Kamery termowizyjne

Kamery termowizyjne (synonimy: FLIR, kamera termowizyjna, system termowizyjny, wizjer termowizyjny, termowizja) to systemy obrazujące wrażliwe na promieniowanie w zakresie średniej i dalekiej podczerwieni, które generują obrazy obserwowanego otoczenia na podstawie promieniowania cieplnego emitowanego przez to otoczenie. Są one jedną z kluczowych technologii obserwacji w sektorze obronnym i bezpieczeństwa. Kamery te znalazły również szerokie zastosowanie poza sektorem obronnym. Testowanie kamer termowizyjnych jest konieczne zarówno dla producentów, warsztatów serwisowych, jak i użytkowników końcowych z wielu różnych i ważnych powodów. Zaawansowany technologicznie sprzęt pomiarowy może znacznie pomóc w badaniach i rozwoju, produkcji, konserwacji, szkoleniach, optymalizacji zakupów oraz optymalnym wykorzystaniu tych kosztownych kamer.

Kamery termowizyjne charakteryzuje się 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 paskami standardowego 4-paskowego celu a tłem, wymaganego do rozróżnienia obrazu termicznego pasków przez obserwatora w zależności od częstotliwości przestrzennej testu. NETD jest pomiarem 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 widoczny przez testowaną kamerę. Bardziej szczegółowe definicje i metody pomiaru parametrów kamer termowizyjnych przedstawiono w sekcji edukacyjnej .

Obecnie kamery termowizyjne są produkowane w dużych ilościach i w wielu wariantach przez wielu producentów. Można je klasyfikować według kilku kryteriów: zastosowania (obserwacja lub pomiar), pasma spektralnego (MWIR lub LWIR), typu matrycy FPA (chłodzony lub niechłodzony), pole widzenia skorelowane z aperturą optyki kamery (od bardzo wąskiego pola widzenia poniżej około 0,5° do bardzo szerokiego pola widzenia powyżej około 50°), rozdzielczość (od około 160x120 lub mniej do 1900x1200 pikseli), format elektronicznego sygnału wideo (analogowy lub cyfrowy), typ wyświetlacza (zewnętrzny lub wewnętrzny) oraz format mechaniczny urządzenia (kamery termowizyjne, celowniki termowizyjne, nasadki termowizyjne).

Nie jest możliwe, a przynajmniej nie jest wykonalne, zaprojektowanie jednego uniwersalnego systemu do testowania wszystkich kamer termowizyjnych oferowanych na rynku, które znacznie różnią się między sobą od jednej do drugiej. Dlatego firma Inframet oferuje serię systemów zoptymalizowanych pod kątem testowania różnych grup kamer termowizyjnych.

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

a)
b)
c)
Rys. 1. Kilka systemów DT: a) DT15150 , b) DT660 , c) DT40400

Firma Inframet oferuje również dodatkowe, wyspecjalizowane systemy do testowania określonych typów kamier termowizyjnych:

  1. TAIM do rozszerzonych testów celowników przenośnych/nasadek,
  2. TAFT to mobilna stacja testowa zaprojektowana w celu umożliwienia podstawowego testowania kamer termowizyjnych w warunkach polowych lub w warunkach warsztatowych,
  3. TCLIP – system do podstawowego testowania termowizyjnych nasadek, umożliwiający szybkie sprawdzenie prawidłowego justowania,
  4. DTR – system zbudowany z wykorzystaniem kolimatora refrakcyjnego, zoptymalizowany do testowania małych kamer termowizyjnych o bardzo szerokim polu widzenia,
  5. TSIM – prosty, niedrogi system przeznaczony wyłącznie do przeprowadzania podstawowych testów (ustawianie ostrości i pomiar rozdzielczości) kamer termowizyjnych,
  6. SAFT – mały system pomiarowy do testowania kamer termowizyjnych pomiarowych, zaprojektowany z myślą o krótkiej odległości ogniskowej,
  7. TWAP – przenośny projektor szerokokątny zoptymalizowany do testowania kamer termowizyjnych o średnim/szerokim polu widzenia,
  8. TCAR – system do testowania samochodowych kamer termowizyjnych.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Rys. 2. Zdjęcia dodatkowych systemów pomiarowych: a) TAIM , b) TAFT , c) TCLIP , d) DTR , e) TSIM , f) SAFT , g) TWAP , h) TCAR

