробация работы была проведена на 8 конференциях:

6-я международная конференция «Оптико-электронные устройства распознавания образов, обработка изображений и символической информации», Курск 2003.

3-я международная конференция «Телевидение. Передача и обработка изображений». Санкт-Петербург, 2002.

56-60 Научно-технические конференции НТО РЭС им. А.С. Попова, СПб, 2001—

2005.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, из них 5статей и 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем. Диссертация содержит введение, 5 глав, заключение, список литературы, включающий 164 наименования. Основная часть работы изложена на 115

5.4. Выводы по главе 5

1. Реализация метода адаптации дискретизации в ПЗС позволяет получить выигрыш в пороговой чувствительности по отношению к традиционному методу, зависящий от контраста точечного объекта относительно фона. При высоком контрасте и охлаждении ПЗС экспериментально достигнут выигрыш в 2.6 раза.

2. Выигрыш в пороговой чувствительности зависит от степени охлаждения фотоприемника. При высоком контрасте и температуре 25° С экспериментально достигнут выигрыш в 1.8 раза.

3. При интенсивности фона, соответствующей 50% динамического диапазона ПЗС и более, вследствие влияния фотонного шума фона, выигрыш стремится к 1.

4. Применение разработанного метода измерения темнового тока матричного ПЗС позволило на порядок повысить точность измерения среднего значения темнового тока.

5. Элементы ПЗС с аномально высокой скоростью генерации темнового тока, образовавшиеся вследствие воздействия излучения космического пространства, проявляют себя также, как и не подвергавшиеся воздействию, но работающие при больших временах накопления или температуре. Для полного подавления сигналов дефектов таких ПЗС требуется более глубокое охлаждение, нежели для аналогичных, не подвергавшихся воздействию излучения космического пространства.

Заключение

Данная диссертация посвящена решению задачи повышения помехоустойчивости астрономических телевизионных камер на матричных ПЗС, работающих в реальном времени. К этим телевизионным камерам предъявляются противоречивые требования достижения предельной чувствительности и принятия решений по формируемым им сигналам с помощью относительно простых (в том числе бортовых) компьютеров с ограниченной пропускной способностью каналов ввода изображений.

Основным научным результатом, полученным в ходе решения поставленной проблемы, является разработка метода адаптивного группового счета фотонов в астрономических телевизионных камерах реального времени, включающего адаптацию зоны накопления и разрядности квантователя к интенсивности сигналов точечных объектов и фона. Применение разработанного метода позволило при создании новых телевизионно-компьютерных систем примерно в два раза повысить достоверность принятия решений и в два раза уменьшить информационный риск при передаче в вычислитель сигналов изображений точечных объектов. Дополнительным научным результатом явилась разработка метода прецизионного измерения среднего значения темнового сигнала матричного ПЗС, позволяющего на порядок увеличить точность измерения темнового сигнала и обеспечивающего формирование порогов принятия решений при реализации адаптации интервала дискретизации.

Основные новые элементы подхода к проектированию астрономических телевизионных камер реального времени, изложенного в диссертации, опираются на теорию решений (проверки гипотез и оценивания параметров) в части согласования размера элемента разложения в ПЗС с функцией рассеяния точки объективом и теорию информации в части согласования скорости создания информации источником изображения (звездным полем) с пропускной способностью устройства ввода изображения в ЭВМ. Основные новые положения, относящиеся к теории решений и теории информации, используют два ее направления:

• решения задачи адаптации группового счета фотонов при совместном обнаружении - оценивании координат точечных объектов с помощью телевизионных камер на матричных ПЗС в условиях влияния нескольких источников шума -фотонного шума полезного сигнала, фотонного шума фона и собственного шума телевизионной камеры.

• применение критерия минимума информационного риска, составленного из взвешенной суммы потери полезной информации и загрузки вычислителя шумовой информацией, введенного в работах JI. И. Хромова и А. К. Цыцулина;

