автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Исследование и разработка неохлаждаемых тепловизионных средств обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов

003450006

КОВАЛЕВ АЛЕКСЕИ АЛЕКСЕЕВИЧ

Исследование и разработка неохлаждаемых тепловизионных средств обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов

Специальность 05 11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 опт

Москва 2008

003450006

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Шатерников В Е

доктор технических наук, профессор Жуков Н П

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кеткович А А

Ведущая организация ЗАО «НИИИН МНПО

«СПЕКТР»

Защита состоится «28» октября 2008 г в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д212 119 01 при Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ) по адресу 107076, Москва, ул Стромынка, д 20, зал заседаний Ученого Совета МГУПИ

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского государственного университета приборостроения и информатики

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу

Автореферат разослан «24» сентября 2008 г

Официальные оппоненты

Ученый секретарь (/ диссертационного Совета ___

доктор технических наук, профессор О——- Филинов В В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы. Высокая информативность и широкие потенциальные возможности методов неразрушающего контроля, нашедших применение при решении проблем обеспечения контроля и диагностики различных объектов и изделий, обусловлены использованием практически всего частотного диапазона электромагнитного спектра Учитывая, что оптические изображения являются наиболее удобной и оптимальной формой представления информации для человека, широкое распространение получили тепловизионные методы и средства Данные приборы визуализируют изображение, получаемое в инфракрасной (ИК) области спектра, в которой сосредоточена основная доля собственного электромагнитного излучения большинства окружающих нас объектов искусственного и естественного происхождений

Большинство тепловизоров, разработанных в настоящее время, ориентированы на промышленное применение в различных отраслях народного хозяйства, а также для досмотровой, антитеррористической и криминалистической диагностик, что накладывает определенные требования к их функциям и эксплуатационным возможностям Тепловизионные системы (TBC) должны обеспечивать возможность визуализации объектов на значительных расстояниях независимо от уровня естественной освещенности, интенсивности световых помех, степени прозрачности среды Кроме этого, они должны обладать малыми массогабаритными характеристиками и энергопотреблением, обеспечивать бесшумную работу и высокое качество изображения, цифровую обработку в реальном масштабе времени, связь с ЭВМ и т п Особенно актуальна проблема разработки на основе неохлаждаемых матриц портативных тепловизионных систем и приборов для обнаружения и визуализации на фоне тепловых и других помех удаленных слабоконтрастных объектов - таких, как линии электроснабжения, трубопроводы, теплотрассы, энергонасыщенные объекты и промышленное оборудование, подводные и береговые сооружения и объекты, охранные системы Кроме того, данные устройства практически незаменимы при проведении спасательных работ и обеспечения антитеррористической и криминалистической диагностики

В настоящее время широко распространены охлаждаемые тепловизионные приборы, разработкой и эксплуатацией которых в нашей стране занимается фирма «ИРТИС» Однако дороговизна, особенности

эксплуатации и размеры данных устройств накладывают определенные ограничения для их повсеместного использования в качестве портативных TBC С внедрением новой элементной базы на основе неохлаждаемых микроболометрических и пироэлектрических матриц за рубежом, в частности, фирмами «Für Systems», «Thermal-EYE», «Fort imaging system» и «ICM», активно стали разрабатываться и внедряться в производство неохлаждаемые тепловизоры Данный факт резко повысил актуальность создания в нашей стране аналогичных TBC, проработки теоретических и практических положений разработки оптических систем, а также блоков регистрации, считывания и первичной обработки сигналов неохлаждаемых TBC

Представленная диссертационная работа направлена на решение вышеуказанной актуальной проблемы, имеющей важное значение для обеспечения государственной безопасности и безаварийной работы систем энергообеспечения, промышленных объектов и оборудования

Целью данной работы является исследование и разработка тепловизионных портативных неохлаждаемых средств обнаружения и визуализации для последующей диагностики удаленных слабоконтрастных объектов на фоне различного рода помех

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи

рассмотрены и проанализированы основные помехи, влияющие на передачу теплового излучения объектов, величины и их соотношения в ИК-диапазоне спектра, характеризующие тепловой поток, а также определены основные направления разработки и исследования новых TBC с улучшенными характеристиками,

определены, проанализированы и систематизированы основные теоретические положения и практические рекомендации, необходимые для разработки высококачественных оптических систем, блоков регистрации, преобразования, считывания и первичной обработки сигналов от обнаруженных объектов,

проведены расчет характеристик разработанных TBC и экспериментальные исследования их обнаружительной способности в различных внешних средах с учетом влияния фоновых факторов, а также выбран критерий и метод расчета вероятности обнаружения различных объектов на равноизлучающем фоне,

