автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Системная оценка и оптимизация несканирующих тепловизионных приборов

На правах рукописи

Овсянников Владимир Александрович

□□3165997

Системная оценка и оптимизация несканирующих тепловизионных приборов

Специальность 05 11 13 - «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань - 2007

003165997

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-производственное объединение «Государственный институт прикладной оптики»,

г.Казань

Научный консультант доктор физико-математических наук, профессор

Филиппов Вадим Львович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Гибин Игорь Сергеевич

доктор технических наук, профессор Ильин Герман Иванович

доктор физико-математических наук, профессор Козлов Владимир Константинович

Ведущая организация: Московский государственный технический

университет им Н.Э Баумана

Защита состоится 25 апреля 2008 г. в 14 час. 30 мин на заседании диссертационного совета Д212.082 01 при ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу: 420066, г Казань, ул Красносельская 51, зал заседаний Ученого совета (ауд Д-223)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного энергетического университета

Автореферат разослан « ь » _2008 г.

Ученый секретарь _ л

диссертационного совета Батанова Н Л

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в мире широким фронтом ведутся работы по совершенствованию информационно-измерительных средств дистанционного зондирования и мониторинга земной поверхности, которые нашли применение в самых разных областях человеческой деятельности Важнейшим направлением этих исследований является обеспечение их комплексности, подразумевающей, в частности, создание технических систем, регистрирующих тепловые поля объектов местности

Научная и практическая значимость разработки техники и технологии исследований пространственного распределения радиационной температуры подстилающей поверхности с различных носителей определяется тем фактом, что тепловое поле этой поверхности отражает наличие, количество, категорию и энергетическое состояние находящихся на ней искусственных или естественных объектов, и данное обстоятельство успешно используется для решения целого ряда военных и гражданских задач инфракрасной разведки, исследования природных ресурсов, контроля состояния различных инженерных сооружений, особенно в энергетике и строительстве, экологического контроля окружающей среды, обеспечения поисково-спасательных работ и тд Одним из наиболее эффективных технических средств решения подобных задач являются тепловизионные приборы (ТВП) воздушного или наземного базирования, обеспечивающие визуализацию тепловых полей объектов местности, в том числе низкотемпературных

В современных ТВП широко используются разнообразные фотонные (квантовые) охлаждаемые, а в последнее время и тепловые неохлаждаемые приемники излучения, являющиеся по существу основными компонентами этих приборов Именно уровень совершенства и значения основных параметров фотоприемных устройств определяют существующий сегодня принцип деления ТВП на соответствующие поколения

Существенной особенностью приборов последнего, третьего, поколения - не-сканирующих, или «смотрящих», ТВП - является отсутствие оптико-механической системы сканирования, поскольку число чувствительных элементов используемого матричного фотоприемника (МФП) настолько велико, что он перекрывает все поле зрения ТВП Замена оптико-механического сканирования электронным устраняет искажения изображения, упрощает аппаратуру, снижает ее стоимость, массу, габариты и энергопотребление (благодаря отсутствию блока сканирования, а с тепловыми МФП — и блока охлаждения), повышает надежность и виброудароустойчивость При этом за счет накопления сигналов в элементах МФП за время, близкое к периоду кадра, в несканирующих ТВП, в принципе, может быть получена чрезвычайно высокая температурная чувствительность, достигающая 0,001 К, что, обеспечивая эффективную работу ТВП, например, в неблагоприятных погодных условиях или при наблюдении слабоконтрастных или замаскированных объектов, по мнению И И Таубкина и М А Тришенкова, «приближает тепловизионные изображения по информационной емкости к зрению человека и позволяет совершить качественный переход от видения источников тепла к видению в тепловых лучах» Внедрение в оптико-электронное приборо-

строение МФП считается в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений как при создании сложных систем с весьма высокими техническими характеристиками, так и при разработке малогабаритных, недорогих ТВП с неох-лаждаемыми тепловыми матрицами, пригодных для решения широкого круга задач в промышленности, военном деле, в медицине, на транспорте и в быту При этом отметим, что именно с появлением МФП была реализована единственная оставшаяся возможность радикального снижения (улучшения) порога чувствительности ТВП, ибо все другие возможности для этого (повышение удельной об-наружительной способности фотоприемника, относительного отверстия объектива, эффективности сканирования и т д) уже были исчерпаны

Для анализа и синтеза ТВП первых поколений ранее использовались хорошо известные, ставшие уже классическими, методы, описанные, например, в трудах Дж Ллойда, Ж Госсорга, Л 3 Криксунова, М М Мирошникова, Л Ф Порфирье-ва, Ю Г Якушенкова и др Однако при разработке несканирующих ТВП необходимо учитывать следующие основные факторы, которые требуют иных подходов к их системной оценке и оптимизации, а именно

• существование феномена накопления сигналов в элементах МФП за время, близкое к периоду кадра, и возможность его функционирования в режиме ограничения фоном,

• наличие выборки (дискретизации) сигналов, что вызывает необходимость соответствующей модификации традиционных основных технических параметров и характеристик ТВП и методов их измерения, обусловленной, в частности, возникновением псевдочастот, отсутствующих в спектре оригинального видеосигнала, и соответствующих артефактов изображения,

• появление на тепловизионном изображении пространственного, или геометрического, шума, связанного, в основном, с остаточным разбросом интегральной чувствительности элементов МФП и, следовательно, в отличие от временного, коррелированного в смежных кадрах ТВП,

• присутствие в информационном тракте ТВП дополнительных, искажающих видеосигнал компонентов, определяемых особенностями схем считывания накопленных сигналов и их усиления

Таким образом, несканирующие ТВП обладают качественно новыми возможностями при поиске, наблюдении и контроле объектов местности, поэтому соответствующие научно обоснованные концептуальные, методологические и технические решения, связанные с их разработкой и испытаниями, учитывающие специфику этих ТВП, безусловно, вносят весомый вклад в развитие экономики и укрепление обороноспособности государства

Подробнейший обзор состояния, схем построения, конструкций и параметров ИК систем «смотрящего» типа и их элементной базы представлен в недавней книге В В Тарасова и Ю Г Якушенкова - по существу, первой отечественной монографии на эту тему Однако немаловажную роль играют работы не только фактологического, но и, особенно в долгосрочном плане, методологического характера, посвященные систематизации, обобщению и дальнейшему развитию методов прикладной теории анализа и синтеза современных ТВП, которые, не привязываясь к конкретным техническим параметрам, схемам построения и особенно-

стям конструктивного и технологического исполнения ТВП и, следовательно, не завися от эволюции данных факторов, являлись бы своего рода «рабочим инструментом» в руках проектировщика при создании и прогнозе эффективности вновь разрабатываемых приборов Именно подобное основное практическое значение представляемой работы и видится ее автору

При проектировании любой аппаратуры, в том числе несканирующих ТВП, как правило, возникает триединая проблема системного моделирования, оптимизации и аттестации этой аппаратуры, последовательно охватывающая все основные этапы ее создания (исключая конструкторско-технологическую проработку и изготовление) Под системным моделированием ТВП здесь понимается системно-структурный анализ внутренних взаимосвязей всех основных факторов, влияющих на важнейший критерий качества ТВП как целого - его эффективность, а именно фоно-целевой обстановки, основных технических параметров ТВП и его элементов, характеристик атмосферы, условий применения ТВП и наблюдения изображения, индивидуальных особенностей зрительного анализатора оператора и его квалификации

Анализ состояния вопросов системного моделирования, оптимизации и аттестации несканирующих ТВП выявил следующее

• существующие методики расчетной оценки тепловых контрастов объектов местности, определяющих входные сигналы ТВП, недостаточно полны и не учитывают, в частности, местоположения и условий наблюдения этих объектов,

• имеющиеся практические методики приведения паспортных показателей пороговой чувствительности МФП к реальным условиям их применения не предусматривают возможности работы МФП в режиме ограничения фоном,

• не разработаны достаточно точные, пригодные для широкого диапазона условий применения, методики прогнозирования информационной эффективности, в частности дальности действия, несканирующих ТВП в статическом режиме работы Отсутствуют методики комплексной оценки эффективности ТВП в динамическом режиме работы,

• не разработаны методики оценки эффективности многоспектральных видовых оптико-электронных систем (ОЭС), использующих комплексирование разно-спектральных изображений Недостаточно обоснованы рекомендации по выбору спектральных рабочих диапазонов этих ОЭС, в том числе ТВП,

• отсутствует методология оптимизации несканирующих ТВП, в частности по критерию обеспечения требуемой эффективности при минимальных массога-баритных и стоимостных показателях, и параметров движения носителей ТВП,

• известные методы натурной и стендовой аттестации несканирующих ТВП недостаточно представительны, точны и достоверны

Обобщение этих и других противоречий, требующих разрешения, однозначно указывает на наличие актуальной научной проблемы, заключающейся в разработке концептуального, теоретического и методологического обеспечения системной оценки и оптимизации несканирующих ТВП, что позволило бы в максимально полной мере оценить и реализовать их потенциально высокие функциональные возможности Тематика и содержание наших исследований, направлен-

ных на решение этой проблемы, соответствуют планам выполняемых ФГУП НПО «Государственный институт прикладной оптики» НИОКР, являющихся составной частью Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006гг

В соответствии с изложенным, объектом настоящего исследования являются современные ТВП третьего поколения, использующие матричные фотоприемники, как фотонные охлаждаемые, так и тепловые неохлаждаемые Его предмет составляют насущные вопросы расчета, прогнозирования и повышения эффективности, а также испытаний этих ТВП Цель работы заключается в разработке научно обоснованного комплекса методов системной расчетно-экспериментапьной оценки и оптимизации несканирующих ТВП воздушного и наземного базирования, предназначенных для поиска, наблюдения и контроля искусственных и природных объектов местности Постановка обозначенной цели определяет соответствующие задачи исследований

1 Разработка инженерных методов прогнозирования тепловых контрастов объектов местности, наблюдаемых посредством ТВП, с учетом местоположения и условий визирования этих объектов

2 Совершенствование процедуры пересчета различных паспортных показателей пороговой чувствительности МФП на реальные условия их применения в ТВП, в том числе для режима ограничения фоном

3 Формирование иерархической системы описания ТВП, расширение области применения и уточнение существующих характеристических и операциональных математических моделей несканирующих ТВП для статического режима работы Разработка операциональных моделей ТВП воздушного и наземного базирования для динамического режима работы при поиске, наблюдении и контроле объектов местности Исследование влияния на эффективность ТВП турбулентности атмосферы Разработка методики оценки вероятности обнаружения объектов по их поляризационному тепловому контрасту

4 Оценка эффективности комплексирования изображений, формируемых многоспектральными ОЭС, в частности ТВП, обоснование и формулирование практических рекомендаций по выбору их спектральных рабочих диапазонов

5 Разработка методологии рационального выбора основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП при решении соответствующих задач землеобзора, а также параметров движения носителей этих ТВП

6 Обоснование принципов и разработка методов повышения представительности, точности и достоверности результатов аттестации несканирующих ТВП в натурных и стендовых условиях по дальности действия

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В основу выполненных исследований положен системный подход, при котором с единых методологических позиций, с учетом внутренних взаимосвязей, формирующих в итоге целостную теоретическую картину, рассмотрены все основные аспекты прикладной теории анализа, синтеза, аттестации, оценки и повышения эффективности несканирующих ТВП. Фундаментом, исходной базой для исследований послужили главным образом результаты соответствующих экспериментальных и теоретических работ зарубежных авторов, опубликованные в основном

в журнале Optical Engineering за последние 10-15 лет и позднее обобщенные и систематизированные в монографии Д Холста (издание SPIE Press, США, 2003г), а также разработки отечественных специалистов Дальнейшее развитие этих результатов, существенно дополненных результатами наших оригинальных исследований, и легло в основу настоящей диссертации При выполнении работы на различных ее этапах использовались расчетно-аналитические и, отчасти, эмпирические методы исследований, в том числе математическое моделирование, вероятностные и статистические методы Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена достоверностью, непротиворечивостью и достаточностью исходных положений, как правило апробированных или полученных экспериментально, логическим обоснованием и корректностью использованных математических моделей и приемов, критическим и сопоставительным анализом этих результатов, их сходимостью с экспериментальными данными и возможностью предельного перехода к известным частным результатам, а также успешной реализацией при разработке ряда образцов современных ТВП

Научная новизна работы заключается в решении новой научной проблемы - обосновании и разработке методологии системной оценки и оптимизации не-сканирующих ТВП за счет комплексного рассмотрения вопросов

• формирования и прогнозирования входных сигналов ТВП - теплового контраста наземных объектов в спектральных рабочих диапазонах ТВП с учетом местоположения и условий наблюдения этих объектов,

• пересчета паспортных показателей пороговой чувствительности фотонных охлаждаемых и тепловых неохлаждаемых МФП на фактические условия их использования в ТВП, в том числе для режима ограничения фоном,

• создания иерархической системы описания ТВП, обоснования состава и расчета основных технических параметров и характеристик несканирующих ТВП,

• прогнозирования эффективности несканирующих ТВП в статическом и динамическом режимах работы при поиске, наблюдении и контроле объектов местности,

• оценки влияния на эффективность ТВП турбулентности атмосферы и использования поляризационного теплового контраста объектов,

• оценки эффективности комплексирования спектральных каналов видовых ОЭС и оптимального выбора спектральных рабочих диапазонов этих ОЭС, в том числе ТВП,

• оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП и параметров движения их носителей,

• совершенствования принципов и методов повышения представительности, достоверности и точности результатов аттестации несканирующих ТВП по дальности действия

Новые научные результаты, полученные лично автором. Автором на базе комплексного, критического анализа состояния и перспектив развития методологии проектирования и испытаний ТВП поставлена и решена актуальная, вытекающая из нужд практики, проблема совершенствования теоретических основ современного тепловизионного приборостроения - существенно развиты имею-

щиеся и разработаны качественно новые методы системного моделирования, оптимизации и аттестации несканирующих ТВП

1 Предложена инженерная методика оценки теплового контраста наземных объектов в спектральных рабочих диапазонах ТВП 3-5 и 8-14 мкм в зависимости от местоположения и условий наблюдения этих объектов

2 Обоснованы процедуры пересчета пороговой чувствительности фотонных и тепловых МФП, определяемой их пороговой облученностью или разностью температур, эквивалентной шуму, полученных в нормированных условиях паспортизации, на реальные условия их применения в ТВП, в частности для режима ограничения фоном

3 Впервые сформирована взаимоувязанная, замкнутая и внутренне непротиворечивая иерархическая система описания современных ТВП, позволяющая проводить анализ и оптимизацию ТВП на различных уровнях - от показателей эффективности в статическом или динамическом режиме функционирования до показателей полезности, определяемых экономическим эффектом, возникающим от применения разработанного прибора Определен состав основных и дополнительных показателей эффективности, перечень основных технических параметров несканирующих ТВП, необходимый и достаточный (со стороны ТВП) для оценки их эффективности, и найдены предельно достижимые значения отмеченных параметров Показано, что между различными основными техническими параметрами, характеризующими разрешающую способность ТВП, имеют место жесткие и предельно простые соотношения

Расширены области применения и значительно уточнены характеристические модели несканирующих ТВП с фотонными охлаждаемыми или тепловыми неох-лаждаемыми МФП, обеспечивающие расчет основных технических параметров и характеристик этих ТВП, и их операциональные модели для статического режима работы, дающие возможность оценки вероятности и дальности вскрытия - обнаружения или распознавания - объектов местности Впервые установлены значения критериев Джонсона применительно к вскрытию объекта класса «ростовая фигура человека»

Впервые созданы операциональные модели ТВП для динамического режима работы - комплексные методики расчета их показателей эффективности - с учетом движения, ограниченного «времени жизни» и времени поиска объектов на местности и на изображении и стратегии этого поиска Предложены упрощенные показатели эффективности ТВП воздушного и наземного базирования для динамического режима работы Исследовано влияние на эффективность ТВП турбулентности атмосферы Разработана методика расчета вероятности обнаружения объектов посредством ТВП, использующих их поляризационный тепловой контраст

4 Представлена методика оценки эффективности комплексирования (объединения) разноспектральных изображений Предложен критерий и сформулированы практические рекомендации по рациональному выбору спектральных рабочих диапазонов многоспектральных ОЭС, в том числе ТВП

5 Впервые разработана методология аналитической оптимизации основных технических (разности температур, эквивалентной шуму, эффективного значения

элементарного поля зрения) и конструктивных (диаметра и фокусного расстояния объектива) параметров несканирующих ТВП, обеспечивающей решение кардинальной задачи проектирования - достижения требуемых значений дальности вскрытия заданной совокупности объектов при минимальных массогабаритных, а значит, и стоимостных показателях этих ТВП Определен критерий целесообразности использования в несканирующих ТВП микросканирования Обоснованы оптимальные соотношения размеров кружка рассеяния объектива и элемента МФП Даны рекомендации по рациональному выбору высоты и скорости носителя ТВП воздушного базирования

6 Предложена процедура приведения результатов экспериментальных оценок дальности действия ТВП к нормированным условиям с одновременным повышением достоверности полученных результатов и уточнены сами такие условия Обоснованы способы повышения достоверности натурного и стендового - объективного и субъективного - контроля дальности действия ТВП, а также простые и, вместе с тем, достаточно представительные и точные методы измерения темпера-турно-частотной характеристики и эффективного значения элементарного поля зрения несканирующих ТВП

На защиту выносится научно-методический аппарат аналитического и экспериментального оценивания и оптимизации несканирующих ТВП, включающий

• инженерную методику расчетной оценки входных сигналов ТВП - теплового контраста наземных объектов в зависимости от их местоположения и условий наблюдения,

• методику приведения паспортных показателей пороговой чувствительности МФП на фактические условия их использования в ТВП,

• иерархическую систему описания, характеристические и операциональные математические модели несканирующих ТВП воздушного и наземного базирования в статическом и динамическом режимах работы при поиске, наблюдении и контроле объектов местности,

• методику оценки эффективности комплексирования изображений, формируемых многоспектральными видовыми ОЭС, и рационального выбора спектральных рабочих диапазонов этих ОЭС, в том числе ТВП,

• методологию аналитической оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП и параметров движения их носителей,

• принципы и методы повышения представительности, достоверности и точности результатов аттестации несканирующих ТВП в натурных и стендовых условиях по дальности действия

Теоретическая значимость Полученные при выполнении данной работы новые научные результаты раскрывают роль и глубинные взаимосвязи множества различных факторов, воздействующих на основной показатель качества любого ТВП - его эффективность, и, выявляя закономерности изменения этих факторов в тех или иных ситуациях и соответствующие обменные соотношения в ТВП, прямо способствуют повышению уровня концептуального, теоретического и методологического обеспечения решения целого ряда задач, возникающих при разработке и испытаниях современных ТВП, стимулируя тем самым развитие науч-

ного фундамента тепловизионного приборостроения Представленное на основе единого подхода изложение предмета, затрагивающее в той или иной степени все основные аспекты кардинальной проблемы анализа и синтеза этих ТВП, может послужить аналитическим базисом и для дальнейших исследований и расчетов в сфере прикладного тепловидения

Практическая значимость и внедрение. Практическая значимость результатов, представленных в диссертации, определяется выраженной прикладной направленностью поставленных в ней задач и технически реализуемыми способами их решения и проявляется в создании научно обоснованной и апробированной на практике системы методов разработки и испытаний современных ТВП

1 Усовершенствованные, а также вновь разработанные характеристические и операциональные модели несканирующих ТВП дают возможность значительного повышения точности прогнозирования показателей эффективности, в том числе дальности действия, несканирующих ТВП в широком диапазоне условий применения для статического и динамического режимов работы

2 Предложенная методология оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП, используемых для поиска, наблюдения и контроля объектов местности, позволяет обеспечить максимально полную реализацию потенциально высоких функциональных возможностей этих ТВП при их минимальных массогабаритных и стоимостных показателях

3 Разработанные принципы и методы измерения и контроля дальности действия несканирующих ТВП повышают представительность, точность и достоверность результатов их аттестации в натурных и стендовых условиях

4. Представленные научные результаты, связанные с развитием теоретических основ современного тепловизионного приборостроения, позволяют улучшить качество учебного процесса при подготовке студентов вузов по соответствующим приборостроительным специальностям

5 Полученные в ходе исследований математические модели, процедуры и алгоритмы, а также широкий спектр графиков, таблиц, отдельных формул и численных результатов представляют практическую ценность как систематизированная база данных, способная обеспечить упорядочение, формализацию и автоматизацию этапов разработки и испытаний современных ТВП, а в перспективе - и решение многих новых задач в области прикладной теории тепловизионного приборостроения

6 Предложенные подходы к анализу, синтезу и аттестации современных ТВП могут быть с успехом адаптированы применительно к решению соответствующих задач, возникающих при проектировании и аттестации иконической аппаратуры и других видов - телевизионной и приборов ночного видения

Представленные в диссертации результаты, в полном объеме отраженные в публикациях автора, знакомых широкому кругу специалистов профильных предприятий и вузов страны, внедрены и используются для рационального проектирования, аттестации и прогнозирования эффективности современных ТВП различного класса и назначения В частности, они внедрены на ФГУП НПО «Государственный институт прикладной оптики», в ЗАО НПФ «Оптоойл», а также использованы в Государственном научно-исследовательском и испытательном ин-

статуте проблем технической защиты информации (г Воронеж) Ряд вопросов, рассмотренных в диссертации, излагается в лекционном курсе «Проектирование ИК систем», читаемом автором в Казанском государственном техническом университете им А Н Туполева