Концепция счета фотонов, разработанная А. Роузом, опирается на стремление наблюдателя учесть каждый принятый телекамерой фотон. Она ведет, с одной стороны, к абсолютной оптимальности лишь тех фотоприемников, у которых квантовый выход строго равен 100%. С другой стороны, эта концепция требует не только однозначного преобразования фотонов в электроны, но и измерения пространственно-временных координат приема каждого фотона. В некоторых задачах телевизионной астрономии счет фотонов реализуется, и результирующее изображение строится компьютерными методами, опирающимися на совокупность измеренных координат принятых фотонов. Вместе с тем в ряде приложений астрономических телевизионных камер имеет место более сложная помеховая обстановка, когда квантовая структура света приводит к ухудшению помехоустойчивости не только из-за квантования полезного сигнала, но и из-за квантования внешнего мешающего фона. В некоторых случаях, например наблюдения звезд с Земли на фоне дневного неба потенциальная помехоустойчивость определяется в первую очередь интенсивностью шума фона. Во всем широком диапазоне изменения интенсивности фона становится невозможным передать пространственно-временные координаты каждого фотона в вычислитель через устройство ввода с ограниченной пропускной способностью. Отсюда возникла идея группового счета фотонов, которая нашла особенно наглядное воплощение в виде матричных ПЗС, в которых фотоэлектроны, генерированные фотонами, считаются группами: каждый отсчет (элемент разложения в одном кадре) несет информацию лишь о числе накопленных электронов и не содержит более подробной информации о пространственно-временных координатах принятых фотонов. Развитие идеи группового счета фотонов связано с учетом квантования сигнала, накопленного в элементе ПЗС. Целесообразность такого квантования связана с ростом фотонного шума по мере увеличения числа накопленных фотонов в элементе разложения. В результате число накопленных в элементе разложения электронов представляется не точно, а приближенно, и фотоэлектроны считаются группами, характеризуемыми совокупностью параметров: размерами зоны накопления и шагом квантования.

Информационный подход к групповому счету фотонов при их достаточно большой плотности формализуются с помощью критерия минимума информационного риска, состоящего из взвешенной суммы потери полезной информации и шумовой информации. В приложении к астрономическим телевизионным камерам, осуществляющим объединение фотонов в группы по управляемому размеру зоны накопления, этот подход позволил разработать метод адаптивного группового счета фотонов. Для этого метода характерна адаптация и интервала дискретизации и шага квантования сигналов. Адаптация дискретизации состоит в увеличении зоны накопления при наблюдении слабых сигналов, а адаптация квантования - в увеличении шага квантования при наблюдении интенсивных сигналов.

На этом пути автором разработан метод адаптивного считывания зарядового изображения в астрономической телекамере на ПЗС (совместно с А. К. Цыцулиным, В. В. Березиным), метод адаптации квантования оптических сигналов в телевизионно-компьютерной системе обнаружения-оценивания параметров сигналов (совместно В. В. Березиным) и метод прецизионного измерения темнового сигнала, обеспечивающего высокоточное формирование порогов принятия решений.

Разработка метода адаптивного группового счета фотонов как совокупности методов адаптации дискретизации и квантования оптических сигналов к их уровню в условиях определяющего влияния фотонного шума явилась новой иллюстрацией этой важнейшей концепции телевизионной астрономии в приложении к конкретной задаче совместного обнаружения-оценивания координат точечных объектов. Осуществленное в данной диссертации развитие идеи группового счета фотонов расширило сферу приложения и возможности методов нерегулярной дискретизации и квантования, являвшихся основой адаптивного кодирования источника при согласовании его производительности с пропускной способностью канала связи и сложностью компьютера. Объединение предложенных методов адаптации с учетом кусочно-линейной аппроксимации роста количества групп фотоэлектронов по мере роста интенсивности сигнала методологически связано с ростом при этом количества полезной информации. Отличие полученного в диссертации результата от ранее рассмотренного Ф. М. Вудвордом характера роста полезной информации при росте отношения сигнал/шум заключается в том, что он пренебрегал загрузкой канала связи и вычислителя шумовой информацией. В данной диссертации выявлен рост количества полезной информации при ограниченном значении шумовой информации, найденном при минимуме информационного риска. Наиболее важными теоретическими результатами, изложенными в диссертации и дающими практический выигрыш в качественных характеристиках астрономических телевизионных камер на матричных ПЗС реального времени, являются:

• Максимальная помехоустойчивость астрономических телевизионных камер достигается совокупностью методов адаптивного группового счета фотонов, включающего адаптацию дискретизации и квантования оптических сигналов, и дополненного методами уменьшения уровня собственных шумов охлаждаемых матричных ПЗС.

• Выявлено, что переход от задачи обнаружения точечного объекта к задаче оценивания его координат требует уменьшения интервала дискретизации изображений в 2.4 раза в зависимости от контраста объекта относительно фона и отношения дисперсий шумов фона и собственных шумов телевизионной камеры.

• Разработан метод адаптации астрономической телевизионной камеры, позволяющий в среднем в 1.5 раза повысить чувствительность и расширить диапазон регистрируемых звезд.

• Разработан метод квантования оптических сигналов при мультипликативном фотонном шуме благодаря применению двух различных шкал для слабых и сильных сигналов, позволяющий уменьшить информационный риск в 1.6 раза по сравнению с передачей с постоянным шагом квантования.