KALIBRACJA NIERÓWNOMIERNOSCI

Zastosowanie algorytmów przetwarzania obrazu zdolnych do korekcji szumu przestrzennego sensora IR FPA kamery termowizyjnej ma kluczowe znaczenie dla projektowania kamer termowizyjnych zdolnych do generowania obrazów termicznych niemal pozbawionych szumu. Dane potrzebne do opracowania takich algorytmów pozyskuje się podczas tzw. dwupunktowych testów NUC (korekcja niejednorodności), gdy skalibrowana kamera obserwuje duże ciało czarne wypełniające jej pole widzenia (FOV) w dwóch różnych temperaturach. W przypadku zaawansowanych kamer termowizyjnych testy NUC przeprowadza się w komorze temperaturowej przy różnych temperaturach otoczenia, które odzwierciedlają rzeczywiste warunki eksploatacyjne.

Na rynku międzynarodowym dostępnych jest wiele niedrogich ciał czarnych, które można wykorzystać do zastosowań związanych z dwupunktowym NUC. Jednak ze względu na znaczny współczynnik odbicia zwierciadlanego, zauważalną niejednorodność termiczną, ograniczoną stabilność czasową oraz brak możliwości pracy w komorach temperaturowych, ciała czarne te nie nadają się do profesjonalnych zastosowań. Firma Inframet oferuje zestawy ciał czarnych BNUC zoptymalizowane do profesjonalnych zastosowań w dwupunktowych pomiarach NUC.

Rys. 3. Zdjęcie zestawu ciał czarnych BNUC-12D-2TCB-TC

Testowanie rdzeni kamer podczerwieni

Rdzeń kamery termowizyjnej to moduł elektroniczny zdolny do generowania wyjściowego obrazu termicznego w jednym ze standardowych formatów wideo. Zbudowany jest jako surowy sensor FPA na podczerwień zintegrowany z elektroniką sterującą i przetwarzającą. Upraszczając, rdzeń kamery termowizyjnej można rozumieć jako niemal kompletną kamerę termowizyjną bez optyki. Rdzeni kamer termowizyjnych są kluczowymi elementami składowymi kamer termowizyjnych, które powstają poprzez połączenie rdzenia kamery, układu optycznego oraz obudowy mechanicznej. Istnieją firmy, które produkują wszystkie te główne elementy (rdzeń kamery, układ optyczny i obudowę mechaniczną), a następnie montują kompletne kamery termowizyjne. Jednak większość kamer termowizyjnych oferowanych na rynku międzynarodowym jest budowana z wykorzystaniem rdzeni kamer termowizyjnych zakupionych od kilkunastu głównych producentów. W takiej sytuacji kwestia testowania wydajności rdzeni kamer termowizyjnych ma kluczowe znaczenie dla producentów kamer termowizyjnych, którzy działają jako integratorzy systemów. Zakres testów ogranicza się zazwyczaj do pomiaru NETD (różnicy temperatur równoważnej szumowi), która jest uważana za kluczowy parametr i jest niezbędna do weryfikacji jakości zakupionych rdzeni kamer. Czasami są mierzone inne parametry szumu, takie jak FPN, niejednorodność oraz model szumu 3D. Wszystkie te parametry szumu rdzeni kamer są mierzone i przedstawiane dla konkretnej optyki referencyjnej, a optyka ta musi być symulowana podczas testów.

DTCORE to zestaw narzędzi przeznaczonych do testowania rdzeni kamer termowizyjnych. Zazwyczaj jest on oferowany jako opcja do systemów DT służących do testowania kamer termowizyjnych. Umożliwia on pomiar następujących parametrów: NETD, FPN, niejednorodność oraz model szumu 3D. DTCORE to zestaw modułowy złożony z następujących elementów: pary symulatorów optyki OIM, ciała czarnego TCB-4D , zestawu komputerowego, analogowej karty akwizycji obrazu, programu sterującego TCB oraz programu komputerowego TAS-N . Symulatory optyki OIM stanowią kluczową część zestawu DTCORE. Z punktu widzenia konstrukcji symulatory OIM są urządzeniami mechanicznymi, które precyzyjnie ograniczają stożek, w którym sensor rdzenia kamery odbiera promieniowanie z dużego ciała doskonale czarnego o zmiennej temperaturze, do wartości określonej przez wartość przysłony symulowanego obiektywu na podczerwień.

Rys. 4. Zdjęcie zestawu DTCORE

Więcej informacji :

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