Публикации и апробация работы. Полученные в работе результаты опубликованы в четырех монографиях, 20 статьях в журналах, соответствующих перечню ВАК, и были доложены на 18-й и 19-й Международных конференциях по фотоэлектронике и приборам ночного видения (г Москва, 2004г и 2006г), Втором международном форуме «0птика-2006» (г Москва) и 19-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрика-мерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля окружающей среды, веществ, материалов и изделий» (г Казань, 2007г) Перечень основных публикаций по теме диссертации представлен в конце автореферата

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка литературы и приложения Работа изложена на 387 страницах, включая 69 рисунков, 34 таблицы и библиографический список из 315 наименований

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы проблема, объект, предмет, цель, задачи и научная новизна исследований, их теоретическая и практическая значимость, новые научные результаты, полученные лично автором, положения, выносимые на защиту

Неотъемлемой составной частью системной модели любого ТВП являются методы определения его входных сигналов Однако известные методики их расчета не учитывают такие важные факторы, как локализация и условия наблюдения объектов местности Поэтому в первом разделе диссертации описана разработанная автором инженерная методика оценки разности радиационных температур объекта и фона в различных условиях применения ТВП и развиты методы расчета температурных полей типового объекта - плоской пластины, имитирующей стенки корпуса объекта, - в стационарном и нестационарном режимах теплообмена - при линейном, скачкообразном и гармоническом законах изменения эффективной температуры окружающей среды (с учетом солнечного излучения)

Поскольку ТВП воспринимает в качестве входного сигнала разность радиационных температур объекта и фона ATRj в соответствующем спектральном рабочем диапазоне АХ, = 3-5 мкм или АХ2 =8-14 мкм, то для оценки его эффективности практически важно выполнить расчетную оценку этой разности

Анализ полученных нами соответствующих экспериментальных данных показал, что для известной разности температур АТ = Тоб- Т и коэффициентов излучения Ае} = £o6j — £j объекта и фона в спектральном рабочем диапазоне ТВП ЛЛ(

значения искомой разности радиационных температур АТ^ - теплового контраста объекта - могут быть оценены по формуле

Д Тщ =£О6;АТ + АТ;:

АТ[ = ^ + 0,09[(1 - еоб}о - (1 - ^ (АХ,),

ГА Ь),

АТ2 = ЬАЕ2

Го ~ Е1об,

Л

где Ехоб, Ех - интегральная облученность от Солнца объекта и фона соответственно, Вт/м2, ц- параметр, К, значения которого в зависимости от местоположения, состояния облачности и ориентации визируемой поверхности объекта (горизонтальная, вертикальная) приведены в табл 1

Местоположение объекта Безоблачно Облачность

Высокая перистая 5 баллов Низкая слоистая 5 баллов Низкая слоистая 10 баллов

гор вер гор вер гор вер гор вер

Открытая местность 24/42 13/17 17/25 8/9 12/15 4/4 5/5 2/2

Лесная поляна 14/18 4/4 12/15 4/4 9/10 3/3 4/4 2/2

Среди деревьев 7/7 2/2 5/5 2/2 4/4 2/2 3/3 1,5/1,5

Примечание Значение ц, в числителе отвечает диапазону 3-5 мкм, в знаменателе- 8-14 мкм

Для практических расчетов значений АТ^ по (1) в работе приведены литературные сведения по коэффициентам излучения различных материалов и типов фонов и методы оценки облученности от Солнца соответствующих поверхностей В частности, для объекта, покрытого эмалью защитного цвета и находящегося на фоне зелени, имеют место средние значения ео61 = 0,74, е0б2 = 0,93, е, = 0,88, е2 = 0,93 Этому по (1) отвечают зависимости теплового контраста АТц объекта в указанных диапазонах спектра от его температурного контраста А Г для ночного и дневного времени суток (высота Солнца 30°, ясно, визирование в надир), представленные на рис 1 Из него, в частности, следует, что днем для данного объекта имеет место соотношение АТт >АТК2, а ночью - ДТт <АТкг При этом погрешность расчета АТК] определяется главным образом погрешностью оценок значений е,^ и и она обычно не превышает 1 К

На основе представления о зрительном анализаторе оператора как оптимальном пространственном фильтре в разделе также показано, что для объекта с не-

Рис 1

равномерной по поверхности радиационной температурой средняя, эффективная разность ДТ составляет

где 5, - площадь /-го фрагмента объекта с соответствующей разностью радиационных температур Д7д„ 5об - общая видимая площадь объекта

Приведенные сведения обеспечивают возможность прогнозной оценки тепловых контрастов Д 7^ типовых объектов местности, для чего необходимо измерить или рассчитать по представленным в разделе полуэмпирическим или аналитическим методикам, развитым автором, разность температур объекта и фона А 7', а затем, воспользовавшись описанной выше методикой, определить искомое значение Л 7^

Во втором разделе диссертации разрабатываются модифицированные процедуры приведения различных паспортных показателей пороговой чувствительности МФП к реальным условиям их применения в ТВП

Одним из таких показателей является пороговая облученность ЛЕ0, Вт/см2, определяемая как интегральная облученность элемента МФП от эталонного черного тела с нормированной температурой Ти (обычно, согласно ГОСТ 17772-88, Т„ = 500 К), создающая на выходе системы считывания отношение сигнал/шум, равное 1 При этом предполагается, что при измерении шумов угол зрения МФП на фон с температурой Та = 295 К ограничен круглой охлаждаемой диафрагмой с плоским углом 2ро и соответствующим относительным отверстием

ео = 2у/^уяп2Ро -1, охлаждаемый оптический фильтр имеет спектральный коэффициент пропускания Тфо(А) (нередко при паспортизации МФП этот фильтр отсутствует, и тогда формально Тф0(Я) = 1)

В реальном ТВП, использующем конкретный образец МФП с известным значением пороговой облученности АЕ0, относительное отверстие с охлаждаемой диафрагмы, согласованное с заданным апертурным углом объектива, вообще говоря, отличается от Ео, используемый оптический фильтр имеет спектральный коэффициент пропускания Тф(Я), не совпадающий с ц0(Я), а температура фона Т отлична от нормированного значения Т0 = 295 К Кроме того, фактическое (с учетом степени заполнения потенциальных ям МФП) время интегрирования /„,с, может не совпадать с временем (и0, использованным при паспортизации При этом возникает необходимость пересчета паспортного значения ЛЕ0 от указанных выше нормированных условий на реальные Как показано в разделе, для искомого значения пороговой облученности МФП АЕт на длине волны Д„, соответствующей максимальному значению его относительной спектральной чувствительности в реальных условиях имеет место выражение (шум считывания и усилителя здесь считаем пренебрежимо малым)

/

.2 V72

дг

"И/2

ff-AF't hr t M \

A Em =

KÏAEXo , hc (M M

*mr}mS„tuKnVB

, Мэф=МЖ, к = М/Мь Tjm =т1(Лп),

Mz= \м{Х)с1Л = аТ\ M= |м(Л)5(Л)г,(Л>И, B = + Bo=-- + \, (2)

2 о 2

f E

о

где Л"„ - значение К при Т = Т„ и г^СД) = тф0(Л), М(Л), Ма(Л) - спектральная плотность энергетической светимости черного тела с температурой Т и Т0 соответственно, Вт/см2мкм, т}(Я) - спектральная квантовая эффективность МФП, К„ - коэффициент переноса зарядов в МФП, S„ - площадь элемента МФП, см2, h = 6,62 10"34 Дж с, с = 3 10й мкм/с, <т= 5,67 10"12Вт/см2К4

При этом автоматически учитывается возможность работы МФП и в режиме ограничения фоном

Иногда значение пороговой облученности АЕ0 указывается для заданного уровня интегральной облученности Еф, Вт/см2, элемента МФП от фона с температурой Т0 Это значение Еф связано с £о следующим образом К0Еф = Moj В^,

где К0 - значение К при Т = Тв и тф(Л) = тфо(Л)

В ряде случаев (в основном для опытных образцов МФП) вместо значения Еф, Вт/см2, приводится значение облученности элемента МФП £>ф, фотон/см2 с, для которого была получена данная величина пороговой облученности АЕ0 Связь между этими величинами устанавливается формулой Еф = hcQф/Л0 Ка' Аналогичное соотношение имеет место и между значениями пороговой облученности МФП АЕ0 и AQ0, которые измеряются в Вт/см2 и фотон/см2с соответственно

[ Л! Л (Л й Л )

где К0 и К„ — значения Ка и Ки при S(A) = ■! 0 ✓ °ч,

[0 (Л > Л0 )

Х0- длинноволновая граница спектральной чувствительности МФП

Нередко пороговая чувствительность МФП определяется разностью температур, эквивалентной временнбму шуму, АТ0, вычисленной при тех же условиях, что и АЕ0 Можно показать, что между АЕ0 и АТа имеет место соотношение

кнв0 дТо То о 4ю

Для расчета значения АЕт для неохлаждаемых тепловых МФП можно воспользоваться той же формулой (2) при Мэф = М/В, К„ = 1

Данная методика пересчета использует традиционные для разработчиков ТВП понятия и характеристики и пригодна для оценки пороговой чувствительности практически любых МФП

Третий раздел диссертации посвящен дальнейшему совершенствованию существующих и разработке новых характеристических и операциональных моделей ТВП воздушного и наземного базирования в статическом и динамическом режимах работы при решении задач поиска, наблюдения и контроля объектов местности Формирование данных моделей следует начать с создания иерархической системы описания ТВП (рис.2)

Высший уровень этой системы составляют показатели полезности, которые очень часто могут быть отождествлены с соответствующим экономическим эффектом, возникающим от применения разработанного прибора На типовом примере минимизации общих средних ожидаемых затрат, равных сумме затрат на периодическое патрулирование посредством ТВП воздушного базирования нефтепровода с целью раннего выявления утечки нефтепродукта и потерь от существования этой утечки в разделе показано, что конструирование подобных показателей полезности дает принципиальную возможность оптимизации и сравнения образцов ТВП по весьма общему критерию типа «стоимость - эффективность», причем обычно максимизация функционала полезности может быть реализована не только посредством рационального построения ТВП, но и путем одновременной оптимизации тактики его применения - выбора высоты, скорости и траектории движения носителя, периодичности поиска и т д

Статический режим работы ТВП имеет место при неограниченном времени наблюдения оператором изображения постоянно существующего неподвижного объекта местности. Основными показателями эффективности ТВП в этом режиме являются вероятность вскрытия Р =f(D) объекта на заданной дальности D, дальность вскрытия D = /"'(Р) объекта с заданной вероятностью - дальность действия ТВП, - а также тесно связанное с величиной Р разрешение на местности А -полупериод разрешаемой эквивалентной тепловой миры - и рабочее угловое разрешение A<p0=2A/D Кроме того, ТВП принято характеризовать дополнительными показателями эффективности - обнаруживаемой разностью температур АТа», разрешаемой разностью температур АТра1, угловым разрешением Aq> (все по ГОСТ 27675 - 88), коэффициентом всесуточности ус - средней долей суток, в течение которой эффективность ТВП не ограничена тепловым контрастом объектов, коэффициентом всепогодности у„ - средней долей времени, в течение которой эффективность ТВП не ограничена погодными условиями, - а также основными рабочими характеристиками - температурно-частотной (ТЧХ) и температурно-пространственной (ТПХ).

Динамический режим работы возникает при ограниченном времени поиска объектов или наблюдения изображения, при движении аппаратуры или объектов относительно друг друга или при вскрытии эпизодически появляющихся объектов местности Для этого режима в литературе предложено использовать следующие показатели эффективности интенсивность поиска п, - математическое

Рис 2

ожидание числа объектов, вскрытых в единицу времени, вероятность Р(1) вскрытия объекта за заданное время, среднее число п(1) объектов, вскрытых за заданное время, среднее время 1 вскрытия объекта Очевидно, эти показатели зависят не только от самого ТВП и параметров объекта, фона и атмосферы, но, например для ТВП воздушного базирования, и от его «производительности» — площади местности, просматриваемой в единицу времени, - а также от стратегии поиска, состояния облачности и других условий применения ТВП

Однако показатели эффективности непригодны для описания собственно ТВП, ибо они зависят не только от него самого, но также от условий его использования и параметров объекта и фона Поэтому на этапе разработки ТВП целесообразно использовать систему его основных технических параметров, зависящих только от самого прибора, которые должны быть необходимыми и достаточными для оценки (со стороны ТВП) его эффективности В эту систему нами рекомендуется включить разности температур, эквивалентные временному и пространственному шуму, АТ„р и АТ„Р соответственно, эффективное значение элементарного поля зрения 5, поле зрения 2/?с х 2Д, спектральный рабочий диапазон ДЛ, частоту кадров Р

Анализ свидетельствует, что для уточненного расчета разности температур, эквивалентной суммарному шуму, АТ следует учитывать как остаточный (после коррекции) разброс интегральной чувствительности элементов МФП, так и вариации обнаружительной способности этих элементов, а эффективного значения элементарного поля зрения - выборку и другие факторы, вызывающие деградацию тепловизионного изображения, - неэффективность переноса зарядов и их диффузионное размытие В разделе показано, что для расчета значений АТвр, АТпр и 8 можно использовать и приближенные выражения

^ . у . Хр . „р<25<),

АТпр = _ для охлаждаемых фотонных МФП с охлаждаемыми апертурными

5,67 КГ12Г4(4/е1 + \)сгот„ диафрагмами и спектральными фильтрами, АТпр =-—--

для неохлаждаемых тепловых МФП,

¿ = ад,9=1 + 0,22(а2об -1) + + 0,22|

V СГЭ5

{ \

1 -1

(3)

аг = а/Аа, а^ = е1о6/а, а -- 4п /и ,

где Стр — относительное СКО разброса обнаружительной способности элементов МФП, аотн - относительное СКО остаточного разброса интегральной чувствительности элементов, <50 - элементарное поле зрения ТВП, е!^ - диаметр кружка рассеяния объектива, а - размер элемента МФП, Аа - шаг (период) структуры МФП, 2 - электронное увеличение изображения, п и п - число элементов изображения и МФП соответственно

При работе ТВП в режиме ограничения фоном для ДТпр - 0, типовых значений Ооб = 2, ае = 1, ¡и= 0,04 с и практически максимального диаметра дифракционно-ограниченного объектива 30 см нами найдены соответствующие предельно достижимые значения основных технических параметров ТВП (табл 2)

ДА, мкм АТ, К б, мрад

Фотонный МФП Тепловой МФП

3-5 0,006 0,3 0,02

8-14 0,001 0,006 0,05

Поскольку значение АТдля ТВП с неохлаждаемыми тепловыми МФП для спектрального рабочего диапазона 3-5 мкм, как видно, слишком велико, ТВП на этих МФП имеет смысл разрабатывать лишь на диапазон спектра 8-14 мкм

Обычная, статическая ТЧХ, традиционно используемая для описания сканирующих ТВП, для характеризации несканирующих ТВП малопригодна Возможности этих ТВП при выделении (обнаружении на неоднородном фоне), классификации и идентификации объектов, как известно, наиболее полно и точно определяются динамической ТЧХ, которая, в отличие от статической, однозначна (не зависит от фазы миры), монотонна во всей области определения и не ограничена частотой Найквиста, для ее оценки необходимо учитывать, в частности, смаз изображения, возникающий при движении миры, и соответствующую декорреляцию пространственного шума ТВП в смежных кадрах Полученное нами с использованием известной из литературы уточненной модели зрительного анализатора, учитывающей его реальные (а не идеальные) пространственно-временные интегрирующие свойства при восприятии визуальных сигналов, выражение для этой ТЧХ имеет следующий вид (в относительных единицах)-

АТра,тагох& АТЯ

= шах

0,073/иаж5,

0,42тл/ажЗ 71^1 + ю/(7ааг.9/2г)'-:

= ^,(4 дг=л/АГ4+ДГ/

(4)

г = Л+СХРГ ГЯ *гМ=«ф(-2*2РУ) , Р0 =0,55, Э0 = 1,25, г = у,8, V1 - ехр(- \ РТ„)

*р (-№)'

где ц/-угловая частота миры, т„ — коэффициент пропускания атмосферы, Тгл -постоянная времени глаза, зависящая от яркости изображения, Л"Е(г) - результирующая функция передачи модуляции ТВП, ш - требуемое отношение сигнал/шум (для вероятности разрешения миры Р - 0,5 имеем т =3,2)

Если оператор не имеет возможности оптимизировать яркость изображения разрешаемой им миры каждой данной частоты, то, как можно показать, выражение для относительной ТЧХ примет вид

АТра]тагояЗ

Д7\90 1 - 0,05 (г)/аае 9

= Е2{г)

Эффективность ТВП при обнаружении объектов на однородном фоне определяется его ПЧХ Для расчета ПЧХ с учетом той же модели зрительного анализатора нами получено следующее выражение (в относительных единицах) ЬТобнтаг _ о#т __ 11 1

(Хп — -

АТ80 п0сс0 ' 0 1 + 10/(агеф/^ + 1,95))1'2' ° 1 + зМ^ЛО*' где <р - угловой размер объекта

Общепризнанной моделью обнаружения и распознавания объектов на неоднородном фоне посредством ТВП является эмпирическая модель Центра ночного видения и электронных датчиков (США), основанная на концепции эквивалентных мир Однако эта модель не учитывает такой существенный фактор, как квалификация оператора Поэтому была поставлена задача представить эту модель в форме, соответствующей известным теоретическим предпосылкам, и дополнительно учесть квалификацию оператора, что, как показано в разделе, приводит к выражению

\2~

Р = 1-ехр

1 2 С

(5)

А

где у о- показатель квалификации оператора (0,65 - низкая, 1 - средняя, 1,5 - высокая), А - критический размер объекта - корень квадратный из его видимой площади, С - критерий Джонсона, средние значения которого при вскрытии объектов военной и транспортной техники (ВТТ), как известно, в среднем составляют 0,75 - при выделении, 3 - при классификации, 6 - при идентификации.

На основании выполненных в ГИПО экспериментов нами впервые установлены значения С и при вскрытии объекта класса «ростовая фигура человека» (РФЧ) 0,8 - при выделении, 2 - при классификации, 4 - при идентификации Для оценки входящего в (5) значения разрешения на местности А может быть

использовано выражение

л- ™

д^О Тк\гагссгв9\

ЬТ90 ,

где ТЧХ /^(г) отвечает значению т = 3,2

В случае, когда тепловой контраст объектов ВТТ носит случайный характер, то, как показано в работе, средняя вероятность их вскрытия равна вероятности вскрытия этих объектов с фиксированным тепловым контрастом, равным его среднему значению, уменьшенному в 1,1 - 1,2 раза

Приближенная оперативная оценка дальности действия ТВП Д км, для ТВП воздушного или наземного базирования может быть получена при использовании для ТЧХ Б ¡(г) и коэффициента пропускания атмосферы та в спектральных рабочих диапазонах АЛ, = 3-5 мкм и АЛ2 - 8-14 мкм экспоненциальных аппроксимаций, которые, как свидетельствует анализ формулы (4) и соответствующих литературных данных, могут быть представлены в виде.

а„ =

= 0,25ехр (а^), 6Д (, = 1) та = ехр[- [Ьр + ((2,26-0,491п 5 Ь

6,6 {1 = г\Ь^арКрй, "р } (1,66- 0,351п£

V рр

0,151п(^/217)+1,2 0,05 +0,015^

а:^ = 2,2(1 - ехр(- я/2,2)]/я, /г^ = 1Д1 - ехр(- н/\,г)]/н,

(АХ,) (АЛг),

(АХ,) №2),

где Бм - метеорологическая дальность видимости (МДВ), км, ]У - абсолютная влажность воздуха, г/м3, Я - высота носителя ТВП, км, - коэффициенты приведения данной наклонной трассы к эквивалентной приземной горизонтальной (для Н = 0 имеем К„ = КР = 1)

Тогда находим для диапазонов спектра АЛ, и АЯг соответствующие выражения для искомой дальности действия ТВП Д км, отвечающие значениям N, определяемым из формулы (5) для заданной вероятности вскрытия объекта Р

-а

£> = шт

{ I—

их °

У п п

а N3

—н К а 2/1 Р Р

1п

АТ,

гагеЗ

& ТЭ

+ 1,4

К а п п

а N6

/2 *

+ К а Р Р

1,5/1 N6

£) = шт

1п ~\АТк\гаге&~ + 1,4

АТ90

а0Мд/2Ь + Крар + К„а„

1,5/1

Следовательно, в отличие от известных, полученные нами характеристические и операциональные модели несканирующих ТВП для статического режима работы дополнительно учитывают целый ряд существенных факторов

• остаточный разброс не только интегральной чувствительности, но и обнару-жительной способности элементов МФП,

• использование не статической, а динамической ТЧХ,

• более точную, реальную модель зрительного анализатора при пространственно-временном интегрировании визуальных сигналов,

• возможность (или ее отсутствие) выбора условий наблюдения изображения,

• вариации радиационной температуры по площади объектов,

• случайный характер среднего теплового контраста объектов,

• квалификацию оператора-дешифровщика,

• дифференциацию значений критериев Джонсона для объектов различных классов, в том числе - впервые - ростовой фигуры человека

Все это позволяет до 3-х раз снизить относительную погрешность расчетной оценки дальности действия ТВП, доведя ее до значения, определяемого реализа-

цией в соответствующих операциональных моделях самой концепции эквивалентных мир и составляющего - практически для любых условий применения -не более 15-20%

Для оценки всех обозначенных выше показателей эффективности ТВП в динамическом режиме работы автором впервые разработаны соответствующие операциональные модели В частности, наиболее представительный показатель эффективности ТВП воздушного базирования - интенсивность поиска - определяется формулой

щ=^Рс-Р„ Рд Р Рл, (6)

где - площадь зоны поиска, 5] - площадь, обследуемая ТВП в единицу времени, Рс - вероятность существования - вероятность того, что в момент обследования района местоположения объекта он существует и будет существовать еще в течение времени Л1, необходимого для обработки данных наблюдения и принятия решения о дальнейших действиях по объекту, Р„ — вероятность прямого видения - вероятность того, что линия визирования ТВП — объект не будет перекрыта облачностью, Рй - вероятность дешифрирования - вероятность того, что оператор в результате визуального поиска объекта на изображении завизирует его (будет смотреть на соответствующий фрагмент изображения), а времени этого визирования будет достаточно для его возможного вскрытия, Р - статическая вероятность вскрытия — вероятность того, что оператор, визируя объект неограниченно долго, вскроет его, Р„ — вероятность локализации - вероятность того, что к моменту принятия решения о дальнейших действиях по объекту его расстояние от точки локализации - первоначальной оценки местоположения объекта - не будет превосходить некоторую допустимую величину Ах0

В разделе, в частности, показано, что для типового случая регулярного поиска с периодом осмотра зоны /„ неподвижного объекта, время существования которого подчинено показательному закону со средним значением 1с, вероятность Рс равна

' 4-1 Г дГ

■=■( ехр -О] I 'е

Вероятность Р„ определяется на основе представленных в диссертации данных о высотном распределении облачности Для вероятности Рд нами найдено выражение

РС = РС(АС)=±

1-ехр

е

и

Рг = 1-ехр

' 5,5 10*81Жг0

сгъгУСг№о

£, = соз 2ав,

где V- скорость носителя, ав - угол выноса вперед оси ТВП от надира

Вероятность Р3 здесь составляет Р,- 1 -ехр(-г2/2), г = Ддс0/<т, где а -СКО оценки координат объекта

Поскольку расчет показателей эффективности ТВП в динамическом режиме работы в общем случае достаточно сложен, нами предложены и упрощенные показатели эффективности Для ТВП воздушного базирования - это максимизированная по высоте носителя эффективная производительность - площадь местно-

сти, просматриваемая в единицу времени, при условии, что в ней обеспечивается разрешение на местности не хуже заданного значения, и равная (при визировании в надир)

1/2

1+г 121

н =

н.