• Разработан адаптивный метод прецизионного измерения темнового сигнала матричного ПЗС, позволяющий на порядок повысить точность измерения среднего значения темнового сигнала и его шума.

Проведенные теоретические исследования, расчеты, изобретения и эксперименты позволили разработать быстродействующие адаптивные телевизионные камеры и системы с использованием матричных ПЗС в которых в несколько раз повышена помехоустойчивость. Разработанные методы адаптации дискретизации и квантования оптических сигналов нашли применение при создании в ООО «СКБ Телевизионной техники» датчика гида космического телескопа по заказу НТЦ «Восход» (генеральный заказчик ИНАСАН) и анализа волнового фронта по заказу Астрономического института Мексики, в которых вдвое расширен диапазон наблюдаемых сигналов и вдвое сокращена требуемая производительность вычислителя. Разработанные методы нашли применение при разработке ФГУП «НИИ телевидения» перспективной телевизионной камеры, предназначенной для использования в составе системы контроля космического пространства и использующей методы околоземной астрономии.

Изложенное показывает, что использование результатов диссертации позволило разработать несколько типов астрономических телевизионных камер на матричных ПЗС, о чем имеются акты внедрения из ряда организаций.

Таким образом, в диссертации осуществлено решение имеющей важное народно-хозяйственное значение поставленной задачи повышения помехоустойчивости астрономических телевизионных камер на матричных ПЗС, работающих в реальном времени.

1. Брацлавец П.Ф., Росселевич И.А., Хромов Л.И. Космическое телевидение. М.: Связь, 1973. 248 с. (1-е изд. 1967).

2. Телевизионная астрономия./ Абраменко А.Н, Агапов Е.С., Анисимов В.Ф. и др. М.: Наука, 1984. 272 с.

3. Гуревич С.Б. Теория и расчет невещательных систем телевидения, JL: «Энергия», 1970г.

4. Москаленко Е.И. Методы внеатмосферной астрономии. М.: Наука, ГРФ-MJl, 1984. -280 с.

5. Авиационные системы информации оптического диапазона: Справ./ Под ред. Криксунова JT.3., М.: Машиностроение. 1985. 264 е.;

6. Изнар А.Н., Павлов А.В., Фёдоров Б.Ф. Оптико-электронные приборы космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1972. 368 с.

7. Цыцулин А.К. Телевидение и космос. СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003 228 с.

8. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. М., Радио и связь, 1986. 184 с.

9. Быков Р.Е. Теоретические основы телевидения. Учеб. для вузов. СПб.: издательство «Лань», 1998.-288с.

10. Репин В.Г., Тартаковский Г.П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем. М.: Сов. радио, 1977. 432 с.

11. П.Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. /Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1990 г. 496 с.

12. Сагдуллаев Ю.С., Абдуллаев Д.А., Смирнов А.И. Основы телевизионного контроля процесса сближения космических аппаратов. Ташкент: Фан, 1997, 127 с.

13. Миддлтон Д. Введение в статистическую теорию связи. М.: Сов. радио, т. 2, 1962. -832 с.

14. Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах управления и связи. М.: Радио и связь, 1985. 312 с.

15. Вудворд Ф.М. Теория вероятностей и теория информации с применением в радиолокации. М.: Сов. Радио, 1955. 128 с.

16. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991. 608 с.

17. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, т.1, 1974, 552 е., т.2, 1975, - 392 е., т.З 1976 - 288 с.

18. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 1. /Пер. с англ. под ред. В.И. Тихонова. М.: Сов. радио, 1972, 744 е., с. 415

19. Форсайт Д.А., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход. М.: Вильяме, 2004. 928 с.

20. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982. т.1 - 312с., т.2 - 480 с.

21. Бриллюэн Л. Наука и теория информации. М.ГИФМЛ, 1960, 392стр.

22. Хромов Л. И., Цыцулин А. К., Куликов А. Н. Видеоинформатика. М.: Радио и связь, 1991. 192 с.

23. Гуткин Л.С. Проблемы современной радиоэлектроники. М.: Сов радио, 1968.

24. Цуккерман И.И. В.К. Зворыкин и развитие электронного телевидения. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1990 вып. 5, стр. 84-90.

25. Хромов Л.И. Информационная теория связи на пороге XXI века / НИИТ. СПб, 1996. -88 с.

26. Лебедев Д.С., Цуккерман И.И. Телевидение и теория информации. М.: Энергия, 1965.-219 с.

27. Хромов Л.И. Информационная революция и виртуальное познание / ЗАО «ЭВС». СПб, 2000. 122 с.

28. Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений. Теория передачи изображений и ее приложения. М.: Радио и связь, 1986. 248 с.