сопоставлены с теоретическими расчетами и проанализированы результаты, полученные при экспериментальной апробации разработанных TBC на объектах различных типов, на основании чего были сделаны выводы о применимости тех или иных

систем для решения поставленных задач и о влиянии внешних факторов на вероятность обнаружения соответствующих объектов,

приведено описание разработанных TBC на основе неохлаждаемых матриц и результаты их практического применения

Методы исследования. Выполнение научных исследований проводилось с использованием вероятностных методов, а также методов спектрального анализа и математической физики Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждена соответствующими экспериментами по обнаружению ряда объектов различных классов в меняющихся условиях внешней среды с использованием разработанных TBC и сопоставлением полученных экспериментальных данных с теоретическими результатами

Научная новизна.

• Получен математический аппарат для расчета основных блоков (блока оптической системы, а также регистрации, считывания и обработки информации) тепловизионных средств обнаружения и визуализации удаленных слабоконтрастных объектов,

• разработан матричный приемник излучения с накоплением сигналов,

• адаптирована матричная схема считывания сигналов с координатной выборкой под неохлаждаемые приемники излучения тепловизионных средств обнаружения и визуализации удаленных слабоконтрастных объектов,

• получена упрощенная формула расчета соотношения сигнал/шум на выходе приемника излучения, используемая при определении вероятности обнаружения удаленных слабоконтрастных объектов,

• определены зависимости обнаружительной способности TBC от влияния внешней среды и типа обнаруживаемых объектов, позволившие выявить наиболее значимые при решении поставленных задач характеристики неохлаждаемых TBC

Практическая ценность.

1 На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработаны новые, более совершенные неохлаждаемые тепловизионные средства с улучшенными характеристиками обнаружения и визуализации, которые по своим тактико-техническим данным не уступают зарубежным аналогам

2 Даны рекомендации по проектированию TBC с матричными приемниками излучения

3 Разработана методика экспериментального определения обнаружительной способности TBC для различных типов объектов с учетом влияния мешающих факторов

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований соискателя использовались ЗАО НИИИН МНПО «Спектр», НПЦ «Спектр-АТ» и фирмой ТАСК-Т при создании TBC «Катран-3» (портативный тепловизор), СПЛИТ (устанавливаемый на носителях), «Скат» (мобильный) и «Спектр» (стационарный)

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях МГУПИ (2006, 2007, 2008), Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Санкт-Петербург, 2002), IX Европейской конференции по неразрушающему контролю (Берлин, 2006), XVI Всемирной конференции по неразрушающему контролю и диагностике (Монреаль, 2004), 4-ой Международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2005), 7-й Международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2008)

Публикации Теоретические и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных трудах и одном патенте РФ

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений Основная часть диссертации изложена на 172 страницах и содержит 50 рисунков, 23 таблицы Список литературы включает 93 наименования Приложения представлены на 2 страницах

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Обоснование применения математических методов к расчету и анализу характеристик основных блоков TBC (оптической системы, регистрации, считывания и первичной обработки информации) с неохлаждаемыми матрицами для решения задач обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов

2 Функционально-структурная схема матричного приемника излучения с накоплением сигналов

3 Матричная схема считывания сигналов с координатной выборкой, адаптированная для неохлаждаемых приемников излучения

4 Алгоритм расчета обнаружительной способности TBC при различных условиях внешней среды и для различных типов объектов

5 Зависимости обнаружительной способности TBC для различных слабоконтрастных удаленных объектов с учетом влияния внешней среды

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложено состояние проблемы, сформулированы цель исследования и решаемые задачи, научная новизна и практическая ценность работы, приведена структура диссертации и сведения об ее апробации

В первой главе рассмотрены природа теплового излучения, основные помехи, влияющие на его передачу, радиометрические величины и их соотношения в ИК-диапазоне электромагнитного спектра, а также базовые законы, описывающие тепловой поток объектов различной природы с позиции физики электромагнитного излучения, и взаимодействие излучения с телом как,

Исходя из данных таблицы значений коэффициента излучения е наиболее распространенных материалов, при решении задач диагностики выбирались различные типы объектов с разной степенью излучательной способности, чтобы более широко оценить возможности разработанных тепловизионных устройств по обнаружению и визуализации удаленных слабоконтрастных объектов Как итог, в первой главе определены основные направления разработки новой портативной тепловизионной аппаратуры с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками

