Д. т. н. Будаи Б. Т., Снегин К. А.

Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ЭФФЕКТИВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ПРИ РЕШЕНИИ ОХРАННЫХ ЗАДАЧ

 

В настоящее время все чаще возникают задачи высокоэффективного обнаружения объектов в сложных условиях наблюдения: при плохой видимости, на больших дальностях , при малых размерах объектов

Известно, что при выборе спектральных диапазонов для обнаружения объектов кроме ограничений по ослаблению сигнала в атмосфере другим ограничивающим факторов является дифракция, так как разрешающая способность изображения   пропорциональна длине волны   и обратно пропорциональна апертуре передающей антенны   [1, c . 281]

.

В отличие от задач военного назначения, кроме вышеназванных ограничений, при создании охранных систем (ОС) имеются другие ограничения, заключающиеся в том, что ОС должны быть малогабаритны, скрытны и недороги.

Активная радиолокация позволяет эффективно обнаруживать объекты в сложных условиях наблюдения. Однако в соответствии с выражением (2) даже в наиболее коротковолновом диапазоне при длине волны   требуемый диаметр антенны , что в большинстве случаев применения ОС недопустимо. Кроме того, активный способ локации не обеспечивает скрытность.

Для обеспечения малогабаритности и скрытности применяют оптические системы. Однако в оптическом диапазоне длин волн, в отличие о радиолокационного, велико затухание в атмосфере, определяемое коэффициентом затухания   [2, с. 186]: , где показатель затухания как функция средней длины волны принимаемого диапазона . При наиболее вероятных метеовидимостях

,

где   измеряются в км, в мкм.

Из выражения (3) следует, что лучшее пропускание в тепловизионном диапазоне при длине волны . При этом разрешающая способность изображения (2) достигается даже при малых размерах объектива . Но эффективные ТПВ стоят порядка 300 тыс.дол., что для многих ОС дорого.

Для обеспечения малых габаритов, приемлемой стоимости ОС применяют типовой телевизионный диапазон, при этом   и . Малая средняя длина волны приводит к большому затуханию в атмосфере. Поэтому при плохой видимости применяют лазерную подсветку. Однако даже такие меры приводят к малой дальности обнаружения [3]

,

вместо требуемых значений (1).

Таким образом, применение традиционных телевизионных приемников сомалой средней длиной волны и лазерной подсветкой, во-первых, приводит к малой дальности обнаружения (4); во-вторых, не обеспечивает скрытность.

Для решения вышеизложенных задач можно использовать видео камеру WAT-910HX японской компании Watec Co. [4]. Во-первых, средняя длина волны этой камеры смещена в длинноволновую область, что обеспечивает большую среднюю длину волны , и как следствие, меньшее затухание в атмосфере (3); во-вторых, камера формирует изображение с разрешением

Видеокамера функционирует при освещенностях до 0,000005 лк, что соответ­ст вует беззвездной ночи. На рис. 1 представлены изображения, наблюдаемые на дальности, соответствующей (1): полученные обычной видеокамерой (рис. 1а), видеокамерой WAT-910HX (рис. 1б).

Из рис. 1б видно, что разрешающая способность изображения меньше рекламируемой (5). Это обусловлено тем, что обычно указывается максимальная разрешающая способность при оптимальной яркости (рис. 2а). При уменьшении яркости изображения разрешающая способность значительно уменьшается, что видно из рис. 2г, рис. 2в, рис. 2б. Однако это уменьшение удается компенсировать электронным способом практически до значений (5) (рис. 1в) [5, c. 88]. При этом следует отметить, что стоимость ОС с использованием видеокамеры WAT-910HX не более 5 тыс. долл., что обычно не превышает допустимых затрат на приобретение ОС.

Таким образом, для решения охранных задач проанализирована возможность эффективного не только обнаружения, но и распознавания изображений объектов. При этом показано, что возможно одновременно обеспечить требуемую чувствительность, высокую разрешающую способность, а также малогабаритность, скрытность и малую стоимость охранных систем. Это достигается при использовании высокочувствительных телевизионных систем, у которых принимаемый диапазон смещен в область длинных волн, а также при использовании электронной компенсации «смаза» изображений.

 

Рис. 2. Изменение разрешающей способности изображений

в зависимости от относительной яркости объекта

 

Список использованных источников:

1.     Якушенков Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов / Ю. Г. Якушенков. – М.: ЛОГОС, 1999. – 480 с.

2.     Криксунов Л. З. Справочник по инфракрасной технике / Л. З. Криксунов. – М.: Сов. радио, 1978. – 400 с.

3.     Тактико-технические характеристики оптико-электронной системы СФЕРА-06 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.npo-karat.ru/catalog/11-26/

4.     Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.armosystems.ru/system/black-white_cameras.ahtm

5.     Василенко Г. И. Восстановление изображений / Г. И. Василенко, А. М. Тараторин. – М.: Радио и связь, 1984. – 304 с.