29. Березин Л.В., Вейцель В.А. Теория и проектирование радиосистем. М.: Сов. радио, 1977, 448 с.

30. Френке Л. Теория сигналов. М.: Сов. радио, 1974, 344 с.

31. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. М.: Мир, 1977, 216 с.

32. Пахомов А.Н. Состояние и перспективы систем активного зрения. Зарубежная радиоэлектроника, 1999, №2, с. 57-65.

33. Быков Р.Е., Сигалов В.М., Эйссенгардт Г.А. Телевидение: Учеб. пособие для вузов /Под ред. Быкова Р.Е., М.: Высшая школа, 1988. 248 с.

34. Быков Р.Е., Титов Ю.М., Эйссенгардт Г.А. Телевизионные устройства /Л: РИО ЛЭТИ, 1979 г.

35. Казанцев Г.К., Курячий М.И., Пустынский И.Н. Измерительное телевидение: Учеб. пособие для вузов /М. :Высшая школа 1994. 228 с.

36. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М: ГИФМЛ 1963. 275 стр.

37. Брауде Г. В. Коррекция телевизионных и импульсных сигналов. М., Связь, 1967. -246 с.

38. Якушенков Ю. Г., Луканцев В. Н., Колосов М. П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. М., Радио и связь, 1981.

39. Иванов В. Г., Березин В. В., Цыцулин А. К. Проблемы прикладного телевидения. / Телевидение. Передача и обработка изображений. 3 Межд. конф., 3-6 июня 3003, СПб, с. 13 17.

40. Преобразователи изображения на приборах с зарядовой связью. / Быков Р.Е., Манцветов А.А., Степанов Н.Н., Эйссенгардт Г.А.,-М.: Радио и связь, 1992. 184с.

41. Матричные ФПЗС с виртуальной фазой для научных исследований / Вишневский Г.И., Выдревич М.Г., Ибляминова А.Ф., Косов В.Г.// Петербургский журнал электроники 1999, N2 стр. 54 59.

42. Отечественные УФ и ИК ФПЗС и цифровые камеры на их основе. /Вишневский Г.И., Выдревич М.Г., Нестеров В.М., Ривкинд В.Л. // Электроника: наука, технология, бизнес. 2003 N8 стр. 18-22.

43. Быков Р. Е. Динамические характеристики преобразователей изображения// Известия ЛЭТИ: Сб. науч. тр. /Ленингр. электротехн. Инст-т им. В.И.Ульянова (Ленина), 1987. Вып. 390. - с. 28 - 32.

44. Манцветов А. А. Динамические характеристики матричных приборов с зарядовой связью// Известия ГЭТУ: Сб. науч. тр./ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им. В. И. Ульянова (Ленина). СПб., 1993. - Вып. 459.- с. 38-42.

45. Манцветов А. А. Характеристики матричных ПЗС при передаче динамических изображений/ Тез. докл. 4 Всесоюзн. конф. Приборы с зарядовой связью и системы на их основе, 1992, Геленджик. с. 23-24.

46. Манцветов А.А., Михайлов В.А., Эйссенгардт Г.А. Характеристики матричных ФППЗ в режиме суммирования зарядовых пакетов. Техника средств связи, серия Техника телевидения, вып. 2, 1990, с. 26.

47. Березин В. Б. Определение чувствительности ПЗС матриц. Материалы 58 научно-технической конференции, 2003, Россия, СПб, стр. 136-137.

48. Анучин О.Н., Комарова И.Э., Порфирьев Л.Ф., Бортовые системы навигации и ориентации искусственных спутников Земли СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2004.- 326 с.

49. Gary Quinn, Image Sensing Solutions Div., Sony Europe, Weybridge, UK High-speed Imaging Requires Progressive-Scan Technology Europhotonics, April/May 2004 p.p. 2627.

50. Вахромеева O.C., Манцветов А.А., Шиманская К.А. Характеристики чувствительности телевизионных камер на матричных приборах с зарядовой связью// Известия ВУЗов России. Радиоэлектроника. 2004. вып. 4. С. 25-35.

51. Шэндл Д. Датчики изображения со структурой сетчатки для систем технического зрения. Электроника, 1993, №17, с. 7,8.

52. Березин В. Б. Измерение среднего значения темнового сигнала в матричных ПЗС. Материалы 59 научно-технической конференции, 2004, Россия, СПб, стр. 133

53. Березин В. Б. Стойкость телевизионных камер на ПЗС к ионизирующему космическому излучению. /Материалы международной конференции Телевидение: передача обработка изображений. Санкт-Петербург, 2002, 96 с.

