CC BY
71
УДК 621.384
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗВЕНЬЕВ ТЕПЛОВИЗОРА
Илья Сергеевич Кравченко
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистр, кафедра наносистем и оптотехники, тел. (383)343-91-11, e-mail: kravchenkoilia1245@mail .ru
Василий Михайлович Тымкул
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, профессор кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383)352-11-59, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
Любовь Васильевна Тымкул
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры наносистем и оптотехники, тел. (383)352-11-59, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
Статья посвящена методике и результатам расчета передаточных характеристик составных звеньев тепловизора на основе модулей передачи информации от наблюдаемого объекта и ее распространения в оптической системе, приемнике излучения и при обработке видеоконтрольным устройством.
Ключевые слова: тепловизор, передаточная характеристика, МПФ, оптическая система, составные звенья тепловизора.
THE METHODOLOGY AND RESULTS OF CALCULATION OF THE THERMAL TRANSFER CHARACTERISTICS OF UNITS
Ilia S. Kravchenko
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., MA, Department of Nanosystems and Optical Engineering, tel. (383)361-00-00, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
Vasiliy M. Tymkul
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Professor of the Department of Nanosystems and Optical Engineering, tel. (383)352-11-59, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
Lyubov V. Tymkul
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., candidate of Technical Sciences, Department of Nanosystems and Optical Engineering, tel. (383)352-11-59, e-mail: kaf.nio@ssga.ru
The article is devoted to the methodology and results of the calculation of the transmission characteristics of composite thermal units on the basis of the information transmission units of the observed object and its distribution in the optical system, the radiation detector and the processing of the video control device.
Key words: thermal, transfer function, MTF, the optical system, the component units of the thermal imager.
В теории и практике проектирования тепловизионных оптико-электронных систем немаловажную роль играет моделирование тепловизионных изображений. Яркость тепловизионных изображений зависит как от распределения температуры по поверхности наблюдаемого объекта, так и от коэффициента излучения и ориентации визируемых элементов его поверхности - его формы[1]. Кроме того, качество тепловизионного изображения зависит от передаточных характеристик оптической системы и всех звеньев тепловизора.
В данной работе приведена методика и проведен расчет передаточных характеристик звеньев тепловизора и модуля передаточной функции (МПФ). Расчеты проводились для тепловизора «Радуга -2».
Для проведения расчетов целесообразно иметь в виду следующее:
Ярг = Я о ( V) * Д п ( V) * Д э (V) * Д в (V) ,
(1)
где Ярг, Я0(у), Яп(у), Яэ(у), Яв(у) - МПФ соответственно тепловизора, оптической системы, приемника излучения, тракта усиления и блока обработки электрического сигнала и видеоконтрольного устройства (ВКУ). Эти величины определяются по следующим формулам[2]:
Я о ОО = ехр -^д
Дэ (у) =
KVс'
(2) (3)
ДпО) =
бш (ттСху)
Д в (V) = ехр -^д^2
(4)
(5)
где V - пространственная частота в изображении объекта; д 0 =
£
С - линейный размер приемника излучения; £х=р1 00 0 ( мр ад) —
угл о в о й р аз м е р п р и е м н и ка из луч е н ия;
/'- фокусное расстояние объектива тепловизора; К = 2 пд с; д с = —;
т — постоянная времени ЯС фильтра апериодического звена - эквивалента электронного тракта усиления и обработки сигнала;
дв- коэффициент связывающий угловой размер 2Ав сканирующего пятна на экране ВКУ с угловым размером приемника излучения. Этот коэффициент определяется по формуле:
дв = = , (6)
Сх Су > W
где у- линейное увеличение ВКУ; 2ДВ- диаметр сканирующего пятна на экране ВКУ: 2ЯВ = 1,075р = —, Н - высота кадра на экране ВКУ; Ыс - число строк в
Nс
кадре; р - расстояние между центрами соседних строк на экране ВКУ;
Для проведения конкретных расчетов использовались исходные данные для тепловизора «Радуга-2» (табл. 1).
Таблица 1
Исходные данные для проведения расчетов передаточных характеристик
составных звеньев тепловизора
Л/г 231000
<?0 1,4
Сх 3,125
K 2,908
Ъс 0.463
2,1645E-06
Ус 0,32
2ДВ 0,9848
У 4,924
Св 0,9699
Результаты проведенных расчетов модулей передаточных характеристик составных звеньев для тепловизора «Радуга-2» (табл. 2, рисунок).
Таблица 2
Модули передаточных характеристик составных звеньев тепловизора
V Яо Дэ Дп Дв Rpr
0 1 1 1 1 1
0,05 0,79 0,91 0,96 0,99 0,68
0,1 0,39 0,74 0,85 0,95 0,23
0,15 0,12 0,59 0,68 0,90 0,04
0,2 0,02 0,48 0,47 0,83 0,00
0,25 0,00 0,40 0,26 0,75 0,00
0,3 0,00 0,34 0,07 0,66 0,00
Рис. График модуля передаточной функции тепловизора и его составных звеньев
Заключение:
- предложенная методика расчета передаточных характеристик звеньев тепловизора может быть использована в теории и практике проектирования как тепловизионных систем, так и приборов ИК-техники для анализа функциональных возможностей разработки данного класса приборов наблюдения;
- при анализе ТЧХ тепловизоров появляется возможность с использованием данных передаточных характеристик оценить качество температурного разрешения этих приборов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Тымкул Л.В., Тымкул В.М. Системы инфракрасной техники: учеб. пособие. - Новосибирск: СГГА, 2007. - 164 с.
2. Тымкул Л.В., Тымкул В.М. Оптико-электронные приборы и системы. Теория и методы энергетического расчета: учеб. пособие. - Новосибирск: СГГА, 2005. - 215 с.
© И. С. Кравченко, В. М. Тымкул, Л. В. Тымкул, 2016
