यूएवी फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण मॉड्यूल प्रौद्योगिकी का विश्लेषण

I. मुख्य तकनीकी बिंदु फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण मॉड्यूल केवल एक सेंसर नहीं है, बल्कि प्रकाशिकी, इलेक्ट्रॉनिक्स, यांत्रिकी और एल्गोरिदम को एकीकृत करने वाला एक जटिल उपप्रणाली है। इसके प्रमुख तकनीकी बिंदुओं में शामिल हैं:

1. उच्च संवेदनशीलता और कम शोर

मुख्य उद्देश्य: कम रोशनी वाली स्थितियों (जैसे रात में या धुएँ वाले वातावरण) में भी स्पष्ट चित्र प्राप्त करना।

कार्यान्वयन के तरीके: दृश्य प्रकाश के लिए उच्च {{0} प्रदर्शन डिटेक्टर सामग्री (जैसे सिलिकॉन {{1} आधारित सीएमओएस/सीसीडी, और मध्य {{2} से {{3} लंबी तरंग इन्फ्रारेड के लिए इंडियम एंटीमोनाइड और पारा कैडमियम टेलुराइड) का उपयोग करना, पिक्सेल संरचना और रीडआउट सर्किट्री को अनुकूलित करना, और रीडआउट शोर और डार्क करंट को कम करना। कूल्ड इंफ्रारेड डिटेक्टर थर्मल शोर को काफी कम कर सकते हैं और संवेदनशीलता में सुधार कर सकते हैं।

2. उच्च रिज़ॉल्यूशन और विस्तृत गतिशील रेंज

उच्च रिज़ॉल्यूशन: जितने अधिक पिक्सेल, उतना अधिक स्थानिक रिज़ॉल्यूशन, अधिक दूरी पर विवरणों के दृश्य की अनुमति देता है। हालाँकि, इसे पिक्सेल आकार, ऑप्टिकल सिस्टम और डेटा बैंडविड्थ के साथ संतुलित करने की आवश्यकता है।

वाइड डायनामिक रेंज: सबसे चमकीले और सबसे गहरे विवरण को एक साथ कैप्चर करने की सेंसर की क्षमता को संदर्भित करता है। यह ड्रोन परिदृश्यों (जैसे कि अंधेरे जंगल से उज्ज्वल आकाश में देखना) के लिए महत्वपूर्ण है। इसे दोहरे -लाभ आउटपुट, लॉगरिदमिक प्रतिक्रिया पिक्सेल, या एकाधिक एक्सपोज़र संश्लेषण जैसी तकनीकों के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।

3. मल्टीस्पेक्ट्रल/मल्टीबैंड फ्यूजन क्षमता

महत्व: एकल-बैंड की जानकारी सीमित है; मल्टी-बैंड जानकारी को फ़्यूज़ करने से स्थितिजन्य जागरूकता में काफी वृद्धि होती है।

कार्यान्वयन के तरीके:

ऑप्टिकल स्प्लिटिंग: एक दृश्यमान प्रकाश कैमरा, इन्फ्रारेड थर्मल इमेजर और लेजर रेंजफाइंडर पॉड के भीतर स्वतंत्र रूप से स्थापित होते हैं। एक समाक्षीय ऑप्टोमैकेनिकल डिज़ाइन सुसंगत लक्ष्य रेखाओं को सुनिश्चित करता है, जिसमें बैकएंड पर वीडियो फ़्यूज़न (उदाहरण के लिए, चित्र में {{4}चित्र, छद्म{5}}रंग फ़्यूज़न) प्रदर्शित किया जाता है।

समय विभाजन: स्विच करने योग्य फिल्टर व्हील के साथ एक एकल सेंसर का उपयोग बारी-बारी से विभिन्न बैंडों की छवियां प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

मोनोलिथिक इंटीग्रेशन: जैसे कि एक आरजीबी - आईआर सेंसर (एक ही पिक्सेल सरणी पर दृश्य प्रकाश और निकट इन्फ्रारेड फोटोसेंसिटिव इकाइयों को एकीकृत करना)।

4. तेज़ प्रतिक्रिया और उच्च फ़्रेम दर

यूएवी की उच्च गति गति और तीव्र लक्ष्य पैंतरेबाजी के लिए इमेज घोस्टिंग से बचने और स्थिर ट्रैकिंग प्राप्त करने के लिए उच्च फ्रेम दर (उदाहरण के लिए, 60 एफपीएस से ऊपर) और बेहद कम एक्सपोज़र/रीडआउट समय वाले सेंसर की आवश्यकता होती है।

5. लघुकरण, हल्के डिजाइन और कम बिजली की खपत

यूएवी प्लेटफार्मों की कठोर बाधाओं के कारण बेहद छोटे आकार और वजन के भीतर शक्तिशाली कार्यक्षमता को एकीकृत करने की आवश्यकता होती है। यह सेंसर चिप्स, ऑप्टिकल लेंस और प्रोसेसिंग सर्किट के उच्च एकीकरण और कॉम्पैक्ट डिज़ाइन को संचालित करता है।