54. Ратников А.Н. Темновой ток фотоприемника на матрице ПЗС с кадровым переносом. Техника средств связи, серия Техника телевидения, выпуск 4 (42), 1983, с. 31

55. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью.- М.: Радио и связь, 1991.-264с.

56. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда / Пер. с англ. под ред. В. В. Поспелова и Р. А. Суриса. М.: Мир, 1978., 327 с.

57. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения / Под. ред. Йесперса П., Ван де Виле Ф., Уайта М. Пер. с англ. под ред. Суриса Р.А., М.: «Мир». 1979. 573 с.

58. Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений. /Под ред. Кейзана Б., М.: Мир, 1980, т.З. 312 с.

59. Приборы с переносом заряда в радиотехнических устройствах обработки информации/ Балякин И.А., Егоров Ю.М., Родзивилов В.А. М.: Радио и связь, 1987.-176с.

60. Никулин О.Ю., Неизвестный С.И. Приборы с зарядовой связью основа современной телевизионной техники. Основные характеристики ПЗС // Специальная техника. 1999, №5, с. 17-29.

61. Техническая документация фирмы Atmel Corp. на прибор АТ71201М // URL: http://www.atmel.ni/Atmel-2003.September/2/dyn/resources/proddocuments/

62. Техническая документация фирмы Sony на прибор ICX415AL // URL: http://products.sel.sony.com/semi/PDF/ICX415AL.pdf

63. Техническая документация фирмы Sony на прибор ICX059AK // URL: http://products.sel.sony.com/semi/PDF/ICX059AK.pdf

64. Грязин Г.Н. Системы прикладного телевидения. Спб.: Политехника, 2000, 277с.

65. Техническая документация фирмы Sony на прибор ICX409AL // URL: http://products.sel.sony.com/semi/PDF/ICX409AL.pdf

66. Выбор типа фотоприёмника в телевизионной системе измерения пространственно-временных координат объектов/ Манцветов А.А., Цыцулин А.К., Коноплев С.Н., Курзенева Е.В. и др.// Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2002, вып., с. 24 27.

67. Горелик С.Л., КацБ.М., Киврин В.И. Телевизионные измерительные системы. М.: Связь, 1980.

68. Формозов Б. Н. Введение в криогенную микроэлектронику. СПб.: Наука, 2001.- 327 с.

69. Формозов Б.Н. Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах./СПбГУАП. СПб, 2002. 121с

70. Криостатирование больших матриц ПЗС. /Борисенко А.Н., Вдовин В.Ф., Елисеев А.И., Маркелов С.В. и др. //Петербургский журнал электроники 2001, N3 с. 39-43.

71. David W. Gardner. Does Your CCD Camera Need Cooling? Photonics Spectra. June 2002 p.p. 69-71

72. Cooled Camera Captures Low-Lights Scenes with Electron-Multiplying CCD, Europhotonics, August/September 2004, p. 34.

73. Зайцев В.П. Выбор параметров фотоприемника и объектива малокадровой телевизионной системы на ПЗС. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1983, вып. 1., с. 20-28.

74. Кручинецкий С.М. Влияние эффекта переноса зарядов в ПЗС на обнаружение сигналов известной формы. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1989 вып 1, с. 58 64

75. Дополнительные каналы считывания в матричных ПЗС/ Куликов А.Н., Иванов С.А., Цыцулин А.К. и др. //Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1990, вып. 2, с. 34-39.

76. CCD Imaging Cameras Provide High Precision, Europhotonics, C)ctober/November2003, p. 40.

77. THE SI002A a three side buttable 2048-4098 CCD image sensor / M. Bloke, T Dosluoglu, R.German . - Proceeding SPIE . 1996 vol. 2654 p. 20-28

78. Paula M. Powell CCDs Promise 85 Percent Peak Quantum Efficiency Photonics Spectra November 2003 pp 106-108.

79. Boksenberg A. Astronomical use of television type image sensors. Princeton Univ., N.J. (NASA SP-256), 1970, p.77.

80. Цуккерман И.И. Дискретная оптика и методы обработки сверхслабых телевизионных изображений. Телевизионная техника и связь. 1995, с. 38 -42.

81. Нощенко B.C., Хромов Л.И. Принцип счета фотонов в телевидении. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1991 вып 1, стр. 3-7

82. Rose A. Relative Sensitivities of television pickup tube, photographic film and the human eye. Proc. IRE, V. 30. 1942, p. 293 300.

