Принципы MWIR-изображений

1. Основы тепловизионной инфракрасной визуализации.

Тепловая инфракрасная визуализация обычно относится к визуализации MWIR на длине волны 3–5 мкм и визуализации LWIR на длине волны 8–12 мкм. В этих диапазонах волн основное внимание уделяется источнику тепла, а не видимому свету. Тепловая инфракрасная визуализация имеет множество различных применений, таких как неразрушающий контроль, фиксация перегретых точек оборудования или мест теплопотерь в зданиях с помощью инфракрасных камер, разница в температуре локальных поверхностей может быть измерена в медицинской сфере, поиск тепловых утечек. точек в системах охлаждения атомных электростанций быстрого реагирования, защиты безопасности и т.д.

Человеческий глаз чувствителен к диапазонам от 0,4 до 0,7 мкм и не может видеть тепловую энергию на более длинных волнах. Для регистрации этой энергии требуются специальные детекторы или датчики, а оптическая система формирования изображений также должна эффективно передавать эти длины волн света.

Большинство оптических стекол имеют длину волны пропускания не более 2,5 мкм. Длина волны пропускания некоторых специальных стекол достигает 4,5 мкм, а длина волны пропускания расплавленного кварца — до 4 мкм. Поэтому материалы, передающие инфракрасное излучение, имеют решающее значение, но их выбор очень ограничен, и есть и другие проблемы.

2. Характеристики оптической системы теплового инфракрасного изображения.

(1) Сборка бутылки Дьюара, диафрагма холодного света и холодный экран.

Когда тепловые системы наблюдают за источниками тепла, большинство тепловых систем используют детекторы криогенного охлаждения, чтобы гарантировать, что детекторы работают при низких температурах и обеспечивают максимальную чувствительность.

Если эти детекторы могут обнаружить тепловую энергию, отличную от наблюдаемой сцены, чувствительность будет снижена. Кроме того, если величина энергии не-сцены меняется в зависимости от поля зрения, вы обычно увидите деформированное изображение сцены.

Для максимальной чувствительности и во избежание искажения изображения инфракрасный PFA охлаждается при низких температурах и устанавливается в изоляционный сосуд Дьюара.

Бутылка Дьюара представляет собой бутыль с двухслойными стенками и вакуумом, входное окно должно пропускать инфракрасное излучение, холодный контакт пальца с концом ФПА для поддержания низкой температуры ФПА. Холодный палец представляет собой мысленный стержень из железа или стали с высокой удельной теплоемкостью, который окружен трубками, из которых подается жидкий азот. Этот цикл позволяет концу FPA остыть.

(2) Эффективность диафрагмы холодного света

Если детектор может обнаруживать или записывать только энергию от места происшествия, считается, что инфракрасная система имеет 100% эффективность диафрагмы холодного света. Если эффективность диафрагмы холодного света составляет 100 %, детектор регистрирует как энергию светового конуса, исходя из энергии, представляющей сцену, так и энергию низкотемпературной охлаждающей перегородки. Перегородка называется диафрагмой холодного света и не имеет собственного энергетического излучения. Для каждого пикселя на FPA система действительно имеет 100% эффективность диафрагмы холодного света, если обнаруживается только часть энергии, включая стереоугол визуализирующего света и тепловую перегородку диафрагмы холодного света.

Если детектор установлен в бутыль Дьюара, которая не имеет 100% эффективности диафрагмы холодного света, детектор может наблюдать стереоугол, представляющий сцену, который исходит не от сцены, а от части системы. Эта часть внесценической энергии аналогична шуму в видимой оптической системе. Если эта часть внесценной энергии окажется «горячей», то чувствительность детектора будет ниже его номинального значения. Однако если в этой части внесценной энергии в пределах диапазона ФПА или во время процесса сканирования произойдет изменение амплитуды, изображение будет деформироваться, что аналогично фантомному изображению в традиционной системе видимого света.