Применение методов и алгоритмов цифровой обработки изображений в оптико-электронных приборах

Останнім часом цифрова обробка зображень набула особливого поширення. Різноманітність методів і алгоритмів пов’язана з широким спектром проблем, які виникають в оптико-електронних приладах з МПВ, та особливостями функціонування конкретних приладів. Здійснено огляд, систематизацію та аналіз існуючих методів і алгоритмів цифрової обробки зображень, досліджено практичні та теоретичні проблеми їх використання. Зроблено висновки та запропоновано рекомендації стосовно застосування методів для розв’язання конкретних завдань, розглянуто перспективи розвитку напряму. Запропоновано декілька шляхів спрощення розрахунків для обробки в масштабі реального часу, встановлено особливості функціонування і застосування деяких алгоритмів, приведено недоліки і переваги багатьох методів та складових алгоритмів.Digital image processing has spread widely now. The variety of methods and algorithms is caused by the wide spectrum of problems which arise up in optical-electronic devices with FPA, and features of functioning of concrete devices. A review, systematization and analysis of existent methods and algorithms of the digital image processing, is done, investigational practical and theoretical problems of their use are analysed. Conclusions are done and recommendations are offered to find the application of methods for the concrete tasks, the prospects of development of direction are considered. A few ways of simplification of calculations are offered for treatment in the scale of the real time, the features of functioning and application of some algorithms are set, failings and advantages of many methods and component algorithms are showed.В последнее время цифровая обработка изображений получила особенное распространение. Разнообразие методов и алгоритмов связано с широким спектром проблем, которые возникают в оптико-электронных приборах с МПИ, и особенностями функционирования конкретных приборов. Осуществлен обзор, систематизация и анализ существующих методов и алгоритмов цифровой обработки изображений, исследовано практические и теоретические проблемы их использования. Сделаны выводы и предложены рекомендации относительно применения методов для решения конкретных заданий, рассмотрены перспективы развития направления. Предложено несколько путей упрощения расчетов для обработки в масштабе реального времени, установлены особенности функционирования и применения некоторых алгоритмов, приведены недостатки и преимущества многих методов и составных алгоритмов

Підвищення просторової роздільної здатності космічних мікроболометричних камер

Розглянуті методи підвищення просторової роздільної здатності мікроболометричних передавальних камер для супутників дистанційного зондування Землі без введення до приладу додаткових пристроїв шляхом обробки субпіксельно зміщених за рахунок власного руху носія зображень. Для наукових та інженерно-технічних працівників, студентів спеціальностей 151 «Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології», 152 «Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка

Підвищення просторової роздільної здатності мікроболометричної камери для супутника

Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукової задачі підвищення просторової роздільної здатності мікроболометричної камери (МБК) для супутника без введення до приладу додаткових пристроїв шляхом обробки субпіксельно зміщених зображень за рахунок власного руху носія знімальної апаратури. Досліджено математичну модель МБК, визначено критерії просторової та енергетичної роздільної здатності камери. Запроновано метод субпіксельної реєстрації зображень для підвищення просторової роздільної здатності. Розроблено математичну модель процесу реєстрації, методику розрахунку параметрів режиму реєстрації. За допомогою створеного програмного забезпечення проаналізовано параметри режимів субпіксельної реєстрації та обрано найбільш ефективний за даних умов зйомки. Проведено теоретичні та експериментальні дослідження впливу процесу реєстрації субпіксельно зміщених за рахунок власного руху супутника зображень на просторову та енергетичну роздільну здатність МБК

Post-growth spectral tuning of InGaAs/GaAs quantum dot infrared photodetectors

Infrared photodetectors are essential in many industries and modern applications require devices with enhanced capabilities. High-performance detectors can be used for spectroscopy in medicine and environmental monitoring. Imaging scenarios include the identification of military targets and predicting equipment failure. These thermal imaging systems benefit from multicolour photodetectors. For example, some heat-seeking missiles incorporate two-colour HgCdTe arrays to discern target aircraft from decoy flares. Hyperspectral imaging describes the fusion of imaging and spectroscopy. These systems exhibit high spatial and spectral resolution, generally by dispersing different wavelengths onto a focal-plane array. Agricultural surveys, extraterrestrial exploration and medical procedures can all benefit from this powerful technique. High-end detectors in the mid-wavelength and long-wavelength infrared are usually made from HgCdTe alloys. These narrow-bandgap semiconductors exhibit favourable optoelectronic properties, however fabrication challenges lead to extravagant costs. In comparison, mature fabrication processes are available for III-V materials. Interband photodetectors made from these compounds are only sensitive at shorter infrared wavelengths. In recent years, intersubband devices have been developed for longer wavelengths and quantum well infrared photodetectors are now commercially available. Focal-plane arrays made from these structures are cheaper and the yield is better than with the HgCdTe technology. Quantum dot infrared photodetectors can also be fabricated from III-V materials. These architectures are inherently sensitive to normal-incidence radiation and have long carrier lifetimes, so they are expected to out-perform their quantum well counterparts. The devices studied here may be applicable to meteorology, atmospheric monitoring, molecular biology and medicine. High-quality quantum dots are normally grown by self-assembly and this restricts their size and composition. Hence, directly fabricating devices to operate at different wavelengths is an ongoing challenge. Post-growth techniques can instead be used to tailor the spectral response and two such approaches are considered in this thesis. Firstly, guided-mode resonances have been exploited in narrowband transmission filters. This design is agnostic to the detector technology and suitable for rugged environments. Germanium and calcium fluoride were selected for the dielectric layers and deposited films were thoroughly characterised. Guided-mode resonance filters based on photonic crystal slabs were integrated with quantum dot infrared photodetectors. The photoresponse of these devices was linearly tunable with the radius of the photonic crystal holes. These detectors are shown to be suitable for hyperspectral imaging with further optimisation of the device architectures. Intermixing shifts the response of InGaAs/GaAs quantum dot infrared photodetectors, so it is an effective approach to spectral tuning. Dielectric capping layers can be used to control the amount of intermixing and this allows multicolour detectors to be monolithically fabricated. In these studies, the compositional and thermomechanical properties of different dielectrics were measured. Preliminary intermixing experiments were performed on different heterostructures to extract the dominant physical processes. Ultimately, multicolour quantum dot infrared photodetectors were fabricated on a single sample. Silica was used to enhance intermixing through impurity-free vacancy disordering, whereas titania suppressed intermixing. Finally, the performance of each device was correlated with the properties of each dielectric. These detectors are found to be ideal for multispectral applications in the long-wavelength infrared band