Применение тепловизоров

Содержание

Задание            3

Введение            4

1. Основы получения тепловизионного изображения     6

2. Аанализ основных характеристик тепловизора            13

Заключение                  18

Список используемых источников               19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание:

1. Основы получения тепловизионного изображения
2. Аанализ основных характеристик тепловизора

 

 

Цель работы: анализ эффективности тепловизионных камер в системе безопасности ядерных объектов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Обеспечение безопасности индустриальных и транспортных инфраструктур становиться  всё более сложной и комплексной  задачей. Если раньше достаточно было противостоять расхищению имущества, то теперь появился принципиально новый  вектор угроз - терроризм, где противодействовать приходиться профессиональному  диверсанту. Банальный, на первый взгляд, объект - хранилище хлора для обеззараживания  воды, может стать целью диверсии с серьёзными последствиями. Сюда также  можно добавить станции водозабора, химкомбинаты, АЭС и многие другие объекты, где достаточно проникновение  одного человека или транспортного  средства для возникновения очень  серьезных последствий.

Когда говорят о "комплексных" системах безопасности на предприятиях, подразумевают системы, предоставляющие  целый спектр технических решений  для обеспечения необходимого уровня безопасности людей, материальных ресурсов и имущества, а также стабильного  протекания производственных процессов. Одним из вариантов решения этого всего является установка системы тепловизионного наблюдения в дополнение к системе охраны периметра. Почему именно тепловизионного? Поставив задачу обеспечения круглосуточной безопасности: 24 часа 7 дней в неделю, система должна надежно и эффективно работать при любых внешних условиях, с высокой вероятностью обнаружения всех несанкционированных вторжений.

Сказать, что современная  тепловизионная техника чрезвычайно разнообразна — значит не сказать почти ничего. Она меняется и совершенствуется с той же быстротой, с которой меняется сам мир.  Сделать оптимальный выбор тепловизора без помощи опытного специалиста сегодня практически невозможно: техника становится все более специализированной, так же, как и у людей, у тепловизоров происходит все большее — и вполне ощутимое на практике — «разделение труда». Именно поэтому вопрос о том, какой тепловизор выбрать, изначально требует от заказчика абсолютно четкого целеполагания, иными словами, формулировки главной задачи: для чего и в каких условиях должны будут осуществлять свою работу необходимые вам инфракрасные камеры.

Тепловизионные приборы предназначены для наблюдения объектов по их собственному излучению. Принцип действия приборов этого типа основан на преобразовании излучения инфракрасного (ИК) диапазона в видимый диапазон длин волн излучения. Спектральный диапазон, в котором работают тепловизоры, определяется интервалами длин волн в области максимума энергии излучения наблюдаемых объектов в соответствующих окнах прозрачности атмосферы. Обычно это интервалы длин волн от 3,5 до 5,5 мкм или от 8 до 13,5 мкм. Современные тепловизоры позволяют обнаруживать объекты, имеющие температурные контрасты до десятых и даже сотых долей градусов, формируют изображение в телевизионном или близком к телевизионному стандартах и находят, в связи с этим широкое применение в промышленности, медицине и военном деле.

Первым тепловизионным прибором, появившимся в конце 20-х годов, был эвапорограф, принцип действия которого основан на визуализации фазового рельефа масляной пленки, образующейся на поверхности мембраны при проекции на противоположную сторону этой мембраны теплового изображения. Эвапорогафы имели низкую пороговую чувствительность, большую инерционностью и давали изображение с очень малым контрастом.

В 40-е годы наметились две  тенденции в развитии тепловизионных приборов. К первой группе приборов относятся тепловизоры, в которых для преобразования оптического сигнала ИК-диапазона в электрический сигнал используется принцип оптико-механического сканирования (ОМС), а ко второй группе приборов – тепловизоры с электронным сканированием. В тепловизорах первого типа используются одноэлементные или многоэлементные ИК приемники излучения (ПИ) мгновенного действия, а в тепловизорах второго типа в качестве ПИ используются ИК видиконы, пириконы, а сейчас уже и матричные приемники излучения, так называемые фокальные матрицы, работающие в режиме накопления зарядов и основанные на различных физических принципах.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основы получения тепловизионного изображения

Действие всех тепловизионных систем основано на фиксировании температурной разницы объект/фон и на преобразовании полученной информации в изображение, видимое глазом. Современные тепловизионные приборы способны обнаруживать температурный контраст, равный 0,05-0,1 К.