Во второй главе определены, рассмотрены, проанализированы и систематизированы основные теоретические и практические положения, необходимые для разработки высококачественных оптических систем тепловизионных устройств на базе твердотельных неохлаждаемых матричных приемников излучения (МПИ), обладающих конкурентоспособными характеристиками и позволяющих с максимальной эффективностью решать задачи обнаружения и визуализации слабоконтрастных объектов на равноизлучающем фоне при разных атмосферных условиях и в различных средах (воздухе и воде) Рассмотрены структура современных твердотельных МПИ, а также их параметры с акцентом на основные характеристики, являющимися существенными при решении поставленных задач контроля, и методах их повышения Кроме этого, в данной главе уделено большое внимание разработке и выбору блоков и систем регистрации, считывания и

первичной обработки сигналов от объектов как неотъемлемым частям процесса функционирования тепловизора

Тепловизионные системы характеризуются совокупностью показателей, определяющих их эффективность, основными из которых являются вероятность обнаружения и распознавания объекта, минимальная разрешаемая разность температур, угловое (линейное) разрешение, угол обзора, число воспроизводимых градаций температур

Вышеописанные технические параметры ИК системы, определяющие эффективность работы TBC в целом, напрямую зависят от характеристик отдельных компонентов тепловизионных средств, в частности, оптической системы (ОС) и детектора ИК-излучения

Следует отметить что, т к оптическая система тепловизора отвечает за регистрацию излучения от объекта и формирование оптического изображения, анализируемое затем электронным модулем преобразования, то характеристики оптических компонентов являются одними из основных первичных факторов ограничения критериев обнаружения объектов Эти ограничения, в основном, обусловлены аберрациями (геометрической и хроматической), которые ухудшают качество изображения, и дифракцией, которая определяет предел пространственного разрешения системы

Для устранения этих оптических явлений, в практических разработках использовались линзы с большим показателем преломления (компенсация сферической аберрации) и специальная комбинация линз, при которой их дисперсии взаимно компенсируются (поперечная и продольная хроматические аберрации) При этом для коррекции монохроматических аберраций используются асферические поверхности линз, а для коррекции хроматизма - дифракционные оптические элементы

Как показано в работах Ж Госсорга, в соответствии с преобразованием Фурье даже хорошо исправленная в отношении аберраций ОС с круглым зрачком не может воспроизвести изображение светящейся точки в виде точки' Это обусловлено тем, что точечному объекту в зрачке соответствует сферическая волновая поверхность, распределение колебаний которой равномерно

При этом, чем меньше относительное отверстие ОС (ИК объектива), тем более «размытой» эта (хоть сколь угодно малая) точка будет фокусироваться на приемник в виде дифракционного пятна рассеяния конечных размеров

Получаемая дифракционная картина, называемая «кружком Эри», имеет четко выраженную круговую симметрию с максимальной

амплитудой в центре, окруженной кольцами убывающих по величине амплитуд

В центральном максимуме заключено почти все (около 84%) излучение, поэтому с некоторым допущением размер минимального пятна изображения определяется радиусом первого «темного» кольца г0, соответствующим первому нулевому значению функции Бесселя, те Го=3,83/2лр=1,22И72И (где Ь-радиус светового зрачка входной линзы ОС, р-пространственная частота, линий/мм, ^-фокусное расстояние объектива, А.-длина волны регистрируемого излучения)

Обычно для расчета минимального диаметра кружка рассеяния пользуются выражением 2га=с!а=2,5лср -Р (где О,,« 2р -диаметр входной линзы) Поэтому, для борьбы с дифракционными явлениями в ОС, увеличивалось относительное отверстие о=Овх зр /?о5 входного зрачка ИК системы При этом учитывалось влияние аберрации, которое растет с увеличением Дк3р Также, для повышения выявляемое™ малоразмерных слабонагретых объектов, был применен метод аподизации, т е подавления не основных (первых двух-трех) колец дифракционного пятна, т к они располагаются практически на уровне шумовых и других помех и частично могут быть отфильтрованы совместно с шумами и т п

При разработке тепловизионных средств также использовался предложенный Русиновым М М оригинальный метод аберрационного виньетирования, позволяющий увеличивать диаметр входного зрачка и фокусное расстояние объектива без существенного снижения освещенности

Совокупность всех яркостных точек объекта обеспечивает в плоскости изображения распределение освещенности, полученное от суммирования ее элементарных единичных значений по объекту Еэ(у/,2/)=ЯВо(у,г) ТУ^'-у^-^&удх (где Г) (у'-у, ¿-г)-функция рассеяния, Во(у,г)-функция распределения яркости объекта, Е3(у/,г/)-функция распределения освещенности с учетом аберраций)

