Kamery termowizyjne

Kamery termowizyjne (synonimy: FLIR, kamera termowizyjna, system obrazowania termicznego, przeglądarka termiczna, termowizja) to systemy obrazowania wrażliwe na promieniowanie podczerwone o średniej i długiej fali, które generują obrazy obserwowanego krajobrazu za pomocą promieniowania cieplnego emitowanego przez ten obszar. Stanowią one jedną z kluczowych technologii nadzoru dla sektora obronnego/bezpieczeństwa. Kamery te znalazły również masowe zastosowania poza sektorem obronnym. Testowanie kamer termowizyjnych jest niezbędne zarówno dla producentów, warsztatów konserwacyjnych, jak i użytkowników końcowych z szeregu różnych i ważnych powodów. Zaawansowany technologicznie sprzęt testowy może znacząco pomóc w badaniach i rozwoju, produkcji, konserwacji, szkoleniach, optymalizacji zakupów i optymalnym wykorzystaniu tych drogich kamer.

Kamery termowizyjne są charakteryzowane za pomocą długiej serii parametrów. Najpopularniejsze z nich to: MRTD (minimalna rozróżnialna różnica temperatur), NETD (różnica temperatur równoważna szumowi), MTF (funkcja przenoszenia modulacji), FOV (pole widzenia). MRTD jest funkcją minimalnej różnicy temperatur między słupkami standardowego 4-słupkowego celu a tłem wymaganym do rozdzielenia obrazu termicznego słupków przez obserwatora w funkcji częstotliwości przestrzennej celu. NETD jest miarą szumu czasowego o wysokiej częstotliwości obrazu generowanego przez testowaną kamerę termowizyjną. MTF to funkcja opisująca ostrość (rozmycie) obrazu generowanego przez testowaną kamerę termowizyjną. Wreszcie FOV to parametr opisujący maksymalny rozmiar kątowy celu, który może być widziany przez testowaną kamerę termowizyjną. Bardziej szczegółowe definicje i metody pomiaru parametrów kamery termowizyjnej przedstawiono w części Edukacyjnej .

Obecnie kamery termowizyjne są produkowane w dużych ilościach i w różnych wariantach przez wielu producentów. Można je klasyfikować według kilku kryteriów: zastosowania (obserwacja lub pomiar), pasma widmowego (średnia lub długa podczerwień), rodzaju matrycy FPA (chłodzona lub niechłodzona), pola widzenia skorelowanego z aperturą optyki kamery (od bardzo wąskiego pola widzenia poniżej około 0,5° do bardzo szerokiego pola widzenia powyżej około 50°), rozdzielczości obrazu (od około 160x120 pikseli lub mniej do 1900x1200 pikseli), formatu sygnału wideo (analogowego lub cyfrowego), rodzaju wyświetlacza (zewnętrznego lub wewnętrznego) oraz konstrukcji mechanicznej urządzenia (kamery termowizyjne, celowniki termowizyjne, nakładki termowizyjne).

Nie jest możliwe, a przynajmniej niewykonalne, zaprojektowanie jednego, uniwersalnego systemu do testowania wszystkich kamer termowizyjnych dostępnych na rynku, które znacząco różnią się między sobą. Dlatego Inframet oferuje serię systemów zoptymalizowanych pod kątem testowania różnych grup kamer termowizyjnych.

DT to najpopularniejszy, quasi-uniwersalny system firmy Inframet do testowania kamer termowizyjnych używanych w setkach laboratoriów na całym świecie. Systemy testowe DT umożliwiają kompleksowe testowanie niemal wszystkich kamer termowizyjnych dostępnych na rynku.

A) B)
C)
Rys. 1. Kilka systemów DT: a) DT15120, b) DT11100, c) DT40400

Firma Inframet oferuje również dodatkowe, specjalistyczne systemy do testowania określonych typów kamer termowizyjnych:

  1. TAIM do rozszerzonego testowania przenośnych celowników/nakładek,
  2. TAFT to mobilna stacja testowa przeznaczona do podstawowego testowania kamer termowizyjnych w warunkach polowych/magazynowych,
  3. TCLIP - system do podstawowego testowania nakładek termicznych umożliwiający szybką kontrolę prawidłowego ustawienia,
  4. DTR - system zbudowany z wykorzystaniem kolimatora refrakcyjnego zoptymalizowany do testowania małych kamer termowizyjnych o bardzo szerokim polu widzenia,
  5. TSIM – prosty i tani system umożliwiający jedynie podstawowe testy (pomiar ostrości i rozdzielczości) kamer termowizyjnych,
  6. SAFT - mały system testowy do testowania kamer termowizyjnych pomiarowych o krótkiej ogniskowej,
  7. TWAP - przenośny projektor szerokokątny zoptymalizowany do testowania kamer o średnim/szerokim polu widzenia,
  8. TCAR - system do testowania samochodowych kamer termowizyjnych.
A) B)
C) D)
mi) F )
G) H)