83. Балега Ю.Ю., Маркелов C.B., Небелицкий В.Б. и др., 1979, Телевизионный 1000-канальный счетчик фотонов для регистрации сверхслабых световых потоков. -Автометрия, 4, с.22-29

84. Боярчук А.А., Шустов Б.М. Возможности ультрафиолетовой обсерватории "Спектр-УФ" и принципы организации наблюдений. /Ультрафиолетовая вселенная. Тр. конф. "Научные перспективыультрафилетовой обсерватории "Спектр-УФ". М.: ГЕОС, 2001., с. 7-29

85. Далиненко И.Н., Маляров А.В., Вишневский Г.И. и др., Высокочувствительные гибридные телевизионные приборы на основе электронно-чувствительных ПЗС. -Оптический журнал, 1996, 12, с.70 76.

86. Ковригин А.Б., Нощенко B.C. Согласование ТВ счетчиков фотонов с каналом связи. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1990 вып 7, с. 46 50

87. Специфика теории обнаружения в телевидении // Хромов Л.И., Бринкен Н.О., Литвинчук Л.А., Сущев Г.А. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 1973, вып. 4, с. 3 10.

88. Фалькович С. Е. Оценка параметров сигналов. М.: Сов. радио, 1970, 334 с.

89. Цыцулин А.К., Голушко М.Н., Мартынихин А.В. Классификация изображений в условиях неинвариантности к сдвигу. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1987, вып. 1, с. 24-32.

90. Березин В.В. Обработка сигнала матричного ФГТГТЗ при определении координат малоразмерного объекта. Радиоэлектроника и связь. 1992, №2 3, с. 71 - 76

91. Кручинецкий С.М. Специфика оценки параметров сигнала в телевизионно-вычислительной системе с датчиком на ПЗС. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1989 вып. 1, с. 65 72

92. Щербаков Б.И. Особенности оценивания координат и вектора скорости движущегося объекта /Радиотехника, 1988, № 3, с. 28 33

93. Мандражи В.П., Рыфтин А.Я. Сравнительный анализ точности определения координат изображения точечного объекта при использовании различных алгоритмов измерений. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1986, вып. 4., с. 22-28.

94. Захаренков В.Ф., Раковский Ю.Н., Шибаев С.Н. Об ошибках определения координат точечного источника методом центроида. Оптический журнал, 2001, №8, с. 61 66.

95. Трифонов А.П., Шинаков Ю.С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.

96. Манцветов А.А., Березин В.Б., Цыцулин А.К. Совместное обнаружение и оценивание параметров сигналов телекамерами на ПЗС. Телевидение. Передача и обработка изображений. 3 международная конференция, 3-6 июня 2003, СПб, стр.80,81.

97. Березин В.Б., Березин В. В., Цыцулин А.К., Соколов А.В. Адаптивное считывание в астрономических системах на матричных приборах с зарядовой связью. // Известия высших учебных заведений, серия Радиоэлектроника, 2004, №4, стр36-45.

98. Березин В.Б. Устройство управления временем накопления телевизионной камеры на ПЗС /Материалы 56 научно-технической конференции, 2001, Россия, СПб

99. Переменная четкость в твердотельных телевизионных системах // Иванов С.А., Куликов А.Н., Довжиков Д.А. и др., Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1989, вып. 7, с. 27-33.

100. Адаптивное считывание в ПЗС-камере / Довжиков Д.А., Петров А.Я., Куликов А.Н. и др.//Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1990, вып. 3, с. 19-22.

101. Стратанович P.J1. Принципы адаптивного приема. М.: Сов. радио, 1973. 144с.

102. Покотило С.А., Крупенько А.В. Адаптивное регулирование разрешающей способности в оптико-электронных системах. Автометрия, 1994, №1, с. 16-20.

103. Смирнов В.Д., Хромов Л.И. Влияние параметров оптической системы на предельную чувствительность ОЭП. // Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1981, вып. 4 с. 3-10.

104. Лебедев Н.В., Скурлов К.В., Шаров С.Л. Телевизионная система с управляемыми параметрами разложения на ПЗС. // Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1990, вып. 3, с. 3-8.

105. Sadowski. Signal processing for time delay and integrated charge-coupled devices (TDI-CCD) in the panoramic scan mode. Proceeding of SPIE, 1981, vol. 282, pi 15-128

106. Ефимов B.M. Квантование по времени при измерении и контроле. М., Энергия, 1969, 88с.

107. Ратников А.А., Сущев Г.А. Ограничение пространственно-временного спектра изображения ТВК на фотоприемнике с дискретной структурой светочувствительных элементов. // Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1985, вып. 6, с. 32-40.

108. Ратников А.А, Салахутдинов Т.Т. Оценка разрешающей способности телекамеры на ПЗС. // Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1984, вып. 1, с. 21-25

109. Березин В Б. Структура видеокамеры с переменной дискретизацией Материалы 57 научно-технической конференции, 2002, Россия, СПб, стр. 133

110. Березин В.Б., Березин В.В., Алексеев С.Ю. Астрономическая телевизионная камера с перестраиваемыми параметрами на базе технологии система-на-кристалле.