Здесь имеет место операция свертки между распределением яркости объекта Во(у,г) и функцией рассеяния В(у1,т!), которую удобней рассматривать как импульсную реакцию системы Еэ=Во(у,г) Б(у/,г/)

В этом случае может быть легко применим к ОС простой математический аппарат, основанный на анализе Фурье, который состоит в разложении (предполагаемого плоским) исследуемого участка объекта, характеризующегося распределением яркости В0(у,г) на бесконечное число составляющих с синусоидальным распределением яркости и непрерывно переменным периодом

Каждый член, представляющий синусоидальную пространственную структуру, характеризуется периодом р (шагом) или пространственной частотой со=1/р (числом шагов на единицу длины)

Удобство применения элементов анализа Фурье к процессу формирования изображения Еэ(у/,г/) заключается в том, что операция свертки функции «распределения яркости объекта» и функции «рассеяния» преобразуется просто в произведение спектров этих функций и указанные соотношения становятся, соответственно, функциями. Ьо(ю,у), ¿/(со,у) и е(со,у)

Функция с/(со,у) при этом является оптической передаточной функцией (ОПФ), переменные которой ю и у-пространственные частоты ОПФ обычно величина комплексная, а ее модуль называется модуляционной передаточной функцией (МПФ) Р(ю,у), часто называемой также частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ)

Модуль в основном учитывает ослабление синусоидальных компонент, содержащихся в сигнале от излучения объекта, а аргумент этой функции, иногда называемый фазовой передаточной функцией (ФПФ) Ч'Сю.у), влияет на смещение изображения каждой элементарной периодической структуры При этом ОПФ имеет вид-й?(со,у)=Р(со,у) ехр[/Ч'(ю,у)] Эта функция идеальной системы всегда действительная и положительная

Исходя из данных положений, надо увеличивать модуль й?(со,у), снижая аберрации в системе, одновременно уменьшая аргумент приближая ОПФ системы к идеальной

В качестве приемника излучения в работе был разработан и использован МПИ с накоплением сигналов (рис 1(а)), где каждый чувствительный элемент 1 соединен с емкостной ячейкой 2, осуществляющей накопление зарядов за промежуток ^ между его опросами

Через предусилители 3 и общий мультиплексор 4 сигналы передаются на электронный тракт В этом случае накопленный заряд считывается через время ^ При времени кадра ^ и емкости матрицы С=Х У (Х-количество элементов матрицы по горизонтали (по столбцам), У-количество элементов матрицы по вертикали (по строкам)) электронная тактовая частота мультиплексора будет равна ГТМ=СЛК, т е в среднем для большинства систем немногим более 2,3 МГц (при ^«ц) Функцию накопителя зарядов может выполнять малошумящий предварительный усилитель (ПУ) и поскольку он общий для строки (или столбца), то период накопления заряда может ограничиваться не длительностью кадра 1к (равной обычно 33 мс, в ЫТБС формате), а

временем считывания только одной строки или столбца, т е около 0,1 или 0,14 мс

Что касается длинноволновых приемных устройств, то в диапазоне 8-14 мкм всегда присутствует сравнительно большое излучение фоновых помех внешних-от окружающей среды и внутренних-от элементов конструкции узлов ИК объектива Поэтому сокращение у них времени накопления позволяет избежать переполнения ячеек и ограничить поток фонового излучения

В работе была предложена электронная система считывания сигналов с координатной выборкой (рис 1(6)), позволяющей осуществлять произвольную выборку сигналов с отдельных элементов приемной матрицы, в отличие от системы с последовательной выборкой В ней каждый элемент приемника 1 представляет собой совокупность чувствительного слоя, накапливающей заряд емкости и МОП-ключа, управляемого задающим генератором 2 через горизонтальную шину 3 При замыкании ключа заряд с соответствующего пикселя по вертикальной шине 4 через малошумящий предварительный усилитель 7 поступает в аналоговый мультиплексор 5, осуществляющий выборку столбцов матрицы и передачу сигнала на вход АЦП 6

Приведенная схема считывания сигналов с отдельных элементов МПИ достаточно сложна и может дополнительно включать в себя коррелированную выборку, интегрирование, защиту от насыщения, вычитание фона и другие важные операции для улучшения видимости малоконтрастных объектов, особенно наблюдаемых в длинноволновом диапазоне

Потребность в постоянном совершенствовании систем обработки сигналов предопределила возникновение принципиально новых разработок схем 1Ю1С и электронных микромодулей N110 - с размещением в области каждого чувствительного кристалла цепей предварительной обработки сигналов, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а также схемы компенсации тепловых и структурных неоднородностей, которые использовались в наших разработках

