Рассматривается нейронная схема формирования изображения для ФПУ с микросканированием. Нейронная схема реализует градиентный метод обработки и обеспечивает распараллеливание процесса формирования изображения. Схема обеспечивает коррекцию неоднородности сигналов и устранение влияния дефектных элементов. Нейронная схема улучшает качество изображения и повышает скорость обработки. Однородность схемы и вычислительных операций обеспечивают простоту реализации
Photodetectors and image sensors, especially in the infrared wavelength regime, are core components of various optical instruments for medical imaging, remote sensing, night vision, and surveillance, etc. The current commercial infrared photodetectors are mostly based on bulk materials including In1- xGaxAs, InSb, Hg1-xCdxTe, etc. Despite continued advancement and high photoelectrical performance, technological factors limit their widespread usage in next-generation photodetectors, especially, the need for cooling, and the high costs associated with the processing of III-V and II-VI semiconductors. Lowdimensional materials, including zero-dimensional (0D) quantum dots, 1D nanowires, and 2D layered materials, with strong lightmatter coupling coefficient, quantum confinement, and ease of heterostructure construction, are emerged as alternative material platforms for high-performance photodetection technologies at room temperature. This article provides a comprehensive review of the technological evolution, contemporary challenges, and future development trends in infrared detector technologies. First, we systematically analyzed the representative materials and technological features of successive generations of infrared detectors. Then, the discussion focuses on advancements in fourth-generation detector technologies, particularly highlighting breakthroughs in multi-dimensional optical information fusion technology encompassing intensity, polarization, spectral, and phase detection. Finally, drawing on application requirements for neuromorphic vision infrared photodetectors that integrate infrared information acquisition, processing, and intelligent decision-making, the review explores transformative development pathways for next-generation infrared detector technologie
В работе изложен метод фильтрации остаточной неоднородности изображения в сканирующих тепловизорах на основе частотного разложения, что позволяет получить его главное свойство — нечувствительность к разнообразию сцен наблюдения. Метод не ухудшает параметра МРРТ тепловизоров, отличается простотой реализации и позволяет осуществлять коррекцию изображения в реальном времени.
В ходе исследования были сняты спектральные характеристики всех элементов матричного фотоприёмного устройства (МФПУ). Были обнаружены различия в принимаемых спектрах соседних элементов. Найдены закономерности в изменении правой границы спектральной чувствительности. Исследование позволит увеличить точность у разрабатываемых и изготавливаемых МФПУ.
Проведено исследование спектров пропускания многослойных гетероэпитаксиальных структур на основе тройных твёрдых растворов кадмий-ртуть-теллур. Реализована модель расчета характеристик эпитаксиальных слоев, входящих в состав сложной многослойной гетероэпитаксиальной структуры, из экспериментального спектра пропускания. Для вычисления параметров слоев реализован метод пакетного градиентного спуска. Проведен расчет параметров образцов гетероэпитаксиальных структур, выращенных методами жидкофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии: определены толщины рабочих фоточувствительных слоев с погрешностью не более 0,1 мкм и состав КРТ с погрешностью не более 1 %. Разработанные модели показывают эффективность для экспресс-контроля оптических характеристик образцов полупроводниковых структур.
Рассматриваются варианты применения нейронной схемы для коррекции неоднородности и дефектов фотоприемных устройств. Анализируются варианты с использованием корректирующих коэффициентов и вариант без коэффициентов. Рассматривается альтернатива микросканера и опорных сигналов. Варианты сопоставляются с коррекцией с использованием для калибровки двух опорных сигналов. Вариант без коэффициентов – нейронная схема формирует выходное сигналы по градиентам входных сигналов. В других вариантах нейронная схема используется для формирования коэффициентов по чувствительности и по смещению. Улучшение коэффициентов достигается распараллеливанием их вычисления. Варианты сопоставляются по коэффициенту корреляции входных и выходных кадров. Совокупные показатели качества вариантов – это наличие микросканирования/опорных сигналов, использование корректирующих коэффициентов, кадровая частота, непрерывность/прерывность работы, корреляция входных и выходных кадров. С увеличением кадровой частоты нейронная схема с использованием микросканера позволяет обеспечить непрерывный режим работы с соизмеримым с двухточечной коррекцией качеством изображения и более простой обработкой.
Проведено исследование пространственной неоднородности спектральных характеристик фоточувствительности матриц фоточувствительных элементов на основе твёрдых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) различных форматов. Описана методика исследования спектральных характеристик чувствительности. Приведено распределение длинноволновой границы чувствительности для линейки формата 6576 фоточувствительных элементов (ФЧЭ). Проведен расчёт среднего состава и погрешности измерения состава КРТ для всех элементов линейки. Проведено сравнение вычисления погрешности длинноволновой границы чувствительности выбранного ФЧЭ с значениями границы в локальной области матрицы ФЧЭ. Показана эффективность экспресс-методики контроля качества матриц в части равномерности распределения состава КРТ по площади матрицы.
В работе изложен метод фильтрации остаточной неоднородности и дефектов изображения в матричных тепловизорах на основе частотного разложения с использованием микросканирования. Метод не ухудшает пространственное разрешение и РТЭШ тепловизоров. Приведены результаты применения метода в тепловизионных каналах, использующих фотоприемники производства ИФП СОРАН трех типов: КРТ320256, КРТ384288, QWIP384288.
В работе обоснована необходимость учета качества коррекции неоднородности чувствительности фотоприемника при проектировании тепловизионных приборов. Изложены результаты исследования эффективности метода фильтрации остаточной неоднородности с использованием микросканирования. Показано, что использование метода фильтрации снижает уровень шумов: временного – в 1,57 раза, пространственного – в 5,2 раз. Это улучшает показатель РТЭШ тепловизионного канала в 3,24 раза.
Разработана методика контроля спектров фотолюминесценции для многослойных гетероэпитаксиальных структур с квантовыми ямами на основе AlGaAs/GaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Проведен расчет уровней размерного квантования в квантовых ямах. Построены тепловые карты распределения значений длины волны и интенсивности в максимуме спектра фотолюминесценции по поверхности эпитаксиальных слоев различного состава. Картографирование позволило оценить однородность распределения состава и толщины эпитаксиальных слоев по поверхности образцов. Проведенное исследование является перспективным для усовершенствования методик входного и межоперационного контроля многослойных гетероэпитаксиальных структур, используемых в технологии изготовления матричных фотоприемных устройств ИК-диапазона.