बिजली की खपत नियंत्रण: ड्रोन के उड़ान समय को सीधे प्रभावित करता है।

6. पर्यावरणीय अनुकूलनशीलता और विश्वसनीयता

असभ्यता: ड्रोन टेकऑफ़ और लैंडिंग के दौरान कंपन और उड़ान के दौरान वायु प्रवाह प्रभावों का सामना करने में सक्षम।

त्रि{{0}सबूत: नमी-प्रूफ़, धूल-प्रूफ़, धूल-प्रूफ़, और संक्षारण-प्रूफ़।

व्यापक तापमान रेंज: -40 डिग्री से +70 डिग्री तक के अत्यधिक तापमान में स्थिर रूप से काम करने में सक्षम, विशेष रूप से इन्फ्रारेड डिटेक्टरों के लिए महत्वपूर्ण है जो तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं।

7. इंटेलिजेंट प्रीप्रोसेसिंग और ऑन-चिप प्रोसेसिंग

आधुनिक सेंसर तेजी से चिप आईएसपी पर एकीकृत हो रहे हैं, मृत पिक्सेल सुधार, गैर-एकरूपता सुधार, शोर में कमी और वृद्धि के बाद सीधे उच्च गुणवत्ता वाली छवियां आउटपुट करते हैं, जिससे बैकएंड मुख्य प्रोसेसर पर बोझ कम हो जाता है।

इन्फ्रारेड सेंसर के लिए, गैर-एकरूपता सुधार एक चालू कुंजी तकनीक है जिसका उपयोग पिक्सेल प्रतिक्रिया में अंतर के कारण होने वाले निश्चित पैटर्न शोर को खत्म करने के लिए किया जाता है।

द्वितीय. मुख्य रूपांतरण विधियों का विश्लेषण
फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण मुख्य रूप से डिटेक्टर स्तर पर होता है। ज्ञात प्रकाश तरंगबैंड और भौतिक सिद्धांतों के आधार पर, विधियों को मुख्य रूप से निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित किया गया है:

विधि 1: फोटोइलेक्ट्रिक जांच और रूपांतरण (फोटॉन → इलेक्ट्रॉन)

यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करते हुए मुख्य रूपांतरण है।

1. दृश्यमान/निकट-इन्फ्रारेड बैंड

सीसीडी
सिद्धांत: चार्ज उत्पन्न करने के लिए फोटॉन अर्धचालक को विकिरणित करते हैं। प्रवर्धन और रूपांतरण के लिए चार्ज को क्रमिक रूप से पिक्सेल के बीच एक सामान्य आउटपुट नोड में स्थानांतरित किया जाता है।

विशेषताएं: कम शोर, बड़ी गतिशील रेंज, अच्छी छवि एकरूपता, लेकिन उच्च बिजली की खपत, सीमित फ्रेम दर और भूत।

अनुप्रयोग: अभी भी पेशेवर हवाई फोटोग्राफी पॉड्स में उपयोग किया जाता है जहां छवि गुणवत्ता की आवश्यकताएं बहुत अधिक हैं और गति की आवश्यकताएं अधिक नहीं हैं।

सिद्धांत: प्रत्येक पिक्सेल प्रवर्धन और रूपांतरण सर्किटरी को एकीकृत करता है, साइट पर चार्ज को वोल्टेज में परिवर्तित करता है और इसे पढ़ता है।

विशेषताएं: कम बिजली की खपत, उच्च गति (उच्च फ्रेम दर), उच्च एकीकरण (आईएसपी को एकीकृत कर सकते हैं), भूत-विरोधी, लेकिन पारंपरिक रूप से थोड़ा अधिक शोर और थोड़ी खराब एकरूपता के नुकसान हैं। आधुनिक बैक-प्रबुद्ध और स्टैक्ड सीएमओएस प्रौद्योगिकियों ने इन कमियों में काफी सुधार किया है।

अनुप्रयोग: वर्तमान में पूर्ण मुख्यधारा, उपभोक्ता से लेकर सैन्य ग्रेड तक सभी यूएवी इलेक्ट्रो -ऑप्टिकल पॉड्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

2. मध्य-से-लंबी तरंग इन्फ्रारेड बैंड

अनकूल्ड इन्फ्रारेड डिटेक्टर

सिद्धांत: आमतौर पर एक माइक्रोबोलोमीटर का उपयोग करता है। इन्फ्रारेड विकिरण डिटेक्टर सामग्री में तापमान परिवर्तन का कारण बनता है, जिससे प्रतिरोध में परिवर्तन होता है। इस प्रतिरोध परिवर्तन को मापकर अवरक्त विकिरण को महसूस किया जाता है। मूलतः, यह एक "थर्मल-से-इलेक्ट्रिकल" रूपांतरण है।

