О возможности регистрации баллистических объектов тепловизионной камерой на пировидиконе

Фрагмент 3-го выпуска справочника "Кто есть кто в робототехнике"

Исследования тепловых процессов и регистрация подвижных объектов тепловизионными средствами являются весьма актуальными задачами, как для гражданских, так и для специальных применений, в частности, для обнаружения и определения траектории снарядов. Эти задачи эффективно решаются при использовании смотрящих приборов. Однако, разработка подходящей отечественной аппаратуры сдерживается отсутствием в России матричных приемников ИК диапазона. По этой причине на первом этапе экспериментов использовалась тепловизионная камера КТП-276 на пировидиконе повышенной чувствительности ЛИ514 [1]. Эквивалентная шуму разность температур в спектральном диапазоне 8-14 мкм равна 0,08 К, разрешающая способность – 250 телевизионных линий на диаметре мишени 18 мм.

Объект представлял собой артиллерийский снаряд калибра 152 мм, наблюдавшийся на дистанциях от 30 до 150 метров. Величина дистанции была ограничена малым фокусным расстоянием объектива 50 мм.  Регистрация проводилась в режимах обтюрации и без обтюрации мишени. В режиме обтюрации время экспозиции составляло 20 мс, а цикл обновления информации 80 мс (рис. слева). В режиме без обтюрации время экспозиции равно 40 мс при том же периоде. В этом режиме на изображении не видны неподвижные объекты и фон однороден. 

Выходной сигнал камеры представляет собой межкадровую разницу двух соседних полей, при переходе из одного поля в другое результирующий видеосигнал меняет знак относительно уровня фона. При этом возможно выделение объекта по темному следу с помощью модифицированного алгоритма вычисления межкадровой разности. В итоге время наблюдения становится равным 80 мс, а вероятность пропуска объекта минимизируется. В начале полета температура снаряда определяется нагревом при движении в стволе. Учитывая большую массу и теплоемкость снаряда, можно предположить, что основной вклад в сигнал вносит направляющий поясок, испытывающий деформации в стволе. Размах видеосигнала на изображении снаряда c дистанции 50 м соответствует радиационной температуре 20oС. Однако по данным измерений с помощью радиометра на одноэлементном приемнике повышение радиационной температуры пояска снаряда равно 80-100oС. Ширина медного пояска равна 3 см. В случае отсутствия аберраций размер его изображения на мишени был бы равен 30 мкм. Это в 2-3 раза меньше разрешения камеры. Скорость движения изображения снаряда по мишени пировидикона при наблюдении с дистанции 50 м составляет 600 мм/с. При размере элемента изображения порядка 60-100 мкм время накопления для каждого элемента будет на несколько порядков меньше времени накопления для неподвижных объектов. Два этих обстоятельства затрудняют оценку радиационной температуры объекта по данным видеорегистрации и требуют исследований и калибровки тепловизионной камеры в соответствующем режиме [2]. Проведенные исследования показали, что тепловизионная камера на пировидиконе может быть использована для обнаружения баллистических объектов, в том числе в режиме селекции движущихся целей.

ЛИТЕРАТУРА 

1. Кузнецов А. В. Тепловизионная камера на пировидиконе повышенной чувствительности. Труды 13-й Всероссийской научно-технической конференции «Современное телевидение», М.: ФГУП МКБ «Электрон», 2005 г. – с. 61-63. 

2. Сидельников С. С. Метод экспериментальной оценки импульсной функции рассеяния пироэлектрического видикона. Тезисы докладов XI Всесоюзной научно-технической конференции по фотоэлектронным приборам, Секция 1, с. 43. 