Разработанные по многослойной эпитаксиальной технологии, схемы гибридного соединения матриц ИК приемников с хорошо отработанными схемами на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) позволяют осуществлять предварительную аналоговую обработку непосредственно в ячейке считывания электрических зарядов

Неохлаждаемые детекторы (приемники) ИК-излучения являются сложными оптико-электронными устройствами, которые

характеризуются большим числом параметров, из которых основными являются: минимально разрешимая температура (МРТ) (°С) для отечественных систем и NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) (мК) для зарубежных; область спектральной чувствительности, мкм; площадь чувствительного элемента Ad, см2; инерционность, или постоянная времени, с.

I 1

lIIbHD""^^ ............

Рис.1 - Упрощенная структурная схема МПИ с накоплением сигналов (а) и схема матричного считывания сигналов с координатной выборкой (б).

Так как в работе были выбраны слабоконтрастные объекты с температурой, близкой к температуре фона, то для решения поставленных задач обнаружения и визуализации были использованы односпектральные системы, работающие в среднем ИК-диапазоне

В матричных тепловизорах поле зрения определяется размером матрицы, а мгновенный угол зрения связан с отдельными приемными площадками Для решения задач обнаружения удаленных объектов необходим длиннофокусный узкоугольный объектив, тогда как широкоугольная оптика удобна, если объект находится вплотную к оператору и следует просматривать как можно большую площадь Следует отметить, что увеличение пространственного разрешения приводит к уменьшению температурного и наоборот

В работе применялись матрицы размером 640x480 с размером чувствительного элемента 28-30 мкм Элементы размером 17 мкм только начали выпускаться фирмой «L-3 Commumcation» (США) Матрица на этих элементах имеет размер 640x480

В работе также был обоснован выбор неохлаждаемых МПИ и определены как наиболее значимые при решении поставленных задач параметры тепловизионных средств, так и методы их повышения

В третьей главе приводятся экспериментальные исследования обнаружительной способности разработанных тепловизионных устройств на примере четырех типов слабоконтрастных объектов при различных условиях внешней среды, и сравниваются полученные практические результаты с расчетными В качестве устройств обнаружения были выбраны два тепловизора на основе микроболометрической матрицы («Катран-2» и «Thermal-EYE 5000хр») и один на основе пироэлектрической («ТСН-МП-100») - для сравнения Зарубежный тепловизор был рассмотрен в качестве аналога отечественных неохлаждаемых систем Различные типы объектов, как и разные атмосферные условия позволяют более объективно и развернуто оценить эффективность представленных TBC и выявить их параметры, наиболее значимые для решения поставленных задач

В работе рассматривались только односпектральные тепловизионные системы

Задача обнаружения объекта на равноизлучающем фоне трактуется как установление факта наличия в полосе захвата тепловизионной системой (TBC) некоего излучателя, отличающегося по радиационной температуре от окружающего фона

На основе заданных параметров объектов и известных характеристик тепловизоров были рассчитаны следующие величины

пространственное разрешение каждого из тепловизоров, поверхностная плотность потока излучения, лучистость, поток излучения и сила излучения каждого из объектов После проведения расчетов были получены следующие значения пространственного разрешения по осям X и Y соответственно 1,2 и 1,164 мрад (для тепловизора Катран-2), 1,309 и 1,309 мрад (для тепловизора Thermal-EYE 5000хр), 0,982 и 1,018 мрад (для тепловизора ТСН-МП-100)

Далее был проведен расчет телесных углов Q [ср] тепловизоров, охватываемых их оптической системой Получили Qi=0,022 (для TBC Катран-2), Q2=0,107 (для TBC Thermal-EYE 5000хр), Q3=0,062 (ТСН-МП-100)

Применив закон Ламберта, был рассчитан поток излучения J [Вт], регистрируемый каждым из тепловизоров, без учета влияния коэффициента пропускания атмосферы татм Принято также, что угол ф между нормалью к визируемой поверхности объекта и направлением телесного угла £1 равен 0 (р=0° Тогда расчетная формула примет вид J - /Qcos(^) = IQ.

