Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения

 
 
 
 
 
 
Двух- и многодиапазонные 
оптико-электронные системы 
с матричными приемниками излучения 
 
 
 
 
 

В.В.Тарасов, Ю.Г.Якушенков  

Двух- и многодиапазонные 
оптико-электронные системы 
с матричными приемниками излучения 

Москва  2020 

УДК 621.384.3 
ББК 32.86-5-01 

Т19 

Тарасов В.В., Яêóшенêов Ю.Г. 

Т-19  
Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы

с матричными приемниками излучения. – М.: Университетская книга; Логос, 2020. – 192 с. 

ISBN 5-98704-198-8 

Излаãаются принципы построения оптиêо-элеêтронных

систем с матричными приемниêами излучения, работающих
в двух и более спеêтральных диапазонах. Описываются основные узлы таêих систем: оптичесêие системы выделения
рабочих спеêтральных диапазонов; матричные двух- и мноãодиапазонные (мноãоспеêтральные) приемниêи
излучения; 

системы объединения изображений, получаемых в различных
спеêтральных диапазонах. Приводятся примеры использования двух- и мноãодиапазонных оптиêо-элеêтронных систем в
различных областях науêи, техниêи, народноãо хозяйства, в
военном деле. 

Для разработчиêов и потребителей оптиêо-элеêтронных

средств и методов. Может использоваться в учебном процессе
высших и средних специальных учебных заведений по направлениям в области оптотехниêи, фотониêи и оптоинформатиêи. 

ББК 32.86-5-01 

ISBN 5-98704-198-8 
© Тарасов В.В., Яêушенêов Ю.Г., 2020 
© Университетсêая êниãа, 2020 
© Лоãос, 2020 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ПРЕДИСЛОВИЕ ................................................................... 7 
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ 
ДВУХ- И МНОГОДИАПАЗОННЫХ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ........................................... 9 
 
2. СПЕКТРАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ В 
МНОГОДИАПАЗОННЫХ 
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ .................... 17 
2.1. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 
СПЕКТРАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ .................................. 17 
2.2. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ АТМОСФЕРЫ 
НА КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ ....................... 27 
2.3. ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛОВ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ 
СИСТЕМАХ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ ОБЪЕКТА 
ИЛИ ЕГО ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ................... 34 
2.4. СПЕКТРАЛЬНО-ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ....... 38 
2.5. ВЫБОР ЧИСЛА СПЕКТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ 
И ИХ РАСПОЛОЖЕНИЯ ............................................ 41 

 
3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ 
ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ МНОГОДИАПАЗОННЫХ 
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ 
С МАТРИЧНЫМИ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫМИ 
ПРИЕМНИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ ................................. 53 
3.1. СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ 
РАБОЧИХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ДИАПАЗОНОВ ..................... 53 
3.2. ТРЕБОВАНИЯ К ОПТИЧЕСКИМ СХЕМАМ 
МНОГОДИАПАЗОННЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ 
И ПУТИ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ ......................................... 66 
3.3. ВИДЕОСПЕКТРОМЕТРЫ «СМОТРЯЩЕГО» ТИПА 
(ВИДЕОСПЕКТРОМЕТРЫ С МАТРИЧНЫМИ МПИ) ........... 77 
3.4. ТОМОГРАФИЧЕСКИЕ ВИДЕОСПЕКТРОМЕТРЫ ............... 82 

Оглавление   

 

6

3.5. СПЕКТРОПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЕ МНОГОДИАПАЗОННЫЕ 
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ 
(ВИДЕОСПЕКТРОПОЛЯРИМЕТРЫ) ............................... 85 
3.6. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ 
ОПТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ И КОРРЕКТИРОВКИ 
СПЕКТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ ДВУХ- И МНОГОДИАПАЗОННЫХ 
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ .............................. 90 
 
4. ФОТОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 
ДВУХ- И МНОГОДИАПАЗОННЫХ 
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ......................... 97 
4.1. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ 
ФОТОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ................................... 97 
4.2. ДВУХДИАПАЗОННЫЕ МАТРИЧНЫЕ 
ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ........................................ 98 
4.3. МНОГОДИАПАЗОННЫЕ МАТРИЧНЫЕ ФОТОПРИЕМНИКИ ... 122 
 
5. ОБЪЕДИНЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ 
В РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНАХ СПЕКТРА .............. 129 
 
6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДВУХ- И МНОГОДИАПАЗОННЫХ 
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ В НАУКЕ, 
ТЕХНИКЕ, НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ .................... 144 
6.1. ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОДИАПАЗОННЫХ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ В ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ ........... 144 
6.2. ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОДИАПАЗОННЫХ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ ...... 158 
6.3. СИСТЕМЫ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ................ 162 
6.4. СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРАВООХРАНИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ 
И БОРЬБЫ С ТЕРРОРИЗМОМ ................................... 169 
 
7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ДВУХ- 
И МНОГОДИАПАЗОННЫХ ОПТИКО- 
ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ С МАТРИЧНЫМИ 
ПРИЕМНИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ ............................... 171 
 

