Структурная схема такого прибора приведена на рис. 1.2.1

Рис. 10. Структурная схема КТВС.

Рассчитаем динамический диапазон освещённости фотокатода ЭОП. Примем "комфортный" уровень наблюдения обстановки, не приводящий к выгоранию фотокатода, равным 10^-1 лк. Тогда динамический диапазон

 (37)

Применим фотохромный жидкостный светофильтр. Его динамический диапазон равен отношению коэффициентов пропускания в "затемнённом" и "просветлённом" состоянии

 (38)

Тогда динамический диапазон изменения площади открытой части ирисовой диафрагмы камеры

(39)

Диапазон изменения диаметра входного зрачка:

(40)

При диаметре входного зрачка D_max = 250 мм :

 мм(41)

Такое соотношение приводит к:

1) Высоким требованиям к конструкции ирисовой диафрагмы.

2) Сильному вкладу дифракции в кружок рассеяния объектива. При фокусном расстоянии объектива 1307 мм на длине волны излучения 0,85 мкм обусловленный только дифракцией размер кружка рассеяния будет равен:

мм(42),

что совершенно недопустимо.

Вывод: оптимальным вариантом реализации КТВС является система с двумя каналами наблюдения (дневным и ночным), переключение между которыми осуществляется при определённом уровне освещённости, определяемом оператором.

Анализ основных вариантов исполнения НУТВ.

Выделим два основных эргономических требования к такой системе:

1) Удобство наблюдения. Оператор должен иметь возможность наблюдать сцену на мониторе, в комфортных для своего зрительного анализатора условиях.

2) Возможность цифровой обработки для улучшения изображения и процесса распознавания.

Очевидно, что единственной системой ночного канала, удовлетворяющей этим требованиям, будет НУТВ – низкоуровневая телевизионная система.

Рассмотрим разные варианты реализации НУТВ.

1. Наиболее простое решение - присоединение к ПНВ вместо окуляра телекамеры. Некоторые ПНВ комплектуются адаптерами для присоединения телекамер, легко осуществляемого самим пользователем прибора.

С помощью специальных адаптеров экран ЭОП может быть оптически сопряжен с матрицей ПЗС ТВ видеокамеры. Это достигается с помощью оптики переноса изображения. Это позволяет получить изображения на электронных носителях, упрощает и ускоряет процесс создания изображений, их тиражирования, допускает их обработку в реальном масштабе времени или с накоплением информации. При этом ПНВ выполняют в виде малогабаритной насадки для фото- или видеокамеры. Для того чтобы перенести изображение с экрана ЭОП ПНВ на светочувствительный элемент фото- или видеокамеры, чаще всего применяют линзовые адаптеры, которые входят в комплект ПНВ. Типичная оптическая схема такого адаптера дана на рис. 21. Адаптеры называют линзами Релея. Они могут переносить изображение в масштабе 1:1, либо с увеличением 1,5 – 2,5^х, либо с уменьшением до 0,5^х. Уменьшение часто бывает необходимо для согласования линейных полей зрения экрана ЭОП и матрицы ПЗС, а также для повышения ее освещенности. Относительное отверстие адаптера может быть от 1:1,5 до 1:6, фокусное расстояние от 15 до 40 мм.

2. Использование ЭОП и ПЗС матрицы в одном приборе. ПЗС – матрица с электронной чувствительностью, TEP-фотокатод.

