Глава 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВИЗОРОВ
12. основные параметры и характеристики тепловизоров
Современные тепловизоры используют не только для воспроизведения изображения нагретых объектов по их собственному тепловому излучению, но и для измерения тепловых (или температурных) полей различных теплоизлучающих объектов. Для измерений с помощью тепловизоров необходимо прежде всего знать их параметры и характеристики. К ним относятся: поле и мгновенное поле зрения, угловое разрешение, порог температурной чувствительности, дальность обнаружения (малоразмерных теплоизлучающих объектов) и оптическая передаточная функция.
Поле зрения — плоские углы по вертикали ув и горизонтали уг , ограничивающие область пространства, попадающего в кадр. При прямоугольном растре отношение у J - определяет его форму.
Мгновенное поле зрения — плоские углы по вертикали и горизонтали определяемые фокусным расстоянием объектива и линейными размерами чувствительной площадки а приемника излучения. Угловое разрешение — предельный (минимальный) угол между двумя точечными излучателями, расположенными на фоне с постоянной заданной температурой, и воспроизводимыми раздельно в тепловизионном изображении.
Трудность практической реализации точечных ИК излучателей, неравномерность чувствительности тепловизоров в пределах мгновенного поля обзора и наличие шумов привели к другому определению понятия углового разрешения. Угловое разрешение тепловизора — минимальное значение плоского угла между центрами одинаково излучающих элементов тест-объекта, отделенных друг от друга элементом, равным им по размеру и отличающимся по радиационному контрасту, при котором эти элементы раздельно воспроизводятся в телевизионном изображении (ОСТ 3-4408-82).
Порог температурной чувствительности — минимальная разность температур (Ar)nop объекта и фона, вызывающая выходной сигнал, пиковое значение которого равно среднеквадратичному значению шума (ОСТ 3-4408— 62). В иностранной технической литературе величину (Ar)nop обозначают NETD (по первым буквам английских слов Noise Equivalent Temperature Diffence — разность температур, эквивалентная шуму). Это сокращение аналогично обозначению порогового потока NEP (Noise Equivalent Power — мощность, эквивалентная шуму).
Величина (Ar)nop зависит от температуры Г объекта, поэтому более полной характеристикой температурного разрешения следует считать зависимость (А7*)ПОр = / СП- Так как эту зависимость трудно определять на практике, в паспортных данных тепловизоров приводят значение (Ar)nop для одной или нескольких температур Т объекта.
Дальность обнаружения — максимальное расстояние между точечным объектом наблюдения и тепловизором, при котором выходной сигнал последнего превышает в заданное число т раз среднеквадратичное значение шума. Этот параметр зависит от большого числа факторов (характеристик теплоизлу- чающего объекта, состояния атмосферы, характеристик фона, на котором находится наблюдаемый объект).
Оптическая передаточная функция (ОПФ) — мера способности тепловизора воспроизводить пространственные частоты, содержащиеся в изображаемой картине. ОПФ является комплексной функцией, модуль которой представляет частотно-контрастную характеристику (ЧКХ). Значение этой функции условно принято за единицу при нулевой частоте или близкой к ней. Аргумент ОПФ определяет фазовый сдвиг пространственной частоты, вносимый системой.
При использовании ОПФ как средства описания и анализа тепловизионного прибора необходимо соблюдать следующие условия: 1) воспринимаемое тепловизором излучение некогерентно; 2) обработка сигнала линейна;
воспроизведение изображения — пространственно инвариантный процесс;
преобразование излучения объекта в его изображение однозначно и происходит без шумов. Последние три условия в тепловизорах обычно нарушаются, поэтому использование ОПФ для тепловизионного прибора является недостаточно надежной оценкой его качества.
Максимальная дальность обнаружения малоразмерных теплоизлучающих объектов
Максимальная дальность обнаружения Dmax является одним из главных параметров тепловизора при использовании его для обнаружения и наблюдения удаленных теплоизлучающих объектов. Ниже приведены основные формулы для определения величины Dmax.
При выводе формул были сделаны следующие допущения: объект обнаружения представляет собой плоский «серый» излучатель, имеющий постоянные коэффициент излучения и температуру по всей поверхности; нормаль к поверхности излучения образует угол ас линией деятельности D; направления
осей пучков, исходящих из любых элементарных площадок излучения и опирающихся на площадь объектива передающей камеры, настолько близки друг к другу, что углы а и дальности D считаются одинаковыми для всех элементарных площадок и относятся к геометрическому центру поверхности излучения; фон, на котором находится объект, считается неизлучающим; трасса наблюдения горизонтальна.