111. Оптико-электронные устройства распознавания образов, обработка изображений и символьной информации, 2003, Материалы 6-ой международной конференции, Россия, Курск, часть 1 стр. 120-122

112. Тимофеев Б.С. Автоматическая настройка телевизионных систем с помощью микро-ЭВМ.- М.: Радио и связь. 1988. 160 с.

113. Hoist Н.С. Image quality: does your detector match your optics? 1999, Photonics Spectra, p. 144

114. Урлич Ю.М., Селиванов A.C, Тучин Ю.М., Хромов O.E. Технологический наноспутник минимальной комплектации ТНС-0. / Матер. 3-ей конф. Микротехнологии в авиации и космонавтике., С-Пб, 8-9 июня 2004 г., с. 7 8.;

115. Aguirre E.L. Astro imaging with digital cameras. Sky & Telescope, 2001, v. 102, N2, p.p.128-134

116. Демидов A.C., Середин C.B., Стреж C.B., Трошин Е.В. Применение малых и сверхмалых космических аппаратов по целевому назначению. / Матер. 3-ей конф. Микротехнологии в авиации и космонавтике., С-Пб, 8-9 июня 2004 г., с. 10- 15.

117. Клеймёнов В.В., Новикова Е.В. Наземные и космические адаптивные оптические телескопы // Оптический журнал, 1998. № 6. С. 3 15.

118. Кондратьев К.Я., Бузников А.А., Покровский О.М. Глобальная экология: Дистанционное зондирование. //Итоги науки и техники, сер. Атмосфера, океан, космос программа «Разрезы» М. ВИНИТИ, 1992, 312с.

119. Кузмин B.C., Федосеев В.И. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: опыт разработок, проблемы и тенденции. // Оптический журнал, 1996, № 7, С. 4 9.

120. Комплекс 1-м телескопа в Симеизской обсерватории для наблюдений небесных тел в околоземном космическом пространстве/ Смирнов М.А., Барабанов С.И.,

121. Крючков С.В., Зенькович А.Д. и др.// Околоземная астрономия XXI века. М., ГЕОС, 2001, с. 275-282.

122. Анатольев А.Ю., ФедынаА.М., Шабаков Е.И. Математическое моделирование сквозного тракта космической оптико-электронной системы наблюдения/ ВИКУ им. А.Ф. Можайского. СПб, 1999. 71с.

123. Грязин Г.Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства: Системы телевидения.- JL: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. 224 с.

124. Барсуков Ф.И., Величкин А.И, Сухарев А.Д., Телевизионные системы летательных аппаратов. М., Сов. Радио, 1979,256 с.

125. Звездные координаторы систем ориентации космических аппаратов/ Аванесов Г.А., Воронков С.В., Форш А.А., Куделин М.И. // Известия вузов. Приборостроение. 2003г., Вып. 4. С. 66 69

126. Михайлов А.А. Звездный атлас, содержащий для обоих полушарий все звезды до 8.25 величины. Л.: Наука, 1969 60 с. с прил. 20 карт.

127. Телевизионная съёмка кометы Галлея / Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Тарнопольский В.И. и др. М.: Наука, 1989. 295 с.

128. Щеглов П.В. Проблемы оптической астрономии. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980, 272 с.

129. Тараненко В.Г, Шанин О.И. Адаптивная оптика. М.: Радио и связь, 1990. -112с.

130. Атмосферная нестабильность и адаптивный телескоп. Сборник статей под ред. Курмаева А.Х., Шевченко B.C., Ленинград, Наука, 1988.

131. Компьютеры в оптических исследованиях/ Под ред. ФриденаБ., М.: Мир, 1983, 186 с.

132. Быстродействующая телевизионная измерительная система для оценки искажений волнового фронта методом Гартмана / Войцехович В.В., Анкудинов С.Н., Манцветов А.А. и др. // Опт. журн. 2000. том 67, № 2. С. 113-119.

133. Модель сегментированного телескопа с телевизионно-компьютерным анализатором волнового фронта/ Войцехович В.В., Еськов Д.Н., Лебедева Г.И.,

134. Фирсов Н.Т. и др. // Международная конференция "Телевидение. Передача и обработка изображений", С-Петербург, 2002, с. 85 86.