В то время как оптические приборы ночного видения, работающих на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП), улавливают излучение с длиной волны ~ 1-2 мкм, что лишь немногим выше чувствительности человеческого глаза, основные рабочие диапазоны тепловизионной аппаратуры охватывают следующие области длин волн: 8-14 мкм – область далекого ИК-излучения и 3-5,5 мкм – среднего ИК. Именно в этих областях приземные слои атмосферы прозрачны для ИК-излучения, а излучательная способность наблюдаемых объектов с температурой от -50 до +500С максимальна.

Таким образом, тепловизионные приборы способны обеспечивать большую дальность видения в любое время суток, через любую прозрачную для ИК-изучения маскировку и даже при несколько пониженной прозрачности атмосферы: при тумане, дожде, снегопаде, пыли и дыме. (Следует оговориться, что пары воды и углекислый газ весьма интенсивно поглощают волны ИК-спектра, и это заметно отражается на чувствительности приборов.)

Большинство используемых в  настоящее время тепловизионных приборов построены по принципу оптико-механического излучения, но в связи с успехами в технологии производства матричных приемников излучения появились приборы без оптико-механического сканирования, которые не только не уступают, но даже превосходят приборы первого типа по потребительским свойствам.

На рис.1.1 представлена обобщенная функциональная схема тепловизора с фокальной ИК матрицей.

Рис. 1.1 Обобщенная функциональная схема тепловизора с фокальной матрицей: 1 – оптическая система; 2 – фокальная матрица с предусилителями; 3 – мультиплексор; 4 – система охлаждения; 5 – корректор неоднородности характеристик чувствительных элементов; 6 – аналого-цифровой преобразователь; 7 – цифровой корректор неоднородности; 8 – корректор неработающих ячеек; 9 – формирователь изображения; 10 – дисплей; 11 – цифровой выход.

Фокальные ИК матрицы могут  иметь размерность 128х128, 256х256 и даже 512х512 элементов при размере этих чувствительных элементов 30х30 мкм2. Фокальные матрицы изготавливаются как функционально законченные фотоприемные устройства (ФПУ), включающие систему охлаждения, предусилители, мультиплексор, корректор неоднородности характеристик

чувствительных элементов, аналого-цифровой преобразователь, блоки  цифровой обработки и формирователь  выходных сигналов. Сигналы с выхода такого ФПУ могут передаваться на видеоконтрольное устройство (ВКУ) телевизионного типа либо в цифровом виде в блоки  цифровой обработки.

На рис.1.2 представлена обобщенная функциональная схема тепловизора с системой оптико-механического сканирования.

Рис. 1.2 Обобщенная функциональная схема сканирующего тепловизора: 1 – оптическая система; 2 – блок оптико-механического сканирования; 3 – приемник излучения; 4 – система охлаждения; 5 – электронный тракт; 6 – видеоконтрольное устройство; 7 – система синхронизации.

Система ОМС, в общем случае, должна обеспечивать обзор пространства предметов – сканирование, как  в направлении строк (по горизонту), так и по кадру (в вертикальном направлении), что иллюстрирует рис.1.3.

Существует множество  схем сканирующих тепловизоров, различающихся методами сканирования, обработки сигналов и представления выходного изображения. Эти различия, во многом, обусловлены топологией ПИ, используемых в тех или иных приборах. В частности, в тепловизорах с системами ОМС могут использоваться одноэлементные, а также многоэлементные ПИ в виде линеек или матриц (см.рис.1.4). Кроме этого, в качестве видеоконтрольного устройства, помимо широко применяемых ТВ-мониторов, используются различного рода устройства с линейками светодиодов и оптико-механическими системами развертки.

Рис. 1.3 Функциональная схема  тепловизора со сканированием по строкам и кадру: 1 – объектив; 2 и 3 – сканирующие зеркала; 4 – приемник излучения; 5 электронный тракт; 6 – видеоконтрольное устройство.

 

  Рис. 1.4 Методы сканирования: а) – сканирование одноэлементным ПИ; б) – последовательное сканирование линейкой чувствительных элементов; в) – параллельное сканирование линейкой чувствительных элементов; г) параллельно- последовательное сканирование матричным ПИ.

