CC BY
9
УДК 681.5.08, 62-97
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-77-80
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ СТЕНДОВ КОНТРОЛЯ ФОТОПРИЕМНИКОВ
ИНФРАКРАСНОГО СПЕКТРА
Т.А. Акименко, Е.В. Филиппова, Е.А. Кобышева
Предложен вариант реализации стенда тестирования тепловизоров. Разработаны модули тест-объектов измерения разрешения тепловизоров и тестирования разрешения тепловизоров по контрасту, программный модуль управления стендом.
Ключевые слова: тест-объект, разрешение по контрасту, устройство тестирования, тепловизор, модуль управления.
Тепловизионная система наблюдения (ТСН) представляет собой аппаратно-программный комплекс, осуществляющий двумерное преобразование теплового излучения в диапазоне длин волн 3-5 или 8-14 мкм от объекта и местности или фона в видимое изображение с представлением соответствующего двумерного образа температурного распределения наблюдаемых объектов на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ). ТСН обладает рядом достоинств и присущих только ей возможностей: обнаружение удаленных теплоизлучающих объектов (или целей) независимо от уровня естественной освещенности, а также до определенной степени - тепловых. [1, 4-7]
Задача тепловизионной системы наблюдения заключается в создании МТИ (модели теплового изображения), максимально точно представляющей тепловое изображение наблюдаемой картины.
Существует значительное количество ТСН имеющих, тем не менее, схожие конструктивные элементы и взаимосвязи между ними, что позволяет сформировать обобщенные функциональные схемы тепловизионных устройств и применить к ним одинаковый принцип построения системы контроля их работы.
При контроле ТСН должны быть использованы методы и тест-объекты, ориентированные на автоматизацию и кратчайшее время выполнения контрольных процедур. Все параметры должны оцениваться автоматически в результате наблюдения единого тест-объекта с помощью тепловизионной системы, измерения параметров сигнала и сравнения параметров с эталонными значениями.
При формировании диагностических тестов в качестве критериев исправного состояния ТСН используются цифровые инфракрасные (тепловые) изображения эталонного (контрольного) образца данного типа ТСН. Сформированный тепловой портрет эталонной ТСН заносится в память компьютера контрольно-диагностической установки и используется при последующей диагностике образцов данного типа ТСН в качестве критерия исправности.
Все предусмотренные режимы ТСН подвергаются проверке и контролю. Если хотя бы на одном из режимов работы тепловизора не выполняются указанные в паспорте на него функции, далее проверку не проводят.
С помощью ТСН получают цифровые тепловизионные изображения для характерных исправных состояний для каждого режима работы ТСН.
Полученные цифровые тепловые изображения для заведомо исправных состояний ТСН идентифицируют соответствующими кодами. Идентифицированные цифровые тепловые изображения заносят в память компьютера контрольно-диагностической установки. Таким образом будет сформировано эталонное цифровое изображение ТСН для исправного состояния, которое далее будет используются при диагностике. [8-13]
Аналогично получают тепловые изображения различных состояний в соответствующих позициях диагностируемой ТСН.
Формирование контрольно-диагностических тестов по контролю ТСН выполняют циклически для каждого режима работы. [2, 3, 11-13] При этом выполняют операции в следующей очередности:
1. эталонные цифровые тепловые изображения ТСН заносят в базу данных компьютера контрольной установки;
2. для каждого режима работы диагностируемой ТСН формируют тепловые тест-объекты и производят измерение с получением соответствующих тепловых изображений;
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 2
3. контрольные тепловые изображения различных состояний идентифицируют соответствующими кодами и заносят в память компьютера контрольно-диагностической установки;
4. на тепловом изображении диагностируемоой ТСН определяют относительные координаты, значения радиационной температуры элементов и другие характеристики, затем выбирают тепловизионное изображение тест-объекта эталонного ТСН, вычисляют функцию сходства S между радиационными температурами и другими характеристиками соответствующих элементов на диагностируемом и эталонном тепловизионном изображении.
5. продолжают этап 4 до оценки всех контрольных состояний диагностируемой
ТСН.
Эталонные тепловые изображения СН формируются и записываются в базу данных один раз и используется многократно для всех соответствующих типов ТСН.
Актуальной задачей является разработка и выпуск стендов контроля фотоприемников инфракрасного спектра, их отдельных компонентов, разработке мультиспектральных стендов контроля фотоприемников и оптики, а также специального программного обеспечения. Например, модульная тестовая станция для измерений параметров ИК-детекторов: одноэлементных приемников, линейчатых и матричных многоэлементных фотоприемных устройств.
В состав стенда, помимо оптико-механических компонентов, должны входить шкаф управления и персональный компьютер с платой видеозахвата и программным обеспечением для обработки и анализа данных.
Альтернативным вариантам является конструкция генератора ИК-сцены, в основе которого лежит модуляция светового потока массивом микрозеркал, широко распространенная в видимом диапазоне спектра (DMD-технология). Использование DMD-технологии позволяет использовать описанный генератор динамической сцены в широком диапазоне спектра. Выбор соответствующего источника освещения и коллимирующей оптической системы дает возможность получать тестовое изображение от УФ до дальнего ИК.
Разработанный стенд контроля фотоприемников инфракрасного спектра включающий измерение разрешения тепловизора и тестирование разрешения тепловизионных систем по контрасту с программным модулем управления представляет собой инфракрасный (тепловой) излучатель, выполненный в виде двух изолированных друг от друга излучающих элементов, контроль за которыми осуществляется управляющим модулем. Устройство предназначено для проведения экспериментов создания тепловой картины и получения достаточно стабильного во времени температурного режима элементов устройства тестирования разрешения тепловизион-ных систем наблюдения по контрасту.
Формируемые устройством тестирования разрешения тепловизионных систем по контрасту с программным модулем управления тепловые картины позволяют оценивать качество и разрешающую способность тепловизионных систем наблюдения по контрасту, что в свою очередь влечет за собой из полученных данных максимум достоверной информации, используемой при принятии решений.
Список литературы
1. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: Логос, 2004. 444 с.
2. Патент на полезную модель № 191285 РФ. Устройство тестирования разрешения тепловизоров по контрасту/ Акименко Т. А., Ларкин Е. В., Лучанский О. А., Филиппова Е. В., заявл. 06.06.2019; опубл. 01.08.2019, Бюл. № 22.
3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019661213. Программный модуль управления устройством разрешения тепловизоров по контрасту / Акименко Т. А., Филиппов А. Е., Филиппова Е. В./ Решение о регистрации, заявка от 12.08.2019.
4. Акименко Т.А., Филиппова Е.В. Исследование статических характеристик и пространственной динамики тепловизионной системы наблюдения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 9. С. 497-500.
5. Филиппова Е.В. Тепловой тест-объект для оценки тепловизионных систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 9. Ч. 2. С. 199-203.
6. Филиппова Е.В., Акименко Т.А., Лучанский О.А. Способ тестирования разрешения тепловизоров по контрасту // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019. Вып. 10. С. 400-404.
7. Филиппова Е.В., Акименко Т.А. Программно-аппаратная реализация модуля контроля разрешения тепловизионных систем наблюдения по контрасту // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2020. Вып. 2. С. 267-272.
8. Акименко Т.А., Филиппова Е.В. Тест-объект для контроля параметров тепловизоров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 12. С. 308-311.
9. Акименко Т.А., Рыбалкина Ю.С., Филиппова Е.В. Оптическая модуляция излучения в тепловизионной системе // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 4. С. 472-478.
10. Akimenko T.A. Formation of the image on the receiver of thermal radiation // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2018. P. 1069627.
11. Akimenko T., Filippova E. Computer Modeling of Control the Thermal Imaging System Surveillance. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics). Volume 11386 LNCS, 2019. P. 129-136. DOI: 10.1007/978-3-030-11539-5_12.
12. Акименко Т.А., Филиппова Е.В. Особенности реализации устройства тестирования разрешения тепловизоров по контрасту с программным модулем управления // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта. сборник статей. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. 2021. С. 194-195.
13. Акименко Т.А., Филиппова Е.В., Кобышева Е.А. Построение статических передаточных характеристик по элементам тест-объекта для канала измерения моделирующего фактора // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта. сборник статей. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. 2022. С. 132-134.
Акименко Татьяна Алексеевна, канд. техн. наук, доцент, tantan72@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Филиппова Екатерина Вячеславовна, инженер, kisskin@bk. ru Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кобышева Елена Анатольевна, аспирант, alyona.cobysheva@vandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF IMPLEMENTATION OF STANDS FOR CONTROL OF INFRARED SPECTRUM
RECEIVERS
T.A. Akimenko, E.V. Filippova, E.A. Kobysheva
A variant of the implementation of a test bench for thermal imagers is proposed. Modules of test objects for measuring the resolution of thermal imagers and testing the resolution of thermal imagers by contrast, a software module for stand control have been developed.
Key words: test object, contrast resolution, testing device, thermal imager, control module.
Akimenko Tatiana Alekseevna, candidate of technical sciences, docent, tantan72@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, engineer, kisskin@,bk.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kobysheva Elena Anatolievna, postgraduate, alvona.cobvsheva@,vandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
