По докладу Дегтярёва П. А. Кирпиченко Ю. Р.на XIII Всероссийской научно-технической конференции «Современное телевидение»

Фрагмент 3-го выпуска справочника "Кто есть кто в робототехнике"

В ряде работ встречается информация о явно завышенной заявляемой паспортной чувствительности выпускаемых ТВ камер на основе матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС). Чаще всего это связано с тем, что не учитывается наличие у современных ПЗС расширенного диапазона спектральной чувствительности в ближнюю ИК область. Были проведены экспериментальные исследования чувствительности ТВ камеры VNI-701, выпускаемой фирмой «ЭВС» на матрице ПЗС IСХ-249АL, для которой были проведены измерения чувствительности различными способами. С результатами эксперимента предлагается ознакомиться ниже. 

Становится очевидным, что манипуляции с чувствительностью проводятся либо умышленно в рекламных целях, либо в результате неправильно спланированного эксперимента. Рассмотрим последний вариант и попробуем провести эксперимент, учитывая наличие расширенного в ближнюю ИК область диапазона спектральной чувствительности матрицы. Ошибка и дальнейший промах экспериментальных результатов заключается в неправильной оценке освещённости на объекте. Это связано с тем, что измерение низких уровней освещённости (менее 1 лк) - задача не очень простая. Современные люксметры, выполненные на основе селенового элемента, позволяют регистрировать минимальную освещённость порядка 1 лк и более. В этом случае снижение уровня освещённости на ПЗС сенсоре видеокамеры моделируют с помощью нейтральных фильтров, обычно имеющихся в распоряжении экспериментаторов. 

Фильтры предназначены для работы в видимой области спектра и совершенно чётко ослабляют световой поток в соответствии с предписанным номиналом: НС2 - в 10 раз; НСЗ - в 100 раз и т.д. В других же, УФ и ближней ИК областях спектра, коэффициенты пропускания не нормируются, и их величины ведут себя совершенно произвольно. Таким образом, очевидно, что, поскольку камера на ПЗС работает в широком диапазоне длин волн, выходящем за границы видимой глазом области, величины фактического ослабления фильтров могут значительно отличаться от номинальных, и это необходимо учитывать при проведении эксперимента. 

Авторами были проведены измерения коэффициентов ослабления («перекалибровка») излучения источника типа «А» имеющихся в нашем распоряжении нейтральных светофильтров с учётом чувствительности в ИК диапазоне конкретной ТВ камеры, у которой проводились дальнейшие измерения световой характеристики (и связанного с ней значения пороговой чувствительности) с использованием «перекалиброванных» светофильтров. 

Методика измерения была следующей. На ТВ камеру направлялось излучение источника типа «А», перед которым устанавливался измеряемый светофильтр. Регулировкой экспозиции на ТВ камере устанавливался линейный участок световой характеристики. Уровень видеосигнала Uсф от излучения источника записывался. Далее светофильтр снимался, и регулировкой экспозиции устанавливался уровень видеосигнала Uэталон, приблизительно равный уровню видеосигнала при наличии светофильтра. В предположении линейности световой характеристики (а это было установлено экспериментом заранее), а также независимости от спектрального состава регистрируемого излучения изменения уровня видеосигнала при регулировке времени накопления и относительного отверстия объектива, коэффициент ослабления светофильтра определялся по следующей формуле: 

m = mэталон x Uсф/Uэталон x Tнак. сф/Tнак. эталон x (Fсф/Fэталон)2, где 

mэталон - коэффициент ослабления эталонного («перекалиброванного») фильтра, если таковой использовался, иначе mэталон = 1; Tнак. сф, Tнак. эталон - времена накопления при наличии измеряемого фильтра и его отсутствии соответственно; Fсф/Fэталон - относительные отверстия объектива при наличии измеряемого фильтра и его отсутствии соответственно.

Результаты экспериментального измерения коэффициентов ослабления показали, что с увеличением плотности светофильтра и его коэффициента ослабления ошибка при «неучёте» ИК области возрастает и для значений m свыше 100 становится существенной, достигая шести десятичных порядков. 

С использованием «перекалиброванных» светофильтров появляется возможность правильно измерить пороговую чувствительность ТВ камеры и сравнить это значение с паспортным. В техническом паспорте, прилагавшемся к ТВ камере, написано, что минимальная освещённость на объекте при десятикратном соотношении напряжения видеосигнала от объекта к среднеквадратическому значению шумовой составляющей должна быть не хуже 4*10-5 лк, тогда как эксперимент показал чувствительность, равную 4*10-3 лк. 

