En Profundidad - Fundamentos de los sistemas de imagen láser

BOLETIN OBSERVACION TECNOLOGICA 42

en profundidad En Profundidad Fundamentos de los sistemas de imagen láser José Díaz Caro, INDRA - Vehículos y Sistemas Terrestres; Juan Capmany Francoy, Universidad Miguel Hernández de Elche - Departamento de Ingeniería de las Comunicaciones) Palabras clave: Sistema imagen láser, infrarrojo próximo, range-gated, láser, sensores. Metas Tecnológicas relacionadas: MT 2.1.6. Introducción La sensibilidad y la resolución son parámetros críticos para la identifi-cación de blancos contra el fondo de un escenario. Más concretamente, el contraste relativo blanco/fondo y la resolución de contrastes en el propio blanco hacen posible que el observa-dor sea capaz de efectuar las etapas de la regla de discriminación hasta los niveles de identificación e incluso extracción de detalles con una eleva-da probabilidad de acierto y baja tasa de falsa alarma. Esta capacidad es requerida durante el día y la noche y, a las mayores distancias de observa-ción posibles, para poder reaccionar de manera apropiada y proporciona-da, evitando los daños colaterales. Actualmente, los sistemas elec-tro- ópticos (EO) de imagen pasivos que operan desde el espectro visible (VIS) hasta las longitudes de onda del infrarrojo lejano (LWIR, 8 μm a 12 μm), son los más empleados para este fin. En general, se prefieren las bandas térmicas del infrarrojo medio (MWIR, 3 μm a 5 μm) y lejano LWIR debido a su capacidad de operación diurna y nocturna, y a la menor degradación en la imagen causada por los aero-soles atmosféricos. No obstante, la limitación en resolución de la óptica debida a efectos de difracción, más restrictiva en estas bandas, es uno de los aspectos a considerar en aquellos casos en que ésta tiene definidas res-tricciones de volumen y peso. Los sistemas EO pasivos emplean las fuentes naturales de iluminación. En el rango que va desde el VIS al infra-rrojo corto SWIR (1.1 μm a 2.5 μm), la Fig. 1. Esquema de un sistema activo range-gated. (Fuente: Indra). fuente principal de fotones que llegan al detector es la radiación solar refle-jada por la escena observada. En el caso de visión nocturna intensificada, las principales fuentes de iluminación de la escena son la luna (que refleja la radiación solar) y la luz de las estre-llas. Durante el día se percibe también alguna contribución de la radiación solar en el MWIR. Pero en las bandas MWIR y LWIR, los fotones incidentes sobre el detector provienen esencial-mente de la radiación emitida por los objetos. En modo pasivo, incide un flujo de fotones reflejado o emitido por la es-cena sobre el detector de imagen, y para una óptica y una ganancia da-das, el tiempo de integración se con-vierte en parámetro clave para obte-ner una imagen bien expuesta. Sin embargo, los sistemas EO activos emplean una fuente de luz artificial para iluminar la escena. Por ejemplo, las gafas de visión nocturna intensi-ficadas, van dotadas de pequeños diodos que emiten iluminación en el infrarrojo próximo (NIR, 0.7 μm a 1.1 μm) cuando se emplean en recintos cerrados con ausencia de iluminación natural. Además de esta capacidad, los intensificadores de imagen de tercera generación disponen de un modo de operación auto-gating, que conmuta a alta frecuencia el encen-dido y apagado de la tensión del fo-tocátodo, para prevenir la saturación en la imagen por un exceso de ilumi-nación. Un paso más allá, los sistemas de imagen EO activos de “tiempo de vuelo” (range-gated), combinan una iluminación pulsada con una aper-tura/ obturación electrónica rápida (gating) del paso de imagen al sen-sor, para obtener una imagen de la escena resuelta en tiempo. Los com-ponentes principales de estos sis-temas son esencialmente (Figura 1) una fuente láser pulsada, un detector rápido de imagen de elevada sensi-bilidad electrónicamente obturable, y una electrónica de control que se encarga de gestionar, con precisión temporal mejor del nanosegundo, la sincronización en el proceso de captación de las imágenes mediante la introducción de retardos entre los instantes de emisión de los pulsos de iluminación láser y las obturaciones/ desobturaciones de la cámara o sen-sor (resolución en tiempo). Algunos argumentos favorecen el em-pleo de sistemas activos range-gated en aplicaciones a larga distancia. Entre los aspectos positivos encon-tramos la mejora de la relación se-ñal- ruido y una elevada resolución en las imágenes, asociada a su menor longitud de onda de trabajo (NIR). La 16 Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 42. Primer trimestre 2014


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