Афонин А.В., Ньюпорт Р.К., Поляков В.С. и др. Основы инфракрасной термографии

Подождите немного. Документ загружается.

151



. (2.166)

Ýòà ôóíêöèÿ ðàññ÷èòûâàåòñÿ ÷èñëåííûì èíòåãðèðîâàíèåì. Â òàá-

ëèöå 2.4 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà äëÿ òî÷åê, ïîçâîëÿþùèõ ïðî-

âîäèòü ëèíåéíîå èíòåðïîëèðîâàíèå äëÿ ïðîìåæóòî÷íûõ çíà÷åíèé ðàç-

ìåðîâ ùåëè.

Òàáëèöà 2.4.

Ôóíêöèÿ ðåàêöèè íà ùåëü

2.4.5. Î ÃËÓÁÈÍÅ ÏÎËß ÇÐÅÍÈß

Â òåðìîãðàôèè, êàê è â ôîòîãðàôèè, ñóùåñòâóåò ïîíÿòèå ãëóáèíû

ðåçêîñòè ïðîñòðàíñòâà ïðåäìåòîâ.

Ðàíåå âñå ðàññóæäåíèÿ î ñâîéñòâàõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ïðîâîäè-

ëèñü èñõîäÿ èç òîãî, ÷òî ïðèåìíèê èçëó÷åíèÿ íàõîäèòñÿ â ïëîñêîñòè,

ñîïðÿæåííîé ñ îáúåêòîì. Â ñîîòâåòñòâèè ñ ðèñ. 2.26, åñëè îáúåêò

íàõîäèòñÿ îò âõîäíîãî çðà÷êà, ñîâïàäàþùåãî äëÿ ïðîñòîòû ñ ãëàâíû-

Ðèñ. 2.26. Îïðåäåëåíèå ãëóáèíû ðåçêîñòè

152

ìè ïëîñêîñòÿìè îïòè÷åñêîé ñèñòåìû, íà ðàññòîÿíèè a

, òî ïðèåìíèê

èçëó÷åíèÿ äîëæåí áûòü óñòàíîâëåí â ïëîñêîñòè íàèìåíüøåãî ïÿòíà

ðàçìûòèÿ íà ðàññòîÿíèè a¢

â ïðîñòðàíñòâå èçîáðàæåíèé. Îáúåêò, íà-

õîäÿùèéñÿ íà ðàññòîÿíèè a

, áóäåò èìåòü íàèìåíüøèé êðóæîê ðàññå-

ÿíèÿ íà ðàññòîÿíèè a¢

â ïëîñêîñòè, îòñòîÿùåé îò ïëîñêîñòè ïðèåìíè-

êà íà âåëè÷èíó D

. Òî æå ñàìîå ìîæíî ñêàçàòü îá îáúåêòå, íàõîäÿùåìñÿ

íà ðàññòîÿíèè a

, òîëüêî åãî íàèìåíüøèé êðóæîê ðàçìûòèÿ áóäåò â

ïëîñêîñòè, îòñòîÿùåé îò ïðèåìíèêà íà ðàññòîÿíèè D

Â ïëîñêîñòè óñòàíîâêè ïðèåìíèêà âîçíèêàåò îò ýòèõ îáúåêòîâ ãåî-

ìåòðè÷åñêàÿ àáåððàöèÿ, íàçûâàåìàÿ àáåððàöèåé äåôîêóñèðîâêè è îï-

ðåäåëÿåìàÿ êðóæêîì ðàçìûòèÿ äèàìåòðîì d. Åñëè ýòîò êðóæîê áóäåò

íå áîëüøå ýôôåêòèâíîãî ðàçìåðà ïÿòíà ðàññåÿíèÿ îïòè÷åñêîé ñèñòå-

ìû â ñîïðÿæåííîé ïëîñêîñòè, òî îáúåêò, íàõîäÿùèéñÿ â ýòèõ ïëîñêî-

ñòÿõ, áóäåò èçîáðàæàòüñÿ îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé íà ïðèåìíèêå èçëó÷å-

íèÿ òàêæå ðåçêî, êàê è îáúåêò íà ðàññòîÿíèè a

. Òàêèì îáðàçîì,

ðàññòîÿíèå a

íàçûâàåòñÿ ïåðåäíåé ãðàíèöåé ðåçêîñòè, a

 çàäíåé

ãðàíèöåé ðåçêîñòè ïðîñòðàíñòâà ïðè íàâåäåíèè îïòè÷åñêîé ñèñòåìû

íà îáúåêò, íàõîäÿùèéñÿ íà ðàññòîÿíèè a

îò îïòè÷åñêîé ñèñòåìû.

