Введение
Сенсор изображения, состоящий из светочувствительных пикселей.
Массив прямого наблюдения, также известный как плоскостной массив или фокальный массив (FPA), – это сенсор изображения, состоящий из массива (обычно прямоугольного) светочувствительных пикселей, расположенного в фокальной плоскости объектива. FPA чаще всего используются для формирования изображений (например, для получения фотографий или видео), но также могут применяться для неизображающих целей, таких как спектрометрия, лидар и измерение волнового фронта. В радиоастрономии FPA находится в фокусе радиотелескопа. В оптическом и инфракрасном диапазонах длин волн он может относиться к различным типам устройств формирования изображений, но в обычном понимании подразумевает двухмерные устройства, чувствительные в инфракрасном спектре. Устройства, чувствительные к другим спектрам, обычно обозначаются другими терминами, такими как ПЗС (прибор с зарядовой связью) и КМОП-сенсор изображения в видимом спектре. FPA работают, обнаруживая фотоны на определенных длинах волн и генерируя электрический заряд, напряжение или сопротивление пропорционально количеству обнаруженных фотонов на каждом пикселе. Этот заряд, напряжение или сопротивление затем измеряется, оцифровывается и используется для построения изображения объекта, сцены или явления, излучающего фотоны. Области применения инфракрасных FPA включают датчики наведения ракет и сопутствующего вооружения, инфракрасную астрономию, контроль качества при производстве, тепловизионную съемку для пожаротушения, медицинскую визуализацию и инфракрасную феноменологию (например, наблюдение за горением, воздействием оружия, запуском ракетного двигателя и другими событиями, представляющими интерес в инфракрасном спектре).
Сравнение с массивом сканирования
Стреляющие массивы отличаются от сканирующих массивов и приборов с ТЗИ (интеграцией со временной задержкой) тем, что они формируют изображение требуемого поля зрения без сканирования. Сканирующие массивы создаются из линейных массивов (или очень узких двумерных массивов), которые растрируются по требуемому полю зрения с помощью вращающегося или колеблющегося зеркала для построения двумерного изображения во времени. Прибор с ТЗИ работает аналогично сканирующему массиву, за исключением того, что он формирует изображение перпендикулярно движению камеры. Стреляющий массив аналогичен фотопленке в обычной камере; он непосредственно захватывает двумерное изображение, спроецированное линзой на плоскость изображения. Сканирующий массив аналогичен сборке двумерного изображения из фотографий, сделанных через узкую щель. Прибор с ТЗИ аналогичен взгляду через вертикальную щель в боковом окне движущегося автомобиля и построению длинного непрерывного изображения по мере проезда автомобиля мимо пейзажа. Сканирующие массивы были разработаны и использовались из-за исторических сложностей в изготовлении двумерных массивов достаточного размера и качества для непосредственного двумерного изображения. Современные ФПА доступны с разрешением до 2048 x 2048 пикселей, и более крупные размеры разрабатываются несколькими производителями. Массивы 320x256 и 640x480 доступны и экономически выгодны даже для невоенных и не научных приложений.
Улучшения
В 2003 году была продемонстрирована макетная плата 32x32 пикселей, способная подавлять перекрестные помехи между ФПА. Исследователи из Исследовательской лаборатории армии США использовали коллиматор для сбора и направления лазерного луча на отдельные пиксели. Поскольку даже в неосвещенных пикселях наблюдались низкие уровни напряжения, это указывало на то, что освещение блокировалось из-за перекрестных помех. Эти помехи были связаны с емкостной связью между микрополосковыми линиями и внутренними проводниками ФПА. Замена приемника в макетной плате на устройство с меньшим фокусным расстоянием позволила уменьшить фокус коллиматора и повысить порог распознавания сигнала в системе. Это улучшило качество изображения за счет подавления перекрестных помех. В другом исследовании ФПА на основе лавинных фотодиодов, создание канавок между соседними пикселями снизило уровень перекрестных помех.