Не будем в данном докладе выяснять, почему заявленная чувствительность оказалась завышенной почти на два порядка по сравнению с измеренной, но обратим внимание на то, что цифра 4*10-3 лк нами была получена для случая «полного» ночного режима накопления («ночной режим 2»), когда происходит суммирование 7 элементов по горизонтали и 16 полей во времени. Совершенно понятно, что при этом пространственно-временные характеристики видеокамеры будут ухудшены. Прежде всего, снизится разрешающая способность камеры и появится смаз изображения подвижных объектов. В охранных ТВ системах именно пространственно-временные характеристики видеокамеры определяют возможности оператора качественно выполнять функции обнаружения, опознавания и идентификации. Измеренная нами чувствительность упомянутой ТВ камеры без включенного ночного режима составила 0,081 лк. 

 

"Черный ящик" в автомобиле: технологии западных автоконцернов "отрихтуют" водителей  - http://www.liveinternet.ru/users/albrs/post402370094/

 

МОДЕРНИЗАЦИЯ СХЕМЫ 4-Х ЗЕРКАЛЬНОГО СВЕТОСИЛЬНОГО ОБЪЕКТИВА ДЛЯ ДАЛЬНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА (Д. С. Аксёнов, ООО «ИНФРАМОДУЛЬ», Москва); UPGRADE 4-MIRROR HIGH APERTUERE LENS FOR FAR INFRARED WAVELENGTH (D. S. Aksionov , «Inframodule», Moscow) По докладу на 17-й Международной научно-технической конференции «СОВРЕМЕННОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ»

Современные требования к объективам дальнего инфракрасного (ИК) диапазона видоизменяются с изменением приемников излучения. Последние видоизменяются в соответствии с изменением технологической базы и достижениями науки. Так, например, размер чувствительного элемента современных матриц для диапазона длин волн 8-14 мкм падает с размера в 20 х 20мкм до 8 х 8мкм в серийных изделиях и до размера 6 х 6 мкм в экспериментальных образцах.

Рис. 1. Общий вид объектива

В работе [1] рассмотрен 4-х зеркальный объектив тепловизионного диапазона (фокусное расстояние 50 мм, относительное отверстие 1:0.67, диаметр изображения – 18 мм), со среднеквадратичным размером пятна рассеяния в 20 мкм. Данный размер пятна приближается к дифракционному пределу для данной длины волны и данной светосилы. Как известно, радиус дифракционного пятна рассеяния определяется выражением:

R = 1.22 x L x K, где

R – радиус дифракционного пятна рассеяния,

L – длина волны излучения,

K – диафрагменное число объектива.

При указанных параметрах объектива для длины волны в 10 мкм получаем диаметр дифракционного пятна рассеяния – 17 мкм. Как видно, получить существенное улучшение характеристик при сохранении такой схемы невозможно. Для выхода из такого тупика предлагается использовать своеобразный симбиоз объектива и приемного элемента так, чтобы изображение формировалось внутри материала с высоким показателем преломления, например, германия. Точнее, на его последней плоской поверхности, которая бы была совмещена или отнесена на расстояние не более долей длины волны с плоскостью светочувствительного элемента.

Используя такой прием, удалось добиться уменьшения пятен рассеяния объектива более чем в 3 раза. Германиевая пластинка, в которой и формируется изображение, может выполнять роль защитного окна для приемника излучения. Общий вид объектива показан на рисунке 1.

Частотно-контрастная характеристика (MTF) и диаграмма пятен рассеяния с обозначением кружка ”Эри” рассчитанного объектива представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Частотно-контрастная характеристика (MTF) и диаграмма пятен рассеяния

Как видно из рисунка 2, качество изображения, создаваемого объективом по всему полю зрения очень высоко и может обеспечить полноценное использование всех пикселей матриц даже при их дальнейшем уменьшении.

Все зеркала в объективе асферические с осевой симметрией. Это позволяет сохранить дифракционное качество изображения при высокой светосиле. Наличие осевой симметрии, в некоторой мере, снижает требования к точности сборки и юстировки. Германиевая пластина – плоско-параллельная. Это позволит использовать ее как входное окно прибора.

Литература

1. Д. С. Аксенов 3-Х и 4-Х Зеркальные светосильные оптические системы. //Труды 16-й Международной научно-технической конференции «Современное телевидение», М., ФГУП МКБ «Электрон», март, 2008 г.