Óñòàíîâèì ñâÿçü ìåæäó ýòèìè ðàññòîÿíèÿìè è ïàðàìåòðàìè îï-

òè÷åñêîé ñèñòåìû.

Èñïîëüçóÿ óðàâíåíèå (2.13), ìîæíî çàïèñàòü, ÷òî âåëè÷èíà

. (2.167)

Ñîîòâåòñòâåííî âåëè÷èíû a¢

è a¢

áóäóò îïðåäåëÿòüñÿ ôîðìóëîé (2.167)

ïðè ïîäñòàíîâêå a

è a

, ñîîòâåòñòâåííî. Âåëè÷èíû îòðåçêîâ D

è D

ðàâíû

= a¢

- a¢

; (2.168)

= a¢

- a¢

. (2.169)

Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ýòè îòðåçêè ðàâíû

; (2.170)

. (2.171)

153

Ó÷èòûâàÿ, ÷òî

; (2.172)

, (2.173)

ïðèðàâíÿåì óðàâíåíèÿ (2.168) è (2.170), (2.169) è (2.171) è, ïðîâåäÿ

ïðåîáðàçîâàíèÿ, ïîëó÷èì

; (2.174)

, (2.175)

ãäå âåëè÷èíà a

<0, a

è a

òàêæå èìåþò îòðèöàòåëüíûé çíàê â ñîîòâåò-

ñòâèè ñ ïðàâèëàìè çíàêîâ.

Åñëè â êà÷åñòâå óñëîâèÿ ðåçêîñòè èçîáðàæåíèÿ òî÷åê â ïëîñêîñòè

ïðèåìíèêà ïîëîæèòü, ÷òî äèàìåòð ïÿòíà äåôîêóñèðîâêè ðàâåí

d = W

× f¢, (2.176)

ãäå óãëîâîé ðàçìåð ïÿòíà äåôîêóñèðîâêè W

ðàâåí óãëîâîìó ðàçìåðó

ìãíîâåííîãî óãëà ïîëÿ çðåíèÿ, îïðåäåëÿåìîìó ïðè 50% êîíòðàñòà â

ñîîòâåòñòâèè ñ ðàçäåëîì 2.4.4, òî ôîðìóëû (2.174) è (2.175) ëó÷øå ïðåä-

ñòàâèòü â âèäå

; (2.177)

154

, (2.178)

ãäå A

 îòíîñèòåëüíîå îòâåðñòèå îáúåêòà.

Â òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèêàõ íà òåïëîâèçèîííûå ïðèáîðû ñî-

âìåñòíî ñ ïîëÿìè çðåíèÿ îáúåêòèâîâ ïðèâîäÿòñÿ âåëè÷èíû, êîòîðûå

íàçûâàþòñÿ, êàê min. focus. Ýòó âåëè÷èíó ñëåäóåò ñ÷èòàòü êàê ìèíè-

ìàëüíîå ôîêóñèðóåìîå ðàññòîÿíèå ñ äàííûì îáúåêòèâîì, è îíî ðàâíî

ìèíèìàëüíî âîçìîæíîìó a

0min

. Ïðè ýòîì ðàññòîÿíèè äî îáúåêòà áóäåò

ñóùåñòâîâàòü ñâîÿ ãëóáèíà ðåçêîñòè, îïðåäåëÿåìàÿ (2.177) è (2.178).

Ïðè ðàññòîÿíèÿõ äî îáúåêòà ìåíåå a

0min

íà÷èíàåò ñóùåñòâåííî

èçìåíÿòüñÿ îñíîâíîå àáåððàöèîííîå ïÿòíî ðàññåÿíèÿ, ÷òî ïðèâîäèò

ê óõóäøåíèþ ðàçðåøåíèÿ.

Äëÿ êàæäîãî îáúåêòèâà ðàññòîÿíèå a

0min

ñâîå, íî çàêîíîìåðíîñòü

èõ îòíîøåíèé èçâåñòíà

. (2.179)

Öèôðû 1 è 2 îáîçíà÷àþò íîìåðà îáúåêòèâîâ. Íóæíî îòìåòèòü, ÷òî

ìãíîâåííûå ïîëÿ çðåíèÿ, êàê è ïîëÿ çðåíèÿ îáúåêòèâîâ, èçìåíÿþòñÿ

îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ôîêóñíûì ðàññòîÿíèÿì.

Äëÿ ïðèìåðà ïðîâåäåì ðàñ÷åò âåëè÷èí ñäâèãà ïëîñêîñòåé ïðèåì-

íèêà îòíîñèòåëüíî ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè è ãëóáèíû ðåçêîñòè ïðè íà-

âåäåíèè òåïëîâèçîðà íà îáúåêò, íàõîäÿùèéñÿ íà ðàññòîÿíèÿõ 1 ì è 10 ì.

