Көз өзгеше құрамды фотоқабылдағыш есебінде

Көз – оптикалық сигналды егер электрлік сигнал болмаса, онда нейронды сигналға айналдырушы болып табылады.шамамен 2*10⁶ жүйке талшықтары көзден миға қосылады, ал барлығы миға 2,5*10⁶ талшықтар қосылады. Бұл сандар бізге хабарды қабылдағыш ретінде көздің адам үшін маңыздылығын айтады.

Адам ағзасының есту қабілетінің жиілік жолағы – 20 кГц, осыған орай бұл ағзаға байланысты хабар қабылдау жылдамдығын 20 кбит/с ретінде бағалауға болады. Аналогты баға көз жүйкесі үшін – шамамен (2...4)*10⁷ бит/с.

Көру қабілетінің хабарды талдау жылдамдығы есту қабілетінің талдау жылдамдығы-нан мың есе үлкен.

Зерттеушілер көзді «мидың алға шығыңқы бөлігі» деп атайды. Көздің беткі қабығында алғашқы бейнені талдау операция реті басталады, ал оның негізгі бөлігі болатын мидың үлкен жарты бөлігінде жалғасады және аяқталады.

С. И. Вавиловтың тәжірибесінде көздің бірлік фотондарды тіркеу мүмкіндігін дәлелдеген, сондықтан көздің сезгіштігі теориялық квант шегіне жақын.

Көз торламасындағы “элементтер” саны шамамен 10⁸ болады, әр секунд сайын миға (2...4)*10⁷ сигнал жіберіледі. Аймақтық рұқсат беру көбіне торламаның ортасында: диаметрі шамамен 1...2 мкм, сондықтан аймақтық рұқсат беру теоретикалық, яғни дифракциялық шекке жақын.

Адам 0,38...0,76 мкм диапазонында 200-ге дейін спектральды таза түстерді ажырата алады. Ақ түспен араластырғанда – тағы әр түстің ондаған шағылысқан бейнесін ажыратады.

Оптикалық құрылғылардың аналогты параметрлерін спектральды рұқсат беру ∆λ деп санасақ болады. Келтірілген мәліметтер бойынша көз үшін бұл параметрдің шамасын аламыз:

Адамға табиғаттың жетістігін жүзеге асыру үшін аз емес еңбектенуге тура келді, қазіргі заманғы фурье-анализаторларда ∆λ реттеуден жоғары.

Адамға қоршаған ортаның түстерге байлығын қабылдау үшін көздің спектральды рұқсат беруі жеткілікті. Көздің таяқшалары түндегі көру қабілетін қамтамасыз етеді. Олар адамға айсыз бұлтсыз түндерді ажыратуға мүмкіндік береді, яғни жарқырау кезінде 10^-4 лк. Көз Жердегі ең жарық күн жарқырауын да көре алады, ал бұл 10⁵ лк. Сонда көздің динамикалық диапазоны

Мұндай “миллиардтаған” динамикалық диапазонға көптеген оптика-электронды құрылғылар қызығады.

Көз секундына шамамен 20 кадрды тіркеуге мүмкіндігі бар. Бұл телевизиялық стандартты талдау кезінде ескеріледі.

6.2.5.

Фотоқабылдағыштардың шулық параметрлері

Кішігірім оптикалық сигналдың жүзеге асыру мүмкіндігі фотоқабылдағыштардың шулық параметрлерімен байланысты тірек ағынмен Р_тір анықталады.

Фотоқабылдағыштың шуы пайдалы сигнал қатар шығысындағы кездейсоқ амплитудасы мен жиілігі бар хаостық сигналды жүзеге асырады. Шудың көздері электр тізбегіндегі элемент тәрізді фотоқабылдағышқа қатысты ішкі және сыртқы болуы мүмкін.

Фотоқабылдағыштың тұрақты модулденбеген түс шартында қошқыл ток I_қ сезгіштік тірегін шектеуші негізгі фактор болып табылады. Фототок кезінде I_ф қара токтан кіші сигналдың пайдалы тогы I_с қара токтың фонында маңызды емес. Қара токтың әсерін түс ағынының модуляциясы көмегімен фотоқабылдағыштың шығысындағы айнымалы фототок күшейткіші арқылы өзгертпеуге болады. Нысаналау тегінің әртүрлі есебінде туындайтын сыртқы шуларды заттай шектеуге болады.

