Тест-объект для измерения функции передачи модуляции тепловизоров

Авторы патента:


 

Предлагаемая полезная модель относится к области измерительной техники и, в частности, к тест-объектам, которые предназначены для измерения основных параметров и характеристик тепловизоров, в том числе функции передачи модуляции (ФПМ). Предлагаемый тест-объект для измерения ФПМ тепловизоров содержит протяженный тепловой излучатель и размещенную перед ним мишень, которая имеет расположенные в одной плоскости группы прорезей, при этом группы отличаются пространственной частотой прорезей. Технической задачей полезной модели является уменьшение дрейфа сигнала и упрощение процедуры при измерении ФПМ тепловизоров. Техническим результатом от реализации поставленной задачи является повышение точности измерения ФПМ, упрощение процесса измерения, возможность его осуществления с минимальной инструментальной погрешностью и в минимальные сроки. Решение поставленной задачи и получение технического результата достигаются тем, что в тест-объекте мишень равноудалена от теплового излучателя, при этом группы прорезей мишени размещены в строки с последовательным уменьшением от строки к строке горизонтального размера прорезей, соответствующих пространственной частоте, причем в начале каждой строки расположена опорная прорезь, размер которой фиксирован для всех строк и равен размеру соответствующих минимальной пространственной частоте прорезей первой строки, кроме того, обращенная к тепловому излучателю сторона мишени имеет теплоотражающее покрытие, а внешняя ее сторона покрыта материалом с высоким коэффициентом излучения. 4 ил.

Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и, в частности, к тест-объектам, которые предназначены для измерения основных параметров и характеристик тепловизоров, в том числе функции передачи модуляции (ФПМ).

Известны инфракрасные тест-объекты (US 4387301, МПК: F41J 2/02, G01J 5/52, опубликованный 07.06.1983 г.) - [1], (US 8368760 B1, МПК: H04N 5/33, F41J 2/00, опубликованный 05.02.2013 г.) - [2], которые позволяют измерять ряд параметров тепловизоров, но не приспособлены для измерения ФПМ, которая описывает зависимость геометрической разрешающей способности тепловизоров от пространственной частоты (ПЧ). Эта характеристика важна при оценке качества тепловизоров, особенно измерительных, т.е. предназначенных не только для обнаружения и наблюдения объектов по их тепловому излучению, но и для измерения температурных полей.

Известны также инфракрасные тест-объекты: Targets |SBIR| Santa Barbara Infrared, Inc. 2009. Эта фирма производит широкий спектр тест-объектов (мишеней) для проверки военных и гражданских тепловизионных и других оптико-электронных приборов.

Описанный тест-объект (www.sbir.com/targets.asp, раздел «Mounting Configuration») - [3] приспособлен для измерения ФПМ и содержит тепловой излучатель в виде модели абсолютно черного тела, опорную плату мишени, мишень-накладку с прорезями требуемой ПЧ, датчик температуры мишени.

Недостатком устройства [3] является необходимость постоянного прецизионного контроля температуры мишеней, необходимость затраты времени на их замену, необходимость специального механизма для их замены, что усложняет устройство. При этом возможен дрейф сигнала в измерительном электронном канале тепловизора во время замены мишеней.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению и выбранным в качестве прототипа является тест-объект (Госсорг Ж., Инфракрасная термография, Основы, техника, применение, Пер. с франц., М, Мир, 1988, стр. 306, 307) - [4], который содержит мишень с несколькими группами излучающих тепло прорезей с нарастающей пространственной частотой, и одинаковой скважностью. Каждая из групп содержит прорези и промежутки между ними одинаковой ширины, причем прорези излучают как черные тела с постоянной температурой. В отличие от устройства-аналога [3], тест-объект - прототип [4] содержит на одной мишени весь набор групп излучающих тепло элементов с соответствующей ПЧ и не требуется замена мишеней.