Разработка таких систем стала возможна благодаря созданию ЭОП с фотокатодом на основе барьеров Шоттки – так называемым ТЕР-фотокатодом (ТЕР – Transferred Electron Photocathode). На рис. 22 представлена кривая спектральной чувствительности ТЕР-фотокатода (кривая 1) в сравнении с кривой чувствительности обычного фотокатода ЭОП III поколения. Принимая во внимание меньшую чувствительность ТЕР-фотокатода, представляется целесообразным использовать его в ТВ-камере на базе ПЗС с электронной бомбардировкой. На рис. 23 представлена схема построения такой ТВ-камеры, где 1 – ТЕР-фотокатод; 2 – поток электронов; 3 – вакуумированный объем; 4 – матрица ПЗС; 5 – видеоусилитель; 6 – жидкокристаллический (ЖК) ТВ-монитор. Разработана ТВ-камера с форматом 2/3 дюйма, числом пикселей 768х244, при частоте кадров 60 Гц. Предельная разрешающая способность ТВ-камеры составляет 45 л/мм. При работе ТВ-камеры в течение 12000 часов чувствительность фотокатода падает на 50%. ТВ-камера допускает режим стробирования. Это позволяет использовать ее совместно с импульсным лазерным осветителем, генерирующим на длине волны 0,85 мкм, в качестве активно-импульсной ТВ-системы. При этом время фронта и среза импульса строба не превышает 100 нс. При напряжении 2 кВ коэффициент усиления камеры свыше 150. В ТВ-камере отсутствуют обычные для ЭОП III поколения микроканальная пластина и волоконно-оптические детали, снижающие качество изображения. Видеосигнал с выхода матрицы ПЗС (4) усиливается в видеоусилителе (5) и поступает в ЖК ТВ-монитор (6), на экране которого создается ТВ-изображение.

3. Использование ЭОП и ПЗС матрицы в одном приборе. Перенос изображения с экрана ЭОП на чувствительный слой ПЗС-матрицы осуществляется проекционным объективом.

Функциональную схему такого устройства можно представить следующим образом:

Рис. 11. Функциональная схема ночного телевизионного канала.

Объектив 1 - приемный объектив; ЭОП - электронно-оптический преобразователь; объектив 2 - проекционный объектив; камера - видеокамера с ПЗС.

Электронно-оптический преобразователь предназначен для формирования на люминесцентном экране ЭОП усиленного по яркости изображения.

Проекционный объектив переносит изображение с люминесцентного экрана ЭОП на ПЗС телевизионной камеры.

Видеокамера с ПЗС формирует телевизионный сигнал ночного канала.

Видеокамера с ФПМ ПЗС формирует полный телевизионный видеосигнал, который по кабелю связи поступает в блок электронной обработки и в комплекс средств автоматики. Из блока обработки полный видеосигнал в аналоговом виде поступает на блок индикации.

4. Использование ЭОП и ПЗС матрицы в одном блоке. Перенос изображения с экрана ЭОП на чувствительный слой ПЗС-матрицы осуществляется волоконной пластиной.

Функциональную схему такого устройства можно представить следующим образом:

Расчёт таких систем почти аналогичен расчёту предыдущей.

Преимущество: в десять раз больший КПД переноса. Если проекционным объективом переносится порядка 6% светового потока, то ВОП переносится порядка 60% светового потока, излучаемого люминофорным экраном ЭОП.

Рис. 12. Функциональная схема ночного телевизионного канала.

ЭОП - электронно-оптический преобразователь с люминесцентным экраном на выходе; ВОП - волоконно-оптическая пластина; S1, S2, S3 - оптические сигналы: S1 - от объекта наблюдения и фона; S2 - от люминесцентного экрана ЭОП; S3 - после прохождения через ВОП; S4 - электрический сигнал на выходе ФПМ ПЗС.

Недостаток: ВОП имеет разрешающую способность около 30…40 л/мм, что критично сказывается на предельной дальности распознавания небольших объектов. Однако при использовании ЭОП четвёртого и пятого поколений, имеющих большую разрешающую способность, применение ВОП может быть целесообразно.

В данном проекте будет воплощен вариант 3 , так как он имеет явные преимущества:

· По сравнению с вариантом 1 более удобен в эксплуатации, устойчив к внешним воздействиям, лучше качество изображения, меньше энергетических потерь.

· По сравнению с вариантом 2 более высокое отношение сигнал/шум, которое можно получить, не прибегая к сложному охлаждению.

· По сравнению с вариантом 4 лучше качество изображения.