Электрооптические системы. Инфракрасные системы формирования изображения (VIR), страница 2

Фотоумножители и фотодиоды являются одноэлементными датчиками. Это означает, что для того чтобы получить изображение, необходимо соединить большое количество одноэлементных датчиков или сканировать цель одним датчиком. Первый вариант можно реализовать только на основе фотодиодов. Устройство такого типа называется прибором с зарядовой связью (ПЗС). Конструктивно ПЗС представляет собой матрицу из приблизительно 1000 идентичных фотодиодных элементов. Каждый элемент состоит из трех компонентов, которые заряжаются до уровня, зависящего от освещенности элемента. В результате определенных манипуляций заряды считываются и формируется изображение.

ПЗС могут быть линейными или плоскими (планарными). Планарные ПЗС имеют ряд преимуществ. Первое состоит в том, что требуется меньшее количество контактов для считывания зарядов. Второе заключается в более высокой восприимчивости прибора.

Примером планарного ПЗС служит видикон, который используется в телевизионных камерах (рис. 6.3). Когда оптический затвор закрыт, поток электронов облучает заднюю плоскость фотопроводящей пластины. Затем поток электронов отключается, а оптический затвор открывается. Фото- проводящая пластина заряжается в соответствии с интенсивностью света. После этого потоком электронов сканируется матрица зарядов на задней плоскости фотопроводящей пластины.

Формирование изображения

            Планарный ПЗС (например, видикон) формирует плоское изображение. Необходимо обеспечить достаточное время для того, чтобы определенное количество фотонов от «картинки» попало на датчик. Если датчик находится в движении относительно цели, то применяется пошаговое формирование изображения, чтобы предотвратить его размывание. На рис. 6.4 представлена схема пошагового формирования изображения при относительном передвижении датчика изображения. Изображение состоит из элементов картинки, которые называются пикселями. Обычно их количество равно 1000х1000.

Вторым способом формирования изображения (при линейном ПЗС или одноэлементном датчике) является сканирование картинки с помощью механики. Датчики при таком способе формирования изображения называются датчиками с постоянным сканированием. Как правило, сканирование осуществляется построчно — платформа с датчиком перемещается так, что расстояние до картинки остается постоянным (рис. 6.5). Такой способ формирования изображения применяется в спутниковых системах.

В случае формирования изображения одноэлементным датчиком требуется другая механика — линейный сканер, который сначала вращается для сканирования строки, а затем передвигается вперед. Такой метод формирования изображения применяется в бортовых системах (аэро и космических). Например, в приборе ТМ спутников Landsat (рис. 6.6).

В данном методе формирования изображения очень важно согласовать скорость вращения датчика при сканировании одной строки со скоростью передвижения вперед, иначе изображение некоторых строк будет утеряно. Допустим, Т — это время, требующееся для сканирования одной строки, а х — ширина строки изображения, тогда скорость передвижения платформы с датчиком должна удовлетворять соотношению:

В приборе ТМ Landsatх = 30 м, скорость движения составляет 6460 м/с, а так как, в соответствии с уравнением (6.1), время сканирования должно быть не более 4,6 мс, то время сканирования прибора было установлено равным 4,5 мс.