Ïàðàìåòðû îáúåêòèâà: f ¢=50 ìì; A

=1; W

=1 ìðàä.

Ïî ôîðìóëå Íüþòîíà x¢

=-f ¢

/(a

+f ¢) íàõîäèì ïðè a

=-1 ì

;

155

à ãëóáèíà ðåçêîñòè a

- a

= 0,04 ì.

Ïðè a

=-10 ì

;

Ãëóáèíà ðåçêîñòè ðàâíà a

- a

= 4,14 ì. Âèäíî, ÷òî ãëóáèíà ðåçêîñòè

ìåíÿåòñÿ ñèëüíî ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ íàâåäåíèÿ îáúåêòèâà.

2.5. Ñîâðåìåííûå òåïëîâèçèîííûå ñèñòåìû

Èíôðàêðàñíàÿ òåïëîâèçèîííàÿ òåõíèêà ñîâåðøåíñòâóåòñÿ î÷åíü

áûñòðî. Îíà âáèðàåò â ñåáÿ âñå äîñòèæåíèÿ â îáëàñòè ñîçäàíèÿ âûñî-

êî÷óâñòâèòåëüíûõ ìíîãîýëåìåíòíûõ ïðèåìíèêîâ èçëó÷åíèÿ, ìèêðî-

ïðîöåññîðíîé è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè.

Äëÿ ïðîìûøëåííûõ ïðèìåíåíèé, ãäå òðåáóåòñÿ âûñîêàÿ òî÷íîñòü îï-

ðåäåëåíèÿ àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû, â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàèáîëåå èçâåñ-

òíûå ôèðìû êàê AGEMA, îáúåäèíåííàÿ â 1997 ã. ñ FLIR Systems, à òàêæå

ôèðìà Raytheon ïðåäëàãàþò òåïëîâèçèîííûå è òåðìîãðàôè÷åñêèå ñèñòå-

ìû íà ìíîãîýëåìåíòíûõ íåñêàíèðóþùèõ ìàòðèöàõ. Íà îáëàñòü ñïåêòðà

35 ìêì èñïîëüçóþòñÿ îõëàæäàåìûå äî 77°Ê ìàòðèöû íà îñíîâå PtSi è

InSb, à íà îáëàñòü 713 ìêì  íåîõëàæäàåìûå ìàòðèöû ìèêðîáîëîìåòðîâ

è ïèðîýëåêòðèêîâ. Âñå îíè ÿâëþòñÿ ñîâåðøåííûìè îïòèêî-ýëåêòðîííû-

ìè ïðèáîðàìè ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ àâòîìàòèçàöèè óïðàâëåíèÿ è îáðàáîò-

êè èíôîðìàöèè, à òàêæå îáëàäàþò ñîâåðøåííûìè ýðãîíîìè÷åñêèìè õà-

ðàêòåðèñòèêàìè. Êîíêðåòíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåì

ïðèâåäåíû â ïîñëåäóþùèõ òàáëèöàõ.

156

Òåðìîãðàôè÷åñêàÿ ñèñòåìà AGEMA 550 ELITE èìååò òàêèå æå

ïàðàìåòðû, êàê è AGEMA 550 PRO, íî ñ íåñêîëüêî ðàñøèðåííûìè

ôóíêöèîíàëüíûìè âîçìîæíîñòÿìè. Äîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè

AGEMA 550 ELITE ïðèâåäåíû â òàáëèöå 2.6, êàê äîïîëíåíèå ê ñîîò-

âåòñòâóþùèì ðàçäåëàì òàáëèöû 2.5.

Òåðìîãðàôè÷åñêàÿ ñèñòåìà ThermaCam PM595 ÿâëÿåòñÿ ïðîäóê-

òîì âûøåóïîìÿíóòîé îáúåäèíåííîé ôèðìû. Åå ïàðàìåòðû ïðàê-

òè÷åñêè ñîîòâåòñòâóþò ïàðàìåòðàì AGEMA 550 ELITE çà íåêîòî-

ðûì èñêëþ÷åíèåì. Âî-ïåðâûõ, óäàëîñü óâåëè÷èòü íèæíþþ ãðàíèöó

äèàïàçîíà èçìåðÿåìûõ òåìïåðàòóð äî -40°Ñ. Âî-âòîðûõ, ââåäåíû äî-

ïîëíèòåëüíûå ñúåìíûå îáúåêòèâû 7°´5,3°/6 ì è 80°´60°/0,2 ì, ÷òî

ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü äèàïàçîí èçìåðåíèé è ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàç-

