Основные характеристики оптико-электронных устройств с многоэлементными приемниками излучения

Рассмотрим подробнее основные технические характеристики ОЭУ МПИ, представленных в параграфе 1.1.5 диссертационной работы [42-48].

Тип матрицы

В настоящий момент производители ОЭУ используются 2 типа матриц: CCD (перевод с англ.

В таблице 1.1 представлены основные различия между ПЗС- и КМОП- матрицами.

Таблица 1.1. Различия между ПЗС- и КМОП-матрицами

На протяжении многих лет считалось, что ПЗС-матрица позволяет получить гораздо более качественное изображение, чем КМОП-матрица. Однако современные КМОП-матрицы практически ничем не уступают ПЗС-матрицам, особенно в том случае, если к проектируемым системам не предъявляют слишком высоких требований [49,50].

Размер матрицы

Принято считать размер матрицы в дюймах по диагонали и записывать следующим образом: 1/3", 1/2", 1/4" и так далее.

На качество получаемого изображения влияет главным образом не размер матрицы, а размер отдельного пикселя: чем больше его размер, тем лучше качество формируемого изображение. Поэтому при выборе ОЭУ МПИ для проектируемых ОЭС необходимо учитывать не только размер матрицы, но и количество пикселей.

В таблице 1.2 представлены сравнительные характеристики существующих ОЭУ МПИ, а именно их размер матриц и количество пикселей.

Таблица 1.2 Сравнительные характеристики ОЭУ МПИ

Фокусное расстояние и угол обзора

При выборе ОЭУ МПИ важно обратить внимание на их фокусное расстояние и угол обзора, которые связаны между собой.

На практике фокусное расстояние определяет угол и дальность обзора ОЭУ МПИ:

- чем меньше фокусное расстояние, тем шире угол обзора и тем меньше деталей можно рассмотреть объектов (сцен), расположенных вдали;

- чем больше фокусное расстояние, тем уже угол обзора видеокамеры и тем детальнее изображение удаленных объектов (сцен).

На рисунке 1.9 представлена зависимость получаемых и распознаваемых объектов (сцен) от фокусного расстояния ОЭУ МПИ.

Рисунок 1.9 - Зависимость получаемых и распознаваемых объектов (сцен) от фокусного расстояния ОЭУ МПИ

В зависимости от технического задания необходимо обеспечить рациональный выбор ОЭУ МПИ. Например, если проектируемая система должна анализировать изображения без мелких образов (сцен) на них, то необходимо выбирать ОЭУ МПИ с небольшим фокусным расстоянием и широким углом

обзора. Если же необходимо анализировать и распознавать мелкие образы (сцены) на изображениях, то тогда ОЭУ МПИ с увеличенным фокусным расстоянием позволит решить задачу более качественно.

В таблице 1.3 представлена взаимосвязь фокусного расстояния, угла обзора, дистанции распознавания и других параметров ОЭУ МПИ.

Таблица 1.3. Взаимосвязь фокусного расстояния, угла обзора, дистанции распознавания и других параметров ОЭУ МПИ

Тип объектива

В настоящий момент существует большое количество типов объективов ОЭУ

МПИ (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 - Классификация типов объективов ОЭУ МПИ

Рассмотрим подробнее основные из используемых типов объективов в настоящее время.

Фиксированный объектив - самый простой и недорогой объектив.

Варифокальный объектив - объектив, в котором можно менять фокусное расстояние. Его настройка производится вручную в момент монтажа ОЭУ МПИ.

Трансфакторные (зум-объективы) также предоставляют возможность менять фокусное расстояние с помощью электропривода удаленно в любой момент времени

Панорамный (рыбий глаз) объектив позволяет установить всего одну камеру и достичь при этом кругового обзора.

Pinhole-объектив позволяет вести скрытое наблюдение, благодаря очень маленькому размеру.

Разрешение

Разрешение ОЭУ МПИ может быть измерено в двух видах: в пикселях и в линиях.

Разрешение ОЭУ МПИ в линиях - это количество вертикальных линий (переходов яркости), размещенных на изображении по горизонтали. Данный вид оценки разрешения считается более точным, так как дает представление именно о размере итогового изображения на выходе.

Разрешение ОЭУ МПИ в пикселях относится не к размеру итогового изображения, а к числу пикселей на матрице ОЭУ.

Чувствительность (светочувствительность)

Светочувствительность ОЭУ МПИ может обозначаться либо параметром ISO, либо выражаться в люксах (LUX) и означает минимальное освещение, при котором ОЭУ МПИ будет функционировать и давать итоговое изображение хорошего качества.

В зависимости от поставленной задачи и условий дальнейшей эксплуатации выбор ОЭУ МПИ следует производить, учитывая данный параметр.

В таблице 1.4 представлены различные условия освещенности и их количественные характеристики.

Таблица 1.4. Различные варианты освещенности и их характеристики

Отношение сигнал/шум

Отношение сигнал/шум определяет качество изображения.

В современных ОЭУ МПИ отношение сигнал/шум обеспечивается не ниже 45 децибел.

Частота кадров (скорость потока)

Частота кадров влияет на плавность изображения: чем она выше, тем лучше. Для достижения изображения высокого качества необходима частота не менее 16­17 кадров в секунду. Стандарты PAL и SECAM поддерживают частоту кадров на уровне 25 кадров в секунду, а стандарт NTSC - 30 кадров в секунду. У ОЭУ МПИ профессионального уровня частота кадров может доходить до 120 кадров в секунду.

Классы защиты

Данный параметр особо важен, если оптико-электронная система (ОЭС) будет функционировать в различных погодных условиях.

- класс IP - класс, защищающий от попадания внутрь посторонних предметов различного диаметра (пыль, влага);

- класс IK - класс с антивандальной защитой, обеспечивающий защиту от механического воздействия;

- класс IP66 - класс, обеспечивающий полностью

пыленепроницаемость и сильных водных потоков;

- класс IP67 - класс, обеспечивающий полностью

пыленепроницаемость и кратковременное полное погружение под воду;

- класс IK10 - класс, обеспечивающий стабильную работу в случае попадания 5 килограммового груза с 40 см высоты (энергия удара 20 Дж).

В таблице 1.5 представлены сравнительные характеристики описанных выше ОЭУ МПИ и их основных характеристик.

Таблица 1.5. Сравнительные характеристики ОЭУ МПИ

Рассмотренные выше технические характеристики ОЭУ МПИ важно учитывать при проектировании ОЭС в соответствии с поставленными задачами.

1.2.