विशेषताएँ: कम लागत, छोटा आकार, कम बिजली की खपत, कूलर की कोई आवश्यकता नहीं, लेकिन संवेदनशीलता और प्रतिक्रिया की गति आम तौर पर ठंडे प्रकारों की तुलना में कम होती है।

अनुप्रयोग: उपभोक्ता ग्रेड, औद्योगिक ग्रेड, और सबसे सामरिक यूएवी पॉड्स के लिए मुख्यधारा की पसंद।

कूल्ड इन्फ्रारेड डिटेक्टर

सिद्धांत: एक फोटॉन - प्रकार का डिटेक्टर (जैसे कि इंडियम एंटीमोनाइड या मरकरी कैडमियम टेल्यूराइड) को वैक्यूम डेवार फ्लास्क में समाहित किया जाता है और स्टर्लिंग रेफ्रिजरेटर का उपयोग करके तरल नाइट्रोजन तापमान (उदाहरण के लिए, 77K) तक ठंडा किया जाता है। इस कम तापमान पर, सामग्री के अंदर चार्ज वाहक "जमे हुए" होते हैं, और घटना अवरक्त फोटॉन इन वाहकों को कुशलतापूर्वक उत्तेजित कर सकते हैं, जिससे एक विद्युत संकेत उत्पन्न होता है। मूलतः, यह सीधा "फोटॉन-से-विद्युतीय" रूपांतरण है।

विशेषताएं: अत्यधिक उच्च संवेदनशीलता, लंबी पहचान सीमा, समृद्ध छवि विवरण और तेज़ प्रतिक्रिया; हालाँकि, यह महंगा, भारी, भारी, बिजली की खपत करने वाला है और स्टार्टअप के लिए कूलिंग टाइम की आवश्यकता होती है। अनुप्रयोग: उच्च श्रेणी के सैन्य यूएवी, लंबी दूरी की टोही/लक्ष्यीकरण पॉड, अत्यंत कठोर परिस्थितियों में दूर के लक्ष्यों का पता लगाने और उनकी पहचान करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

विधि दो: ऑप्टोमैकेनिकल रूपांतरण (पॉइंटिंग और स्थिरीकरण)

हालाँकि यह सीधे तौर पर फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण नहीं करता है, यह पॉड की कार्यक्षमता के लिए महत्वपूर्ण है और फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण मॉड्यूल के साथ मिलकर काम करता है।

सिद्धांत: एक जाइरो-स्थिरीकृत प्लेटफ़ॉर्म यूएवी के रुख में बदलाव और कंपन को अलग करता है। एक सर्वो मोटर एक रिफ्लेक्टर या पूरे सेंसर प्लेटफ़ॉर्म को विपरीत दिशा में ले जाती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि ऑप्टिकल अक्ष स्थिर रूप से लक्ष्य की ओर इंगित रहता है।

फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के साथ संबंध: एक स्थिर ऑप्टिकल अक्ष का मतलब है कि लक्ष्य छवि सेंसर की छवि तल पर अपेक्षाकृत स्थिर रहती है, जो दीर्घकालिक स्पष्ट इमेजिंग, इलेक्ट्रॉनिक छवि स्थिरीकरण और स्वचालित ट्रैकिंग प्राप्त करने के लिए मौलिक है। सटीक स्थिरीकरण के बिना, यहां तक ​​कि सबसे अच्छा सेंसर भी प्रयोग करने योग्य छवि आउटपुट नहीं कर सकता है।

विधि 3: वर्णक्रमीय रूपांतरण और संवर्द्धन

1. इमेज इंटेंसिफायर ट्यूब

सिद्धांत: कमजोर दृश्यमान/निकट-पराबैंगनी फोटॉन को फोटोकैथोड के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों में परिवर्तित किया जाता है। ये इलेक्ट्रॉन एक माइक्रोचैनल प्लेट में गुणा होते हैं और फिर एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर बमबारी करते हैं, जो वापस दृश्य प्रकाश में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे चमक बढ़ जाती है।

अनुप्रयोग: पारंपरिक कम रोशनी वाले रात्रि दृष्टि उपकरण। आधुनिक डिजिटल पॉड्स में, इसे उच्च संवेदनशीलता वाले CMOS द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया है, लेकिन इसमें अभी भी विशेष अनुप्रयोग हैं।

2. ऊपर-रूपांतरण/नीचे-रूपांतरण सामग्री

सिद्धांत: विशेष फ्लोरोसेंट सामग्रियों का उपयोग करके, अदृश्य अवरक्त प्रकाश को दृश्य प्रकाश (ऊपर-रूपांतरण) में परिवर्तित किया जाता है, या पराबैंगनी प्रकाश को दृश्यमान प्रकाश (नीचे-रूपांतरण) में परिवर्तित किया जाता है।

अनुप्रयोग: मुख्य रूप से विशेष टोही या वैज्ञानिक अन्वेषण के लिए उपयोग किया जाता है; मुख्यधारा पॉड कॉन्फ़िगरेशन नहीं।