Разработка тепловизионных систем контроля с учетом геометрического шума фотоприемных устройств

• Автор: Латыпов, Ярослав Маратович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 173 с.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ГЛАВА 1 Тепловизионные системы как средство наблюдения и контроля за окружающей средой. Моделирование тепловизионных систем как средство оптимизации их расчета и проектирования - современное состояние вопроса
1.1 Тепловизионные системы как средство наблюдения и контроля за окружающей средой - структура и классификация
1.2 Фотоприемные устройства тепловизионных систем
1.3 Появление погрешностей наблюдения, связанных с разбросом сигналов в каналах тепловизионных систем
1.4 Моделирование тепловизионных систем как средство оптимизации их расчета и проектирования (современное состояние вопроса)
1.5 Постановка задачи
ГЛАВА 2 Основные виды неоднородностей в каналах приемно-регистрирующего тракта и их влияние на параметры тепловизионных систем
2.1 Анализ факторов, влияющих на появление разброса сигналов в каналах тепловизионной системы
2.2 Оценка величины сигнала на входе канала
2.3 Прохождение сигнала через канал тепловизионной системы
2.4 Особенности вычисления поправок для калибровка каналов
2.5 Эквивалентная шуму разности температур и дальность действия аппаратуры
2.6 Средства реализации вычисления разброса сигналов в каналах
2.7 Выводы

ГЛАВА 3 Сравнение результатов теоретических исследований с
результатами, полученными экспериментально
ЗЛ Сравнение расчетных и практических характеристик тепловизионной системы
3.2 Зависимость температурно-частотной характеристики и температуры эквивалентной шуму тепловизионной системы от разброса сигналов в каналах
3.3 Выводы
ГЛАВА 4 Влияние конструктивных особенностей оптико-электронного тракта на дальность действия тепловизионной системы
4.1 Влияние шероховатости элементов оптической системы на результирующий сигнал фотоприемника инфракрасного излучения
4.2 Влияние разброса чувствительности и обнаружительной способности элементов фотоприемника
4.3 Появление отдельных каналов с обнаружительной способность много меньше среднего значения
4.4 Влияние разброса на дальность тепловизионной системы
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Разброс элементов матриц исследуемых тепловизионных
систем
Приложение 2. Программа вычисления разброса сигналов в каналах,
созданная в объектно-ориентированной среде ВоЛапб БЛрЫ 7
Приложение 3. Вычисление спектральной характеристики и пропускания оптических поверхностей

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
X - доля энергии, попадающей на фотоприемник Г| - квантовая эффективность
Q - телесный угол, под которым рассматривается объект системой "прибор-наблюдатель"
т - коэффициент пропускания оптической системы
а, Р - элементарные поля зрения по вертикали и горизонтали
^.i - начало спектрального диапазона
Х2 - конец спектрального диапазона
Td - время считывания с элемента разложения
AfmM - эквивалентная полоса пропускания усилителя, применявшегося при измерениях Dm
Afuj - эквивалентная шумовая полоса электронного тракта тепловизионной системы
Afiu изм _ эквивалентная шумовая полоса, определяющая значение D^ при измерениях
Дрш - полоса частот эталонного фильтра
Хт - длина волны, соответствующая максимуму спектральной характеристики системы, мкм
AW/AT - отношение приращения спектральной плотности потока излучения черного тела к приращению его температуры на заданном уровне температур (За - оптическая толщина атмосферы, км'1; у„- угол визирования, град
ДТМр - минимально разрешаемая разность температур АТЭш ~ температура эквивалентная шуму
Рш _ функция фильтрации шумов системы тепловизор + наблюдатель Уэл ~ угловой размер элемента разложения та - коэффициентом пропускания атмосферы
быть одинаковы. В противном случае это приводит к появлению на устройстве отображения отдельных строк с яркостью выше или ниже яркости основного изображения, отсутствующих в наблюдаемой картине. Это явление получило название «геометрического шума». Его возникновение приводит к существенному снижению характеристик тепловизионной системы.
Сканирование
Управляющий
сигнал
Рисунок 2.2.
Как видно из рис. 2.1 причинами появления «геометрического шума» в тепловизионной системе могут стать как неоднородность параметров элементов матричного фотоприемного устройства, так и различия в параметрах усилителей. Поэтому вводится регулировка параметров канала путем регулировки коэффициента усиления в канале подачей управляющего сигнала на усилитель - то есть проводится калибровка каналов (в тепловидении принято называть выравниванием каналов). Недостатком структуры канала, показаной на рис. 2.1, является как сложность определения необходимых поправок, которые должны учитывать операцию накопления, проводимую после регулировки, так и необходимость вводить