В учебном пособии излагаются основы тепловидения и принципы создания тепловизионных приборов. Кратко описаны все основные процессы, происходящие в системах тепловидения: принципы генерирования собственного теплового излучения нагретых тел, вклад в суммарное тепловое излучение, рассматриваются материалы, применяемые в ИК технике, приёмники излучения, методы и приёмы выделения ИК сигналов из шумов и основные принципы обработки формируемых тепловизорами изображений, особенности зрительного восприятия тепловизионных изображений и пути создания цветовых изображений, близких по восприятию к изображениям видимого диапазона спектра электромагнитных колебаний.
Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки бакалавров и магистров 200400 – «Оптотехника» и по специальности 200401 - «Электронные и оптико-электронные приборы и системы специального назначения».
Author(s): В.В. Коротаев, Г.С. Мельников, С.В. Михеев и др.
Publisher: НИУ ИТМО
Year: 2012
Language: Russian
Tags: Приборостроение;Оптоэлектроника;
СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................... 3
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ......................... 5
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 8
1. Тепловидение .................................................................................................... 9
1.1 Термины и определения по ГОСТ Р 8.619-2006........................................... 9
1.2 Общие положения ........................................................................................ 10
1.3 Применение тепловидения .......................................................................... 12
1.3.1 Некоторые применения тепловизионных устройств в военном деле и промышленности......... 13
1.3.2 Тепловое излучение. Теоретические расчёты. ИК материалы ............... 14
1.4 Прохождение излучения через атмосферу.................................................. 17
1.4.1 Влияние гидрометеоров ............................................................................ 19
1.4 – График затухания излучения в тумане и дожде ...................................... 19
1.4.2 Концепция комплексирования тепловизионных каналов....................... 21
1.5 ИК материалы............................................................................................... 22
1.5.1 Основные положения ................................................................................ 22
1.5.2 Выбор оптических материалов для приборов ракетной техники ........... 25
1.5.3 Выбор оптических материалов для комплексированных систем ИК и ТГЦ каналов формирования изображений ........... 28
1.6 ИК приёмники излучения ............................................................................ 29
1.7 Общая оценка и расчёты.............................................................................. 34
1.7.1 Расчёты коэффициента эффективности в зависимости от количества элементов приемников........................ 38
1.7.2 Расчет чувствительности канала ТпВ ...................................................... 41
1.7.3 Выбор спектральных диапазонов в неблагоприятных условиях наблюдения................ 43
1.8 Анализ состояния с разработкой топологии болометрических приемников........................... 45
2. Основы построения тепловизионных систем ................................................ 52
2.1 Общий принцип устройства тепловизоров ................................................. 52
2.2 Типовые схемы тепловизионных систем 0-го, 1-го и 2-го поколений ...... 52
2.2.1 Системы сканирования для ИК радиометров-тепловизоров «замороженного» изображения............ 52
2.2.2 Тракты обработки сигналов тепловизоров первых поколений [27] ....... 61
2.2.3 Системы восстановления постоянной составляющей сигнала ............... 67
2.2.4 Системы цифровой регистрации и отображения информации............... 68
2.3 Тепловизоры 3-го поколения....................................................................... 71
2.3.1 Модульные блоки формирования сигналов ТпВ III-го поколения......... 72
2.3.2 Выбор микросхем согласования чувствительных элементов матричного QWIP с АЦП .............. 73
3. Нанотехнологии в тепловидении ................................................................... 78
3.1 Квантовые структуры................................................................................... 78
3.2 Укладывая атомы ......................................................................................... 79
3.3 Квантовые ямы ............................................................................................. 80
3.4 Структуры с одномерным электронным газом (квантовые нити)............. 80
3.5 Структуры с нуль-мерным электронным газом (квантовые точки) .......... 81
3.6 Сверхрешетки ............................................................................................... 83
3.7 Матричные QWIP. Последние разработки ................................................. 85
4. Современное состояние развития тепловизионных систем.......................... 86
4.1 Матричные тепловизоры ............................................................................. 89
4.1.1 Многоканальная тепловизионная система для сверхдальнего обнаружения фирмы FLIR ......................... 89
4.2 Перспективы развития и применения ТПС ................................................ 91
4.2.1 Комплексированные системы совмещения ТпВ изображений............... 91
4.2.2 Комплексированная система совмещения ИК и ТГЦ изображений ...... 96
4.2.3 Выбор матрицы чувствительных элементов для построения комплексированной системы ИК и субмиллиметрового видения .................. 97
4.2.4 Обоснование построения нового класса тепловизионных систем ....... 100
4.2.5 Выводы..................................................................................................... 102
5. Экспериментальные данные по фоно-целевым характеристикам в ИК области спектра ..................... 103
5.1 Реально наблюдаемые контрасты морских объектов............................... 103
5.2 Наземные объекты наблюдения ................................................................ 104
5.3 Промышленные и жилые объекты ............................................................ 104
5.4 Воздушные объекты................................................................................... 105
5.5 Объекты типа «Танк»................................................................................. 106
5.6 Цели типа «Ангары» .................................................................................. 107
5.7 Неблагоприятные условия наблюдения.................................................... 107
5.8 Основные задачи по подъёму тепловизионного приборостроения......... 108
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................ 109