Недостатком указанного решения является необходимость последовательного наведения объектива тепловизора на группы излучающих прорезей с разной ПЧ, при этом снятие замеров растянуто во времени в процессе измерения, что также может приводить к дрейфу сигнала.

В основу предлагаемого технического решения поставлена задача создания конструкции тест-объекта, обеспечивающей:

- уменьшение дрейфа сигнала при измерении ФПМ тепловизоров;

- упрощение конструкции тест-объекта благодаря отсутствию прецизионной термостабилизации;

- упрощение процедуры измерения ФПМ.

Техническим эффектом от реализации поставленной задачи является:

- повышение точности измерений;

- сокращение времени процесса измерения.

Решение поставленной задачи и соответствующий технический результат достигаются тем, что в тест-объекте для измерения функции передачи модуляции тепловизоров, содержащем протяженный тепловой излучатель и размещенную перед ним мишень, которая имеет расположенные в одной плоскости группы прорезей соответствующей пространственной частоты, мишень равноудалена от теплового излучателя, при этом группы прорезей мишени размещены в строки с последовательным уменьшением от строки к строке горизонтального размера прорезей, соответствующих пространственной частоте, причем в начале каждой строки расположена опорная прорезь, размер которой фиксирован для всех строк и равен размеру соответствующих минимальной пространственной частоте прорезей первой строки, кроме того, обращенная к тепловому излучателю сторона мишени имеет теплоотражающее покрытие, а внешняя ее сторона покрыта материалом с высоким коэффициентом излучения.

Выполнение теплоизлучателя протяженным обеспечивает возможность испытывать тепловизоры как с короткофокусными, так и с длиннофокусными объективами. Равноудаленность мишени от излучателя является необходимым условием точности измерений теплового излучения. Размещение групп прорезей мишени в виде строк позволяет испытывать как матричные тепловизоры, так и тепловизоры с построчным оптико-механическим сканированием. Последовательное увеличение пространственной частоты от строки к строке позволяет измерить ФПМ с требуемой точностью. Наличие в начале каждой строки опорной прорези повышает точность измерений, т.к. автоматически происходит сравнение сигнала данной ПЧ с сигналом, соответствующим минимальной ПЧ. Выполнение первой строки из прорезей, равных по размеру опорной прорези делает процесс измерения ФПМ более корректным и простым для исполнителя. Выполнение обращенной к тепловому излучателю стороны мишени теплоотражающей уменьшает ее нагрев излучателем и снижает погрешность измерения. Выполнение внешней стороны мишени с покрытием материалом с высоким коэффициентом излучения (как и рабочая поверхность самого излучателя) устраняет влияние на результат измерений различие в коэффициентах излучения той и другой поверхностей.

Сопоставительный анализ предлагаемого тест-объекта для измерения ФПМ тепловизоров с известными устройствами аналогичного назначения и отсутствие описания таковых в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый тест-объект.

На фиг. 2-4 показаны эпюры откликов видеосигнала (U, B) от соответствующей строки (11÷n, м) тест-объекта, поясняющие процесс измерения ФПМ.

Представленный на фиг. 1 тест-объект содержит: тепловой излучатель - 1; мишень - 2; прорези - 3 1÷n, которые группами с соответствующей ПЧ выполнены на мишени 2.

Прорези 31÷n расположены построчно с нарастанием пространственной частоты. В начале каждой строки размещена опорная прорезь 31 фиксированного размера для всех строк. Размер опорной прорези 31 соответствует размеру прорезей первой строки, выполненной с минимальной ПЧ.