Rys. 2. Zdjęcia dodatkowych układów testowych: a) TAIM, b) TAFT, c) TCLIP, d) DTR, e) TSIM, f) SAFT, g) TWAP, h) TCAR

KALIBRACJA NIEJEDNORODNOŚCI

Zastosowanie algorytmów przetwarzania obrazu, które korygują szum przestrzenny czujnika IR FPA kamery termowizyjnej, ma kluczowe znaczenie dla projektowania kamer termowizyjnych zdolnych do generowania obrazów termicznych niemal bez szumów. Dane potrzebne do opracowania takich algorytmów są pozyskiwane podczas tzw. dwupunktowych testów NUC (korekcji nierównomierności), podczas których skalibrowana kamera obserwuje duże ciało czarne wypełniające jej pole widzenia w dwóch różnych temperaturach. W przypadku zaawansowanych kamer termowizyjnych testy NUC przeprowadza się w komorze temperaturowej o różnych temperaturach otoczenia, które odzwierciedlają rzeczywiste warunki pracy.

Na rynku międzynarodowym dostępnych jest wiele niedrogich ciał czarnych, które można wykorzystać w dwupunktowych aplikacjach NUC. Jednak ze względu na znaczny współczynnik odbicia zwierciadlanego, zauważalną nierównomierność termiczną, ograniczoną stabilność czasową i brak możliwości pracy w komorach temperaturowych, ciała te nie nadają się do zastosowań profesjonalnych. Inframet oferuje zestawy ciał czarnych BNUC zoptymalizowane pod kątem profesjonalnych dwupunktowych aplikacji NUC.

Rys. 3. Zdjęcie zestawu ciała doskonale czarnego BNUC-12D-2TCB-TC

TESTOWANIE RDZENI KAMERY IR

Rdzeń kamery termowizyjnej to moduł elektroniczny zdolny do generowania wyjściowego obrazu termicznego w jednym ze standardowych formatów wideo. Jest on zbudowany jako surowy czujnik IR FPA zintegrowany z elektroniką sterującą/przetwarzającą. W uproszczeniu, rdzeń kamery termowizyjnej można rozumieć jako niemal kompletny termowizor bez optyki. Rdzenie kamery termowizyjnej stanowią kluczowe elementy termowizorów, które składają się z rdzenia kamery, optyki i obudowy mechanicznej. Niektóre firmy produkują wszystkie te główne bloki (rdzeń kamery, optykę i obudowę mechaniczną), a następnie budują kompletne termowizory. Jednak większość kamer termowizyjnych oferowanych na rynku międzynarodowym jest zbudowana z rdzeni kamer termowizyjnych pochodzących od kilkunastu głównych producentów. W takiej sytuacji problem testowania wydajności rdzeni kamer termowizyjnych ma kluczowe znaczenie dla producentów kamer termowizyjnych, którzy działają jako integratorzy systemów. Zakres testu jest zazwyczaj ograniczony do pomiaru NETD (różnicy temperatur ekwiwalentu szumu), który jest uważany za kluczowy parametr i jest niezbędny do weryfikacji jakości kupowanych rdzeni kamer. Czasami mierzy się również inne parametry szumu, takie jak FPN, nierównomierność i model szumu 3D. Wszystkie te parametry szumu rdzeni kamer są mierzone i prezentowane dla konkretnej optyki referencyjnej, która musi być symulowana podczas testów.

DTCORE to zestaw narzędzi przeznaczony do testowania rdzeni kamer termowizyjnych. Jest on zazwyczaj oferowany jako opcja dla systemów DT do testowania kamer termowizyjnych. Umożliwia pomiar następujących parametrów: NETD, FPN, niejednorodności i modelu szumów 3D. DTCORE to modułowy zestaw zbudowany z następujących modułów: pary imitatorów optyki OIM, ciała doskonale czarnego TCB-4D, zestawu komputerowego, analogowego frame grabbera wideo, programu sterującego TCB oraz programu komputerowego TAS-N. Imitatory optyki OIM stanowią kluczową część DTCORE. Z punktu widzenia konstrukcyjnego, imitatory OIM to urządzenia mechaniczne, które precyzyjnie ograniczają stożek, w którym czujnik rdzenia kamery odbiera promieniowanie z dużego ciała doskonale czarnego o zmiennej temperaturze, do wartości określonej przez liczbę F symulowanego obiektywu podczerwieni.

Rys. 4. Zdjęcie zestawu DTCORE

Dowiedz się więcej :

[Ta strona została automatycznie przetłumaczona z oryginalnej wersji angielskiej. View the original page.]