Нт

1 +

м2}

- объемный объект

- плоский объект

(,«* = Ш1п(^,2,8^ = 21ЦЗС),

где Нт - высота, для которой в надире обеспечивается требуемое разрешение на местности

Следовательно, при вскрытии плоского объекта посредством ТВП с относительной полосой захвата ц > 2,8 для оптимальной высоты Н„ = 0,44 Я7 эта полоса полностью не используется, при этом эффективная производительность ТВП составляет Бм = \,24УНТ

Для ТВП наземного базирования упрощенным показателем эффективности может служить объем пространства, в котором обеспечивается одновременное наблюдение объектов с возможностью их вскрытия с вероятностью не ниже заданной, составляющий

к = (2рс гд^/з,

где Б — дальность действия ТВП

Одним из факторов, ограничивающих возможности ТВП, является турбулентность атмосферы, размывающая изображение объекта и описываемая функцией передачи модуляции, близкой к гауссовской Нами установлено, что ее влияние эквивалентно действию дополнительного, включенного в информационный тракт ТВП, звена, которое имеет некоторое эквивалентное элементарное поле зрения для горизонтальных трасс на высоте Л равное

<5Т = 4 УОп° 6(А)£^'6/Г°'2, (7)

где С „(И) - вертикальный профиль структурной характеристики атмосферы, м"2/3, в зависимости от текущей высоты Л, м, Я - средняя длина волны излучения, мкм Ниже в табл 3 приведены рассчитанные по (7) зависимости £ = А(0) для горизонтальных приземных трасс и высокого (для Центральной Европы летней ночью) уровня турбулентности (с„(0) = 1 10~13 лГ2/3)

Таблица 3 Значения дг для различных дистанций Р

АЛ, мкм 6т, мрад

£>= 1 км О = 2 км £> = 3 км £)= 5 км 25 = 10 км £>= 15км

3-5 8-14 0,031 0,025 0,047 0,039 0,06 0,049 0,082 0,067 0,12 0,1 0,16 0,13

Учитывая, что функция передачи модуляции самого ТВП также близка к гауссовской, влияние турбулентности можно чрезвычайно просто учесть, если во всех расчётах вместо 5 воспользоваться его результирующим значением <5*, полученным с учетом турбулентности 6* =

Значения предельно достижимой горизонтальной дальности действия, ограниченной лишь турбулентностью, при этом составляют

От = 0,\ЪС„ш(к)2}кАш (8)

Зависимости Бт - /(А) для того же значения С„(0) приведены в табл 4

Таблица 4 Предельная дальность действия ТВП Рт для ряда значений А

АЛ, мкм -От, км

А = 0,15 м А = 0,25 м А = 0,5 м А= 1м

3-5 3,5 4,9 7,5 11,6

8-14 4 5,5 8,5 13,1

Из формулы (8), в частности, следует, что в пустыне, в солнечный полдень, когда значение С„(0) достигает 2 10"12м"2й, приземная горизонтальная дальность классификации объектов ВТТ при требуемом разрешении на местности А = 0,4 м не будет превышать 2,5 км даже в диапазоне спектра 8-14 мкм, в котором влияние турбулентности атмосферы на эффективность ТВП минимально

Для ТВП воздушного базирования влияние турбулентности обычно пренебрежимо мало

Повышение эффективности ТВП при обнаружении объектов может быть обеспечено за счет использования их поляризационного теплового контраста, особенно значительного для металлических плоских объектов, наблюдаемых под большими углами визирования Для определения степени поляризации Р£ излучения объекта с неизвестным азимутом поляризации в в ТВП обычно применяется МФП, поделенный на блоки из 4 элементов, перед каждым элементом блока в качестве анализаторов установлены поляризаторы, плоскости поляризации которых развернуты на 0, 45, 90 и 135 градусов соответственно Обработка выходных сигналов с этих элементов ТВП производится согласно формуле

= А, ;

= Моъ - М9(11 , 52 = М45Х - М135£ , 5„ = М0£ + М^ ,

где Мех - воспринимаемая энергетическая светимость объекта в АХ для компонентов излучения, прошедших анализаторы с соответствующими азимутами в

Нами показано, что, поскольку шумы элементов МФП независимы и имеют нормальное распределение, при достаточно большом отношении сигнал/шум вероятность обнаружения протяженного объекта по его поляризационному тепловому контрасту приближенно равна

-Р = -^[1 + ф(т-!£0)1 »„=3,2, т = Ръп0г ¡2<у! ,

ст,г42АТ/т}0т„ ,РТ=Р0*та,Р0* = Р0/[ 1 + {роМ-1 )/еов I,По = М/(дМ/дТ) ,

где Ф(х) - интеграл вероятности, Р0 - степень поляризации излучения объекта, О; — СКО величины 5,/50 или 52/>50, т„ - коэффициент пропускания в ДА материала анализатора, т\ — определяется по табл 1

Отметим, что представленные в разделе математические модели нескани-рующих ТВП носят достаточно унифицированный характер и могут быть легко адаптированы для анализа и традиционных, сканирующих ТВП

В четвертом разделе проанализированы особенности и оценена эффективность видовых многоспектральных ОЭС, использующих комплексирование (объединение) разноспектрапьных изображений, определен критерий выбора оптимального сочетания спектральных рабочих диапазонов ОЭС, в частности ТВП

Современные тенденции в развитии систем поиска, наблюдения и контроля состоят в комплексировании видеоинформации, получаемой средствами, работающими в различных диапазонах спектра При этом для любого спектрального канала ОЭС существует определенное обменное соотношение, связывающее его температурное, спектральное и угловое разрешение, в связи с чем на практике при разработке многоспектральных ОЭС выбирают один из двух путей

• всемерное повышение числа спектральных каналов с одновременным уменьшением ширины соответствующих спектральных рабочих диапазонов - использование гиперспектральных ОЭС (ГОЭС),

• всемерное уменьшение разрешения на местности, что достигается как за счет уменьшения элементарного поля зрения системы, так и, по возможности, при работе ее на малых дистанциях до объектов

Оценим перспективность обозначенных направлений

ГОЭС эффективно используются, в частности, для решения задач экологического мониторинга, а также при распознавании объектов, если под распознаваемыми классами объектов понимать такие их укрупненные категории, как, например, всю сухопутную ВТТ, корабли, маскировочные покрытия, самолеты, - все те группы объектов, которые имеют практически одинаковые, характерные для каждой такой категории, оптические свойства поверхностей Однако более детальный уровень распознавания (например, установление наличия танков, БТР, арту-становок, вертолетов и т д), т е классификацию и, тем более, идентификацию объектов ВТТ, ГОЭС, имеющие, как правило, невысокое угловое разрешение, обеспечить не могут, ибо все такие объекты обычно покрыты эмалью, марка, а значит, и оптические свойства которой связаны не с классом объекта, а с характером окружающего фона Более того, объекты даже одного и того же класса могут быть покрыты эмалями с различными оптическими характеристиками В связи с изложенным, при построении ОЭС, основным назначением которых является поиск, наблюдение и контроль, обычно идут по пути максимально возможного уменьшения элементарного поля зрения, что улучшает их угловое разрешение, обеспечивая тем самым и эффективное решение задачи распознавания объектов по их форме При этом спектральные рабочие диапазоны каналов оказываются достаточно широкими, что ограничивает их число Подобные ОЭС называются многоспектральными (МОЭС)

Из приведенного сравнительного описания ГОЭС и МОЭС вытекает, что существенное отличие между ними заключается в том, что задачи поиска, наблюдения и контроля решаются посредством МОЭС за счет их высокого углового (а не спектрального, как в ГОЭС) разрешения, при этом необходимость в большом числе спектральных каналов отпадает, и оно обычно не превышает М = 6-7, составляя в типовых случаях М = 2-3

При совместной обработке формируемых МОЭС разноспектрапьных изображений, предназначенных для визуального дешифрирования, весьма эффектив-

ным является простой алгоритм, сводящийся к суммированию изображений, полученных в М каналах, с весом /?,, пропорциональным отношению сигнал/шум

М , _X

т I = £ PL. {] = \,М) При этом на синтезированном изображении резуль-1 y = l }

[м 2

тирующее отношение сигнал/шум для данного объекта, равное т = £ т ,

Ь=1 1

будет не меньше любой из величин т^ т > т^ и, следовательно, в данном случае комплексирование изображений, в принципе, всегда целесообразно (если не учитывать неизбежное усложнение их обработки)

Оценим, насколько улучшается при подобном способе комплексирования изображений разрешение на местности МОЭС, эффективные значения 5j элементарного поля зрения каналов которой не обязательно равны друг другу Обозначим через к номер канала, которому отвечает минимальное эффективное значение элементарного поля зрения S^ = mm S Очевидно, величина

т = F J '

м-л

где - ТЧХ канала в относительных единицах, имеет

■ V J !

]

смысл эффективного отношения сигнал/шум для у-го канала - отношения сигнал/шум для к-го канала, которому соответствует такая же угловая частота у разрешаемой миры, что и для данного у-го канала Тогда значение относительной частоты I = у/дк, отвечающее синтезированному изображению, будет равно

, а соответствующее разрешение на местности, определяющее

I

Z т 7 = 1

DS

по (5) вероятность вскрытия объекта, составит А = , причем А < А) Очевидно,

для МОЭС с одинаковыми эффективными значениями <57 элементарного поля

зрения каналов имеет место соотношение т* = т^ Полученное значение А может

служить и в качестве достаточно обоснованного и представительного критерия выбора оптимального сочетания спектральных рабочих диапазонов МОЭС Показано, что, например, для трехспектральной ОЭС искомое сочетание включает в себя два тепловых канала (3-5 и 8-14мкм) и один яркостный для диапазона спектра 0,7-1,1мкм При этом, за счет повышения результирующего отношения сигнал/шум, разрешение на местности для синтезированного изображения улучшается на 15-30 % относительно такового для наиболее информативного исходного изображения

Значение разрешения на местности А целесообразно использовать как критерий оптимального выбора спектрального рабочего диапазона и ТВП Выполненный в разделе анализ свидетельствует

• для достаточно большой МДВ (более 5 км) и сравнительно невысокой турбулентности атмосферы (ночь, утро и вечер, когда значение структурной характеристики атмосферы не превышает 10"1 -10"12 м2/3) при вскрытии объектов на горизонтальных и наклонных трассах использование в ТВП диапазона спектра ДА/ = 3-5мкм обеспечивает их более высокую эффективность, чем диапазона ДДг = 8-14мкм, для значений температуры фона t > -(25-30)°С, причем первый диапазон при прочих равных условиях тем предпочтительнее, чем меньше аберрации объектива и размеры элемента МФП, длиннее трасса, больше абсолютная влажность воздуха, больше остаточный разброс чувствительности элементов МФП, больше высота носителя ТВП, ниже и тяжелее облачность (ночью), меньше вероятность применения засветочных помех,

• в условиях задымленной атмосферы (МДВ менее 1-2 км) или при ее высокой турбулентности (день, ясно, особенно в аридной или пустынной зоне), или при температуре фона t < -(25-30)оС использование в ТВП диапазона спектра ДА? обеспечивает большую дальность действия, нежели диапазона ДЯ/

Поэтому для поддержания высокой эффективности ТВП независимо от условий их применения, в принципе, целесообразно разрабатывать двухспектральные или адаптивные ТВП — с перестраиваемым спектральным рабочим диапазоном

В пятом разделе диссертации автором впервые разработана аналитическая методология оптимального выбора основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП, обеспечивающая требуемый уровень их эффективности при обнаружении и распознавании любого заданного набора различных объектов, и, вместе с тем, их минимальные массогабаритные и стоимостные показатели с учетом существующих принципиальных и технических ограничений

При работе ТВП в статическом режиме нами сформулирована следующая задача оптимизации для выбранного МФП необходимо найти значения основных технических параметров ТВП ЛТ и ¿>, а также соответствующие технически реализуемые значения диаметра объектива DoS и его фокусного расстояния f, чтобы для этого ТВП, обеспечивающего вероятности вскрытия Р, каждого из s различных объектов (/ = I,j, s - любое целое число) с соответствующими параметрами, находящихся на заданных дальностях Д, не меньшие требуемых значений Р,*, величина D^ была минимальной Предложенный метод оптимизации базируется на установлении относительной угловой частоты разрешаемой эквивалентной миры z, для которой обеспечивается равенство Рк = Рк* для любого к-го объекта и соотношения Р, > Р' для всех остальных объектов При поиске z учитываются ограничения на относительное отверстие объектива снизу, обусловленное еще допустимым превышением дифракционного кружка рассеяния объектива ТВП элемента МФП, и сверху, определяемое возможностью коррекции аберраций объектива, а также ограничения на поле зрения (снизу) и фокусное расстояние объектива (сверху) Найденное значение z определяет искомые параметры ТВП через посредство относительной ТЧХ, общей для любых ТВП При этом требуемое значение разности температур, эквивалентной шуму, определяется тепловым контрастом основного объекта вскрытия и коэффициентом пропускания атмосферы на трассе, а эффективное значение элементарного поля зрения - заданной вероятностью вскрытия и критическим угловым размером этого объекта

Разработанный метод учитывает зависимость Р, от степени различия объектов, неоднородности фона и квалификации оператора, пространственный шум МФП, выборку, возможное наличие микросканирования, тип МФП (фотонный или тепловой), режим работы МФП (обычный или ограничения фоном), обеспечивает согласование кружка рассеяния объектива и элемента МФП, достаточно универсален и легко адаптируется для оптимизации других видов ТВП

В разделе также рассмотрена актуальная задача рационального выбора основных технических параметров ТВП в статическом режиме работы, в котором обеспечивается аналитическое решение задачи оптимизации, не требующее никаких итеративных процедур, при следующих условиях пространственный шум ТВП пренебрежимо мал, имеет место обычный режим работы прибора, существует один-единственный объект, находящийся на дальности I) и подлежащий вскрытию с вероятностью Р, ограничения на фокусное расстояние и поле зрения ТВП, а также на относительное отверстие его объектива отсутствуют, в ТВП используется дифракционно-ограниченный объектив. Оптимальные значения искомых параметров ТВП при этом определяются формулами

где X - средняя длина волны в АХ, мкм, N — находится по (5) для заданной вероятности вскрытия Р, 9- определяется по (3) при аоб = 0, а значения /?0 отвечают относительной ТЧХ /г, (г)

При этом найдено, что отклонение, например, величины 8 от оптимального значения на 20% (при соответствующей коррекции величины ЛТвр, обеспечивающей сохранение заданной эффективности ТВП) вызывает возрастание требуемого диаметра объектива ТВП приблизительно на 10%

Необходимо отметить, что, несмотря на принципиальную возможность реализации весьма малой разности температур, эквивалентной шуму, ЛТ, достигающей 0,001 К, для значений этой разности существует некоторый практический предел, определяемый по принципу минимальной достаточности - из условия обеспечения приемлемой эффективности ТВП при наиболее неблагоприятных условиях ведения наблюдения - и равный 0,01 К Именно к этой величине и близки значения разности температур, эквивалентной шуму, большинства современных ТВП

Далее в разделе рассмотрена зависимость значения разрешения на местности ТВП А, определяющего его эффективность, от соотношения Ооб = с1о1]а размеров кружка рассеяния объектива ТВП и элемента МФП Установлено, что оптимальное значение аоб, обеспечивающее минимальную величину А, вообще говоря, зависит от достигаемого значения отношения сигнал/шум, режима работы МФП (обычный или ограничения фоном), а также от того, подбирается ли объектив для

/ = —, А7' = 0,65|ДГ„|гагсж«9 1--Д=

АЕ2=АЕ0Ки4й7,

1и 9

имеющегося МФП или же МФП для уже выбранного объектива, и варьирует в пределах от 2 до 4, однако, во избежание существенного снижения эффективности ТВП при обнаружении малоразмерных объектов, его целесообразно выбирать близким к 2 независимо от отмеченных обстоятельств

В несканирующих ТВП нередко используется микросканирование, снижающее значение 5, при этом, однако, существенно уменьшается время накопления сигналов и, как следствие, увеличивается величина ЛТ в случае, если при микросканировании уровень заполнения потенциальных ям МФП снижается соответственно времени интегрирования Поскольку данные факторы оказывают конкурирующее воздействие на эффективность ТВП, в разделе определены условия целесообразности применения в ТВП этого микросканирования по критерию минимума величины А Найдено, что микросканирование эффективно, если выходное отношение сигнал/шум превышает величину Шо, значения которой в зависимости от аоб и аг представлены на рис 3 Видно, что для типовых значений аоб = 1,5-2 и зе = 0,75-1 использование в ТВП микросканирования целесообразно уже

Оптимизация параметров полета носителя аппаратуры наблюдения рассмотрена на характерном примере использования ТВП с автоматизированным дешифрированием изображения, когда поиск и отбор фрагментов изображения, содержащих объект, производится автоматом, а окончательное решение об обнаружении и распознавании этого объекта - оператором-дешифровщиком Хотя операция поиска и отбора отмеченных фрагментов изображения производится автоматом практически мгновенно, ресурс времени дешифрирования оператором данных фрагментов конечен и случаен, ибо по мере поступления на вход ТВП сигналов от других объектов местности предъявляемые оператору фрагменты изображения будут заменяться в том же темпе все новыми и новыми

Наиболее подходящим показателем эффективности ТВП здесь можно считать интенсивность поиска в данном случае равную, с учетом (6), и, = мУНРг, Р, = Р„(Н)р{Н)ехр(- Ям10УН) ,

где /л = Ь/Н - относительная (в долях высоты) полоса захвата ТВП на местности, 10 - среднее время дешифрирования изображения (2-3 с), Я - средняя плотность объектов на местности, км"2

Максимизация величины Иу, выполненная при условии, что полная вероятность Рх вскрытия объекта в динамическом режиме работы задана и равна Рц, показывает, что оптимальное значение Н высоты носителя равно максимальной высоте Я, при которой Рп(Н) = Р(Н) = 1, а оптимальное значение V скорости носителя составляет V = 1п(1/Р^)/Я^аоН

Последний, шестой, раздел охватывает вопросы совершенствования принципов и методов аттестации несканирующих ТВП в натурных и стендовых условиях по дальности действия И

Рис 3

Для получения сопоставимых и представительных оценок дальности действия ТВП его испытания, в принципе, следует проводить в нормированных условиях, т е для определенных значений температуры фона, теплового контраста объекта и метеосиноптической ситуации Однако для реальных объектов и условий испытаний ТВП вероятность одновременной реализации этих нормированных условий крайне мала (порядка 0,01), и на практике обычно прибегают к пересчету значений D, измеренных для реальных условий аттестации ТВП, в значения дальности, которые были бы получены для нормированных условий При этом одновременно должна решаться и задача повышения достоверности аттестации ТВП, которая, в связи с ограниченным числом задействованных в испытаниях операторов-дешифровщиков, как правило, недостаточно высока Разработанная нами процедура пересчета решает поставленную задачу Из нее, в частности, следует, что обычно используемый при полигонных испытаниях ТВП критерий вскрытия объектов вида n/rto = 4/5 (четверо из пяти операторов вскрывают объект по его изображению), которому отвечает оценка вероятности вскрытия 0,8, не обеспечивает достаточно высокой достоверности прямой оценки D Для повышения этой достоверности до минимально приемлемого уровня следует либо применять критерий вскрытия объекта вида и</и0 при п0> 6, либо использовать описанную в разделе методику пересчета, реализующую косвенную оценку искомой дальности действия ТВП в нормированных условиях

Регламентируемые существующими техническими требованиями нормированные условия проведения испытаний ТВП слишком произвольны, поэтому дальность действия одного и того же ТВП, рассчитанная или измеренная для этих условий, может сильно варьировать Для получения более однозначных и сопоставимых оценок дальности действия образцов ТВП указанные условия целесообразно сузить, придав соответствующим параметрам (МДВ, температуре и влажности воздуха, тепловому контрасту объектов) более определенные, фиксированные значения При этом для реализации сопоставимых оценок дальности действия образцов ТВП, работающих в различных диапазонах спектра, следует использовать существующие вполне определенные соотношения значений теплового контраста типовых объектов (ВТТ и РФЧ) в диапазонах спектра АЛ; и ДА2, характерные для ночного времени суток Исходя из этого соответствующие значения данного контраста нами рекомендуется устанавливать равными

