Очень часто основной проблемой калибровки всей МОЭС является сложность учета искажений распределения освещенности в плоскости чувствительного слоя МПИ из-за собственного теплового излучения оптических деталей системы, снижающего контраст в изображении наблюдаемой сцены и изменяющего структуру этого изображения.
Разнообразие условий эксплуатации многих МОЭС, например, достаточно быстрые изменения температуры этих деталей, изменение оптической схемы системы в процессе ее работы, например, в системах переменного увеличения, приводит к тому, что яркость излучения, поступающего от этих деталей на приемник, или условия их «наблюдения» приемником меняются, что очень трудно учесть заранее, т.е. при предварительной калибровке и корректировке. Часто так же трудно описать аналитически процесс образования и изменения этой паразитной составляющей общей освещенности на приемнике, поскольку температурные поля в реальных конструкциях весьма сложны, нестабильны в пространстве и во времени и не могут рассматриваться стационарными при изменениях температуры.
В этой связи представляют интерес методы, использующие априорные по отношению к условиям эксплуатации аппаратуры ее лабораторные исследования и испытания в сочетании с калибровкой и коррекцией параметров системы в процессе ее работы. Последние могут в значительной степени учесть вредное нестабильное влияние собственного теплового излучения деталей конструкции. Так например, для двухдиапазонной аппаратуры воздушной разведки LOROP, разработанной фирмой ELOP (Израиль), было предложено проводить определение пропускания оптической системы для каждого пиксела МПИ, т.е. для коррекции влияния виньетирования, зависимости cos4щ и других геометрооптических факторов, с помощью встроенного в оптическую схему эталонного излучателя - черного тела с изменяемой температурой [113,150]. Этот же излучатель используется для периодической двухточечной коррекции неоднородности параметров ФПУ. Наряду с этим, главным образом, для осуществления коррекции влияния собственного теплового излучения оптической системы в спектральном диапазоне 3,8…4,5 мкм в качестве эталонного излучателя в процессе полета используется одна из плоских внутренних поверхностей корпуса аппаратуры. Изменение температуры этой поверхности соответствует изменению температуры окружающей аппаратуру среды, что позволяет проводить одноточечную коррекцию коэффициентов усиления и напряжений смещения элементов ФПУ. В [113] описываются алгоритмы такой коррекции.
Столь же важной как калибровка и последующая корректировка параметров оптической системы МОЭС является калибровка МПИ. обычно она осуществляется путем сочетания оптических и электронных методов применительно к отдельным спектральным каналам системы (для отдельных рабочих диапазонов). При этом основная аппаратура, используемая при калибровке отдельных спектральных каналов и МОЭС в целом, остается обычно той же, что при калибровке однодиапазонных ОЭС, т.е. используются черные тела, коллиматоры и другие приборы, часто снабженные дополнительными узлами для выделения рабочих диапазонов МОЭС.
Вместе с тем рядом зарубежных фирм созданы специальные установки для калибровки МПИ, могущих входить в состав МОЭС. Так, фирмой ONERA (Франция) разработана установка для исследований и калибровки МПИ на базе СКЯ формата 640х512, позволяющая определять спектральные характеристики отдельных пикселов в диапазоне 1,3…20 мкм с разрешением 16 см-1, а также исследовать зависимость этих характеристик от таких параметров МПИ как: толщина подложки; период дифракционной решетки, формируемой на поверхности МПИ на базе СКЯ; расстояние между дифракционной решеткой и чувствительным слоем МПИ [70]. Функциональная схема установки приведена на рис.16. Ее основу составляет инфракрасный Фурье-спектрометр (ИКФС), позволяющий получить спектральную характеристику МПИ в виде изменяющегося во времени сигнала - интерферограммы. Спектральная характеристика отдельного (i, j)-го пиксела Sij(л) образуется в результате сравнения сигнала, снимаемого с пиксела исследуемого МПИи, с эталонным сигналом Sэ(л), образуемым либо эталонным приемником МПИэ, входящим в состав ИКФС, либо внешним источником ИК-излучения (ВИ) с однородной интенсивностью. Подвижное зеркало интерферометра И синхронизировано с разверткой во времени выходного сигнала. В каждом из положений k этого зеркала выборка сигнала осуществляется в течение нескольких десятков миллисекунд. Число таких выборок достигает нескольких тысяч. Для каждого пиксела Фурье-преобразование интерферограммы I как функции k в блоке ФП образуется в виде спектра Bij(л), равного произведению спектра известного эталонного сигнала Sэ(л) на искомую спектральную характеристику Sij(л).
Результаты исследований, описанных в [70], показали, что на вид спектральной характеристики в большей степени влияет изменение толщины подложки МПИ (типичные значения 0,3 мкм от пиксела к пикселу), нежели изменения расстояния между дифракционной решеткой и чувствительным слоем приемника (типичные значения 0,05 мкм).
С учетом сложности аппаратуры для калибровки МОЭС и её отельных узлов весьма полезными могут оказаться средства математического (компьютерного) моделирования, сведений о которых в открытых научно-технических публикациях очень мало, хотя высокая эффективность такого моделирования при использовании пакетов программ Mathlab и ZEMAX-EE уже подтверждена [135].
Список литературы
1.АлеевР.М.,ИвановВ.П.,ОвсянниковВ.А.Основытеориианализаисинте- завоздушнойтепловизионнойаппаратуры.-Казань:Изд-воКазан.ун-та, 2000.-252с.
2.БандиБ.Методыоптимизации.Вводныйкурс:пер.сангл.-М.:Радио исвязь,1988.-128с.
3.Бэттвейлер Т. Оптимальные модуляционные характеристики инфра- красныхсистемприAMиЧМ//Зарубежнаярадиоэлектроника,1962.№4. С.76-82.
4.Воронкова Е.М., Гречушников Б.Н., Дистлер С.А. Оптические материалы дляинфракраснойтехники.-М.:Наука,1965.-335с.
5.Высокоточныеугловыеизмерения/Д.А.Аникст,К.М.Константинович, И.В.Меськинидр.;подред.Ю.Г.Якушенкова.-М.,1987.-480с.
6.Вычислительная оптика: справочник / М.М. Русинов, А.П. Грамматин, П.Д.Ивановидр.;подобщ.ред.М.М.Русинова.-Л.:Машиностроение. Ленингр.отд-ние,1984.-423с.
7.ГрузевичЮ.К.Оптико-электронныеприборыночноговидения.-М.:ФИЗ- МАТЛИТ,2014.-276с.
8.ДаниловЕ.П.,ЛуцивВ.Р.Нейронныесети:современноесостояниеипер- спективы//Оптико-механическаяпромышленность.1991.№4.С.20-33.
9.Демин А.В., Которский Н.С. Имитационное моделирование информа- ционно-измерительных и управляющих систем. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007.-139с.
10.Дубиновский А.М., Панков Э.Д. Стендовые испытания и регулировка оптико-электронныхприборов.-Л.:Машиностроение,1986.-152с.
11.Елизаренко А.С., Соломатин В.А., Якушенков Ю.Г. Оптико-электронные системывисследованияхприродныхресурсов.-М.:Недра,1984.-215с.
12.ЗапрягаеваЛ.А.,СвешниковаИ.С.Расчетипроектированиеоптических систем: учебник для вузов: в 2 ч. - изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Изд-во МИИГАиК,2009.-Ч.1-350с;ч.2-258с.
13.ЗуевВ.Е.,КабановМ.В.Переносоптическихсигналоввземнойатмосфе- ре(вусловияхпомех).-М.:Сов.радио,1987.-368с.
14.Ишанин Г.Г., Козлов В.В. Источники оптического излучения. - С.Пб.: Политехника,2009.-415с.
15.Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Челибанов В.Д. Приемники оптического излу- чения.Учебникдлявузов.-С.Пб.:Папирус,2004.-240с.
16.КатысГ.П.Восприятиеианализоптическойинформацииавтоматиче- скойсистемой.-М.:Машиностроение,1986.-416с.
17.Каценбоген М.С. Характеристики обнаружения. - М.: Сов. радио, 1965.-96с.
18.Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. - М.: Машиностроение, 1985.-128с.
19.КриксуновЛ.З.Справочникпоосноваминфракраснойтехники.-М.: Сов.радио,1978.-400с.
20.Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов: учебник длявузов.-СПб.:Лань,2015.-560с.
21.Левшин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленга- ции.-М.:Машиностроение,1978.-168с.
22.ЛлойдДж.Системытепловидения:пер.сангл.подред.А.И.Горячева.- М.:Мир,1979.-416с.
23.Мак-КартниЭ.Оптикаатмосферы.-М.:Мир,1979.-421с.
24.Методология проектирования оптических приборов: учеб. пособие / А.А. Шехонин, В.М. Домненко, О.А. Гаврилина. - СПб.: Изд-во НИУ ИТМО,2006.-112с.
25.МирошниковМ.М.Теоретическиеосновыоптико-электронныхприбо- ров.-Л.:Машиностроение.Ленингр.отд-ние,1983.-696с.
26.МихеевМ.А.Основытеплопередачи.-М.:Энергия,1977.-344с.
27.НоренковИ.П.Введениевавтоматизированноепроектированиетехниче- скихустройствисистем.-М.:Высш.школа,1986.-304с.
28.ПешельМ.Моделированиесигналовисистем.-М.:Мир,1981.-300с.
29.ПорфирьевЛ.Ф.Основытеориипреобразованиясигналоввоптико-элек- тронныхсистемах.Л.:Машиностроение.Ленингр.отд-ние,1989.-387с.
30.Проектированиеоптико-электронныхприборов.-изд.2-е,перераб. идоп./Ю.Б.Парвулюсов,С.А.Родионов,В.П.Солдатовидр.;подред. Ю.Г.Якушенкова.-М.:Логос,2000.-488с.
31.ПрэттУ.Цифроваяобработкаизображений:пер.сангл.:в2кн.-М.: Мир,1982,Кн.1-312с.,кн.2-480с.
32.РоузА.Зрениечеловекаиэлектронноезрение:пер.сангл.:-М.:Мир, 1977.-216с.
33.РябовС.Г.,ТоропкинГ.Н.,УсольцевИ.Ф.Приборыквантовойэлектрони- ки.-М.:Радиоисвязь,1985.-200с.