На фиг. 2-4 показаны эпюры откликов видеосигнала от соответствующей строки тест-объекта, иллюстрирующие порядок использования тест-объекта для измерения ФПМ, совместно с тепловизионным изображением тест-объекта, который содержит тепловой излучатель 1, маску-мишень 2 с прорезями 31÷n. Показаны также осциллограммы (термопрофили - кривые A, B, C) выходного отклика сигнала тепловизора. На фиг. 2 термопрофиль (кривая A) показан для четвертой строки сверху (14), на фиг. 3 и 4 соответственно термопрофили (кривые B и C) - для пятой (15) и шестой (16) строк. Совокупность нескольких построчных термопрофилей, в данном случае с постепенным уменьшением амплитуды, и позволяет построить ФПМ.

Введение в предлагаемое устройство построчно расположенных опорных прорезей 31 фиксированного размера, соответствующего минимальной частоте, исключают дрейф сигнала, так как не требуется замена отдельных масок. Кроме того, опорные прорези 31 способствуют уменьшению инструментальной погрешности, вызванной нестабильностью температуры маски 2.

Перечисленная совокупность отличительных признаков позволяет исследовать ФПМ любых тепловизоров, как ныне существующих, так и перспективных, как гражданского, так и военного назначения, используя устройство без термостабилизации мишени 2.

Устройство реализовано, доказало свою работоспособность и заявленный эффект в ходе практической работы по исследованию ФПМ тепловизора типа E-45 американской фирмы FLIR.

Работа предлагаемого тест-объекта заключается в следующем.

Перед тест-объектом устанавливают исследуемый тепловизор, например, на штативе. Малогабаритный тепловизор с частотой кадров 25 в секунду и выше допускается держать в руках. Предварительно излучатель 1 тест-объекта прогревают до температуры не менее 20-30 градусов выше температуры окружающего воздуха.

При этом визуально должны разрешаться, т.е. на экране тепловизора должны быть видны не слитно отклики сигнала не менее пяти строк мишени 2 (см. фиг. 2-4), что обеспечивается выбором расстояния между тепловизором и предлагаемым тест-объектом. Пять строк дадут пять точек, что достаточно для построения графика ФПМ.

Далее производят запись изображения в память тепловизора для последующего анализа полученных термопрофилей A, B и C, т.е. осциллограмм откликов сигналов на выходе измерительного канала тепловизора для каждой пространственной частоты.

Величина амплитуды отклика сигнала для строки 11÷n с соответствующей пространственной частотой (по оси абсцисс) определяет значение точек (по оси ординат) ФПМ тепловизора.

По полученным значениям точек, например, пяти, строят график ФПМ. Таким образом, может быть измерена и использована ФПМ тепловизора.

Технический результат предлагаемого тест-объекта в эксплуатации определяется:

- повышенной точностью измерения ФПМ по сравнению с другими устройствами;

- отсутствием необходимости изменения конфигурации тест-объекта в процессе измерения, что сокращает время проведения измерения. Предлагаемая полезная модель позволяет обойтись без прецизионной термостабилизации маски, что упрощает конструкцию устройства.

Применение предлагаемого устройства позволит:

1. Повысить качество и конкурентноспособность вновь проектируемых отечественных измерительных тепловизоров и термографов.

2. Усилить входной контроль при приемке импортных тепловизоров, т.к. заявляемые поставщиками достоинства не всегда соответствуют действительности.

Тест-объект для измерения функции передачи модуляции тепловизоров, содержащий протяженный тепловой излучатель и размещенную перед ним мишень, которая имеет расположенные в одной плоскости группы прорезей соответствующей пространственной частоты, отличающийся тем, что мишень равноудалена от теплового излучателя, при этом группы прорезей мишени размещены в строки с последовательным уменьшением от строки к строке горизонтального размера прорезей, соответствующих пространственной частоте, причем в начале каждой строки расположена опорная прорезь, размер которой фиксирован для всех строк и равен размеру соответствующих минимальной пространственной частоте прорезей первой строки, кроме того, обращенная к тепловому излучателю сторона мишени имеет теплоотражающее покрытие, а внешняя ее сторона покрыта материалом с высоким коэффициентом излучения.



 

Похожие патенты:
Наверх