(1К (ДА, = 3 - 5мкм) Г 1,5 AT ( Ai, = 3 - 5мкм)

ATr=\ ' - ВТТ, ATr = \ ' -РФЧ

R [1,5Л^ (Aij = 8-1 Лмкм) |2,5 К (Д^ = 8-14л<юи)

Во многих случаях целью аттестации является не измерение дальности действия ТВП, а лишь контроль ее реализации Нами показано, что для повышения достоверности этого контроля заданную дистанцию D2 до объекта, отвечающую нормированным условиям, целесообразно изменить (обычно увеличить) до некоторого значения £>/ - (1-1,5)Дг, соответствующего фактическим, реальным условиям контроля, таким образом, чтобы ему отвечала расчетная вероятность вскрытия объекта Р, близкая к 0,5 Тогда, определив (по представленной в разделе таблице) для полученной оценки Я,* = п / и0 этой вероятности и выбранной достаточно высокой доверительной вероятности R(P>Pi), определяющей достовер-

ность контроля, соответствующую нижнюю границу Р/ доверительного интервала, нижнюю границу Р2 доверительного интервала, отвечающую нормированной

дальности И2, можно оценить по формуле Р2 = 1-(1-/;)"е , 0 = А2/А), где А/ и А2 - значения разрешения на местности ТВП для дистанций и соответственно При этом ТВП удовлетворяет требованиям по дальности действия, если Р2 > Р , где Р' - требуемая вероятность вскрытия, обычно 0,8

Очевидно, вероятность вскрытия объекта Р и дальность действия ТВП £> зависят от множества факторов, не связанных с самим ТВП — вида и алфавита объектов, квалификации оператора, степени неоднородности фона, распределения температуры по площади объекта, условий наблюдения изображения и др, - которые к тому же весьма трудно поддаются количественному определению Поэтому любой ТВП, как правило, аттестуется и по отношению к тест-объектам -периодическим мирам, причем при контроле дальности действия ТВП в стендовых условиях длина ширина Ам и температурный контраст АТМ полос эквивалентной миры, устанавливаемой в фокальной плоскости коллиматора, должны составлять

2,4 Су- 1п(1 - Р) гке

где /к — фокусное расстояние коллиматора, та - коэффициент пропускания атмосферы на дальности действия О в спектральном рабочем диапазоне АХ, тк - коэффициент пропускания объектива коллиматора в диапазоне АЛ; е - коэффициент излучения миры в диапазоне АХ

Как показано в разделе, для повышения достоверности контроля температурный контраст эквивалентной миры А ТМ2 = А целесообразно уменьшить до некоторого уровня А ТМ1 = (0,8-0,9)Д71«, при котором оценка Р^= п/п0 вероятности разрешения миры еще не снижается Аналогично, определив нижнюю границу Р1 доверительного интервала для вероятности разрешения этой миры, нижнюю границу Р2 соответствующего доверительного интервала, отвечающую значению А Тм2, можно найти из выражения

„ ф{а + Ф~'(2Р,-1))+1 , / ат ! ат М по

р2=-л--у—а—. а = ^(АТш/АТМ1)/а, а = 0,2

При этом можно считать, что ТВП удовлетворяет требованиям по дальности действия, если Р2> 0,5

Поскольку методы контроля ТВП по разрешению миры весьма субъективны, то, особенно при контроле высокочувствительных и высокоразрешающих ТВП, аттестация которых требует изготовления весьма малоразмерных и слабоконтрастных мир, более продуктивным и производительным является объективный контроль дальности действия, реализуемый путем измерения основных технических параметров ТВП, которые объективны, допускают простую и весьма точную экспериментальную оценку и зависят только от самого прибора, удовлетворяя, таким образом, всем требованиям к аттестационным параметрам К наиболее важным таким параметрам, определяющим рабочее угловое разрешение А<ра, а значит, и дальность действия ТВП, относятся разность температур, эквивалентная

шуму, АТ, частота кадров /*" и эффективное значение элементарного поля зрения 8 Взаимосвязь между ними для вероятности разрешения миры 0,5 имеет вид

<5 _ \АТк\таг$ах,

Д ГА,

Fj\m) '

Таким образом, измерив значения AT и <5 и зная (или определив) величину F, можно найти дальность действия ТВП из уравнения D = 2А/А<ра, где А - требуемое разрешение на местности

Наиболее сложно здесь измерить эффективное значение элементарного поля зрения 8 Для оценки значения S несканирующих ТВП в диссертации обоснованы следующие три метода

j —j Ait— 1 Измеряется угловая ширина AS, наклонной излучающей щели (рис 4), при которой среднее по j из максимальных по i

i N N

значений выходного сигнала AL'

К0=-

£ тах дл составляет г = 1(0 У

величину, равную половине выходного отклика, достигаемого при Д^—» оо Далее для определения величины <5 используется полученное нами простое соотношение 8 = 1,32Д£, общее для всех эг > 0,7

2 Измеряется глубина модуляции Ко - АЬ'/АЬ'т выходного сигнала ТВП, отвечающего трем смежным элементам МФП, на прямоугольную миру, находящуюся в оптимальной фазе Рис 4 * (рис 5), с шириной полос, равной периоду МФП Найдено, что значению отношения К0 соответствует параметр р гауссовской аппроксимации ФПМ согласно формуле

2Ф(Р,5/ря) + Ф(2,5/рх)-2Ф(1,5/ря) Ф(0,5/рае) + Ф(2,5/р&)-Ф(1,5/рх) ' который и определяет (с учетом влияния выборки) искомое значение 8

8 = 809, 9 = 0,55) + 0,2б/ае2 (9)

3 Измеряется отношение Ка = А1' / АЬ'т сигнала, возникающего вследствие эффекта линейной фильтрации на смежном, (и+1)-ом, элементе МФП, к максимальному значению сигнала, отвечающего среднему, (и+1)/2-му, элементу (и>5,

нечетное), на излучающую щель с угловой шириной А<р = —~ + находя"

щуюся в оптимальной фазе (рис 6) Оценка значения р, определяющего по (9) искомый параметр 8, как нами показано, производится по формуле

ЧН)/^1-2^

Как свидетельствует представленный в разделе анализ, для того, чтобы погрешности оценки основных технических параметров ТВП не были доминирующими при прогнозе его дальности действия (те, чтобы погрешность оценки дальности действия ТВП, определяемой его операциональной моделью, не пре-

восходила погрешности, присущей самой такой модели), необходимо, чтобы эти погрешности не превышали 15% от соответствующих величин

5 Ш Й □ Ё

АЬ'.

АЫ

. АС

Рис 5 Рис 6

Для повышения точности оценки ТЧХ аттестуемого ТВП, определяющей его рабочее угловое разрешение Д<р0, в работе развит следующий комбинированный метод Подбирается представительный (эталонный) образец данного класса ТВП (здесь - несканирующих ТВП) с достаточно большими значениями разности температур, эквивалентной шуму, и элементарного поля зрения — для облегчения экспериментальной оценки его ТЧХ - и тщательно, с привлечением группы квалифицированных операторов, измеряется эта ТЧХ АТ^ = /э(^) Затем, по возможности одними и теми же методами и в одинаковых условиях (для уменьшения систематических погрешностей результатов), измеряются основные технические параметры эталонного образца - разность температур, эквивалентная шуму, ДТэ, эффективное значение элементарного поля зрения частота кадров Рэ— и испытуемого ТВП - ДТ,5,Р Тогда искомая ТЧХ Д Т = /{у/) этого ТВП может быть найдена по формуле

АТэтагсся$

где индекс «э» относится к параметрам эталонного ТВП

Данный подход к оценке ТЧХ достаточно прост и точен, не требует для реализации никакого дополнительного оборудования и пригоден для аттестации ТВП с любыми параметрами

Показано, что в состав аттестационных параметров ТВП должны входить все основные технические параметры прибора и, по согласованию с заказчиком, некоторые дополнительные технические, конструктивные и эксплуатационные параметры ТВП, перечень которых зависит от конкретной ситуации

АТра]=-

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теоретическое осмысление, систематизация, обобщение и развитие существующих и создание новых методов системной расчетно-экспериментапьной

оценки и оптимизации несканирующих ТВП были реализованы (в рамках существующей сегодня парадигмы) при анализе в диссертации всех сформулированных выше задач При решении этих задач автором были получены важнейшие новые и имеющие большое теоретическое и практическое значение результаты, благодаря чему

• значительно (до 3-х раз) снижается погрешность и расширяется диапазон условий применения методик прогнозирования информационной эффективности, в частности дальности действия, несканирующих ТВП в статическом режиме работы и появляется возможность оценки их эффективности в динамическом режиме работы,

• обеспечивается достаточно полная реализация потенциально высоких функциональных возможностей несканирующих ТВП при их минимальных массо-габаритных и стоимостных показателях,

• повышается представительность, точность и достоверность результатов аттестации несканирующих ТВП в натурных и стендовых условиях по их дальности действия

Главный результат исследований автора, отраженных в настоящей диссертации, заключается в достижении анонсированной цели и решении всех поставленных выше задач - разработке научно обоснованных новых и совершенствовании действующих методов моделирования, оптимизации и аттестации несканирующих ТВП Развитая в диссертации методология анализа, синтеза и испытаний ТВП носит достаточно унифицированный характер и не ассоциирована с какими-либо конкретными схемотехническими решениями при построении ТВП и значениями их параметров, сохраняя, таким образом, свою актуальность на всех этапах научно-технического прогресса в этой области Отмеченные обстоятельства повышают теоретическую и прикладную значимость соответствующих исследований, особенно в долгосрочной перспективе Представляется, что выполненная нами работа, раскрывающая резервы повышения как самой эффективности современных ТВП, так и точности расчетной и экспериментальной оценки ее показателей в различных режимах функционирования, будет способствовать успешной реализации и дальнейшему совершенствованию данного вида аппаратуры дистанционного зондирования, и это позволяет надеяться на обеспечение необходимых условий для создания в стране конкурентоспособных образцов ТВП различного класса и назначения, удовлетворяющих самым высоким требованиям

4. СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Алеев Р М Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепро-дуктопроводов / Р.М Алеев, В А Овсянников, В Н Чепурский - М Недра, 1995 - 160с

2 Алеев Р М Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры / Р М Алеев, В П Иванов, В А Овсянников - Казань Изд-во Каз унта, 2000 -252с

3 Алеев Р М Несканирующие тепловизионные приборы / Р М Алеев, В П Иванов, В А Овсянников - Казань Изд-во Каз ун-та, 2004 - 228с

4 Иванов В П Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов / В П Иванов, В И Курт, В А Овсянников, В Л Филиппов - Казань Изд-во «Отечество», 2006 - 595с

5 Алеев Р М Оценка эффективности тепловизионной аппаратуры, использующей поляризационный контраст объектов / Р М Алеев, В А Овсянников //Оптический журнал -1992 -№3 - С 35-37

6 Алеев Р М Влияние атмосферы на эффективность тепловизионной аппаратуры/РМ Алеев, В А Овсянников, Н А Румянцева//Оптический журнал -1992 -№ 5 -С 7-10

7 Алеев Р М Повышение достоверности статистического контроля углового разрешения тепловизионной аппаратуры / Р М Алеев, В А Овсянников //Оптическийжурнал - 1992 -№9 - С 19-21

8 Алеев Р М Эффективность воздушной тепловизионной аппаратуры при обнаружении нефтяных загрязнений акваторий по их поляризационному контрасту / Р М Алеев, В А Овсянников //Оптический журнал - 1992 - № 10 - С 18-20

9 Алеев Р М Метод учета интегрирующих свойств зрительного анализатора при наблюдении тепловизионных изображений / Р М Алеев, В А Овсянников //Оптический журнал - 1993 -№ 9 - С 23-25

10 Алеев Р М Эффективность воздушной тепловизионной аппаратуры при контроле продуктопроводов / Р М Алеев, В А Овсянников, В Н Чепурский //Оптический журнал —1993 -№1 -С 3-5

11 Гапиакберов Д Ш Оценка эффективности многоспектральных оптико-электронных систем с цветовой индикацией изображения / ДШ Гапиакберов, В А Дорофеев, В А Овсянников //Оптико-механическая промышленность -1978 -№11 -С 5-8

12 Гапиакберов Д Ш Критерий качества приемников излучения для тепловизионных систем / Д Ш Гапиакберов, В А Дорофеев, А И Лоскутников, В А Овсянников//Оптико-механическая промышленность - 1979 -№8 -С 1214

13 В А Овсянников Критерий качества и оптимизация основных технических параметров поисковой воздушной тепловизионной аппаратуры / В А Овсянников, С В Косковский//Изв ВУЗов Сер «Авиационная техника» - 2000 - № 3 - С 3941

14 Овсянников В А Эффективность тепловизионной аппаратуры при ледовой разведке //Оптико-механическая промышленность -1985 -№2 - С 16-18

15 Овсянников В А Расчет температурно-частотной характеристики тепловизионной аппаратуры по кадру / В А Овсянников, Р И Ситдиков //Оптико-механическая промышленность - 1991 -№ 10 - С 34-36

16 Овсянников В А Влияние условий наблюдения наземных объектов на их эффективный тепловой контраст / В А Овсянников, Р И Ситдиков, ГН Хитров//Оптико-механическая промышленность - 1991 -№12 -С 24-25

17 Овсянников В А К развитию методик оценки эффективности видовой оптико-электронной аппаратуры / В А Овсянников, В Л Филиппов //НПО

«Государственный институт прикладной оптики» Научно-технический сборник-Казань Дом печати, 1997 -С 646-661

18 Овсянников В А Оценка предельно достижимой разности температур, эквивалентной шуму, и эффективного значения элементарного поля зрения теплови-зионных приборов / В А Овсянников, В Л Филиппов //Прикладная физика -2005 — № 2 -С 82-85

19 Овсянников В А Упрощенный показатель эффективности воздушной тепло-визионной аппаратуры / В А Овсянников, В JI Филиппов //Прикладная физика -2005 -№4 - С 109-111

20 Овсянников В А К вопросу об обнаружении и распознавании посредством тепловизионного прибора ростовой фигуры человека / В А Овсянников, H JI Пантелеев, С Д Питик, В JI Филиппов //Прикладная физика - 2005 - № 5 -С 112-114

21 Овсянников В А Согласование размеров кружка рассеяния объектива с элементом фотоприемного устройства тепловизионных приборов / В А Овсянников, В JI Филиппов //Оптический журнал - 2007 -№ 1 - С 77-79

22 Овсянников В А Дальность действия активно-импульсных систем низкоуровневого телевидения / В А Овсянников, В Л Филиппов //Оптический журнал -2007 -№ 1 -С24-27

23 Овсянников В А Метод измерения функции передачи модуляции нескани-рующих тепловизионных приборов / В А Овсянников, В JI Филиппов, С H Шушарин //Оптический журнал. - 2007 - № 1 - С 74-76

24 Овсянников В А Повышение достоверности стендового контроля дальности действия тепловизионных приборов / В А Овсянников, В JI Филиппов //Оптическийжурнал -2007 -№3 - С 16-18

25 Овсянников В А Влияние вращения изображения в авиационном тепловизи-онном канале на дешифрируемость изображений / В А Овсянников, В JI Филиппов, С H Шушарин //Оптический журнал - 2007 - № 3 - С 47-50

26 Овсянников В А Оценка вероятности обнаружения и распознавания посредством тепловизионного канала препятствий, мешающих пилотированию / В А Овсянников, В Л Филиппов //Оборонная техника - 2007 - № 1 - С 78-84

27 Ovsyannikov V A The estimated value of minimum NETD and the effective value of IFOV of the thermal imaging devices /VA Ovsyannikov, V L Philippov //Proc. SPIE -2005 -V 5834 -P 20-23

28 Ovsyannikov V A То the problem of the détection, récognition and identification of the figure of man by means of the thermal imaging devices/ V A Ovsyannikov, N L Panteleev, S D Pitik, V.L. Philippov//Proc SPIE - 2005 - V 5834 - P 24-27

29 Ovsyannikov V A Simplified figure of merit of the aerial thermal imaging equip-ment/VA Ovsyannikov, V L Philippov //Proc SPIE -2005 -V 5834 -P317-319

Подписано в печать 27 02 2008 Бумага офсетная 60x84/16 Объем 2,25 п л Заказ № 157 Тираж 100 экз

Типография ООО «Фактор» Адрес 420039, г Казань, ул Гагарина, д 28 «б»

Предислови е.1.

Введение

1 Прогнозирование тепловых контрастов объектов местности

1.1 Влияние условий наблюдения объектов на их тепловой контраст.

1.2 Методы оценки температурных контрастов объектов

2 Фотоприемные устройства несканирующих тепловизионных приборов

2.1 Сравнительный анализ фотоприемных устройств и тенденции их развития

2.2 Основные параметры и характеристики матричных фотоприемников

2.2.1 Фотонные МФП

2.2.2 Тепловые МФП

3 Параметры и эффективность несканирующих тепловизионных приборов.

3.1 Критерии качества тепловизионных приборов

3.2 Общая система описания тепловизионных приборов

3.3 Основные технические параметры и характеристики тепловизионных приборов

3.3.1 Разность температур, эквивалентная шуму, и эффективное значение элементарного поля зрения ТВП

3.3.2 Температурно-частотная характеристика ТВП

3.3.3 Предельно достижимые значения основных технических параметров ТВП

3.4 Тепловизионное изображение и его анализ

3.5 Эффективность тепловизионных приборов в статическом режиме работы

3.5.1 Обнаружение объектов

3.5.2 Распознавание объектов

3.6 Эффективность тепловизионных приборов в динамическом режиме работы

3.6.1 Эффективность ТВП воздушного базирования

3.6.2 Эффективность ТВП наземного базирования

3.7 Влияние атмосферы на эффективность тепловизионных приборов

3.7.1 Коэффициенты пропускания атмосферы

3.7.2 Функции передачи модуляции атмосферы

3.8 Эффективность тепловизионных приборов при использовании поляризационного контраста объектов

4 Комплексирование спектральных каналов оптико-электронных систем

4.1 Сравнительный анализ эффективности гиперспектральных и многоспектральных оптико-электронных систем

4.2 Методы совместной обработки разноспектральных изображений

4.3 Выбор и сравнительная оценка спектральных рабочих диапазонов.

5 Основы оптимального синтеза несканирующих тепловизионных приборов.

5.1 Оптимизация основных технических и конструктивных параметров тепловизионных приборов

5.2 Оптимизация параметров движения носителей тепловизионных приборов.

6 Принципы и общие методы аттестации несканирующих тепловизионных приборов

6.1 Измерение и контроль дальности действия тепловизионных приборов.

6.2 Измерение и контроль углового разрешения и разрешения на местности тепловизионных приборов.

6.3 Измерение и контроль основных технических параметров тепловизионных приборов.

Появление на рубеже веков высокочувствительных несканирующих, или «смотрящих», тепловизионных приборов (ТВП) последнего, третьего, поколения, использующих фотонные или тепловые матричные фотоприемники (МФП) и имеющих целый ряд специфических особенностей, предопределило необходимость разработки соответствующих методов их анализа и синтеза, ибо, как оказалось, неучет этих особенностей приводил к разительному несоответствию расчетных оценок дальности действия несканирующих ТВП получаемым экспериментально, не позволял в достаточно полной степени реализовать потенциально высокие функциональные возможности аппаратуры и не обеспечивал необходимой полноты и представительности результатов ее испытаний. Однако, несмотря на издание еще в 80-90-х годах многих руководств по физике и технике собственно МФП, до последнего времени в литературе были описаны лишь отдельные попытки формирования адекватных математических моделей несканирующих ТВП, на основе которых можно было бы решать задачи их системного анализа и оптимизации, что, по-видимому, связано с недооценкой широким кругом специалистов значения отмеченных особенностей. Это и другие обстоятельства, связанные с несовершенством теоретической базы современного тепловизионного приборостроения, побудили автора выполнить цикл соответствующих исследований по концептуальному и методологическому обеспечению решения самых разнообразных задач в области прикладного тепловидения, совокупность которых образует предмет системотехники ТВП - количественного анализа и интеграции всех основных факторов, связанных с разработкой сложных человеко-машинных систем, в данном случае несканирующих ТВП. Отмеченные исследования и были положены в основу настоящей диссертации. Работа по ней, однако, не была бы столь результативной без помощи и содействия, в той или иной степени, коллег автора.

В связи с этим считаю своим долгом выразить искренную благодарность д.ф.-м.н. Филиппову B.J1. за постоянное внимание к работе и помощь в решении целого ряда научно-организационных проблем.

Я также признателен за неизменно доброжелательное отношение д.т.н. Белозерову А.Ф. и д.ф.-м.н. Мирумянцу С.О., по настойчивой инициативе которых появилась настоящая диссертация, и генеральному директору НПО «ГИПО» д.т.н. Иванову В.П. за понимание важности и востребованности соответствующих теоретических исследований и поддержку на заключительном этапе работы. 5

Очень полезной для меня была совместная работа и стимулирующие дискуссии с Алешко Е.И., д.т.н. Бугаенко А.Г., Зариповой JI.C., к.т.н. Куртом В.И., к.т.н. Морозовым А.Е., к.т.н. Трестманом М.М., к.т.н. Фофановым В.Б., Шушариным С.Н., к.т.н. Яцыком B.C., опыт преподавания студентам старших курсов Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева (заведующему кафедрой оптико-электронных систем к.т.н. Белякову Ю.М. приношу отдельную благодарность за содействие), а также новейшие информационные материалы по теме диссертации, предоставленные Мамонтовым A.M.

