Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Чувствительность ИКС обычно определяется как зависимость изменения аналогово­го сигнала Увых или его приращения, образующегося на выходе оговоренного звена электронного тракта, от изменения температуры источника (черного тела) АТ, по кото­рому калибруется система. Часто чувствительность выражают как крутизну передаточ­ной функции сигнала, описывающей зависимость разности выходных сигналов, созда­ваемых целью и фоном, температуры которых различаются на АТ, от этой разности температур, которая может быть как положительной, так и отрицательной. Эта зависи­мость позволяет найти динамический диапазон системы, линейность характеристики преобразования ДКВЫХ = ДД7), коэффициент преобразования (крутизну характеристики преобразования), уровень насыщения, т. е. значения температуры источника, при кото­ром выходной сигнал ¥вьт перестает расти. Со стороны малых сигналов зависимость ЛРвых = ДАТ) ограничена уровнем шумов, присущих ИКС или измерительной аппара­туре (см. п. 12.3.3). Обычно этим уровнем является АТ„ (ЭШРТ) системы, однако для цифровых систем им может быть бит аналого-цифрового преобразователя.

При определении чувствительности размер марки (тест-объекта) обычно остается постоянным, а меняется интенсивность излучения. Поскольку сигнал на выходе прием­ника излучения зависит от потока Фе, поступающего на его чувствительный слой, а сам поток связан с изменением температуры Т нелинейной зависимостью (см., например, закон Планка), это следует учитывать при нахождении и оценке зависимости АКВЬ1Х =/(Д7). Зная температуру излучателя и спектральные характеристики отдельных элементов стенда и испытуемой ИКС, можно пересчитать образующуюся на выходе за­висимость ДКвых =/(Фе) к требуемому виду АУВЫХ =/(Д7).

Чувствительность, как и разрешение, может меняться по угловому полю системы, например, из-за изменения облученности, пропорционального четвертой степени коси­нуса угла между оптической осью и направлением на выбранный элемент приемника. Если чувствительность определяется путем измерения сигналов, снимаемых с п эле­ментов МПИ, следует учитывать их неоднородность, т. е. геометрический шум, и рас­считывать средние значения

Удк .

ВЫХI

А V =—------------ ,

Вых ср *

П

Причем иногда приходится учитывать возможный разброс А Г,, т. е.

2>т;

Аналогичным образом необходимо принимать во внимание изменения крутизны на­клона характеристики преобразования, обусловленные различиями коэффициентов усиления отдельных каналов ФПУ («чувствительный элемент приемника - схема счи­тывания - предварительный усилитель»). В ИКС «смотрящего» типа весь двумерный приемник равномерно облучается потоком, приходящим от источника с температурой Тп а сигналы Уху, снимаемые с каждого чувствительного элемента, осредняются по Ик кадрам, чтобы уменьшить уровень шума. В результате приходится рассчитывать сред­нее значение

Затем этот процесс повторяют для различных значений облученности на чувстви­тельном слое МПИ, т. е. вычисляют чувствительность каждого элемента. Измеренные коэффициенты усиления каждого канала ФПУ могут быть использованы для учета или компенсации их неоднородности.

Чувствительность даже однотипных систем может изменяться от одного образца ИКС к другому, что может быть вызвано различиями их спектральных характеристик и коэффициентов усиления электронных трактов, а также и рядом других причин, вплоть до изменения температуры и влажности в лаборатории, где производились испытания.

Для получения сигналов, близких к уровню насыщения, необходимо, чтобы размеры изображения тест-объекта в плоскости чувствительного слоя приемника были доста­точно большими. Так, стандарт США У1К-8ТО-1859 рекомендует иметь тест-объект, занимающий 10% всего углового поля ИКС, но не менее, чем в 10 раз превышающий телесный угол, стягиваемый одним пикселом МПИ. Идеальной считается ситуация, ко­гда тест-объект, имитирующий цель или фон, полностью заполняет все угловое поле ИКС, в которое не попадает излучение посторонних источников.

Небольшие размеры изображения тест-объектов, имитирующих многие реальные цели, ограничивают число пикселов МПИ, участвующих в усреднении снимаемых с них (с отдельных каналов ФПУ) сигналов. Это нужно для снижения уровня шума и увеличения тем самым динамического диапазона характеристики преобразования А^вых =/(ЛГ) за счет уменьшения ДГп.

Если тест-объект или его элемент создает изображение, не превышающее размеры чувствительного элемента МПИ, то можно изменять размеры тест-объекта, оставляя постоянной его температуру. Таким образом измеряют так называемую апериодиче­скую передаточную функцию (АПФ), т. е. зависимость выходного сигнала (или норми­рованного его значения) от площади тест-объекта Лто. Идеальная АПФ линейно возрас­тает до тех пор, пока ее аргумент - площадь изображения или угловой размер тест - объекта - не станет равным площади пиксела МПИ или стягиваемому этой площадью углу. Далее с ростом Ат0 значения АПФ остаются постоянными. Реальная АПФ имеет вид монотонно возрастающей кривой, асимптотически приближающейся к постоянно­му значению АПФ, соответствующему насыщению выходного сигнала. При измерении АПФ угловые размеры тест-объектов (кругов, квадратов) изменяются в пределах 0,1 ...5 угловых размеров пиксела МПИ. Графики АПФ обычно нормируют, приводя макси­мальное значение выходного сигнала к единице.

Перед определением параметров и характеристик, описывающих чувствительность ИКС, например крутизны зависимости АГВЫХ = ДА7), апериодических передаточных функций, полезно их вычислять, например, по формулам, приведенным в гл. 5, с уче­том спектральных характеристик стенда и испытуемой системы. Затем можно перейти к экспериментальному определению этих параметров и характеристик, учитывая (или отключая) систему автоматической регулировки усиления (АРУ) и принимая во внима­ние отмеченные особенности стенда и другой испытательной аппаратуры.