Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ИКС

Критерии качества ИКС, являясь мерой успешного выполнения основной задачи, стоящей перед системой, учитывают разнообразные тактико-технические, эксплуата­ционные и технико-экономические требования к ИКС. В последние десятилетия неод­нократно делались попытки сформулировать некоторый обобщенный и комплексный критерий качества ИКС [1, 3, 37, 54, 55 и др.]. Однако, на наш взгляд, следует согла­ситься с авторами [1] в том, что такие критерии обычно формируются на основе субъ­ективных и эвристических соображений, полностью не определяют возможности ИКС при решении конкретных практических задач и часто не способны помочь разработчи­ку аппаратуры оптимизировать ее конструкцию. Поэтому здесь излагаются лишь пер­воначальные сведения о показателях эффективности работы этих систем, наиболее час­то употребляемых в практике их разработки и эксплуатации. Более подробно требова­ния к критериям качества и показателям эффективности ИКС рассмотрены в [1, 34, 37, 116 и др.].

Всю используемую сегодня на практике совокупность критериев качества ИКС можно разделить на следующие группы:

- критерии качества изображения, сформированного ИКС;

- тактико-технические параметры и характеристики аппаратуры;

- показатели эффективности достижения цели, ради которой создается ИКС;

- технико-экономические показатели.

Поскольку несмотря на неоднократные попытки понятие «качество оптического изображения» на сегодня не имеет четкого определения, существуют несколько показа­телей этого качества: геометрооптическая разрешающая способность (пространст­венное или угловое разрешение) аппаратуры, контраст изображения, число переда­ваемых уровней яркости или освещенности (уровней серого), функция передачи моду­ляции, оптическая передаточная функция, функция передачи контраста, степень фо­кусировки изображения и ряд других.

На качество изображения и большинство из перечисленных показателей могут ока­зывать влияние самые различные факторы, например:

- в оптической системе - аберрации, виньетирование, боковые помехи от деталей оптической системы, эффект Нарцисса;

- в фотоприемном устройстве - частичное заполнение площади полевой диафрагмы чувствительными элементами приемника излучения, изменение температуры излучате­ля, неоднородность чувствительности отдельных элементов приемника, насыщение ячеек считывания сигналов (зарядов) с отдельных элементов приемника, растекание за­рядов;

- в электронном тракте - последствия выборки, осреднения и квантования сигналов; фазовые эффекты, возникающие при выборке; неполная коррекция неоднородности па­раметров отдельных чувствительных элементов приемника; нелинейность чувстви­тельности электронного тракта к изменению входного сигнала; погрешности аналого - цифрового преобразования и последующей реконструкции аналогового сигнала;

- в системе отображения - потери в разрешающей способности экрана при форма­тировании изображения по горизонтали и вертикали, недостаточное разрешение дис­плея, дисторсия изображения, ограничение контраста.

К тактико-техническим параметрам и характеристикам ИКС, определяющим воз­можности решения ряда стоящих перед ними задач в различных условиях эксплуата­ции, относятся: отношение сигнал-шум, чувствительность (пороговая чувствитель­ность), обнаружительная способность, эквивалентная шумам обнаруживаемая, или разрешаемая, разность температур и ее зависимость от пространственной частоты (температурно-частотные характеристики), динамический диапазон принимаемых или регистрируемых сигналов, рабочий диапазон спектра, частота кадров, угловые по­ля (обзора и мгновенное), формат видеокадра, число элементов разрешения, однород­ность разрешения и чувствительности по кадру и ряд других. Для ИКС различного назначения в равной степени важны не все из перечисленных параметров и характери­стик, однако большинство из них широко используются на практике.

Показатели эффективности ИКС отражают статистический (случайный) характер процессов решения задач, стоящих перед этими системами. К ним относятся в первую очередь вероятности обнаружения, классификации, распознавания и идентификации объектов, находящихся в угловом поле ИКС, а также средние времена решения этих за­дач. В последние годы в качестве одного из показателей стали использоваться количе­ственные оценки уровня дешифрируемости различных объектов. В [1] описывается ие­рархическая система таких показателей, учитывающая их эффективность при решении задач в статике (при неограниченном времени наблюдения неподвижного поля объектов) и в динамике (при ограниченном времени наблюдения и подвижном поле объектов).

Технико-экономические показатели, к которым можно отнести стоимостные оцен­ки ИКС, ее технологичность, массо-габаритные параметры аппаратуры, время нара­ботки на отказ, энергопотребление и ряд других, тесно связаны с показателями пер­вых трех групп. Зачастую именно они главенствуют на начальных стадиях разработки ИКС (системотехническое и структурное проектирование).

Приведенная классификация показателей (критериев) качества собственно ИКС и их работы во многом условна, поскольку многие из перечисленных критериев часто нахо­дятся во взаимозависимости, а то и просто определяют друг друга. Тем не менее сло­жившееся на практике разделение на отдельные частные критерии, определяющие в своей совокупности показатели эффективности ИКС различного назначения, удобно для структурного и параметрического анализа и синтеза таких систем при их разработ­ке, исследованиях и эксплуатации.

Ряд из перечисленных критериев качества зависит не только от параметров и харак­теристик собственно ИКС, но и от условий их работы. К ним относятся параметры и характеристики наблюдаемых объектов, фонов, среды распространения оптических сигналов. Другой специфичной особенностью некоторых показателей качества является их зависимость от свойств человека - наблюдателя или оператора, работающего с ИКС.

Рассмотрим основные из перечисленных критериев первых трех групп.