ðåøåíèÿ. Êðîìå òîãî, âñå ñîîáùåíèÿ äëÿ îïåðàòîðà âûâîäÿòñÿ íà ðóñ-

ñêîì ÿçûêå. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äëÿ àíàëèçà òåðìîãðàìì è ñî-

ñòàâëåíèÿ îòñ÷åòà òàêæå ðóñèôèöèðîâàíî. Ðåàëèçîâàíà âîçìîæíîñòü

âûáîðà êîýôôèöèåíòà èçëó÷åíèÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ êîíòðîëèðóåìûì

îáúåêòîì. Êîìïëåêò ñìåííûõ áàòàðåé ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü âðåìÿ íå-

ïðåðûâíîé ðàáîòû äî 8 ÷àñîâ.

Ïðåèìóùåñòâîì êàìåð íà íåîõëàæäàåìûõ ìàòðèöàõ ñ÷èòàåòñÿ

ïðàêòè÷åñêè íåîãðàíè÷åííûé ðåñóðñ ðàáîòû, îòñóòñòâèå ïðîâîäîâ è áà-

òàðåéíîãî ïîÿñà, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü áåçîïàñíîñòü ðàáîòû â ñëîæ-

íûõ óñëîâèÿõ, íàïðèìåð, íà íåôòåõèìè÷åñêèõ çàâîäàõ.

Îäíà èç êðóïíåéøèõ ïðîìûøëåííûõ êîðïîðàöèé ÑØÀ, êîìïà-

íèÿ Raytheon, èìåþùàÿ 75-ëåòíþþ èñòîðèþ â îáëàñòè âûñîêèõ òåõ-

íîëîãèé, ïðåäñòàâëÿåò íåñêîëüêî ñåðèé òåïëîâèçîðîâ.

ExplorIR  ðàäèîìåòðè÷åñêèé íåîõëàæäàåìûé òåïëîâèçîð äëÿ

äèàãíîñòèêè øèðîêîãî êðóãà îáîðóäîâàíèÿ, ïîçâîëÿåò ðåãèñòðèðîâàòü

òåðìîãðàììû, èçìåðÿòü òåìïåðàòóðó, çàïèñûâàòü êîììåíòàðèè.

Sentinel  òåïëîâèçîð ñ ìèêðîáîëîìåòðè÷åñêîé ìàòðèöåé äëÿ âû-

ïîëíåíèÿ êà÷åñòâåííîé èíñïåêöèè òåõíîëîãè÷åñêîãî è ýíåðãåòè÷åñêîãî

îáîðóäîâàíèÿ.

PalmIR  òåïëîâèçîð ñ ïèðîýëåêòðè÷åñêîé ìàòðèöåé äëÿ âûïîë-

íåíèÿ êà÷åñòâåííîé èíñïåêöèè.

RadianceHS  òåïëîâèçîð ñ ïîâûøåííîé ñêîðîñòüþ ñìåíû êàäðîâ,

ðàçðàáîòàííûé äëÿ èññëåäîâàíèÿ áûñòðîïðîòåêàþùèõ ïðîöåññîâ èëè óñ-

òàíîâêè íà ãèðîñòàáèëèçèðîâàííûå ïëàòôîðìû àâèàöèîííûõ ñèñòåì.

157

Òàáëèöà 2.5.

AGEMA 550 PRO, òåðìîãðàôè÷åñêàÿ ñèñòåìà.

Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè

Argus Falcon  èíôðàêðàñíàÿ ñêàíèðóþùàÿ ñèñòåìà ñ âûñîêîé

òåìïåðàòóðíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ äëÿ íàáëþäåíèÿ è îáñëåäîâàíèÿ

óäàëåííûõ îáúåêòîâ ñ ìàëûìè òåìïåðàòóðíûìè ãðàäèåíòàìè.

NightSight 200  òåïëîâèçèîííàÿ ñèñòåìà, àäàïòèðîâàííàÿ äëÿ óñ-

òàíîâêè íà òðàíñïîðòíûõ ñðåäñòâàõ èëè ñèñòåìàõ íàáëþäåíèÿ ñ äèñ-

òàíöèîííûì óïðàâëåíèåì. Ïðèâåäåì òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè

íåêîòîðûõ òåïëîâèçèîííûõ ïðèáîðîâ.

158

Ïðîäîëæåíèå òàáë. 2.5

159

Ïðîäîëæåíèå òàáë. 2.5

Òàáëèöà 2.6.

Äîïîëíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè AGEMA 550 ELITE

160

Òàáëèöà 2.7.

AGEMA 570 ELITE, òåðìîãðàôè÷åñêàÿ ñèñòåìà.

Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè