Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ИНФОРМАЦИОННЫЕ КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ИКС

Для оценки предельных возможностей ИКС в последние десятилетия часто исполь­зуют так называемые информационные критерии, базирующиеся на положениях теории
информации. Например, понятие «информационная емкость», позволяющее оценивать системы образования и обработки оптических изображений, характеризует возмож­ность преобразования системой максимального количества информации, переносимого оптическим сигналом в виде потока излучения.

Для фотонной формы представления оптического сигнала в видимой и ближней ин­фракрасной областях оптического диапазона методика оценки информационной емко­сти описана А. Роузом в [49]. Мера этой емкости представляется зависимостью геомет­рического разрешения Л/р от контраста Кт, оцениваемого долей максимального числа фотонов за время одного кадра, порогового отношения сигнал-шум цп и максимальной плотности потока излучения, создаваемого объектом (числа фотонов А^с, приходящих­ся на единицу площади изображения за время одного кадра), имеющей вид

(4.12)

В [55] была обоснована целесообразность ввода критерия «потенциал оптического изображения», позволяющего сопоставить эффективность работы ИКС в различных участках оптического диапазона спектра и сравнить информационную емкость тепло- визионного изображения и изображения, создаваемого зрительным аппаратом челове­ка. В дополнение к [49] методика, изложенная в [55], учитывает ряд особенностей ра­боты тепловизионных ИКС, в первую очередь наличие излучения фона («фонового пьедестала»), которое должно «вычитаться» из сигнала, образуемого ИКС.

Если на изображение объекта (сигнал) с плотностью фотонов А^с накладывается равномерное по угловому полю или площади кадра изображение фона с плотностью

Распределения фотонов по площади ТУ^ф, то максимальное число фотонов, собираемое

2 3

На площади элемента разрешения с размерами с1*с1, равно (А^с +Л^ф)с/ . Сигнал с эле­мента разрешения, например с элемента чувствительной площадки приемника излуче­ния, при заданном контрасте Кт пропорционален величине Киз/^с^, а среднее квадра­тичное значение шума - ^Аг? с +Л^ф</2. Приравнивая отношение сигнал-шум требуемо­му значению цп, можно получить

(4.13)

При ламбертовском характере излучения объекта и фона выражение (4.13) приво­дится к виду

=(#„3 /ц„)8*п2ККлЛ /^шХ/^ДЛ^+Л^ф) =

Где соэ - половина углового размера элемента разрешения (обычно отношение размера чув­ствительного элемента к фокусному расстоянию объектива); - время накопления (время кадра); гд — эффективный квантовый выход оптической системы и фотоприемника;

Л^с и - плотности фотонов сигнала и фона в пространстве объектов соответственно, т. е. числа фотонов, испускаемых с единицы площади плоскости наблюдения за единицу времени в полном апертурном угле; Ртф = #ИЗЛ^С!^чс + А^ф - информационный по­тенциал оптического изображения. Критерий Р„Нф, предложенный в [54], характеризует динамический диапазон и объем информации, носителем которой является излучение объекта наблюдения. Как следует из (4.14), ИКС воспринимает лишь часть этой инфор­мации, определяемую произведением коэффициентов перед Ринф в (4.14).

Предельно достижимый динамический диапазон сигналов от отдельных чувстви­тельных элементов фотоприемника ИКС при т]ч = 1 и равномерной их облученности определяется из (4.12)-(4.14) как [54]

Л-* шах = =«п «з^нфлЯи К - (4.15)

Формулы (4.14) и (4.15) можно использовать для оценки предельных возможностей различных ИКС, для сопоставления различных систем на начальном этапе их проекти­рования.