В частности, для тепловизора «Катран-2» были получены следующие значения регистрируемого потока излучения [Вт] 0,02112, 0,5431, 0,05596, 0,05596 для 4-х объектов

В качестве значения спектрального коэффициента пропускания приемного объектива TBC принята величина 0,95 для всех трех типов тепловизоров и во всем регистрируемом диапазоне длин волн (7. 14 мкм) тоб=0,95

При моделировании различных условий внешней среды были рассчитаны три отличных друг от друга коэффициента пропускания атмосферы, зависящих от расстояния до объекта

1) расчетный коэффициент т1(1) (слабый дождь, 1 мм/ч),

2) расчетный коэффициент т2(1) (умеренный дождь, 4 мм/ч),

3) расчетный коэффициент г3(1) (морская акватория)

Рассмотрим подробнее нахождение коэффициента т1(1) Воспользуемся моделью LOWTRAN1, предлагающей эмпирическую формулу для учета рассеяния излучения на дождевых каплях

стад « 0,365v°'63 (Vd - скорость выпадения осадков, мм ч"1)

1 Тарасов В В , Якушенков Ю Г Инфракрасные системы «смотрящего» типа/ -М Логос, 2004

Для дождя общий коэффициент ослабления определяется только рассеянием на каплях и не зависит от длины волны излучения1 тс(1) = ехр(-сгай/), где дистанция до объекта / задается в км

Для слабого дождя имеем ^ =1 (мм/ч) В этом случае получим следующую формулу для расчета коэффициента ослабления атмосферы. гс(/) = г1(/) = ехр(-0,365/)

В силу особенности решаемой задачи, все объекты считаются точечными излучателями, тк именно точечный излучатель является минимально разрешимым тепловизионными средствами объектом, характеризующим максимальную дальность обнаружения шю или иного объекта Формальная запись понятия «точечный излучатель» выглядит следующим образом

a«FOVx, ß«FOVy, (1)

где а и ß - угловые размеры наблюдаемого объекта по горизонтали и вертикали соответственно, FOVx и FOVy - угловые поля зрения объектива TBC по горизонтали и вертикали соответственно

Процесс обнаружения TBC объекта и принятия решения относительно него зависит от ряда случайных факторов и является вероятностным Поэтому Джонсоном был сформулирован критерий, позволяющий с определенной степенью достоверности принимать решение В работе вероятность обнаружения вычислялась по соотношению сигнал/шум на выходе приемника излучения, поэтому в явном виде критерий Джонсона не использовался В работе предполагается учесть тот факт, что принципы, лежащие в основе как критерия Джонсона, так и метода расчета вероятности обнаружения различных объектов на равноизлучающем фоне, использованного в работе, одни и те же, и все они базируются на следующем положении -вероятность восприятия на ИК изображении объекта человеческим глазом как зрительным анализатором подчиняется логнормальному интегральному закону распределения

Зрительный анализатор человека при определенных условиях ведет себя подобно оптимальному линейному фильтру, согласованному с формой наблюдаемого изображения Поэтому, как было показано Дж Ллойдом, вероятность обнаружения Р0бН определяется исключительно воспринимаемым отношением сигнал/шум КБЫХ на выходе данного анализатора

В работах Тарасова для расчета соотношения сигнал/шум Квых на выходе приемника излучения (аналог зрительного анализатора для TBC) использовалась формула с громоздким подынтегральным выражением,

Кеых = у'"*=^тобтатЛ1)1кфВ*АЯ (2)

неудобная при проведении вычислений под конкретную задачу обнаружения

В работе предложена упрощенная формула, полученная с учетом допущений спектрального характера, принимающие во внимание те факты, что, во-первых, в средневолновом диапазоне объекты излучают как «серые» тела (характеристики, описывающие тепловое излучение объектов, не зависят от длины волны), а во-вторых, все объекты на большом удалении являются точечными излучателями Данная формула имеет вид

Aex2pyrjJFOVxIFOVy l2^AMmnFOVxFOVyffr где Авх - площадь входного зрачка приемного объектива TBC (в случае

л xD1

круглого сечения объектива вычисляется как Авх=-, где D - диаметр

4

объектива TBC), / - расстояние до визируемого объекта, Амш - площадь чувствительного слоя МПИ (вычисляется по следующей формуле Ащцр ab- N • М, где а и b - размеры чувствительного элемента матрицы по горизонтали и вертикали соответственно, N - количество строк матрицы МПИ, М - количество столбцов матрицы МПИ), Ny - число элементов приемника по направлению у, перпендикулярному направлению сканирования х, IFOVx и IFOVy - мгновенные углы зрения TBC по горизонтали (направление х) и вертикали (направление у) соответственно, FOVx и FOVy - углы поля зрения TBC по горизонтали и вертикали соответственно, ffr - частота смены кадров, rjsc - коэффициент