Трудно переоценить также роль моих преподавателей в ЛИТМО, особенно доцента Лобанова А.В., чрезвычайно увлекательные, даже интригующие, лекции которого по теории обнаружения оптических сигналов навсегда определили выбор автором его нынешней профессии, моего первого руководителя и наставника в ГИПО Дорофеева В.А., приобщившего меня к началам научной работы, и виднейших ученых страны в области оптоэлектроники докторов наук, профессоров Мирошникова М.М., Порфирьева Л.Ф., Якушенкова ЮГ. и др., на трудах которых автор окончательно сформировался как специалист.

Не могу не упомянуть и о поддержке - и не только моральной — директора НПФ «Оптоойл» д.т.н. Алеева P.M. в не лучшие для автора годы, без которой многие результаты данной работы, возможно, так и не появились бы.

Улучшению работы способствовали советы и замечания к.т.н. Балоева В.А., д.т.н. Белозерова А.Ф., д.т.н. Бугаенко А.Г., д.т.н. Иванова В.П., д.ф.-м.н. Мирумянца С.О., д.ф.-м.н. Непогодина И.А., д.т.н. Пантелеева Н.Л., д.ф.-м.н. Филиппова В.Л., к.т.н. Яцыка B.C.

Наконец, я обязан своему сыну Ярославу, студенту-компьютерщику, за помощь в выполнении необходимых расчетов и оформлении диссертации и Кадеровой Г.Н. за подготовку иллюстрационного материала.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в мире широким фронтом ведутся исследования по совершенствованию информационно-измерительных систем дистанционного зондирования и мониторинга земной поверхности, которые нашли применение в самых разных областях человеческой деятельности. Важнейшим направлением этих исследований является обеспечение их комплексности, подразумевающей, в частности, разработку сложных технических систем, функционирующих одновременно в нескольких спектральных рабочих диапазонах; по меньшей мере один из таких диапазонов, как правило, является тепловым.

Научная и практическая значимость разработки техники и технологии исследований пространственного распределения радиационной температуры подстилающей поверхности с различных носителей определяется тем фактом, что тепловое поле этой поверхности отражает наличие, количество, категорию и энергетическое состояние находящихся на ней искусственных или естественных объектов, и данное обстоятельство успешно используется для решения целого ряда военных и гражданских задач: инфракрасной (ИК) разведки, исследования природных ресурсов, контроля состояния различных инженерных сооружений, особенно в энергетике, строительстве и трубопроводном транспорте, экологического контроля окружающей среды -земной поверхности, акваторий и атмосферы, - обеспечения поисково-спасательных работ и т.д. [1]. Одно из наиболее эффективных технических средств решения подобных задач - это тепловизионные приборы (ТВП) воздушного или наземного базирования, обеспечивающие визуализацию тепловых полей объектов местности, в том числе низкотемпературных, и являющиеся по существу единственными источниками получения информации об окружающем нас мире, содержащейся в пространственном распределении радиационной температуры объектов, определяемом, в свою очередь, вариациями их температуры и оптических характеристик в соответствующих диапазонах электромагнитного спектра.

Дистанционному зондированию — поиску, наблюдению и контролю -наземных объектов посредством ТВП присущи следующие основные достоинства: круглосуточность и практическая всепогодность, высокая достоверность, оперативность, мобильность, активность и производительность, широкий круг решаемых задач, возможность исследования как статических, так и динамических тепловых процессов, связанных с объектом контроля, возможность прогнозирования по результатам зондирования дальнейшего развития аномальных и аварийных ситуаций [1,2].

В современных ТВП широко используются разнообразные фотонные, или квантовые, а в последнее время и тепловые приемники излучения, являющиеся по сути основными компонентами этих приборов. Именно уровень совершенства и значения основных параметров фотоприемных устройств (ФПУ) определяют существующий сегодня принцип деления ТВП на соответствующие поколения [3,4].

Первое поколение ТВП (ТВП1), появившееся несколько десятилетий назад как ИК системы переднего обзора (Forward Looking Infrared - FLIR), использовало линейчатые ФПУ, требующие весьма глубокого охлаждения. Технология изготовления этих ТВП достаточно хорошо отработана, и они имеют сравнительно низкую стоимость при вполне приемлемом уровне технических характеристик. Поскольку число элементов ФПУ таких ТВП было сравнительно невелико (от одного до нескольких десятков), в ТВП1 использовалось сканирование поля зрения как по строке, так и по кадру, причем каждому элементу ФПУ соответствовал отдельный усилитель. Тепловизионное изображение при этом обычно формировалось с помощью светодиодной линейки непосредственно в глазу оператора через окулярную оптику.

ТВП второго поколения (ТВП2) отличаются от ТВП1 рядом особенностей. Первой особенностью является использование существенно более длинных приемных линеек, что позволяет ограничиться сканированием поля зрения прибора лишь в одном направлении - по строке, обеспечивая требуемое его значение по кадру за счет достаточно большого числа чувствительных элементов. Преимущества использования многорядного субматричного ФПУ, состоящего из нескольких таких линеек, достигаются в режиме временной задержки и накопления, который, в свою очередь, может быть реализован при наличии высоколинейного сканера. Применение субматричных ФПУ в данном режиме, как известно, обеспечивает повышение температурной чувствительности прибора, однородности соответствующего тепловизионного изображения, а также временной стабильности и надежности каналов ТВП благодаря многократному резервированию.

Еще одной характерной чертой ТВП2 является построение их по модульному принципу, в соответствии с которым сначала разрабатывается ряд согласованных друг с другом и взаимозаменяемых общих блоков (модулей) ТВП, таких, как объектив, модуль сканирования, модуль ФПУ с платами усиления и сопряжения, модуль электронной обработки и визуализации согласно телевизионному стандарту ГОСТ 7845—92, из которых затем и собирается, в зависимости от конкретных требований, тот или иной прибор [4].

ТВП2 характеризуются также довольно высоким уровнем автоматического регулирования и настройки отдельных компонентов и всего прибора в целом, что может быть обеспечено только за счет включения в состав ТВП специализированных цифровых процессоров, берущих на себя обработку того большого объема информации, который возникает при использовании многоэлементных ФПУ. В частности, такая обработка осуществляется при коррекции разброса чувствительности элементов ФПУ и динамичном управлении модулем сканирования и адаптивными внутренними калибровочными источниками излучения.

В этих приборах, как правило, используется общий для всех элементов ФПУ усилитель с широкой полосой пропускания и соответствующий мультиплексор (коммутатор) для обеспечения последовательной подачи на этот усилитель выходных сигналов данных элементов.

В ТВП последнего, третьего, поколения (ТВПЗ) - несканирующих, или «смотрящих», ТВП, - эволюция которых в результате успехов микроэлектроники и полупроводниковой технологии уже достигла в индустриально развитых странах стадии промышленного производства, оптико-механическая система сканирования отсутствует, поскольку число чувствительных элементов используемого матричного фотоприемника (МФП) настолько велико, что он перекрывает все поле зрения ТВП. Замена оптико-механического сканирования электронным устраняет искажения изображения, упрощает аппаратуру, снижает ее стоимость, массу, габариты, энергопотребление (благодаря отсутствию блока оптико-механического сканирования, а с тепловыми МФП - и блока охлаждения), повышает надежность и виброудароустойчивость. При этом за счет накопления сигналов в элементах МФП за время, близкое к периоду кадров, в несканирующих ТВП, в принципе, может быть получена чрезвычайно высокая температурная чувствительность, достигающая 10"3-10"2 К, что, обеспечивая эффективную работу ТВП, например, в неблагоприятных погодных условиях или при вскрытии (обнаружении или распознавании) слабоконтрастных или замаскированных объектов, по мнению авторов фундаментального исследования [5], «приближает тепловизионные изображения по информационной емкости к зрению человека и позволяет совершить качественный переход: от видения источников тепла к видению в тепловых лучах». Использование несканирующих ТВП дает возможность решать такие специфические задачи, как, например, автоматическая засечка коротких вспышек (для определения траектории полета объектов, вскрытия огневых позиций и др.) [6].

Внедрение в оптико-электронное приборостроение МФП считается в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений как при создании сложных систем с высокими техническими характеристиками, так и при разработке малогабаритных, недорогих ТВП с неохлаждаемыми тепловыми матрицами, пригодных для решения широкого круга задач в промышленности, военном деле, в медицине, на транспорте и в быту. При этом отметим, что именно с появлением МФП была реализована единственная оставшаяся возможность радикального уменьшения (улучшения) порога чувствительности аппаратуры, ибо все другие возможности для этого (повышение удельной обнаружительной способности ФПУ, относительного отверстия объектива, эффективности сканирования и т. д.) уже были исчерпаны.

При разработке несканирующих ТВП необходимо учитывать следующие основные факторы, которые и определяют специфику подхода к вопросам анализа и синтеза таких ТВП, по существу исключающую возможность непосредственного использования для этой цели хорошо известных, ставших уже классическими, методов [7]:

• существование феномена накопления сигналов в элементах МФП и связанная с этим возможность его функционирования в режиме ограничения фоном;

• наличие выборки сигналов в обоих направлениях, что вызывает необходимость соответствующей модификации традиционных параметров и характеристик ТВП и методов их измерения, обусловленной, в частности, возникновением псевдочастот, отсутствующих в спектре оригинального видеосигнала, и соответствующих артефактов изображения;

• появление на тепловизионном изображении пространственного, или геометрического, шума, связанного, в основном, с остаточным разбросом интегральной чувствительности элементов МФП и, следовательно, в отличие от временного, коррелированного в смежных кадрах ТВП;

• присутствие в информационном тракте ТВП дополнительных, искажающих видеосигнал компонентов, определяемых особенностями схем считывания накопленных сигналов (ПЗС-структур) и их усиления.

Следовательно, несканирующие ТВП обладают качественно новыми возможностями при поиске, наблюдении и контроле объектов местности, поэтому соответствующие научно обоснованные концептуальные, методологические и технико-эргономические решения, связанные с их разработкой и испытаниями, учитывающие специфику этих ТВП, безусловно, вносят весомый вклад в ускорение научно-технического прогресса и укрепление обороноспособности государства.

Подробнейший обзор состояния, схем построения, конструкций и параметров ИК систем «смотрящего» типа и их элементной базы представлен в недавней работе [8] - по существу, первой отечественной монографии на эту тему. Однако немаловажную роль играют работы не только фактологического (хотя приводимые в таких работах сведения устаревают чрезвычайно быстро: так, за последние 7-8 лет значение пороговой чувствительности ТВП на неохлаждаемых тепловых матрицах улучшилось на порядок [8]), но и, особенно в долгосрочном плане, методологического характера, посвященные систематизации, обобщению и дальнейшему развитию методов прикладной теории анализа и синтеза современных ТВП, которые, не привязываясь к конкретным техническим параметрам, схемам построения и особенностям конструктивного и технологического исполнения ТВП и, следовательно, не завися от эволюции данных факторов, являлись бы своего рода «рабочим инструментом» в руках проектировщика при создании и прогнозе эффективности вновь разрабатываемых приборов. Именно подобное основное практическое значение выполненной работы и видится ее автору.

При проектировании любой функциональной аппаратуры, в том числе несканирующих ТВП, как правило, возникает триединая проблема системного моделирования, оптимизации и аттестации этой аппаратуры, последовательно охватывающая все основные этапы ее создания (исключая конструкторско-технологическую проработку и изготовление). Под системным моделированием ТВП здесь понимается системно-структурный анализ внутренних взаимосвязей всех основных факторов, влияющих на важнейший критерий качества ТВП как целого - его эффективность, а именно: фоно-целевой обстановки (характеристик фона, энергетических, оптических и геометрических параметров, движения и времени существования объекта), основных технических параметров ТВП и его элементов (порога чувствительности, разрешающей способности, поля зрения, параметров МФП и пр.), характеристик атмосферы (ее прозрачности и турбулентности), условий применения ТВП (параметров движения носителя, угла визирования, времени и кинематики поиска) и наблюдения изображения (яркости, контрастности, зашумленности, видимого увеличения, ресурса времени), индивидуальных особенностей оператора (квалификации, степени мотивации).

Анализ состояния вопросов системного моделирования, оптимизации и аттестации несканирующих ТВП выявил следующее:

• существующие методики расчетной оценки тепловых контрастов объектов местности, определяющих входные сигналы ТВП, недостаточно полны и не учитывают местоположения и условий наблюдения этих объектов;

• имеющиеся методики приведения паспортных показателей пороговой чувствительности МФП к реальным условиям их применения не предусматривают возможности работы МФП в режиме ограничения фоном;

• не разработаны достаточно точные, пригодные для широкого диапазона условий применения, методики прогнозирования эффективности несканирующих ТВП в статическом режиме работы. Отсутствуют методики оценки их эффективности в динамическом режиме работы;

• не разработаны методики оценки эффективности многоспектральных видовых оптико-электронных систем (ОЭС), в том числе ТВП. Недостаточно обоснованы рекомендации по выбору их спектральных рабочих диапазонов;

• отсутствует методология оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП и параметров движения их носителей;

• известные методы аттестации несканирующих ТВП недостаточно представительны, точны и достоверны.

Обобщение этих и других противоречий, требующих разрешения, указывает на наличие актуальной научной проблемы, заключающейся в разработке концептуального, теоретического и методологического обеспечения системной оценки и оптимизации несканирующих ТВП, что позволило бы в максимально полной мере оценить и реализовать их потенциально высокие функциональные возможности. Тематика и содержание наших исследований, направленных на решение этой проблемы, соответствуют планам выполняемых ФГУП НПО «Государственный институт прикладной оптики» НИОКР, являющихся составной частью Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006гг.

В соответствии с изложенным, объектом настоящего исследования являются современные ТВП третьего поколения, использующие фотонные и тепловые МФП. Его предмет составляют насущные вопросы расчета, прогнозирования и повышения эффективности, а также испытаний этих ТВП. Цель работы заключается в разработке научно обоснованного комплекса методов системной расчетно-экспериментальной оценки и оптимизации несканирующих ТВП воздушного и наземного базирования, предназначенных для поиска, наблюдения и контроля искусственных и природных объектов местности. Постановка обозначенной цели определяет соответствующие задачи исследований:

1. Разработка инженерных методов прогнозирования тепловых контрастов объектов местности, наблюдаемых посредством ТВП, с учетом местоположения и условий визирования этих объектов.

2. Совершенствование процедуры пересчета различных паспортных показателей пороговой чувствительности МФП на реальные условия их применения в ТВП, в том числе для режима ограничения фоном.

3. Формирование иерархической системы описания ТВП, расширение области применения и уточнение существующих характеристических и операциональных математических моделей несканирующих ТВП для статического режима работы. Разработка операциональных моделей ТВП воздушного и наземного базирования для динамического режима работы.

4. Оценка эффективности комплексирования разноспектральных изображений, формируемых ОЭС, в частности ТВП, обоснование и формулирование практических рекомендаций по выбору их спектральных рабочих диапазонов.

5. Разработка методологии рационального выбора основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП, а также параметров движения носителей этих ТВП.

6. Обоснование принципов и разработка методов повышения представительности, точности и достоверности результатов аттестации несканирующих ТВП в натурных и стендовых условиях .

Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов. В основу выполненных исследований положен системный подход, при котором с единых методологических позиций, с учетом внутренних взаимосвязей, формирующих в итоге целостную теоретическую картину, рассмотрены основные аспекты прикладной теории анализа, синтеза, аттестации, оценки и повышения эффективности несканирующих ТВП. Фундаментом, исходной базой для исследований послужили главным образом результаты соответствующих экспериментальных и теоретических работ зарубежных авторов, опубликованные в основном в журнале Optical Engineering за последние 10-15 лет и позднее обобщенные и систематизированные в монографии Д. Холста [9], а также разработки отечественных специалистов. При выполнении работы на различных ее этапах использовались расчетно-аналитические и, отчасти, эмпирические методы исследований, в том числе математическое моделирование, вероятностные и статистические методы. Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена достоверностью, непротиворечивостью и достаточностью исходных положений, как правило апробированных или полученных экспериментально, логическим обоснованием и корректностью использованных математических моделей и приемов и их соответствием исследуемым явлениям и процессам, критическим и сопоставительным анализом этих результатов, их сходимостью с экспериментальными данными и возможностью предельного перехода к известным частным результатам, а также успешной реализацией при разработке ряда образцов современных ТВП.

Научная новизна работы заключается в решении новой научной проблемы - обосновании и разработке методологии системной оценки и оптимизации несканирующих ТВП за счет комплексного рассмотрения вопросов:

• формирования и прогнозирования входных сигналов ТВП - теплового контраста наземных объектов в спектральных рабочих диапазонах ТВП с учетом местоположения и условий наблюдения этих объектов;

• пересчета паспортных показателей пороговой чувствительности фотонных охлаждаемых и тепловых неохлаждаемых МФП на фактические условия их использования в ТВП, в том числе для режима ограничения фоном;

• создания иерархической системы описания ТВП, обоснования состава и расчета основных технических параметров и характеристик несканирующих ТВП;

• прогнозирования эффективности несканирующих ТВП в статическом и динамическом режимах работы при поиске, наблюдении и контроле объектов местности;

• оценки влияния на эффективность ТВП турбулентности атмосферы и использования поляризационного теплового контраста объектов;

• оценки эффективности комплексирования спектральных каналов видовых ОЭС и оптимального выбора спектральных рабочих диапазонов этих ОЭС, в том числе ТВП;

• оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП и параметров движения их носителей;

• совершенствования принципов и методов повышения представительности, достоверности и точности результатов аттестации несканирующих ТВП.

Новые научные результаты, полученные лично автором. Автором на базе комплексного, критического анализа состояния и перспектив развития методологии проектирования и испытаний ТВП поставлена и решена актуальная, вытекающая из нужд практики, проблема совершенствования теоретических основ современного тепловизионного приборостроения -существенно развиты имеющиеся и разработаны качественно новые методы системного моделирования, оптимизации и аттестации несканирующих ТВП:

1. Предложена инженерная методика оценки теплового контраста наземных объектов в спектральных рабочих диапазонах ТВП 3-5 и 8-14 мкм в зависимости от местоположения и условий наблюдения этих объектов.

2. Обоснованы процедуры пересчета пороговой чувствительности фотонных и тепловых МФП, определяемой их пороговой облученностью или разностью температур, эквивалентной шуму, полученных в нормированных условиях паспортизации, на реальные условия их применения в ТВП, в частности для режима ограничения фоном.

3. Впервые сформирована взаимоувязанная, замкнутая и внутренне непротиворечивая иерархическая система описания современных ТВП. Определен состав основных и дополнительных показателей эффективности, перечень основных технических параметров несканирующих ТВП, необходимый и достаточный (со стороны ТВП) для оценки их эффективности, и найдены предельно достижимые значения отмеченных параметров.

Расширены области применения и значительно уточнены характеристические модели несканирующих ТВП, обеспечивающие расчет основных технических параметров и характеристик этих ТВП, и их операциональные модели для статического режима работы, дающие возможность оценки вероятности и дальности вскрытия - обнаружения или распознавания - объектов местности. Впервые установлены значения критериев Джонсона применительно к вскрытию объекта класса «ростовая фигура человека».

Впервые созданы операциональные модели ТВП для динамического режима работы - комплексные методики расчета их показателей эффективности - с учетом движения, ограниченного «времени жизни» и времени поиска объектов на местности и на изображении и стратегии этого поиска. Предложены упрощенные показатели эффективности ТВП воздушного и наземного базирования для динамического режима работы. Исследовано влияние на эффективность ТВП турбулентности атмосферы. Разработана методика расчета вероятности обнаружения объектов посредством ТВП, использующих их поляризационный тепловой контраст.

4. Представлена методика оценки эффективности комплексирования (объединения) разноспектральных изображений, формируемых многоспектральными ОЭС. Предложен критерий и сформулированы рекомендации по рациональному выбору спектральных рабочих диапазонов этих ОЭС, в том числе ТВП.

5. Впервые разработаны принципы и методология аналитической оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП, обеспечивающей решение кардинальной задачи проектирования - достижения требуемых значений дальности вскрытия заданной совокупности объектов при минимальных массогабаритных, а значит, и стоимостных показателях этих ТВП. Определен критерий целесообразности использования в несканирующих ТВП микросканирования. Обоснованы оптимальные соотношения размеров кружка рассеяния объектива и элемента МФП. Даны рекомендации по рациональному выбору высоты и скорости носителя ТВП.

6. Предложена процедура приведения результатов экспериментальных оценок дальности действия ТВП к нормированным условиям с одновременным повышением достоверности полученных результатов и уточнены сами такие условия. Обоснованы способы повышения достоверности натурного и стендового - объективного и субъективного - контроля дальности действия ТВП и развиты простые и, вместе с тем, достаточно представительные и точные методы измерения температурно-частотной характеристики и эффективного значения элементарного поля зрения несканирующих ТВП.

На защиту выносится научно-методический аппарат аналитического и экспериментального оценивания и оптимизации несканирующих ТВП, включающий:

• инженерную методику расчетной оценки входных сигналов ТВП -теплового контраста наземных объектов в зависимости от их местоположения и условий наблюдения;

• методику приведения паспортных показателей пороговой чувствительности МФП на фактические условия их использования в ТВП;

• иерархическую систему описания, характеристические и операциональные математические модели несканирующих ТВП воздушного и наземного базирования в статическом и динамическом режимах работы при поиске, наблюдении и контроле объектов местности;

• методику оценки эффективности комплексирования изображений, формируемых многоспектральными ОЭС, и рационального выбора спектральных рабочих диапазонов этих ОЭС, в том числе ТВП;

• аналитическую методологию оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП и параметров движения их носителей;

• принципы и методы повышения представительности, достоверности и точности результатов аттестации несканирующих ТВП в натурных и стендовых условиях.