По докладу Кузнецова А. В., Старченко А. Н., Торицина С. Б. на XIV Всероссийской научно-технической конференции «Современное телевидение»

 

...Проект предусматривает разработку и организацию производства тепловизионной малогабаритной камеры, которая показывает в реальном масштабе времени на экране монитора псевдоцветовое ИК-изображение исследуемого объекта и может с успехом применяться для оперативного контроля теплового состояния различных объектов энергетики, промышленности, городского хозяйства, транспорта с документированием результатов. Камера ТЭМП-1 имеет существенные преимущества перед уже выпускаемыми промышленностью. Так, в известных пировиди конных камерах применяют пировидиконы с магнитной фокусировкой и отклонением. В отличие от них камере ТЭМП-1 использован полностью электростатический пировидикон (электростатическая фокусировка и отклонение), разработанный специалистами НИИ "Платан". Пировидикон имеет тонкопленочную .мишень на основе органического пироэлектрика (ОП-6) с вы-сокой чувствительностью и разрешающей способностью. По этим показателям она соответствует мишеням на монокристаллах ТГС наиболее известных в мире пировидиконов, но стоимость ее на порядок ниже. Благодаря уменьшению толщины и снижению теплоемкости она обладает практически такой же чувствительностью, что и мишени на кристаллах ТГС (5 мкА/Вт), а по виброустойчивости превосходит их на порядок. Мишень может работать в широком диапазоне температур (-60...+50°С).

Конструкция полностью электростатического пировидикона позволяет применять для управления им современные комплектующие изделия, а заложенные в пировидиконе оригинальные технические решения — уменьшить его габариты и потребляемую мощность до уровня ПЗС-камер. Еще одно достоинство пировидикона — малая материалоемкость. Все это позволяет значительно уменьшить габариты и вес самой камеры. Основанная на таком пировидиконе камера обладает высоким разрешением и линейностью, она проста в настройке и надежна в эксплуатации. Применение в схеме камеры современной элементной базы обеспечивает запись и обработку ИК-изображения объектов в реальном масштабе времени. Запоминающее устройство запоминает до 100 кадров и сохраняет информацию при выключении питания. Источник питания (аккумулятор 12 В) обеспечивает непрерывную работу тепловизора в течение рабочей смены.

Тепловизор состоит из ИК-объектива, полностью электростатического пировидикона, схем управления пировидиконом и схем обработки сигнала, а также монитора. Встроенное программное обеспечение позволяет обрабатывать изображение как в режиме наблюдения, так и при просмотре ранее записанных изображений. В любых заранее заданных точках экрана одновременно измеряется температура, осуществляется построение вертикальных и горизонтальных термопрофилей, графика изменения температуры, индицируются зоны с повышенной температурой, увеличивается изображение выбранной зоны экрана. Специальный процессор обрабатывает видеосигнал в реальном масштабе времени в режимах панорамирования, модуляции, а также улучшения качества фона и введения псевдоцветов с калибровкой по температуре. Калибровка по температуре графиков термопрофилей и палитры псевдоцветов производится автоматически. Кадры, выбранные оператором, записываются в память для отчета и могут просматриваться как на мониторе камеры, так и выводиться на компьютер. Для записи изображения используется любой видеомагнитофон, а для его цифровой обработки — любой портативный компьютер. Параллельно с пировидиконным каналом сблокирована черно-белая камера видимого диапазона на ПЗС. Изображение объекта в видимом диапазоне совмещается с ИК-изображением, что снимает проблему узнавания объекта, позволяя однозначно связать любую точку температурной аномалии с объектом. Режимы работы камеры: И К, псевдоцветовое, видимое, совмещенное — выбираются пользователем. Быстрый запуск в работу, простота в управлении, автоматические функции настройки изображения, не требующие от оператора длительного обучения, гарантируют успешную работу тепловизора на объекте с первых же дней его применения. Несколько объективов с различными углами зрения, которыми снабжена камера, позволяют решать многообразные задачи теплового контроля. Журнал "ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес" 5-6/98

 

В учебном центре подготовки  пилотов истребителей F-16 фирмы Lockheed Martin установлена система симуляции прибора ночного видения NVG производства компании Silicon Graphics. Система, внедренная в рамках контракта на сумму 3,6 млн. долл., генерирует на встроенном в шлем пилота дисплее изображения, точно имитирующие образы, формируемые реальными приборами ночного видения.

Учебный центр F-16 также применяет системы визуализации SGI Onyx в качестве генераторов изображений (вид из кабины самолета) для многоролевых сценариев сражений "воздух — воздух" и "воздух — земля". По материалу PC WEEK RE  № 10 от 29 МАРТА, 2005 г.