Публикации автора

Рассмотрены способы и принципы реализации алгоритмов обработки сигналов многоэлементного фотоприемного устройства ИК-диапазона посредством использования жесткой логики программируемой логической интегральной микросхемы (ПЛИС). Представлены схемотехнические решения построения алгоритмов. Приведены результаты практического использования реализованных алгоритмов. Алгоритмы цифровой обработки сигналов реализованы на микросхеме программируемой логики серии Cyclone фирмы Altera.

Приведены сведения по современным системам цифровой обработки сигналов. Рассмотрены отечественные модули цифровой обработки сигналов матричного фотоприемного устройства. Показаны возможности создания модуля обработки тепловизионного массива данных, получаемого от матричного фотоприемника размером 640x480 элементов с использованием электронного двухмерного сканирования поля обзора. Рекомендации по созданию модуля даны с позиции минимального энергопотребления и габаритов, максимальной производительности и гибкости системы обработки сигналов.

Представлены результаты исследования чувствительности фотоэлементов матричных фотоприемных устройств (ФПУ) производства Sofradir, ИФП СО РАН и ФГУП «НПО ″Орион“» при прохождении ФПУ циклов заморозки при температуре от 293 до 77 К. Рассмотрены зависимости чувствительности элементов от температуры абсолютно черного тела (АЧТ). Дана оценка частоты появлений дефектных по чувствительности элементов при разных температурах АЧТ и многократных циклах заморозки ФПУ. Предложен алгоритм обнаружения дефектных по чувствительности элементов приемника. Рабочий диапазон длин волн исследуемых приемников соответствует дальней ИК‐области 8—14 мкм.

Представлены принципы и алгоритмы обработки, служащие для повышения качества тепловизионных изображений. Алгоритмы служат для работы с изображениями, получаемыми от матричных фотоприемных устройств (ФПУ) на основе HgCdTe. Процедуры улучшения изображения включают в себя коррекцию неоднородности чувствительности элементов приемника и поиск, а затем устранение его дефектных элементов. Дополнительно для устранения артефактов изображения применена система цифровых фильтров. Алгоритмы реализованы на основе микросхемы программируемой логики Cyclone EP2C50F672I8.

В работе изложен метод фильтрации остаточной неоднородности изображения в сканирующих тепловизорах на основе частотного разложения, что позволяет получить его главное свойство — нечувствительность к разнообразию сцен наблюдения. Метод не ухудшает параметра МРРТ тепловизоров, отличается простотой реализации и позволяет осуществлять коррекцию изображения в реальном времени.

Представлены результаты разработки тепловизионного прибора на базе ФПУ ФЭМ10М производства АО «НПО «Орион». В результате выполнения мероприятий по доработке конструкции ТПК-З под отечественный фотоприемник был разработан, настроен и испытан тепловизионный прибор ТПК-ЗР на базе отечественной многорядной линейки. Прибор не уступает в характеристиках МРРТ и РТЭШ тепловизору, использующему импортный фотоприемник. Используемый в приборе ТПК-ЗР комплекс алгоритмов обработки изображения позволяет получить качество тепловизионного изображения не хуже изображения, получаемого с прибора ТПК-З. Развитием полученного результата может стать выполнение комплекса мероприятий, направленных на достижение полной автоматизации калибровочных процессов в ТВП.

Представлены результаты разработки систем микросканирования для тепловизоров третьего поколения на основе пьезоэлектрического и электромагнитного приводов. Приведены основные технические характеристики микросканеров, дана их сравнительная оценка.

В работе изложен метод фильтрации остаточной неоднородности и дефектов изображения в матричных тепловизорах на основе частотного разложения с использованием микросканирования. Метод не ухудшает пространственное разрешение и РТЭШ тепловизоров. Приведены результаты применения метода в тепловизионных каналах, использующих фотоприемники производства ИФП СОРАН трех типов: КРТ320256, КРТ384288, QWIP384288.

В работе ставится задача получения критерия качества фотоприемника, определяющего его способность формировать качественное тепловизионное изображение. Рассматривается прямая задача получения тепловизионного изображения при выполнении коррекции сигнала фотоприёмника по одной точке. Критерий качества найден как функционал невязки обратной оптимизационной задачи, а его минимизация является оптимизацией технологии изготовления матрицы фоточувствительных элементов (ФЧЭ). Критерием является величина Ск, равная отношению пространственного шума к временному шуму: если величина Ск стационарна во времени, а ее значение 0 ≤ Ск ≤ 1, то фотоприемное устройство способно формировать качественное тепловизионное изображение и технология изготовления матрицы ФЧЭ является оптимальной по критерию минимизации величины пространственного шума. Показано, что для матричных (Ск ≈ 0,9–1,0) и линейчатого (Ск ≈ 0,9) фотоприемников «Софрадир» величина Ск ≤ 1, для линейчатых фотоприемников НПО «ОРИОН» и ИФП СО РАН величина Ск > 1 (Ск ≈ 1,1–1,2). Отечественные матричные фотоприёмники ИФП СО РАН показали перспективу на достижение показателя Ск ≤ 1 при использовании технологии получения матриц ФЧЭ на подложках из кремния.

В работе обоснована необходимость учета качества коррекции неоднородности чувствительности фотоприемника при проектировании тепловизионных приборов. Изложены результаты исследования эффективности метода фильтрации остаточной неоднородности с использованием микросканирования. Показано, что использование метода фильтрации снижает уровень шумов: временного – в 1,57 раза, пространственного – в 5,2 раз. Это улучшает показатель РТЭШ тепловизионного канала в 3,24 раза.

Разработана конструкция и изготовлены матричные ФЧЭ форматом 384288 элементов с шагом 25 мкм с длинноволновой границей чувствительности по уровню 0,5 около 9,5 мкм. Средняя величина R0А фотодиодов по всему массиву матрицы равна 100 Ом см2. Разработаны схема и топология, по которым изготовлены матричные высокоскоростные мультиплексоры форматом 384288 элементов с шагом 25 мкм, обеспечивающие рабочие режимы на тактовой частоте до 20 МГц. Методом гибридной сборки на индиевых столбах изготовлено матричное ФПУ форматом 384288 элементов с шагом 25 мкм с параметрами: средняя величина NETD < 30 мК, количество работоспособных элементов > 97 %. Использование мезатравления для разделения отдельных фотодиодов снижает фотоэлектрическую связь и обеспечивает высокое пространственное разрешение матричного ФПУ, равное 11,25 штр/мм. Представлены примеры использования системы микросканирования для снижения дефектных пикселов в кадре изображения и/или увеличения формата кадров до 768576. Показано, что в результате использования микросканирования в тепловизионном канале на основе разработанного ФПУ при переходе к формату 768576 получено улучшение пространственного разрешения в 1,4 раза при одинаковой величине минимально разрешаемой разности температур (МРРТ), а МРРТ на частоте 0,44 мрад-1 уменьшается с 1,6 К до 0,9 К по сравнению с исходным форматом 384×288.

Представлены результаты разработки устройств микросканирования для тепловизоров третьего поколения на основе вращения пластин из Ge на базе коллекторного электродвигателя и двигателя с внешним ротором. Приведены основные технические характеристики микросканеров, дана их сравнительная оценка. Разработан и опробован метод контроля функционирования микросканеров, позволяющий осуществлять их юстировку как на этапе производства, так и на этапе использования в составе тепловизионных каналов. По результатам расчетов, абсолютная погрешность метода составила 4 мкм, что подтверждено натурными измерениями.