Теоретическая значимость. Полученные при выполнении данной работы новые научные результаты раскрывают роль и глубинные взаимосвязи множества различных факторов, воздействующих на основной показатель качества любого ТВП - его эффективность, и, выявляя закономерности изменения этих факторов в тех или иных ситуациях и соответствующие обменные соотношения в ТВП, прямо способствуют повышению уровня концептуального, теоретического и методологического обеспечения решения целого ряда задач, возникающих при разработке и испытаниях современных

ТВП, стимулируя тем самым развитие научного фундамента тепловизионного приборостроения. Представленное на основе единого подхода изложение предмета, затрагивающее в той или иной степени все основные аспекты кардинальной проблемы анализа и синтеза этих ТВП, может послужить аналитическим базисом и для дальнейших исследований и расчетов в сфере прикладного тепловидения.

Практическая значимость и внедрение. Практическая значимость результатов, представленных в диссертации, определяется выраженной прикладной направленностью поставленных в ней задач и технически реализуемыми способами их решения и проявляется в создании научно обоснованной и апробированной на практике системы методов разработки и испытаний современных ТВП:

1. Усовершенствованные, а также вновь разработанные характеристические и операциональные модели несканирующих ТВП дают возможность значительного повышения точности прогнозирования показателей эффективности, в том числе дальности действия, несканирующих ТВП в широком диапазоне условий применения.

2. Предложенная методология оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП позволяет обеспечить максимально полную реализацию потенциально высоких функциональных возможностей этих ТВП при их минимальных массогабаритных, а значит, и стоимостных показателях.

3. Разработанные принципы и методы измерения и контроля дальности действия несканирующих ТВП повышают представительность, точность и достоверность результатов их аттестации.

4. Представленные научные результаты, связанные с развитием теоретических основ современного тепловизионного приборостроения, позволяют улучшить качество учебного процесса при подготовке студентов вузов по соответствующим приборостроительным специальностям.

5. Полученные в ходе исследований математические модели, процедуры и алгоритмы, а также широкий спектр графиков, таблиц, отдельных формул и численных результатов представляют практическую ценность как систематизированная база данных, способная обеспечить упорядочение, формализацию и автоматизацию этапов разработки и испытаний современных ТВП, а в перспективе - и решение многих новых задач в области прикладной теории тепловизионного приборостроения.

6. Предложенные подходы к анализу, синтезу и аттестации современных ТВП могут быть с успехом адаптированы к решению соответствующих задач, возникающих при проектировании и аттестации иконической аппаратуры и других видов - телевизионной и приборов ночного видения.

Полученные в диссертации результаты, в полном объеме отраженные в наших монографиях [1,7,10,11], знакомых широкому кругу специалистов профильных предприятий и вузов страны, внедрены и используются для рационального проектирования, аттестации и прогнозирования эффективности современных ТВП различного класса и назначения. В частности, они внедрены на ФГУП НПО «Государственный институт прикладной оптики», в ЗАО НПФ «Оптоойл», а также использованы в Государственном научно-исследовательском и испытательном институте проблем технической защиты информации (г.Воронеж). Ряд вопросов, рассмотренных в диссертации, излагается в лекционном курсе «Проектирование ИК систем», читаемом автором в Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева.

Структура диссертации. Диссертация состоит из предисловия, введения, шести разделов, заключения и библиографического списка. При этом в разделах 1-4 рассмотрены вопросы системного моделирования несканирующих ТВП, в разделах 5 и 6 - их оптимизации и аттестации соответственно.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы объект, предмет, цель, задачи и новые научные результаты, полученные лично автором, их теоретическая и практическая значимость, защищаемые положения.

Неотъемлемой составной частью системной модели любого ТВП являются методы определения его входных сигналов. Поэтому в первом разделе диссертации описана разработанная автором инженерная методика оценки разности радиационных температур объекта и фона в спектральных рабочих диапазонах ТВП в различных условиях наблюдения, а также развиты методы расчета температурных полей плоских стенок конструкций типовых объектов в стационарном и нестационарном режимах теплообмена с окружающей средой.

Во втором разделе работы представлена систематизация результатов анализа особенностей и перспектив развития основного компонента несканирующих ТВП, заслуживающего отдельного рассмотрения, - матричных фотоприемников. Там же изложена разработанная автором процедура пересчета различных технических параметров МФП, характеризующих их пороговую чувствительность (пороговую облученность, разность температур, эквивалентную шуму), с условий паспортизации, описываемых определенными значениями температуры фона, относительного отверстия охлаждаемой диафрагмы или облученности площадки МФП от фона, а также времени накопления зарядов, на реальные условия применения в ТВП данных

МФП с учетом возможности их функционирования в режиме ограничения фоном.

Наиболее обширный, третий, раздел диссертации посвящен системному анализу собственно ТВП - дальнейшему совершенствованию существующих и разработке новых характеристических и операциональных моделей ТВП воздушного и наземного базирования в статическом и динамическом режимах работы при решении задач поиска, наблюдения и контроля объектов местности. Введены основные и дополнительные показатели эффективности и обоснован перечень основных технических параметров этих ТВП, необходимый и достаточный для оценки возможностей ТВП, определена соответствующая иерархическая система их описания от наивысшего уровня - показателей полезности - до наиболее низкого - основных технических параметров ТВП. Рассмотрены вопросы визуального дешифрирования тепловизионных изображений, систематизированы объективные и субъективные, интегральные и частные критерии их качества. Усовершенствованы методики расчета разностей температур, эквивалентных временному и пространственному (геометрическому) шуму, учитывающие, в частности, возможность работы МФП в режиме ограничения фоном и разброс обнаружительной способности его элементов, и эффективного значения элементарного поля зрения, зависящего от всего информационного тракта ТВП; установлены предельно достижимые значения этих параметров. С использованием уточненной модели пространственно-временных интегрирующих свойств глаза оператора при наблюдении тепловизионных изображений и с учетом отмеченных выше специфических особенностей несканирующих ТВП развиты методики оценки их основных технических характеристик - температурно-частотной и температурно-пространственной - для различных условий наблюдения. На основе этих характеристик значительно усовершенствованы методики прогнозирования эффективности несканирующих ТВП при обнаружении (на однородном фоне), выделении (обнаружении на неоднородном фоне), классификации и идентификации объектов, в том числе ростовой фигуры человека, для чего были установлены соответствующие этому классу объектов критерии Джонсона. Разработаны детальные методики оценки эффективности ТВП воздушного и наземного базирования в динамическом режиме работы - с учетом поиска за ограниченное время движущихся объектов местности с фиксированным или подчиненным экспоненциальному (показательному) закону распределения временем существования и кинематики этого поиска -регулярного или случайного. Предложены упрощенные показатели эффективности ТВП в этом режиме. В том же разделе рассмотрено влияние на эффективность ТВП прозрачности и турбулентности атмосферы на произвольно ориентированных трассах и реализации дополнительного демаскирующего признака - поляризационного теплового контраста объектов, в частности нефтяных загрязнений акваторий, и разработана методика оценки вероятности обнаружения объектов по этому контрасту.

В четвертом разделе проанализированы сравнительные информационные возможности и эффективность гиперспектральных и многоспектральных ОЭС при решении ими ряда характерных задач наблюдения, методы совместной обработки (синтезирования) разноспектральных изображений и результативность этих методов. Предложен критерий и даны практические рекомендации по рациональному выбору спектральных рабочих диапазонов ОЭС, обсуждены сравнительные достоинства и недостатки использования в ТВП диапазонов спектра 3-5 и 8-14 мкм.

Пятый раздел работы содержит описание оригинальной аналитической методологии оптимального выбора основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП, обеспечивающего требуемый уровень их эффективности при обнаружении и распознавании любого заданного набора различных объектов, в том числе в динамическом режиме работы ТВП, и, вместе с тем, их минимальные массогабаритные и стоимостные показатели с учетом существующих принципиальных и технических ограничений, в частности, на относительное отверстие объектива. В разделе также обоснован критерий целесообразности применения в несканирующих ТВП микросканирования и рассчитаны соответствующие критические значения отношения сигнал/шум для различных коэффициентов заполнения МФП, установлены оптимальные соотношения размеров кружка рассеяния объектива и элемента МФП в различных ситуациях, описана методика оптимизации высоты и скорости движения носителей ТВП воздушного базирования, использующих автоматизированное дешифрирование изображений.

Последний, шестой, раздел охватывает вопросы совершенствования принципов и общих методов аттестации несканирующих ТВП в натурных и стендовых условиях. В разделе, в частности, представлена методика пересчета экспериментальных оценок дальности действия ТВП, полученных в реальной метеосиноптической ситуации, на нормированные условия, характеризуемые определенными значениями теплового контраста объектов, температуры и влажности воздуха и метеорологической дальности видимости, с одновременным повышением достоверности полученных оценок. Для спектральных рабочих диапазонов 3-5 и 8-14 мкм обоснованы нормированные значения теплового контраста объектов транспортной техники и ростовой фигуры человека. Предложены способы повышения достоверности прямого (натурного) и косвенного (стендового) контроля дальности действия ТВП, обоснована целесообразность перехода от аттестации ТВП по показателям эффективности к аттестации по их основным техническим параметрам, развит ряд методов измерения этих параметров применительно к несканирующим ТВП, обсуждены возможные составы их приемо-сдаточных параметров.

В заключении подытожены основные результаты работы и перспективы их дальнейшего использования в тепловизионном приборостроении.

Ниже систематизированы обобщенные результаты работы и представлена схема обеспечения их обоснованности и достоверности.

Выводы

1. Обычно используемый при полигонных испытаниях ТВП критерий обнаружения и распознавания объектов вида п/п0=4/5 (четверо из пяти операторов вскрывают объект по его изображению), которому отвечает оценка вероятности вскрытия 0,8, не обеспечивает достаточно высокой достоверности прямой оценки дальности действия ТВП. Для повышения этой достоверности до минимально приемлемого уровня следует либо применять критерий вскрытия объекта вида по/по при п0>6, либо использовать описанную выше методику пересчета, реализующую косвенную оценку искомой дальности с одновременным пересчетом её на нормированные условия.

2. Регламентируемые Общими техническими требованиями нормированные условия проведения испытаний ТВП слишком произвольны, поэтому дальность действия одного и того же ТВП, рассчитанная или измеренная для этих условий, может сильно варьировать. Для получения более однозначных и сопоставимых оценок дальности действия образцов ТВП указанные условия целесообразно сузить, придав соответствующим параметрам (МДВ, температуре и влажности воздуха, тепловому контрасту объектов) более определенные, фиксированные значения.

3. Для реализации сопоставимых оценок дальности действия образцов ТВП, работающих в различных диапазонах спектра, следует использовать существующие вполне определенные соотношения значений теплового контраста типовых объектов (транспортной техники и ростовой фигуры человека) в диапазонах спектра 3-5 мкм и 8-14 мкм, характерные для ночного времени суток. Соответствующие значения этого контраста могут быть следующими:

4. При контроле дальности действия ТВП в стендовых условиях критерием реализации этой дальности может служить превышение вероятностью разрешения эквивалентной миры значения 0,5. При этом для повышения достоверности контроля разность температур миры и фона целесообразно снизить до уровня, при котором оценка вероятности разрешения этой миры еще не уменьшается.

5. Прямому измерению ТЧХ приборов, определяющей их рабочее угловое разрешение, а значит, и основные показатели эффективности, как правило, сопутствуют большие погрешности, связанные, главным образом, с выраженной субъективностью соответствующих измерений, а также вариациями их условий. Для радикального снижения влияния этой субъективности в последние годы в мире предложены новые модели ТВП, наиболее многообещающей из которых считается модель TOD, предполагающая использование в качестве тест-объектов при оценке аналога ТЧХ наборов равносторонних треугольников и пригодная для описания любых ТВП. В ближайшей перспективе для характеризации современных ТВП целесообразно использовать модель TRM3, измерение ТЧХ в которой не требует никакой модификации существующего стендового оборудования. Вместе с тем, особенно для высокочувствительных и высокоразрешающих ТВП, аттестация которых требует изготовления весьма малоразмерных и слабоконтрастных мир, более продуктивной и производительной является автоматизированная, объективная оценка ТЧХ, реализуемая путем измерения основных технических параметров ТВП и последующего расчета по ним искомой ТЧХ. При этом для того, чтобы погрешности оценки основных

1К (АЯ,=3-5 мкм)

1,5 К (АЯз =8-14лши)

1,5АТ (АЯ, = Ъ-5мкм)

2,5 К (^=8-14 мкм)

- транспортная техника;

-РФЧ. технических параметров ТВП не были доминирующими при прогнозе его ТТХ (т.е., чтобы погрешность оценки дальности действия ТВП, определяемой его операциональной моделью, не превосходила погрешности, присущей самой такой модели), необходимо, чтобы эти погрешности не превышали ±15% от соответствующих величин.

6. При контроле основных технических параметров ТВП, особенно в условиях серийного производства, нет необходимости назначать жесткие нормы на значения всех этих параметров прибора: достаточно, чтобы отвечающее фактическим значениям данных параметров рабочее угловое разрешение ТВП не превосходило соответствующего предельного значения.

7. Описанные в работе объективные методы измерения основных технических параметров ТВП вполне отражают сегодняшнее состояние в мире данной проблемы и пути её решения и могут быть рекомендованы для практического использования при аттестации современных ТВП в стендовых условиях. При этом для повышения точности объективной оценки ТЧХ аттестуемого ТВП целесообразно предварительно измерить для любого образца ТВП (желательно - того же класса) обобщенную поправочную функцию, отражающую различие экспериментальных и расчетных оценок ТЧХ и используемую далее для аттестации всех других ТВП того же класса; тогда для измерения основных технических параметров ТВП допустимо использовать самые простые, приближенные методы. Данный комбинированный подход к оценке ТЧХ наиболее прост и точен, не требует для реализации никакого дополнительного оборудования, пригоден для аттестации ТВП с любыми параметрами и поэтому представляется наиболее предпочтительным.

8. В состав аттестационных параметров ТВП должны входить все основные технические параметры прибора (с учетом отмеченной выше эквивалентности некоторых из них) и, по согласованию с заказчиком, ряд дополнительных технических, конструктивных и эксплуатационных параметров ТВП, определяющих, в частности, его работоспособность, в том числе в составе комплекса, эксплуатационные свойства и т.д. Перечень этих дополнительных нормируемых параметров не может быть однозначно установлен и зависит от конкретной ситуации.

363

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Успехи микроэлектроники и полупроводниковой технологии стимулировали на рубеже столетий появление на мировом рынке коммерчески доступных вначале фотонных охлаждаемых, а затем и тепловых неохлаждаемых матричных фотоприемников (МФП), использование которых позволило современному тепловидению сделать качественный скачок в решении все расширяющегося круга военных и гражданских задач. Построенные на основе МФП несканирующие, или «смотрящие», ТВП последнего, третьего, поколения различного класса и назначения, обладают весьма высокими потребительскими качествами и новыми возможностями и, вследствие этого, используются в самых разных сферах человеческой деятельности. Однако они имеют целый ряд специфических свойств, отсутствующих у обычных, сканирующих, ТВП, что предопределило необходимость разработки соответствующих методов их анализа, синтеза и аттестации и, тем самым, обусловило актуальность данной работы.

Теоретическое осмысление, систематизация, обобщение и развитие существующих и разработка новых таких методов были реализованы (в рамках существующей сегодня парадигмы) при анализе в диссертации всех сформулированных ранее задач. В ходе решения этих задач автором получены' следующие важнейшие, отличающиеся новизной, и имеющие большое практическое значение результаты.

1. Развиты инженерные методы прогнозирования входных сигналов ТВП -разностей радиационных температур объектов и фона в спектральных рабочих диапазонах прибора в зависимости от условий наблюдения объектов и их локализации - и обобщенная модель расчета температурного контраста плоских стенок типовых объектов при гармоническом изменении эффективной температуры внешней среды.

2. Предложена методика приведения различных показателей пороговой чувствительности МФП с условий паспортизации к реальным условиям их использования в конкретном ТВП (в том числе для режима ограничения фоном), дающая возможность сопоставления и обоснованного выбора того или иного образца МФП в каждом данном случае.

3. Впервые сформирована взаимоувязанная, замкнутая и внутренне непротиворечивая иерархическая система описания современных ТВП, позволяющая проводить анализ и оптимизацию ТВП на различных уровнях - от показателей эффективности в статическом или динамическом режиме функционирования до показателей полезности, определяемых экономическим эффектом, возникающим от применения разработанного прибора. Определен состав основных технических параметров несканирующих ТВП, необходимый и достаточный (со стороны ТВП) для оценки их эффективности, и найдены потенциально достижимые значения этих параметров.

Значительно усовершенствована характеристическая модель несканирующих ТВП, обеспечивающая расчет основных технических параметров и характеристик прибора, и операциональная модель этих ТВП для статического режима работы, определяющая их основные показатели эффективности, в частности дальность действия, и дополнительно учитывающая, в отличие от известных, целый ряд существенных факторов, что позволяет снизить до 3 раз погрешность расчетной оценки дальности действия ТВП и существенно расширить диапазон условий применения полученных моделей.

Разработана комплексная операциональная модель ТВП для динамического режима работы - для расчета таких показателей эффективности, как интенсивность поиска, вероятность и среднее число объектов, вскрытых к заданному сроку, среднее время вскрытия объекта, а также предложенных нами упрощенных показателей эффективности. Данная модель, в частности, обеспечивает всесторонную оценку влияния и обоснованный выбор одного из важнейших технических параметров ТВП - их поля зрения.

Исследовано влияние на эффективность ТВП турбулентности атмосферы, установлены предельные значения дальности действия ТВП, ограниченные лишь турбулентностью. Представлена методика оценки вероятности обнаружения объектов по их поляризационному тепловому контрасту, использование которого позволяет сохранить высокую эффективность ТВП, в частности, в периоды инверсии тепловых контрастов объектов.

4. Предложена методика оценки эффективности многоспектральных видовых оптико-электронных систем, использующих комплексирование (синтезирование) разноспектральных изображений, и соответствующий критерий оптимального выбора сочетания спектральных рабочих диапазонов этих систем. Сформулированы практические рекомендации по выбору спектрального рабочего диапазона ТВП.

5. Впервые разработана аналитическая методология оптимизации основных технических и конструктивных параметров несканирующих ТВП, обеспечивающая достижение заданного уровня эффективности вскрытия произвольной совокупности различных объектов в статическом или динамическом режиме работы приборов при их минимальных массогабаритных, а значит, и стоимостных показателях. Установлены оптимальные соотношения размеров кружка рассеяния объектива и элементов

365

МФП, определен критерий целесообразности использования в несканирующих ТВП микросканирования.

6. Предложены методы повышения достоверности натурного (прямого) и стендового (косвенного - субъективного и объективного) контроля дальности действия несканирующих ТВП. Развиты и теоретически обоснованы простые и, вместе с тем, достаточно представительные и точные методики измерений одного из основных технических параметров этих ТВП - эффективного значения элементарного поля зрения.

Главный результат исследований автора, отраженных в настоящей диссертации, заключается в достижении анонсированной цели и решении всех поставленных задач - разработке научно обоснованных новых и совершенствовании действующих методов моделирования, оптимизации и аттестации несканирующих ТВП. Развитая в диссертации методология анализа, синтеза и испытаний ТВП носит достаточно унифицированный характер и не ассоциирована с какими-либо конкретными схемотехническими решениями при построении ТВП и значениями их параметров, сохраняя, таким образом, свою актуальность на всех этапах научно-технического прогресса в этой области. Отмеченные обстоятельства повышают теоретическую и прикладную значимость соответствующих исследований, особенно в долгосрочной перспективе. Представляется, что выполненная нами работа, раскрывающая резервы повышения как самой эффективности современных ТВП, так и точности расчетной и экспериментальной оценки ее показателей в различных режимах функционирования, будет способствовать успешной реализации и дальнейшему совершенствованию данного вида информационно-измерительной аппаратуры дистанционного зондирования, и это позволяет надеяться на обеспечение необходимых условий для создания в стране конкурентоспособных образцов ТВП различного класса и назначения, удовлетворяющих самым высоким требованиям.

1. Алеев P.M., Иванов В.П., Овсянников В.А. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры. Казань: Изд-во Каз. ун-та, 2000.

2. Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля. М.: Машиностроение, 1991.

3. Зарубежные тепловизионные приборы первого, второго и третьего поколения. Обзор 33. М.: НТЦ «Информтехника», 2004.

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

5. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Предельная чувствительность и информативность тепловизоров и других оптико-электронных преобразователей изображения //Оптический журнал. 1996. - № 6.

6. Дегтярев Е.В., Рудый И.В. Анализ эффективности перспективных ТВП различных классов и выбор схем их построения //Оптико-электронные системы визуализации и обработки оптических изображений. 2001. - Вып. 1.

7. Алеев P.M., Иванов В.П., Овсянников В.А. Несканирующие тепловизионные приборы. Казань: Изд-во Каз. ун-та, 2004.

8. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. ИК системы «смотрящего» типа. М.: Изд. «Логос», 2004.

9. Hoist G. Electro-optical imaging system performance. 3 ed. SPIE press, USA, 2003.

10. Иванов В.П., Курт В.И., Овсянников В. А., Филиппов В. Jl. Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов. Казань: Изд-во «Отечество», 2006.

11. Алеев P.M., Овсянников В. А., Чепурский В.Н. Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепродуктопроводов. М.: Недра, 1995.

12. Овсянников В.А., Ситдиков Р.И., Хитров Г.Н. Влияние условий наблюдения наземных объектов на их эффективный тепловой контраст // Оптико-механическая промышленность. 1991. -№ 12.

13. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.

