Журнал "Системы Безопасности" № 3‘2024

В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е И В И Д Е О А Н А Л И Т И К А 39 что дает дополнительную информацию о наблюдаемых объектах и обуславливает большое количество применений (наиболь- шее различие в поведении спектров поглоще- ния/отражения наблюдается в спектральном диапазоне 2,2–2,4 мкм); l возможность обнаружения большинства типов лазеров, используемых для дальномет- рии и целеуказания; l возможность использования диапазона для высокотемпературной термографии, посколь- ку собственное излучение в Кв иК-диапазоне (0,9–1,7 мкм) образуется у объектов с тем- пературой свыше 100 °С; l высокая способность обнаружения процессов горения; l очень высокие контрасты днем в солнечную погоду, сильная зависимость изображения от интенсивности солнечного излучения. Основными областями применения оптико- электронных систем коротковолнового иК-диа- пазона являются системы наблюдения, обнару- жения лазерного излучения, спектрального ана- лиза, высокотемпературной термографии. Камеры Кв иК-диапазона обеспечивают наблю- дение в условиях задымления и тумана, когда контраста объектов сцены недостаточно для телевизионного и теплового каналов (рис. 2). в коротковолновом иК-диапазоне также воз- можно обнаружение очагов возгорания: огонь дает высокий контраст изображения, а дым в Кв иК-диапазоне более "прозрачен", чем в видимом, что позволяет быстро и точно опре- делить очаг возгорания (рис. 3). наиболее используемый спектральный диапа- зон для задач наблюдения – 0,95–1,65 мкм. Такие ФПУ выполнены на основе InGaAs на под- ложке InP. для систем наблюдения, предназна- ченных для решения задач посадки самолетов в сложных метеоусловиях, требуются ФПУ с расширенной длинноволновой границей излучения (до 2,5 мкм). ФПУ, чувствительные в данном спектральном диапазоне, менее рас- пространены из-за высокой стоимости, которая обусловлена необходимостью применения дру- гого состава InGaAs. в современных оптико- электронных системах коротковолнового иК- диапазона используются матричные ФПУ фор- мата 640х512. При этом уже заметна тенденция перехода в системах наблюдения на матрицы формата 1280х1024 с уменьшенным шагом (10–12 мкм). Увеличение формата матриц поз- воляет повысить дальность обнаружения и рас- познавания, а также отказаться от механическо- го зума в пользу цифрового, сокращение шага позволяет уменьшить габариты оптико-элек- тронных систем за счет снижения габаритов оптики. При этом стоит отметить, что уменьше- ние шага имеет и негативную сторону: пиксели меньшего размера обеспечивают худший поро- говый поток. Передовой разработкой в области ФПУ для систем наблюдения является IMX992 компании Sony. данное ФПУ имеет шаг пикселя 5,32 мкм, формат 2592х2056 и спектральный диапазон 0,4–1,7 мкм. в Российской Федера- ции разработкой камер Кв иК-диапазона зани- мается аО "нПО "Орион" (рис. 8). Системы высокотемпературной термографии для про- мышленных производств во многом схожи с системами наблюдения, но предъявляют дополнительные требования к стабильности параметров ФПУ, которая нужна для проведе- ния достоверных измерений. Требования по формату и спектральному диапазону в этом случае не являются принципиальными, однако чем больше формат, тем более детально можно рассмотреть измеряемый объект, и чем длиннее длинноволновая граница, тем меньше темпера- тура, которая может быть измерена. Оптико-электронные системы средневолнового ИК-диапазона диапазон длин волн от 3 до 5 мкм называется средневолновым (Св) иК-диапазоном, основ- ными особенностями Св иК-диапазона являет- ся следующее: l изображение формируется как за счет собст- венного излучения тел, так и за счет отражен- ного солнечного излучения; l довольно высокие перепады яркости днем в солнечную погоду из-за наличия солнечного излучения (особенно на облаках); l процессы горения вследствие излучения нагретых молекул углекислого газа дают заметный вклад за счет люминесценции в диапазоне 4,0–4,2 и 4,4–4,8 мкм (в том числе авиационные двигатели); l наблюдаемые в тепловизионный прибор теп- ловые контрасты при температуре объектов менее 40 °С в диапазоне 3–5 мкм ниже, чем в 8–12 мкм; l в случае высокой влажности без наличия аэрозолей (дымок, туманов) пропускание в диапазоне 3–5 мкм значительно лучше, чем в 8–12 мкм; l при наличии аэрозолей пропускание в сред- неволновом иК-диапазоне лучше, чем в коротковолновом, но хуже, чем в длинно- волновом иК; l размер дифракционного пятна рассеяния опти- ческой системы близок к длине излучения и размеру фоточувствительного элемента, поэто- му разрешение достаточно для формирования достаточно качественного изображения; l ряд газов имеет области поглощения в диа- пазоне 3–5 мкм, что позволяет проводить их обнаружение при применении специализиро- ванных спектральных фильтров; l ФПУ Св иК-диапазона могут работать как при охлаждении до температуры 80 К, так и при повышенной температуре, такие камеры уда- ется сделать малогабаритными и c низким потреблением. Системы наблюдения средневолнового иК- диапазона обычно используются в качестве второго информационного канала в оптико- электронной системе. Как тепловизионный канал системы Св иК-диапазона конкурируют с системами длинноволнового (дв) иК-диапа- зона, при этом Св иК-диапазон был освоен раньше вследствие относительной дешевизны и простоты устройства ФПУ по сравнению с аналогичными устройствами дв иК-диапазо- на, которые активно развиваются в настоящее время. Поэтому выбор рабочего диапазона зависит от решаемых задач и бюджета. Спек- тральный диапазон систем наблюдения, как правило, ограничен пропусканием охлаждаемых фильтров и составляет примерно 3,6–4,9 мкм. Такой спектральный диапазон обеспечивает оптимальное подавление фоновых помех и атмосферы, а также лежит вблизи макси- мальной спектральной чувствительности ФПУ. Основной особенностью тепловизоров Св иК- диапазона является невысокое относительное отверстие объектива (до 1:5,5), что позволяет делать малогабаритную, "дешевую" оптику с большим фокусным расстоянием и хорошим разрешением. При этом стоимость охлаждае- мого ФПУ второго поколения Св иК-диапазо- на существенно выше, чем у неохлаждаемого микроболометра дв иК-диапазона, но ниже, чем у охлаждаемого дв иК ФПУ. По этим при- чинам экономическая целесообразность использования тепловизионных систем Св иК- диапазона наступает при задачах распознава- ния объектов на дальностях выше 4 км, а обна- ружения – свыше 10 км. При этом системы www.secuteck.ru июнь – июль 2024 СПЕЦПРОЕКТ ТЕПлОвизОРы для ПРОизвОдСТв и ОхРанных СиСТЕм Рис. 2. Изображение бетонной взлетно-посадочной полосы через туман в видимом (а), коротковолновом ИК (б) и средневолновом ИК (в) диапазонах спектра (нижняя граница облаков 80 м, температурный контраст объекта и фона 0,6 °С) Рис. 3. Изображение очага возгорания через дым в видимом (а), коротковолновом ИК (б) и средневолновом ИК (в) диапазонах спектра