БИБЛИОГРАФИЯ .............................................................184 

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Оптико-электронные системы (ОЭС) находят все более 
широкое применение в самых различных областях науки и 
техники. Современный этап их развития характеризуется 
быстрым совершенствованием элементной базы, в частности, развитием оптико-электронных нано- и микротехнологий, созданием матричных многоэлементных приемников излучения (МПИ), позволяющих осуществить «смотрящий» режим работы ОЭС – аналог работы зрительного 
аппарата живых существ. Создаются интегрированные 
конструкции, в которых МПИ объединен с системой обработки электронных изображений.  
Это, в частности, позволяет перейти к решению важнейших практических задач по выделению полезных оптических сигналов и образов на фоне посторонних, мешающих излучающих и отражающих полей путем приема излучения в двух и более диапазонах оптического спектра, 
т.е. к созданию двух- и многодиапазонных ОЭС. Сочетание возможности работать в нескольких диапазонах с высокой разрешающей способностью МПИ открывает большие перспективы  для нового поколения ОЭС.  
Первые образцы двух- и многодиапазонных ОЭС уже 
созданы. Им, особенно двухдиапазонным, посвящено 
большое число публикаций в научно-технической периодике, трудах представительных международных сообществ 
и конференций. Вместе с тем отсутствуют издания, обобщающие накопленный опыт в этой области и содержащие 
сравнительный анализ основных технических решений, 
применяемых при создании таких систем.  
Авторы стремились заполнить этот пробел, правда, не 
рассматривая двух- и многодиапазонные ОЭС на МПИ, 
работающие только в видимом диапазоне, например цветные видеокамеры. Широко используемая в книге аббре

Предисловие   

 

8

виатура МОЭС относится, строго говоря, к многодиапазонным ОЭС. Однако для упрощения обозначений авторы 
во многих случаях используют ее и по отношению к двухдиапазонным ОЭС. 
Математические аспекты обработки сигналов, получаемых в МОЭС, (прежде всего, многочисленные методы 
распознавания – структурный и стохастический подходы, 
метод потенциалов, метод обобщенного портрета, непрерывно-групповой метод и др.) в настоящей книге практически не рассматриваются. Им посвящена обширная специальная литература [1, 2, 5, 8 и др.].  
Основное внимание уделено элементной базе и техническому облику современных МОЭС с матричными МПИ. 
В первых разделах рассматриваются общие принципы 
работы и построения МОЭС. Затем описывается их основная элементная база, включающая оптические системы 
выделения спектральных рабочих диапазонов, матричные 
двух- и многодиапазонные МПИ, системы объединения 
обработанных первичных изображений, получаемых в различных спектральных диапазонах. Быстрое совершенствование элементной базы МОЭС расширяет возможности 
технической реализации методов распознавания и круг их 
практического применения.  
В заключительной части книги приводятся примеры 
использования МОЭС в различных областях науки и техники, в военном деле, а также перспективы их развития, 
т.е. наиболее интересные научные и технические решения, 
которые способствуют дальнейшему развитию и совершенствованию МОЭС. 
Авторы с благодарностью восприняли замечания и пожелания многих своих коллег, а также рецензентов книги – сотрудников кафедры «Лазерные и оптико-электронные системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана, особенно профессора, докт. 
техн. наук Г.М. Мосягина, и заведующего кафедрой оптикоэлектронных приборов и систем СПб. ГУИТМО, профессора, 
докт. техн. наук Э.Д. Панкова. 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 
И КЛАССИФИКАЦИЯ 
ДВУХ- И МНОГОДИАПАЗОННЫХ 
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ 

Многомерность оптических сигналов, возможность принимать и обрабатывать в реальном масштабе времени огромные 
объемы информации выдвигают оптико-электронные системы 
(ОЭС) на первое место среди сложных систем автоматического 
обнаружения и распознавания сигналов на фоне естественных и 
организованных помех. Часто эти задачи могут успешно решаться путем создания ОЭС, работающих одновременно в нескольких 
спектральных диапазонах (многодиапазонных ОЭС – МОЭС). 
Как известно, использование двух и более спектральных диапазонов при спектральной оптической фильтрации заметно повышает эффективность работы ОЭС. При этом дополнительным 
преимуществом является то, что оптимальным диапазоном для 
обнаружения того или иного объекта может быть один, а для его 
идентификации – другой (другие). 
Такие системы, также называемые многоспектральными или 
многоканальными, развиваются уже более трех десятилетий. Они 
находят применение в медицине, при дистанционном зондировании Земли и других планет, в экологическом мониторинге и других областях науки и техники. В ряде важных применений, например в военной технике или на транспорте, они обеспечивают 
круглосуточную работу комплексов, в составе которых работают, 
а также их функционирование в условиях плохой видимости изза наличия дымов, туманов и других факторов. Общепризнано, 
что в ближайшем будущем большинство ОЭС военного назначе