14. Новицкий Л.А., Степанов Б.М. Оптические свойства материалов при низких температурах. -М.: Машиностроение, 1980.

15. Кропоткин М.А. Исследование спектров отражения природных и искусственных материалов //Оптика и спектроскопия. 1964. -Т. 28. - № 2.

16. Кропоткин М.А. ИК спектральное отражение почв и растительных объектов //Известия ЛПТИ. 1983. - Вып. 327.

17. Марков А.В., Остриков В.Н. Моделирование РЖ изображений наземных объектов на основе термодинамического расчета //Оптический журнал. -2000. № 7.

18. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. -М.: Энергоатомиздат, 1979.

19. Кожевников И.Г., Новицкий Л.А. Теплофизические свойства материалов при низких температурах: Справочник. М.: Машиностроение, 1982.

20. Шорин С.Н. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1964.

21. Михеев М.А. Основы теплопередачи. -М.: Энергия, 1977.

22. Овсянников В.А. Эффективность тепловизионной аппаратуры при ледовой разведке //Оптико-механическая промышленность. 1985. - №2.

23. Ерофейчев В.Г. ИК фокальные матрицы //Оптический журнал. 1995. -№2; 1996.-№6; 2000. -№ 1.

24. Ерофейчев В.Г., Мирошников М.М. Перспективы использования ИК матриц в тепловидении //Оптический журнал. 1997. - № 2.

25. Хребтов И.А., Маляров В.Г. Неохлаждаемые тепловые матричные приемники ИК излучения //Оптический журнал. 1997. - N° 6.

26. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1983.

27. Бовина Л.А. и др. Фокальные матрицы на основе KPT-фотодиодов для спектральных диапазонов 3-5 и 8-12 мкм //Оптический журнал. 1996. - № 6.

28. Тришенков М.А. Фотоприемные устройства и ПЗС. М.: Радио и связь, 1992.

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

30. Рогальский А. Инфракрасные детекторы. Новосибирск: Наука, 2003.

31. Пономаренко В.П., Сагитов Л.Д., Филачев A.M. Фотоэлектронные технологии для ИК техники //Успехи современной радиоэлектроники. -2004. -№ 5-6.

32. Rogalski A. Third-generation IR photon detectors //Optical Engineering. -2003.-V. 42. -№ 12.

33. Маляров В.Г. Неохлаждаемые тепловые ИК матрицы //Оптический журнал. 2002. -№ 10.

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

35. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Основы физики ПЗС. М.: Наука, 1986.

36. Системы технического зрения /Под ред. А.Н. Писаревского. JL: Машиностроение, 1988.

37. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. М.: Радио и связь, 1986.

38. Ли И.И. Анализ зависимости температурного разрешения тепловизионных систем от зарядовой емкости устройства считывания //Автометрия. 2001. - № 2.

39. Кариженский Е.Я. К развитию тепловизионных систем дистанционного зондирования //Исследование Земли из космоса. 2001. — № 3.

40. Lee М., Bae S. Temperature-induced transient noise of pyroelectrical thermal detector //Optical Engineering. 2000. - V. 39. - № 11.

41. Белозеров А.Ф., Иванов B.M. Современные зарубежные тепловизионные приборы // Оптический журнал. 2003. - № 10.

42. Зеров В.Ю., Маляров В.Г., Хребтов И.А. Расчетное моделирование основных характеристик неохлаждаемой микроболометрической линейки //Оптический журнал. 2004. - № 3.

43. Фроимсон И.М. Эффективность тепловизионных приборов //Спец. техника. 2003. - № 6.

44. Jacobs Р.А. Thermal IR characterization of ground targets and backgrounds. -SPIE press, USA, 1996.

45. Смирнов А.Я., Меньшиков Г.Г. Сканирующие приборы. Л.: Машиностроение, 1986.

46. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.Ф. Качество измерений. -Лениздат, 1987.

47. Ллойд Д. Системы тепловидения. М.: Мир, 1978.

48. Справочник по исследованию операций /Под ред. Ф.А. Матвейчука. -М.: Воениздат, 1979.

49. Милованов В.И., Нестеренко О.П. Метод синтеза оптимальных структур космических систем землеобзора //Исследование Земли из космоса. 1987. -№5.

50. Филатов Г., Якубсон С., Беглова Н. Развитие подвижных наземных комплексов ОЭС сухопутных войск за рубежом //Зарубежное военное обозрение. 2002. - № 1-2.

51. Краснов А. Воздушная разведка замаскированных объектов //Зарубежное военное обозрение. 1982. -№ 6.

52. Чуев Ю.В. Исследование операций в военном деле. М.: Воениздат, 1970.

53. Козирацкий Ю.Л. и др. Показатели эффективности комплексированной системы разведки на этапе поиска и обнаружения //Радиотехника. 2000. -№ 10.

54. Краснов А., Смоловский В. Воздушная разведка в интересах применения высокоточного оружия //Зарубежное военное обозрение. 1994. - № 3.

55. Абчук В.А., Суздаль В.Г. Поиск объектов. М.: Сов. радио, 1977.

56. Зелигер А.Н. Критерии оценки качества систем связи. М.: Связь, 1974.

57. Chrzanowski К. et al. Testing and evaluation of thermal cameras for absolute temperature measurement //Optical Engineering. 2000. - V. 39. - № 9.

58. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов. JL: Машиностроение, 1989.

59. Абезгауз Г.Г., Тронь А.П., Копенкин Ю.Н. и др. Справочник по вероятностным расчетам. М.: Воениздат, 1970.

60. Luca L., Cardone G. MTF cascade model for a sampled IR imaging system //Applied Optics. 1991. - V. 30. - № 13.

61. Госсорг Ж. ИК термография. М.: Мир, 1988.

62. Kennedy H.V. Modeling second-generation thermal imaging systems //Optical Engineering. 1991. -У. 30. - № 11.

63. Чуларис В. Коммерческие искусственные спутники Земли в планах Пентагона // Зарубежное военное обозрение. 2004. - № 6.

64. Driggers R.G. et al. Target identification performance as a function of temporal and fixed pattern noise //Optical Engineering. 2001. - У. 40. - № 3.

65. Эргономика зрительной деятельности человека /В.В. Волков и др. JL: Машиностроение, 1989.

66. Webb С., Halford С. Dinamic minimum resolvable temperature testing for staring array imagers //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 5.

67. Криксунов JI.3. Справочник по основам ИК техники. М.: Сов. радио, 1978.

68. Утенков А.Б., Белоусов Ю.И., Смирнов A.JI. Влияние коэффициента заполнения матричного фотоприемника на качество тепловизионного изображения //Оптический журнал. 2001. - № 8.

69. Удод В.А. Оценка разрешающей способности изображающих систем с дискретизацией изображения //Автометрия. 2002. - № 4.

70. Батраков А.С., Анатольев А.Ю. Математическая модель для прогнозирования линейного разрешения космических оптико-электронных систем дистанционного зондирования //Оптический журнал. 2000. - № 7.

71. Вифанский Ю.К., Зорина А.А. Тесты для характеристик систем передачи и воспроизведения информации //Оптический журнал. 1992. - № 1.

72. Fiete R.D. Image quality and APN/p for remote sensing systems //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 7.

73. Мелентьев B.A., Черепов Е.И., Чистохин И.Б. Живучесть и отказоустойчивость фотоприемных систем //Автометрия. 2001. - № 3.

74. Красильников Н.Н. Теория передачи и воспроизведения изображений. -М.: Радио и связь, 1986.

75. Vollmerhausen R. et al. Influence of sampling on target recognition and identification //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 5.

76. Driggers R.G. et al. Laboratory measurement of sampled IR imaging system performance //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 5.

77. Chrzanowski K. Evaluation of commercial thermal cameras in quality systems //Optical Engineering. 2002. - V. 41. - № 10.

78. Wittenstein W. Minimum temperature difference perceived a new approach for assess undersampled thermal imagers //Optical Engineering. - 1999. -V. 38.-№5.

79. Овсянников В.А., Филиппов В.JI. Оценка предельно достижимой разности температур, эквивалентной шуму, и эффективного значения элементарного поля зрения тепловизионных приборов //Прикладная физика. -2005.-№2.

80. Krapels К. et al. Performance comparison of a ditter on undersampled IR focal plane array imagers //Applied Optics. 2001. - V. 40. - № 1.

81. O'Kane B. et al. Perception studies //Optical Engineering. 2001. - V. 40.9.

82. Krapels K. et al. Atmospheric turbulence modulation transfer function modeling //Optical Engineering. 2001. - V. 40. - № 9.

83. Рожков И. А., Ряхин А. Д. Критерии качества изображений и формирующих их систем. Обзор 5067. ЦНИИ информации, 1991.

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

85. Бобров С.Т., Грейсух Г.И. Взаимная корреляция критериев оценки качества изображения //Оптика и спектроскопия. 1985. - 58. - № 5.

86. Анитропова И.Л., Зверев В.А. Интегральный критерий оценки качества оптических систем //Оптический журнал. -1992. -№ 4.

87. Уэзерелл У. Оценка качества оптического изображения//Проектирование оптических систем. М.: Мир, 1983.

88. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения. Л.: Машиностроение, 1989.

89. Выгон В.Г., Логинов В.В., Маликов С.Н. Обобщенный информационный критерий в задаче оценки качества //Оптико-механическая промышленность. 1989.-№9.

90. Гаврик В.В. Вероятностные свойства и итерационное выделение функций визуального качества изображений //Оптический журнал. 1995. -№4.

91. Blumental А., Сатрапа S. An improved electrooptical image quality summary measure. //Proc. SPIE. 1991. - V. 310.

92. Shushan A. et al. Prediction of thermal image quality as function of weather forecasts //Optical Engineering. 1991. - V. 30. - № 11.

93. Молодык A.B., Конопальцева Л.И. Информативность оптического изображения в оптико-электронном приборе //Оптико-механическая промышленность. 1976. - № 8.

94. Бармичева Г.В., Куликовская Н.Н. Оценка качества изображения оптических систем для тепловизоров // Тепловидение. М.: МИРЭА, 1978. -Вып. 2.

95. Белоусов Ю.И. Оптические характеристики излучения целей и фонов -физическая основа создания оптико-электронной аппаратуры //Оптический журнал. 2006. - №10.

96. Бирюков B.C. О понятиях в дешифрировании //Геодезия и картография. -1992.-№7.

97. Королев А.Н., Морозова С.Л., Сивяков И.Н. Анализ и оптимизация информационных характеристик оптико-электронных систем наблюдения //Оптический журнал. 1995. -№ 5.

98. Маркин В.А. Порог чувствительности тепловизионных приборов, построенных на матричных фотоприемниках //Оптический журнал. 2005. -№11.

99. Weber В., Penn J. Synthetic FLIR signature for training and testing target identification classifiers //Optical Engineering. 2004. - V. 43. - № 6.

100. Меденников П. А., Павлов Н.И. Визуальное и автоматическое распознавание объектов по малопиксельным изображениям //Оптический журнал. 2003. -№ 2.

101. Hazel G.G. Object-level processing of spectral imagery for detection of targets and changes using spatial spectral - temporal techniques //Proc. SPIE. - 2002. -V. 4381.

102. Nyberg S., Bohman L. Assessing camouflage methods using textural features //Optical Engineering. 2001. - V. 40. - № 9.

103. Copeland A., Trivedi M. Computational models for search and discrimination //Optical Engineering. 2001. - V. 40. - № 9.

104. Aviram G., Rotman S. Analyzing the effect of imagery wavelength on the agreement between various image metrics and human detection performance of targets embedded in natural images //Optical Engineering. 2001. - V. 40. -№9.

105. Birkemark C. CAMEVA, a methodology for estimation of target detectability //Optical Engineering. 2001. - V. 40. - № 9.

106. Wilson D. Image-based contrast-to-clutter modeling of detection //Optical Engineering. 2001. - V. 40. - № 9.

107. Либенсон M.H., Хесин А.Я., Янсон Б.А. Автоматизация распознавания телевизионных изображений. -М.: Энергия, 1975.

108. Лалыко Л.Б., Макулов В.Б., Паук В.Н. Методика расчета пространственного фильтра-маски для восстановления изображений //Оптико-механическая промышленность. 1986. -№ 12.

109. Datcu S. et al. Focal plane array IR camera transfer function calculation and image restoration //Optical Engineering. 2004. - V. 43. - № 3.

110. Poletto L., Nicolosi P. Enhancing the spatial resolution of two-dimensional discrete array detector //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 10.

111. Павлов Н.И., Меденников П.А. Оценка эффективности алгоритмов цифровой обработки в задачах визуального анализа дискретных изображений //Оптический журнал. 1996. - № 5.

112. Sadot D. et al. Comparison between high resolution restoration techniques of atmospherically distorted images //Optical Engineering. 1995. - V. 34. - № 1.

113. Driggers R.G. et al. Target identification performance as a function of low frequency image content //Optical Engineering. 2000. - V. 39. - № 9.

114. Aviram G., Rotman S. Evaluation the effect of IR image enhancement on human target detection performance and image quality judgment //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 8.

115. Сычев B.B., Печенов A.C. Адаптивная оптика крупногабаритных телескопов //Оптический журнал. 2001. - № 8.

116. Куртев Н.Д., Нефедов В.И. Статистические методы обработки тепловизионных изображений //Тепловидение. М.: МИРЭА, 1998. - Вып. 12.

117. Овсянников В.А., Ситдиков Р.И. Расчет температурно-частотной характеристики тепловизионной аппаратуры по кадру //Оптико-механическая промышленность. — 1991. № 10.

118. Driggers R.G. et al. Superresolution performance for undersampled images //Optical Engineering. 2005. - V. 44. - № 1.

119. Wiltse J., Miller J. Imagery improvements in staring IR imagers by employing subpixel microscan //Optical Engineering. 2005. - V. 44. - № 5.

120. Ефимов A.C. Контрастная чувствительность зрения при наблюдении ТВ изображения //Техника кино и телевидения. 1977. - № 2.

121. Овсянников В.А., Пантелеев Н.Л., Питик С.Д., Филиппов В.Л. К вопросу об обнаружении и распознавании посредством тепловизионного прибора ростовой фигуры человека //Прикладная физика. 2005. - № 5.

122. Аксютов Л.Н. Методы оценки качества изображения в оптических информационных системах //Автометрия. 1995. - № 2.

123. Алеев P.M., Овсянников В.А. Повышение достоверности статистического контроля углового разрешения тепловизионной аппаратуры //Оптический журнал. 1992.-№ 9.

124. Понькин В.А. Вопросы математического моделирования зрительного опознавания объектов в атмосфере Земли //Радиотехника. 2000. - № 10.

125. Rotman S.R. et al. Modeling human search and target acquisition performance //Optical Engineering. 1989. - V. 28. - № 11.

126. Driggers R.G. et al. Sensor performance conversions for IR target acquisition and intelligence-surveillance-reconnaissance imaging sensors //Applied Optics. -1999.-V. 38.-№28.

127. O'Connor J.D. et al. Fifty-percent probability of identification comparison for targets in the visual and IR spectral band //Optical Engineering. 2003. - V. 42. -№ 10.

128. Овсянников B.A., Филиппов В.Л. Упрощенный показатель эффективности воздушной тепловизионной аппаратуры //Прикладная физика.-2005.-№4.

129. Журкин И.Г., Шавенько Н.К. Информационный подход к оценке качества оптических изображений //Исследование Земли из космоса. 2001. - № 2.

130. Vollmerhausen R.H. et al. New metric for predicting target acquisition performance //Optical Engineering. 2004. - V. 43. - № 11.

131. Телевидение /Под ред. B.E. Джакония. M.: Радио и связь, 1986.

132. Гаврилов Н. Американские разведывательные спутники //Зарубежное военное обозрение. 1984. - № 11.

133. Алеев P.M., Овсянников В.А. Метод учета интегрирующих свойств зрительного анализатора при наблюдении тепловизионных изображений //Оптический журнал. 1993. - № 9.

134. Гарбук С., Белокопытов Р. Использование в военных целях космических аппаратов дистанционного зондирования Земли //Зарубежное военное обозрение. 1995. - № 9.

135. Хадсон Р. Инфракрасные системы. М.: Сов. радио, 1972.

136. Шипунов А.Г., Семашкин Е.Н. Оптические линии связи малогабаритных управляемых ракет. -М.: НТЦ «Информтехника», 2000.

137. Живичин В.А., Рудаков А.П. Методика оценки эффективности комплексного дешифрирования материалов аэросъемки //Изв. ВУЗов. Сер. «Геодезия и аэрофотосъемка». 1987. - № 1.

138. Leachtenauer J.G. et al. General image-quality equation for IR imagery //Applied Optics. 2000. - V. 39. - № 26.

139. Fiete R.D., Tantalo T.A. Image quality of increased along-scan sampling for remote sensing systems //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 5.

140. New Scientist.- 1989.-V. 123.-№ 1683.

141. Прохоров С.Г., Тосенко B.M., Кликин В.И. Способ повышения достоверности принимаемых решений по различению объектов при дешифрировании изображений //Оборонная техника. 1996. - № 12.

142. Стохастическая структура полей облачности и радиации /Под ред. Ю.Р. Мулламаа. Тарту, 1972.

143. Иванов В.П. К вопросу о разработке инженерной методики оценки пропускания атмосферы //Оптика атмосферы. 1990. - № 11.

144. Корниенко А.А., Мальцев Т.Н., Подрезов С.В. Вероятностные характеристики применения комплексов оптических информационных систем в условиях облачности //Оптический журнал. 2000. - № 7.

145. Леонов Ю.П. Теория статистических решений и психофизика. М.: Наука, 1977.

146. Книжников Ю.Ф., Зинчук Н.Н. Особенности визуального дешифрирования дискретных космических снимков //Геодезия и картография. 1998. - № 11.

147. Воробьев В.И., Розанова И.В., Розанов Р.Е. Априорная оценка вероятности успешного обзора земной поверхности из космоса по климатическим данным о количестве общей облачности //Исследование Земли из космоса. 2002. - № 1.

148. Петрова Л.Ф. Модели зрительного поиска //Труды ГОИ. 1984. - Вып. 191.

149. Веселова Е.К. Экспериментальные исследования зрительного поиска объектов на движущемся изображении //Труды ГОИ. 1984. - Вып. 191.

150. Doll Т., Home R. Guidelines for developing and validating models of visual search and target acquisition //Optical Engineering. 2001. - V. 40. - № 9.

151. Watkins W. et al. Search and target acquisition: single line of sight versus wide baseline stereo //Optical Engineering. 2001. - V. 40. - № 9.

152. Травникова Н.П. Эффективность визуального поиска. М.: Машиностроение, 1984.

153. Toet A. et al. Test of three visual search and detection models //Optical Engineering. 2000. - V. 39. - № 5.

154. Юхно П.М., Огреб C.M., Марек Я.Jl. Исследование особенностей визуального поиска в условиях временных ограничений и неопределенности относительно наличия объекта в зоне поиска //Оптический журнал. 2002. -№5.

155. Алексеев Ю.В. Модель зрительного поиска объекта на структурированном изображении //Труды ГОИ. 1984. - Вып. 191.

156. Smith S.L. et al. Understanding image quality losses due to smear in high-resolution remote sensing imaging systems //Optical Engineering. 1999. -V.38.-№5.

157. Зуев B.E., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

158. Kopeika N.S. Imaging through the atmosphere for airborne reconnaissance //Optical Engineering. 1987. - V. 26. - № 11.

159. Зеге Э.П., Иванов А.П., Кацев И.Л. Перенос изображения в рассеивающей среде. Минск: Наука и техника, 1985.

160. Зуев В.Е., Банах В.А., Покасов В.В. Оптика турбулентной атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

161. Румянцева Н.А., Танташев М.В. Воздействие турбулентной атмосферы на передачу изображения миры //Оптико-механическая промышленность. -1986.-№ 9.

162. Maurer Т. et al. 2002 NVTherm improvements //Proc. SPIE. 2002. -V. 4719.

163. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении. Казань: Изд. «Новое знание», 2000.

164. Филиппов В.Л., Макаров А.С., Иванов В.П. Оптическая погода в нижней тропосфере. Казань: Дом печати, 1998.

165. Красильников Н.Н., Красильникова О.И., Шелепин Ю.Е. Исследование эффективности зрительной системы человека при опознавании статических изображений //Оптический журнал. 2002. - № 6.

166. Зверев А.Т. Тематическое дешифрирование космических изображений //Геодезия и картография. 2004. - № 4.

167. Алеев P.M., Овсянников В.А., Румянцева Н.А. Влияние атмосферы на эффективность тепловизионной аппаратуры //Оптический журнал. 1992. -№5.

168. Brunnstrom К. et al. Object detection in cluttered IR images //Optical Engineering. 2003. - V. 42. - № 2.

169. Тарасов B.B., Якушенков Ю.Г. Многоспектральные оптико-электронные системы //Спец. техника. 2002. - № 4.

170. Лифанов Ю.С., Саблин В.Н., Салтан М.И. Направления развития зарубежных средств наблюдения за полем боя //Успехи современной радиоэлектроники. 2004. - № 7.

171. Краснов А. Перспективы развития техники и тактики воздушной разведки //Зарубежное военное обозрение. 1985. - № 9.

172. Военная воздушная разведка: возможности новых спектральных диапазонов //Оптика сегодня и завтра. 1997. -№ 1.

173. Линьков В., Морозов А., Сидоров В. Локационные системы оптического диапазона комплексов ПВО надводных кораблей ВМС иностранных государств //Зарубежное военное обозрение. 2000. - № 6-7.

174. Шилин Б.В., Хотяков В.В. Видеоспектральная аэросъемка ведущее направление развития дистанционного зондирования в оптическом диапазоне //Оптический журнал. - 2004. - № 3.