135. Березин В.Б., Березин В.В., Цыцулин А.К. и др. Астрономическая телевизионная система для контроля искажения волнового фронта. // Известия высших учебных заведений, серия Приборостроение, 2005

136. Chanan, М. Troy, F. G. Dekens, S. Michaels, J.Nelson, Т. Mast, D. Kirkman. Phasing the mirror segments of the Keck telescopes: the broadband algorithm., Appl. Opt. 37, p.140 (1998).

137. Кочетков В.И. Системы астрономической ориентации космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1980, 142 с.

138. Voitsekhovich V.V. Phase retrieval problem and orthogonal expansion: curvature sensing. J. Opt. Soc. Am., A 12, p. 2194 (1995).

139. Fienup J.R. Comparison of phase diversity and curvature wavefront sensing// SPIE. -1998. Vol. 3353. - hh.930 - 940.

140. Ильин А.Г., КостевичА.Г. Флуктуации сигнала, обусловленные дискретизацией точечных изображений/Сборник. Телевизионные следящие системы и их элементы, Томский у-т, Томск, 1986, с. 124 127.

141. Митяшев Б.Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. М.: Сов. радио, 1962. 200 с.

142. Биллингсли Ф. Влияние шума аппаратуры цифровой обработки изображений./ В кн. Обработка изображений и цифровая фильтрация.// Под ред. Хуанга Т. М.: Мир, 1979., 320 с.

143. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях, т. 1. М.: Мир, 1983.- 312 с.

144. Величкин А.И. Передача аналоговых сообщений по цифровым каналам связи. -М.: Радио и связь, 1983. 240 с.

145. Трофимов Б.Е., Куликовский А.Н. Передача изображений в цифровой форме. М: Связь, 1980.- 120 с.

146. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. М.: «Вильяме», 2003. 1104 с.

147. Goblick T.J.Jr, Holsinger J.L. Analog source digitalization a comparison of theory and practice. IEEE Transaction of Information Theory, 1960, vol. IT-13, p.p. 323 326.

148. Max J. Quartzite for minimum distortion. IEEE Transaction of Information Theory, 1960, vol. IT-6, p.p. 7-12.

149. Антипин M.B. Интегральная оценка качества телевизионного изображения. М.: Наука, 1970.- 154 с.

150. Цифровое преобразование изображений: Учебн. пособие для вузов / Быков Р.Е., Фрайер Р., Иванов К.В., Манцветов А.А.; под ред. профессора Быкова Р.Е. М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 228 с.

151. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений: Под редакцией Зубарева Ю.Б. и Дворковича В.П., 2-е изд., -М.: HAT. 1997.

152. Мусман Х.Г., Пирш П., Граллерт X. Достижения в области кодирования изображений. ТИИЭР, 1985, т.73, №4. с. 31 - 59.

153. Цифровое кодирование телевизионных изображений/ Цуккерман И.И., Кац Б.М., Лебедев Д.С. и др. // под ред. Цукккермана И.И.,- М.: Радио и связь, 1981.239 с.

154. Витерби А. Дж., ОмураДж. К. Принципы цифровой связи и кодирования. М., Радио и связь, 1982. 536 с.

155. Лысенко Н.В. Видеоинформатика. СПб., СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1998, 84 с.

156. БерезинВ.Б., Наумов Е. В., МончакА.М., Березин В.В. и др. Реализация аналогово-цифрового преобразования с переменным шагом квантования // Известия высших учебных заведений, серия Радиоэлектроника, 2004, №3, стр57-65

157. Левшин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации. М.: Машиностроение, 1978, 168 с.

158. Березин В.Б. Адаптивное считывание изображения в астрономической телекамере на матричном ПЗС. /Материалы 60-ой научно-технической конференции, посвященной Дню радио, СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Апрель 2005г.,148-150с, 291с.

159. Афанасьев В.Л., Цуккерман И.И. Цифровое телевидение и астрономия. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1987 вып. 5, стр. 3-12.

160. Архитектура телевизионно-вычислительного комплекса для астрофизических исследований./ Афанасьев B.JI., Балега Ю.Ю., Грудзинский М.А. и др. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1987 вып. 5, стр. 13-21.

161. Иванов С.А. Измерение шумов фотоприемников на приборах с зарядовой связью. Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1988 вып. 6, стр. 85-91.

162. Трехканальная телевизионно-компьютерная система анализа волнового фронта / Войцехович В.В., Цыцулин А.К., Алексеев С.Ю., Березин В.В., Березин В.Б., Долгов Д.Г. // Известия ВУЗов. Приборостроение. 2005. Т.48. N9, С29-34.

163. Адаптация дискретизации в астрономической системе на матричном ПЗС. / Березин В.Б., Березин В.В., Переспелое А.В., Цыцулин А.К. // Вопросы радиоэлектроники, серия Техника телевидения, 2006, с. 72 78.