Ішкі шулар әр фотоқабылдағышта бар, олар корпускулярлы табиғат және электр жарығымен байланысты. Шуларды кездейсоқ процесстер деп санауымызға байланысты оларды математикалық күту, орта квадраттық мағына немесе дисперсия сияқты параметрлер ретінде сипаттауға болады. Шулар ток флуктуациясының орта квадраттық мағынасын i͞² және белгілі бір жиілік жолағындағы жүктеу кезінде кернеу флуктуациясының орта квадраттық мағынасын u͞² сипаттайды.

Фотоқабылдағыштағы шулардың негізгі түрлері: жылулық, бөлшектік, фондық, фотондық, артық.

Жылулық шу – еркін электрондардың хаостық жылулық қозғалысын шақыратын шу. Ол пайдалы сигналға тәуелді емес және ∆f жиілік жолағындағы бірөлшемді спектрлермен сипатталады. Жылулық шу ақ шуға қатысты:

Жылулық шумен күрестің негізгі әдісі фотоқабылдағышты салқындату болып табылады.

Бөлшектік шу мынамен байланысқан: фотоқабылдағыштың шығысындағы ток дискретті бөлік ағыны болып саналады, оның саны уақыт бойынша флуктуация жасайды:

Жүктемеге кедергі келтіру кезінде кернеу пайда болады, оның дисперсиясы мына формула бойынша анықталады:

Бөлшектік шу ақ шу болып есептеледі, бірақ жылулық шудан айырмашылығы қабылданған сигналдың деңгейіне байланысты болады.

1/f спектрлі Избыточный шу физикалық идеалды технологиялардың іске аспауына байланысты фотоқабылдағыш құрылымының бас тартуына сәйкес болады. Изб. шу температураға қатты тәуелді емес; төмен жиілік аймағын иеленеді.

Фондық шу I_ш Т_фон температура кезіндегі фотоқабылдағыштың айналасындағы сәуле шығаратын дене қабілетінің флуктуациясына негізделген.

Фондық сәуле шығару атмосферамен пайдалы сәулеленудің таралғаны сияқты сыртқы көздің белсенділігімен байланысты болуы мүмкін.

Фотоқабылдағышпен жұмыс кезінде спектрдің инфрақызыл аумағында(λ>4 мкм) фондық шудың негізгі бейнесі атмосфераның жылулық сәулеленуі және жер шарының беті болып табылады, максимум толқын ұзындығы шамамен 10 мкм болады. λ>3 мкм кезінде фондық шулар спектрдің максимум көрінетін аумағы бар күн сәулесінен иеленеді.

Радиациялық шудың сәулелену параметрінен тәуелділігі сияқты фотоқабылда-ғыштың шартты жұмысына тәуелділігіне байланысты әдетте ол фотоқабылдағыш сезгіштігінің тіреуін анықтайды. Сондықтан мінсіз фотоқабылдағыш ретінде радиа-циялықпен салыстырғанда барлық шулар мағынасыз болатын фотоқабылдағышты қарастыруға болады.

Фотонды шу I_ш..фот қозғалмалы сәулеленудің ағындағы N_ф фотон саны бойынша статикалық флуктуациямен байланысқан, яғни сәулеленудің квантты дискретті табиғаты болады.

Принципиалды жұмыс температурасында квант шегі фотонды шу арқылы беріледі. Ағындағы фотондар статистикасы Пуассон анықтамасына бағынады, N_ф-қа қатысты ортаквадраттық бас тарту _√N_ф-қа тең.

Минималды эквивалентті шулық қуат 1 фотон/с ағынымен анықталады:

λ=0,5 мкм және ∆f=1 Гц Pэ._min≈4*10^-19 болғанда анықталады. Тек осындай сәулеленудің қуатты идеалды фотоқабылдағыш гетеродты қабылдау кезінде “сезіне” алады.

Шулар Ф_пор жиілік жолағына ∆f тәуелді болғандықтан әртүрлі фотоқабылдағыш-тарды салыстыруды жеңілдету үшін бірлік жиілік жолағында фотоқабылдағыш ағыны тіреуінің түсінігі немесе көрсететін қабілеттілік D деп аталатын кері шама енгізілген.

D^* меншік көрсететін қабілеттілік S_эф = 1 см² болатын фотоқабылдағыш(ФҚ) үшін D шамасын сипаттайды, ол ФҚ сезгіштігіне және оның шулық сипаттамасына тәуелді, сондай-ақ оның сапасының сынына қызмет етуі мүмкін:

Сонда меншікті ағын тіреуі Ф^*_тір былай анықталады:

Ф^*_тір және D^* параметрлері сәулеленудің толқын ұзындығына тәуелді және нақты спектр диапазонын анықтайды.

6.2.6.