175. Кравцова В.И. Новые тенденции в аэрокосмическом зондировании на рубеже веков //Изв. ВУЗов. Сер. «Геодезия и аэрофотосъемка». 2002. - № 1.

176. Suen P., Healey G. Invariant identification of material mixture in airborne spectrometer data //JOSA. 2002. - V. 19. - № 3(A).

177. Cederquist J., Schwartz C. Speculation on the future of IR spectral remote sensing // Proc. SPIE. 1999. - V. 3698.

178. Фатеев В.Ф., Миньков С.А. Потенциальные возможности космических многоспектральных оптико-электронных приборов при обнаружении малоразмерных объектов //Оптический журнал. 2000 . - № 7.

179. Тарасов В.В. Многоспектральные ОЭС основа эффективности интеллектуального высокоточного оружия //Военный парад. - 2002. - № 5.

180. Chai S. et al. Focal plane processing architectures for real time hyperspectral image processing //Applied Optics. - 2000. - V. 39. - № 5.

181. Мальцев Г.Н., Миньков С.А., Луцай С.И. Распознавание объектов по данным многоспектральных оптических наблюдений //Оборонная техника. -2003.-№ 11-12.

182. Фатеев В.Ф., Миньков С.А. Новое направление развития малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение». 2004. -№ 3.

183. Яблонский Л., Воронин Е., Кашин В. Зарубежные военные программы космической видовой разведки //Зарубежное военное обозрение. 2002. - № 7.

184. Рябова Н.В., Еськов Д.Н. Малые искусственные спутники с оптико-электронной аппаратурой //Оптический журнал. 1996. - № 1.

185. Анатольев А.Ю., Батраков А.С., Федина A.M. Оценка информационных возможностей космических ОЭС дистанционного зондирования //Оптический журнал. 2000. - № 7.

186. Мальцев Г.Н., Луцай С.И. Корреляционное распознавание объектов по многоспектральным данным //Оптический журнал. 2004. — № 11.

187. Kwon Н. et al. Adaptive multisensor target detection using feature-based fusion //Optical Engineering. 2002. - V. 41. - № 1.

188. Галиакберов Д.Ш., Дорофеев В. А., Овсянников В. А. Оценка эффективности многоспектральных ОЭС с цветовой индикацией изображения //Оптико-механическая промышленность. 1978. - № 11.

189. Злобин В.К., Еремеев В.В., Кузнецов А.Е. Совместная обработка спектрозональных изображений с целью повышения их дешифрируемости //Автометрия. 2002. - № 6.

190. Селиванов А.С. Эффект сверхразрешения в спектрозональных системах дистанционного зондирования //Исследование Земли из космоса. 2001. - № 2.

191. Широбоков A.M., ХЦупак Ю.А., Чуйкин В.М. Обработка тепловизионных изображений, получаемых многоспектральным тепловизором «Терма-2» //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение». 2002. -№ 2.

192. Смирнов В.П. и др. Эффективность комплексирования разноканальных изображений при опознавании объектов //Оптический журнал. 1992. - № 2.

193. Tom V. et al. Spatial sharpening of thermal mapper data using a multiband approach //Optical Engineering. 1985. - V. 24. - № 6.

194. Khan J.F., Alam M.S. Target detection in cluttered FLIR imagery //Optical Engineering. 2005. - V. 44. - № 7.

195. Павлов Н.И., Ясинский Г.И. Малогабаритный ОЭП для аэросъемки в видимом и ИК диапазонах //Оптический журнал. 2003. - № 4.

196. Chen H. et al. Target detection and recognition improvements by use of spatiotemporal fusion //Applied Optics. 2004. - V. 43. - № 2.

197. Еремеев B.A., Мордвинов И.Н., Платонов Н.Г. Современные гиперспектральные сенсоры и методы обработки гиперспектральных данных //Исследование Земли из космоса. 2003. - № 6.

198. Шилин Б.В. и др. Основные достижения в развитии тепловой аэросъемки //Оптический журнал. 2003. - № 10.

199. Чапурский Л.И., Марков А.В., Мочалов В.Ф., Ясинский Г.И. Проблемы информационного обеспечения оптических космических систем наблюдения экологического назначения //Оптический журнал. 2000. — № 7.

200. Широбоков A.M. и др. Использование многоспектрального тепловизора «Терма-2» для контроля магистральных нефтепроводов //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение». 2002. - № 2.

201. Althouse M.L., Chang C.I. Chemical vapor detection with a multispectral thermal imager //Optical Engineering. 1991. - V. 30. - № 11.

202. Findlay G., Cutten D. Comparison of performance of 3-5 and 8-14 jim IR systems //Applied Optics. 1989. - V. 28. - № 23.

203. Гарбук C.B., Гершензон B.E. Космические системы дистанционного зондирования Земли. -М., 1997.

204. Кравцова В.И., Болдина Е.А. Перспективы дистанционного зондирования Земли в XXI веке //Геодезия и картография. 2002. - № 11.

205. Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений //Спец. техника. 2002. -№ 3.

206. Кравцова В.И. Снимки сверхвысокого разрешения новый компонент фонда цифровых космических снимков //Геодезия и картография. - 2004. -№7.

207. Weber В.А. Comparison of human observer and algorithmic target detection in nonurban FLIR imagery //Optical Engineering. 2005. - V. 44. - № 7.

208. Бугаенко А.Г., Иванов В.П., Омелаев А.И., Тевяшов В.И., Филиппов В.Л. Физические основы и техника измерений в тепловидении. Казань: Изд-во «Отечество», 2003.

209. Bowman А.Р. et al. Hyperspectral IR techniques for buried landmine detection //Second international conference on the detection of abandoned landmines. -Edinburgh, UK. 1998.

210. Lange D. The Goodrich DB-110 system: multiband operation //Proc. SPIE. -2003.-V. 5109.

211. Щукин A.H. Теория вероятностей и ее применение в инженерно-технических расчетах. М.: Сов. радио, 1974.

212. Sadjadi F., Chun C. Remote sensing using passive IR Stokes parameters //Optical Engineering. 2004. - V. 43. - № 10.

213. Королев B.B., Падусенко И.И., Танташев M.B., Яцык B.C. Условия обнаружения высокотемпературных источников излучения в УФ диапазоне спектра //Оптический журнал. 2005. - № 1.

214. Lucke R.L., Kessel R.A. Signal-to-noise ratio, contrast-to-noise ratio and exposure time for imaging systems with photon-limited noise //Optical Engineering. 2006. - V. 45. - № 5.

215. Моисеев B.C., Горбунов Д.А., Балоев B.A. Математические методы оптимизации параметров тепловизионных систем //Вестник КГТУ. 1996. -№4.

216. Балоев В.А., Горбунов Д.А., Моисеев B.C. Распределенная САПР тепловизионных приборов //Вестник КГТУ. 2000. - № 3.

217. Балоев В.А., Моисеев B.C., Клочков С.А. Синтез оптимальной структурной схемы тепловизионного прибора //Оптический журнал. 2002. -№ 4.

218. Aviram G., Rotman S. Evaluation of human detection performance of target embedded in natural and enhanced IR images using image metrics //Optical Engineering. 2000. - V. 39.-№ 4.

219. Weber В., Penn J. Synthetic FLIR signature for training and testing target identification classifiers //Optical Engineering. 2004. - V. 43. - № 6.

220. Колючкин В.Я., Захаров Ю.С., Мосягин Г.М., Метелкин А.Н. Метод и аппаратура контроля качества тепловизоров // Тепловидение. М.: МИРЭА, 1990.-Вып. 8.

221. Bijl P. et al. Applicability of TOD, MTDP, MRT and DMRT for dynamic image enhancement techniques // Proc. SPIE. 2006. - V. 6207.

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

223. Овсянников В.А., Филиппов В.Л. К развитию методик оценки эффективности видовой оптико-электронной аппаратуры // НПО «ГИПО». Научно-технический сборник. Казань: Дом печати, 1997.

224. Алеев P.M., Овсянников В.А. Оценка эффективности тепловизионной аппаратуры, использующей поляризационный контраст объектов //Оптический журнал. 1992. - № 3.

225. Алеев P.M., Овсянников В.А. Эффективность воздушной тепловизионной аппаратуры при обнаружении нефтяных загрязнений акваторий по их поляризационному контрасту //Оптический журнал. 1992. - № 10.

226. Галиакберов Д.Ш., Дорофеев В.А., Лоскутников А.И., Овсянников В.А. Критерий качества приемников излучения для тепловизионных систем // Оптико-механическая промышленность. 1979. - № 8.

227. Овсянников В.А., Филиппов В.Л., Шушарин С.Н. Влияние вращения изображения в авиационном тепловизионном канале на дешифрируемость изображений // Оптический журнал. 2007. - № 3.

228. Barbour В. et al. IR polarimetric camera development //Second international conference on the detection of abandoned landmines. Edinburgh, UK. - 1998.

229. Дубиновский A.M., Панков Э.Д. Стендовые испытания и регулировка оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1986.

230. Мухамедяров Р.Д., Тимофеев В.Н. О поляризационных характеристиках собственного излучения морской поверхности // Физика атмосферы и океана. 1981. - № 11.

231. Chrzanowski К. et al. A condition on spatial resolution of IR collimators for testing of thermal imaging systems //Optical Engineering. 2000. - V. 39. -№ 5.

232. Куртев Н.Д., Смирнов A.B. Методы измерения параметров системы тепловизор ЭВМ //Тепловидение.-М.: МИРЭА, 1998.-Вып. 12.

233. Bijl P., Valeton J. Bias-free procedure for the measurement of the MRTD //Optical Engineering. 1999. - V. 38. - № 10.

234. Kostrzewa J. et al. TOD versus MRT // Proc. SPIE. 2003. - V. 5076.

235. Овсянников B.A., Филиппов В.Л. Согласование размеров кружка рассеяния объектива с элементом фотоприемного устройства тепловизионного прибора //Оптический журнал. 2007. - № 1.

236. Алеев P.M., Овсянников В.А., Чепурский В.Н. Эффективность воздушной тепловизионной аппаратуры при контроле продуктопроводов //Оптический журнал. 1993.-№ 1.

237. Овсянников В.А., Филиппов В.Л. Повышение достоверности стендового контроля дальности действия тепловизионных приборов //Оптический журнал. 2007. - № 3.

238. Овсянников В.А., Филиппов В.Л., Шушарин С.Н. Метод измерения функции передачи модуляции несканирующих тепловизионных приборов //Оптический журнал. 2007. - № 1.

239. Косковский С.В., Овсянников В.А. Критерий качества и оптимизация основных технических параметров поисковой воздушной тепловизионной аппаратуры //Изв. ВУЗов. Сер. «Авиационная техника». 2000. - № 3.

240. Ovsyannikov V.A., Philippov V.L. The estimated value of minimum NETD and the effective value of IFOV of the thermal imaging devices //Proc. SPIE. -2005.-V. 5834.

241. Ovsyannikov V.A., Panteleev N.L., Pitik S.D., Philippov V.L. To the problem of the detection, recognition and identification of the figure of man by means of the thermal imaging devices //Proc. SPIE. 2005. - V. 5834.

242. Driggers R. et al. Current IR target acquisition approach for military sensor design and wargaming // Proc. SPIE. 2006. - V. 6207.

243. Ovsyannikov V.A., Philippov V.L. Simplified figure of merit of the aerial thermal imaging equipment // Proc. SPIE. 2005. - V. 5834.

244. Якушенков Ю.Г. Современное состояние и тенденции развития оптико-электронных систем с матричными приемниками излучения //Изв.ВУЗов. Сер. «Приборостроение». 2005. - № 11.

245. Куртев Н.Д., Хахин В.И. Новый подход к анализу и оценке качества тепловизоров // Тепловидение. -М.: МИРЭА, 1980. Вып. 3.

246. Каплан В.Г., Липатов В.В., Яцык B.C. Суточная изменчивость радиационных контрастов военнослужащих в ИК диапазонах спектра по результатам экспериментальных данных //Оборонная техника. 2004. - № 6.

247. Александров В.А., Важинский В.Н., Кремень Н.В. Имитационная модель несканирующей ИК камеры //Оптический журнал. 2000. - № 8.

248. Сергеев А.Г. и др. Технико-экономическая оценка выбора контролируемых параметров технических объектов //Измерительная техника. 1999. - № 3.

249. Мищенко В.И., Скворцов С.А. Методика обеспечения перечня параметров для контроля сложных технических систем //Измерительная техника. 2004. - № 7.

250. Волков В.Г. Повышение эффективности разработок приборов ночного видения //Спец. техника. 2005. - № 3.

251. Овсянников В.А., Филиппов В.Л. Дальность действия активно-импульсных систем низкоуровневого телевидения // Оптический журнал. -2007.-№ 1.

252. Тымкул В.М., Ананич М.И. Оптико-математическая модель поляризационных тепловизионных контрастов объектов // Известия ВУЗов. Сер. «Приборостроение». 1993. — № 1,3.

253. Шевелева Т.Ю., Кропоткин М.А. Оценка влияния пленки нефти на поверхностную температуру водных бассейнов // Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов. Новосибирск: Наука, 1979.

254. Овсянников В.А., Филиппов B.JI. Оценка вероятности обнаружения и распознавания посредством тепловизионного канала препятствий, мешающих пилотированию //Оборонная техника. 2007. - №1.

255. Пришивалко А.П. Отражение света от поглощающих сред. Минск: АН БССР, 1963.

256. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.М. Оптические постоянные природных и технических сред. Л.: Химия, 1984.

257. Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань: Унипресс, 1998.

258. Ракчеев Д.П., Толстиков А.С. Оценка показателей качества системы распознавания образов//Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение». 1985. -№ 3.

259. Справочник по ИК технике, т. 1/Под ред. У.Волфа, Г. Цисиса. М.: Мир, 1995.

260. Базарский О.В. Вероятность правильного распознавания изображений как критерий качества систем распознавания образов //Радиотехника и электроника. 1983. -№ 9.

261. Березин Н.П., Кононов В.И. Разрешающая способность: история, состояние и развитие //Оптико-механическая промышленность. 1991. - № 11.

262. Дябин Ю.П., Танташев М.В., Мирумянц С.О. и др. Сезонные вариации вертикальных профилей атмосферного аэрозоля в нижней атмосфере// Физика атмосферы и океана. 1977. -№11.

263. Матиясевич Л.М., Антипов А.В. О простейших количественных дешифровочных признаках //Геодезия и картография. 1987. - № 3.

264. Живичин А.Н., Соколов B.C. Дешифрирование фотографических изображений. М.: Недра, 1980.

265. Луизов А.В. Глаз и свет. Л.: Энергоатомиздат, 1983.

266. Симкин Б.Э. О закономерной связи между основными параметрами и явлениями зрительного обнаружения// Техника средств связи. Сер. «Техника телевидения» . 1985. - № 4.

267. Аксютов Л.Н. Прогнозирование вероятности распознавания объектов по космическим снимкам //Исследование Земли из космоса. 1996. - № 2.

268. Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков. -М.: Недра, 1983.

269. Евсикова Л.Г. Пороговые контрасты зрительной системы //Оптико-механическая промышленность. 1983. - № 9.

270. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники. М.: Энергоатомиздат, 1989.

271. Фурман Я.А. О понятии формы плоского изображения // Автометрия. -1992.-№5.

272. Рубахин В.Ф. Психологические основы обработки первичной информации. Д.: Наука, 1974.

273. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. М.: Мир, 1977.

274. Матиясевич JI.M. Введение в космическую фотографию. М.: Недра,1989.

275. Березин Н.П., Кононов В.И. Связь информационных и вероятностных оценок систем формирования изображений/Юптико-механическая промышленность. 1991. - № 11.

276. Кононов В.И. Вероятностные и информационные характеристики иконических систем //Техника средств связи. Сер. «Техника телевидения».1990.-№ 5.

277. Базарский О.В. Вероятность распознавания малоразмерных объектов из космоса //Исследование Земли из космоса. 1985. - № 6.

278. Зинчук Н.Н., Мороз В.А., Шевченко И.Ю. и др. Об оценке изобразительных свойств и дешифровочных возможностей цифровых изображений местности //Геодезия и картография. 1992. - № 4.

279. Воронин Ю.М., Павлов Н.И. Вероятность распознавания объектов на экране монитора оптико-электронной системы // Оптический журнал. -1994,-№7.

280. Wang R., Chen P., Tsien P. An improved nonuniformity correction algorithm for IR focal arrays//Infrared Physics. 1998. - V. 32. - № 1.

281. Dhadwal H.S., Hantgan J. Generalized point spread function for a diffraction-limited aberration-free imaging system under polychromatic illumination //Optical Engineering. 1989. -V. 28. - № 11.

282. Белоглазов И.Н. Автоматизированная методика определения зависимости разрешающей способности оптико-электронной системы от высоты наблюдения //Исследование Земли из космоса. 1994. -№ 3.

283. Mooney J. Effect of spatial noise on the minimum resolvable temperature of a staring sensor //Applied Optics. 1991. -V. 30. - № 23.

284. Gerhart G.R. Target acquisition methodology for visual and IR imaging sensors //Optical Engineering. 1996. -V. 35. - № 10.

285. Александров B.A., Кремень H.B. Автоматическая компенсация неоднородностей интегральной чувствительности ФПУ тепловизионной системы //Оптический журнал. 1997. -№ 2.

286. Farmer W.M. Analysis of emissivity effects on target detection //Optical Engineering.- 1991. V.30. - № 11.

287. Сурин В.Г.Формирование полей яркости поверхностей сложного рельефа в диапазоне 8-14 мкм // Исследование Земли из космоса. 1989. -№ 4.

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

289. Wolf W.L. Difference in radiance relative effects of temperature changes //Applied Optics. 1975. - V. 14. - № 8.

290. Трестман M.M. Дальность действия тепловизионного канала // Оптико-электронные системы визуализации и обработки оптических изображений. -2001. Вып. 1.

291. Ицкевич Е.В. Итерационный метод определения дальности действия оптико-электронных приборов наблюдения //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение» . 1988. -№ 12.

292. Скобло B.C. К оценке дальности действия тепловизионных систем //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение» . 2001. - № 1.

293. Болтарь К.О. и др. Тепловизор на основе «смотрящей» матрицы //Прикладная физика. 1999. - № 2.

294. Ji J.K. et al. Nonuniformity correction scheme for a IR camera including the background effect due to camera temperature variation //Optical Engineering. -2000. V. 39. - № 4.

295. Вафиади A.B. Аналитические модели сканирующих тепловизионных приборов //Оптический журнал. 1997. - № 1.

296. Тымкул О.В., Тымкул Л.В., Тымкул В.М. Аналитическая модель температурно-частотной характеристики тепловизоров/Юптический журнал. 2002. -№ 10.

297. Крутиков В.Н. Аналитическое исследование влияния конструктивных параметров оптико-электронного тракта тепловизионного прибора на его характеристики //Измерительная техника. 2003. - № 2.

298. Александров В.А., Гуров А.А., Кремень Н.В., Порфирьева Н.Н. Математическая модель тепловизионных систем //Труды ГОИ. 1991. -Вып. 213.

299. Колючкин В.Я., Липатов И.В. Математическая модель оптико-электронной системы наблюдения на системотехническом уровне //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение» . 1991. - № 5.

300. Бугаенко А.Г. Аппаратура для оценки характеристик тепловизионных систем //Оптический журнал. 2002 . - № 4.

301. Колючкин В.Я., Захаров Ю.С., Мосягин Г.М. Метод и аппаратура контроля качества тепловизоров //Тепловидение. М.: МИРЭА, 1990 - Вып. 2.

302. Шилин Б.В. Использование видеоспектральной аэросъемки для экологического мониторинга //Оптический журнал. 2001. - № 12.

303. Порфирьев Л.Ф., Комарова И.Э., Кузнецов Г.М. Некоторые перспективы применения оптико-электронных приборов для оперативного дистанционного мониторинга экосистем //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение» . 2002. - № 2.

304. Мальцев Г.Н. Сравнительный анализ разрешающей способности оптико-электронных систем формирования изображений при некогерентной и когерентной подсветке объектов //Оптика и спектроскопия. 2000. - Т. 89. -№5.

305. Редькин С.Н., Краснов Г.А., Подкурков A.M., Барский С.А. Результаты измерения функции передачи модуляции космической ИК аппаратуры по выходному изображению //Оптический журнал. 1993. -№ 3.

306. Сергеев В.В., Фурсов В.А., Парфенов С.И. Оценка разрешающей способности видеотракта по фрагментам регистрируемых изображений //Автометрия. 2001. - № 5.

307. Шустер П. Определение основных параметров ИК объективов //Оптический журнал. 1996. - № 5.

308. Смирнов В.Д., Троицкий А.С. Бортовая аппаратура регистрации малоконтрастных объектов в диапазонах спектра 3-5 и 8-14 мкм. //Изв. ВУЗов. Сер. «Приборостроение». -2005. -№ 12.

309. Leachtenauer J.C. Resolution requirements and Johnson criteria revisited // Proc. SPIE. 2003. - V. 5076.

310. Лобанова Ю.Н., Лопин В.И., Рогозин А.А. Моделирование процесса распознавания объектов на экране монитора оптико-электронной системы наблюдения //Измерительная техника. 2004. - № 2.

311. Webb С. History of FLIR testing // Proc. SPIE. 2003. - V. 5076.

312. Richardson P., Driggers R. Atmospheric turbulence effects on 3-rd generation FLIR performance// Proc. SPIE. 2006. - V.6207.

313. Hodgkin A. et al. Modeling of IR sensor performance in cold weather// Proc. SPIE.-2006.-V.6207.

314. Хргиан A.X. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1978.

315. Vortman J. Improved MRTD model for IR imaging systems //Optical Engineering. 1987. -V. 26. -№ 6.

316. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов научных исследований диссертационной работы Овсянникова В.А. в ЗАО «НПФ «Оптоойл»