использования развертки (rjiC = Т]х -Т] = 0,81, где 77, =0,9 и цу- 0,9 -

коэффициенты использования развертки по направлению х и у соответственно для всех трех тепловизоров), А Л = 7 мкм - полоса регистрируемых TBC длин волн (7 14 мкм для рассматриваемых тепловизоров), т0б - коэффициент пропускания приемного объектива TBC (см выше), таТм(0 - коэффициент пропускания атмосферы (см выше), I - сила излучения, кф - коэффициент формы (см ниже), D* -спектральная удельная обнаружительная способность МПИ (паспортная характеристика TBC)

Коэффициент формы кф, учитывающий размытие изображения точечного излучателя из-за дифракции, аберраций и др факторов, был выбран эвристическим путем равным 0,9

Параметр / в формуле (2) - расстояние до объекта - величина неизвестная, поэтому КВЬ1Х есть функция от / КВЬ1Х=КВЫХ(/)

Для расчета вероятности обнаружения воспользуемся следующей формулой

А так как вероятность обнаружения Робн зависит от Квых(1), то Р0бН также является функцией от / Р0бН= Робнф Таким образом, мы пришли к требуемому в постановке задачи определению зависимости вероятности обнаружения объекта от расстояния до него

На рис 2(а-в) приведены зависимости вероятности обнаружения РобнО) различных объектов от расстояния до них для TBC «Катран-2» при различных коэффициентах пропускания атмосферы татм(1) По оси абсцисс откладывается дистанция L (км), а по оси ординат - вероятность обнаружения объекта

По результатам проведенных экспериментальных исследований получены следующие выводы

• чем лучше атмосферные условия, тем более существенными для решения задач диагностики имеют разрешающие возможности TBC и тем более ярко выраженными становятся различия в обнаружительной способности от габаритов и свойств объектов,

• плохие атмосферные условия оказывают значительное отрицательное влияние только на тепловизоры с высокими разрешающими способностями,

• умеренные изменения влажности не оказывают какого-либо существенного воздействия на вероятность обнаружения,

• если объекты являются точечными излучателями, то для их обнаружения большое значение имеет не столько пространственное разрешение TBC, сколько их способность регистрировать как можно большее количество излучения от объекта, увеличивая тем самым соотношение сигнал/шум на выходе приемника излучения

Четвертая глава диссертации посвящена описанию разработанных в НИИИН МНПО «Спектр», НПЦ Спектр-АТ и ТАСК-Т при непосредственном участии автора и на основе полученных им технических и технологических решений тепловизионных средств, эффективно решающих задачи обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов

Р,

ООН

(3)

Разработанные TBC имеют качественную оптику, хорошее температурное и пространственное разрешение для обеспечения обнаружения и визуализации на расстоянии 1000 20000 м слабоконтрастных объектов, небольшие массу и габариты, низкое энергопотребление, обеспечивающее длительную автономную работу, высокую защищенность корпуса от влаги и пыли и удобство эксплуатации

Среди портативных TBC следует отметить носимые тепловизоры серии КАТРАН (рис 3(а)), относящиеся к системам малой дальности (до 500 м)

Данные TBC обладают высокой температурной чувствительностью и пространственным разрешением, что позволяет решать задачи обнаружения и диагностики на значительных расстояниях При их проектировании основное внимание уделялось обеспечению высоких показателей защиты от внешних воздействий, низкого энергопотребления, удобства работы с прибором и простоты управления В некоторых последних разработках носимых TBC, помимо тепловизионного, имеется еще дополнительный канал (телевизионный или лазерный)

Сфера применения мобильных TBC несколько шире, чем носимых, поскольку они могут решать более сложные задачи, например - круговой обзор за счет установки на штатив или опорно-поворотное устройство (ОПУ ) Массогабаритные характеристики мобильных TBC выше за счет более длиннофокусных объективов и наличия дополнительных структурно-функциональных компонентов

Мобильный тепловизор «Скат-1» (рис 3(6)) представляет собой одноканальный прибор с автоматической регулировкой яркости и контрастности Визуализация изображения осуществляется на встроенном видоискателе Функциональность тепловизора может быть расширена введением ручной регулировки яркости и контрастности изображения, функции позитив/негатив и функции запоминания кадров Объектив изделия защищен от повреждений пластиковым колпаком, настроен на бесконечность, что позволяет отчетливо видеть объекты на расстоянии от нескольких десятков метров, и зафиксирован, благодаря чему при работе с прибором можно не беспокоиться о необходимости настройки резкости

В 2008 году завершается разработка нового тепловизионного приемника «Скат-2» Указанные тепловизионные средства построены на базе пироэлектрических модулей 300D с геометрическим разрешением 320x240 элементов и температурной чувствительностью 0,1 °С