Различают следующие методы сканирования пространства предметов  и развертки при формировании выходного изображения: последовательное, параллельное и параллельно-последовательное. При последовательном сканировании или развертке осуществляется изменение  направления визирной оси и преобразование сигнала поочередно вдоль каждой из строк изображения с последующим  переходом на каждую следующую строку. Такое сканирование или развертка  могут осуществляется при использовании одноэлементных ПИ или СД, а также ПИ или СД в виде линеек, элементы которых ориентированы вдоль строки.

При параллельном сканировании или развертке площадки ПИ или  СД, выполненные в виде линейки, ориентированы  перпендикулярно направлению движения визирной оси. При параллельно-последовательном сканировании или развертке используются ПИ и СД в виде линеек или матриц, а обзор поля производится последовательно  по зонам.

В соответствии с наиболее целесообразными сочетаниями типов  сканирования, обработки сигналов и  развертки тепловизионные приборы с системами ОМС строят на основе следующих 4-х основных принципов:

 – параллельное сканирование, параллельная обработка видеосигналов  и параллельная развертка (рис.1.5);

Рис. 1.5 Тепловизор с параллельным сканированием и параллельной разверткой изображения: 1 – объектив; 2 – сканирующее зеркало; 3 – линейка светодиодов; 4 – линейка ПИ; 5 – окуляр.

 – параллельное сканирование, параллельная обработка сигналов  с последующим их преобразованием  (мультиплексированием) для вывода  изображения на ТВ-монитор (рис.1.6);

Рис. 1.6 Тепловизор с параллельным сканированием и параллельной обработкой сигналов с последующим мультиплексированием для вывода изображения на ТВ монитор: 1 – объектив; 2 – сканирующее зеркало; 3 – линейка ПИ; 4 – линейка светодиодов; 5 – проекционный объектив; 6 – передающая телевизионная трубка (матрица ПЗС); 7 – ТВ монитор.

 – параллельно-последовательное  сканирование и развертка с  параллельной обработкой сигналов (рис.1.7);

Рис. 1.7 Тепловизор с параллельно-последовательным сканированием, параллельной обработкой сигналов и параллельно-последовательной разверткой изображения: 1 – объектив; 2 – сканирующее зеркало; 3 – матрица светодиодов; 4 – матрица ПИ; 5 – окуляр.

- последовательная обработка  сигналов с преобразованием сигнала  для вывода на ТВ-монитор (рис.1.8).

 

Рис. 1.8 Тепловизор с последовательным сканированием линейкой ПИ и преобразованием сигналов для вывода изображения на ТВ монитор: 1 – объектив; 2 и 3 – сканирующие зеркала; 4 – линейка ПИ; 5 – линии задержки с сумматором; 6 – видеоусилитель; 7 – ТВ монитор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Аанализ основных характеристик тепловизора

В учебной лаборатории  для изучения использовались две  тепловизионные камеры – это сетевая камера AXIS Q1921-E и ручной тепловизор Testo 881-2 Profi.

1. Основные характеристики сетевой камеры AXIS Q1921-E

Высокая точность обнаружения.

Тепловизионная сетевая камера AXIS Q1921-E является идеальным дополнением к любой системе сетевого видеонаблюдения, которая обеспечивает круглосуточный цикл наблюдения 7 дней в неделю. Используемая в камере технология получения тепловизионного изображения позволяет обнаруживать людей, объекты и ситуации в полной темноте и в сложных условиях, таких как дым, туман, пыль и густая дымка.

 

Высокие требования к системам наружного охранного видеонаблюдения.

Камера AXIS Q1921-E предназначена  для использования вне помещений  и полностью готова к установке  и работе в тяжелых погодных условиях. Она поставляется с встроенным обогревателем  стекла. Она идеально подходит для  экономичного круглосуточного охранного  видеонаблюдения за выбранной зоной  или периметром на таких объектах, как дороги, туннели и аэропорты.

 

Ключевые характеристики охранного IP-видеонаблюдения.

Тепловизионная сетевая камера AXIS Q1921-E поддерживает формат сжатия видеоизображения H.264, что уменьшает использование полосы пропускания и сокращает требования к хранилищам данных до 80% по сравнению с форматом Motion JPEG. Камера обеспечивает передачу нескольких индивидуально настраиваемых видеопотоков в форматах H.264 и Motion JPEG. Каждый поток может иметь свою цветовую гамму. Камера AXIS Q1921-E имеет двухканальную аудиоподдержку, что позволяет пользователю общаться с посетителями и нарушителями.