Наибольшее количество признаков добывается в видимом диапазоне. Видимый свет как носитель информации характеризуется следующими свойствами:
a) наблюдение возможно, как правило, днем или при наличии мощного внешнего источника света;
b) сильная зависимость условий наблюдения от состояния атмосферы, климатических и погодных условий;
c) малая проникающая способность световых лучей в видимом диапазоне, что облегчает задачу защиты информации о видовых признаках объекта.
Эффективность обнаружения и распознавания объектов наблюдения зависит от следующих факторов:
a) Яркости объекта;
b) Контраста объект/фон;Угловых размеров объекта;
c) Угловых размеров поля обзора;
d) Времени наблюдения объекта;
e) Скорости движения объекта.
Яркость объекта на входе приемника определяет мощность носителя, превышение которой над мощностью помех является необходимым условием обнаружения и распознавания объекта наблюдения. Современные приемники имеют чувствительность, соответствующую энергии нескольких фотонов.
Контрастность объекта с окружающим фоном является необходимым условием выделения демаскирующих признаков объекта и его распознавания. Контраст К определяют как отношение разности яркости объекта и фона к яркости объекта или фона:
(9.1)
где – яркость объекта и фона соответственно.
Контраст, определяемый по этой формуле, называется визуальным. В видимом и ближнем диапазонах световых волн контраст на входе оптической системы средства добывания несколько снижается за счет яркости дымки, которую можно рассматривать как помеху.
Значения контраста колеблется в довольно широких пределах. При К=0.08-0.1 объект почти сливается с фоном и плохо различается на фоне.
При поиске объекта его форма не играет большой роли, а имеет значение только его площадь в пределах соотношения сторон от 1:1 до 1:10.
Увеличение угловых размеров объекта в 2 раза сокращает время, необходимое для его обнаружения, в 8 раз.
Время для обнаружения объектов светлее и темнее фона при одинаковых абсолютных значениях контраста примерно одинаковое. С увеличением яркости фона время поиска объекта наблюдателем уменьшается, так как увеличивается разрешающая способность и контрастная чувствительность глаза. Если яркость фона чрезмерно велика, то возникает дискомфорт и ослепление, ухудшающие разрешение и контрастную чувствительность.
С увеличением поля обзора увеличивается и время, необходимое для поиска объекта: двукратное увеличение поля обзора повышает время поиска в 4 раза, при этом время поиска определяется не формой поля, а его угловой площадью.
Поиск движущихся объектов имеет свои особенности: движение ухудшает видимый контраст объекта, величина которого зависит не только от угловой скорости, но и от угловых размеров объекта наблюдения. Чем меньше угловой размер объекта, тем больше влияние скорости на время и вероятность обнаружения объекта. Объекты, движущиеся с малой скоростью, обнаруживаются легче, чем неподвижные, а движущиеся с большой скоростью – труднее из-за ухудшения видимого контраста.
Так как физическая природа носителя информации в оптическом диапазоне одинакова, то различные средства наблюдения, применяемые для добывания информации в этом диапазоне, имеют достаточно общую структуру. Ее можно представить в виде, приведенной на рис. 9.1.
Рисунок 9.1 – Структурная схема средства наблюдения в оптическом диапазоне
Большинство средств наблюдения содержит оптический приемник, включающий оптическую систему, светоэлектрический преобразователь, усилитель и индикатор.
Оптическая система или объектив проецирует световой поток от объекта наблюдения на экран светоэлектрического преобразователя (сетчатку глаза, фотопленку, фотокатод, мишень оптико-электронного преобразователя). На мишени оптическое изображение преобразуется в электронное изображение, количество «свободных» электронов каждой точки которого пропорционально яркости соответствующей точки оптического изображения. Способы визуализации изображения для разных типов оптического приемника могут существенно отличаться. Изображение в виде зрительного образа формируется в мозгу человека, на фотопленке – в результате химической обработки светочувствительного слоя, на экране технического средства – путем параллельного или последовательного съема электронов с мишени, усиления электрических сигналов и формирования под их действием видимого изображения на экране с люминофором.
a) Характеристики средств наблюдения определяются, прежде всего, параметрами оптической системы и светоэлектрического преобразователя, а также они зависят от способов обработки электрических сигналов и формирования изображения при индикации. Основными из них являются:
b) диапазон длин волн световых лучей, воспринимаемых светоэлектрическим преобразователем;
c) чувствительность материала экрана светоэлектрического преобразователя;
d) разрешающая способность, в основном пары «оптическая система – преобразователь света»;
e) поле (угол) зрения и изображения.
Средства наблюдения в зависимости от назначения создаются для видимого диапазона в целом или его отдельных зон, а также для различных участков инфракрасного диапазона.
Чувствительность средства наблюдения оценивается минимальным уровнем энергии светового луча, при котором обеспечивается требуемое качество изображения объекта наблюдения. Качество изображения зависит как от яркости и контрастности проецируемого изображения, так и от помех. Помехи создают лучи света, попадающие на вход от других источников света, и шумы светоэлектрического преобразователя. На экране светоэлектрического преобразователя при посторонней внешней засветке наблюдается ухудшение контраста изображение аналогичное варианту прямого попадания на экран телевизионного приемника яркого солнечного света.
Разрешающая способность характеризуется минимальными линейными или угловыми размерами между двумя соседними точками изображения, которые наблюдаются как отдельные. Так как изображение формируется из точек, размеры которых определяются разрешающей способностью средства наблюдения, то вероятность обнаружения и распознавания объекта возрастает с повышением разрешающей способности средства наблюдения (увеличением количества точек изображения объекта).
Поле зрения это то, что проецируется на экран оптического приемника. Угол, под которым средство «видит» предметное пространство, называется углом поля зрения. Часть поля зрения, удовлетворяющего требованиям к качеству изображения по его резкости, называется полем или соответственно углом поля изображения.
Наиболее совершенным средством наблюдения в видимом диапазоне является зрительная система человека, включающая глаза и области мозга, осуществляющие обработку сигналов, поступающих с сетчатки глаз.
Возможности зрения человека характеризуются следующими показателями:
a) глаз воспринимает световые лучи в диапазоне 0.4-0.76 мкм, причем максимум его спектральной чувствительности в светлое время суток приходится на голубой цвет (0.51 мкм), в темноте – на зеленый (0.55 мкм);
b) порог угловых размеров, которые глаз различает как две раздельные точки на объекте наблюдения, составляют днем – 0.5-1 угл. мин., ночью – 30 угл. мин.;
c) порог контрастности различимого объекта по отношению к фону составляет днем – 0.01-0.03, ночью – 0.6;
d) диапазон освещенности объектов наблюдения, к которым адаптируется глаз, чрезвычайно широк – 60-70 дБ;
e) при освещенности менее 0.1 лк (в безоблачную лунную ночь) глаз перестает различать цвет;
f) угловое поле зрения:
g) в горизонтальной плоскости 65-95 градусов;
h) в вертикальной плоскости 60-90 градусов;
i) резкого изображения 30 градусов;
j) расстояние наилучшего зрения - 250 мм;
k) время удержания взглядом изображения – 0.06 с.