Тепловизоры этой серии могут исполняться с различными объективами с фокусными расстояниями 50, 70 и 75 мм, обладают высокими показателями по пыле-влагозащите, содержат встроенный видеопроцессор, позволяющий записывать получаемое изображение во встроенную энергонезависимую память, отображать на экране различную служебную и сервисную информацию

Созданная стационарная многоканальная TBC СПЕКТР может включать два, три и даже четыре канала, работающих в различных спектральных диапазонах и объединенных в единый корпус, устанавливаемый на ОПУ Каждый канал имеет собственное входное окно, может работать как самостоятельно, так и одновременно с другими каналами Изображения от каждого канала выводятся на отдельные мониторы и одновременно вводятся в ЭВМ, которая осуществляет обработку информации от отдельных каналов и совместную по алгоритмам, выбираемым оператором

Объединение различных информационных каналов в одном модуле позволяет недостатки одних каналов компенсировать достоинствами других, что обеспечивает эффективную круглосуточную работу системы в целом

Комплекс «СПЕКТР» обладает более высокими характеристиками по сравнению с зарубежными системами аналогичного класса, и за счет компьютерной обработки информации, полученной с различных, оптимальным образом выбранных каналов, может обеспечить эффективную диагностику различных объектов на значительно больших расстояниях Кроме того, комплекс «СПЕКТР» может работать как мобильное автономное средство, размещаемое на автомобиле или других носителях (самолете, катере и т д)

Тепловизионные системы, устанавливаемые на носителях, являются новыми разработками, в которых используются некоторые технические решения, успешно апробированные на разработанных тепловизорах В частности, система СПЛИТ, где в качестве носителя TBC применяется беспилотный летательный аппарат, является эффективным и перспективным средством наблюдения и контроля за протяженными объектами или территориями Поскольку средства наблюдения с воздуха находятся вне конкуренции по охвату наблюдаемых площадей, им нет альтернативы применения на участках земли со сложным рельефом, и в населенных пунктах, то есть там, где не обеспечивается прямая видимость средствами наблюдения, расположенными у поверхности земли

n,95 0.89

0.79

PI.J.UU 0Л4

- 0.68

PIJ_2(L) 06J

PI 1 3(1.) 0.58

PPI I 2(L) 0.42

"m i ми 031

---- 032

0.26 0.21 0.16 0.11 0.053

а) Живой объект на земле

0.9S 0.S9 0.84

P1_2_!(L) 0.74

--0.68

Р1_2_2(1.) 063

P1_2J(L) 0.58

PP1_2__2ÍL) 0.42

mj 3fL) °-37

0.32 0.26 0.21 0.16 0.11 0.053

0.45 0-49 0.53 0.56 0.6 0.64 0.68 0.71 0.75 0.79 0.82 0.86 0.9 0.94 0.98 I.Ol 1.05 1.09 | .13 1.16

б) Металлический объект на земле

1.05

0.95 0.89 0.84

PI 31 (L) °-74

P1_5_3(U 0.58

l'Pl 3 2(1.) 0.42

грТ'з зал0 37

---- 0.32

0.26 0.21 0.16 0.11 0.053

0.15 0.16 0.17 0.19 0.2 0.21 0.23 0.24 0.25 0,26 0.28 0 29 0.3 0.31 0.33 0.34 0.35 0.36 0.38 0.39 0.4

I.

в) Резиновый плавучий объект Рис.2 - Вероятность обнаружения Р0бнО) различных объектов TBC «Катран-2» в зависимости от расстояния до них при различных условиях внешней среды (красный график - слабый дождь (1 мм/ч); синий - умеренный дождь (4 мм/ч); пурпурный - морская акватория). Сплошные линии-расчетные значения, пунктирные -значения, полученные при испытаниях.

Рис.3 - Тепловизоры «Катран-2» (а) и «Скат-1» (6).

В Приложениях ппияедены документы, подтверждающие использование и внедрение результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. Путем анализа возможностей теплового метода определены пути построения тепловизионных систем обнаружения удаленных слабоконтрастных объектов.

2. На основе современного математического аппарата выполнен расчет и анализ основных элементов тепловизионных систем с применением твердотельных неохлаждаемых многоэлементных матричных преобразователей: высококачественных оптических систем, блоков регистрации, преобразования, считывания и первичной обработки сигналов от обнаруженных объектов, а также разработаны матричный приемник излучения с накоплением сигналов и адаптированная матричная схема считывания сигналов с координатной выборкой.

3. Проведенные экспериментальные испытания разработанных автором тепловизионных устройств, заключающиеся в решении задачи обнаружения слабоконтрастных объектов разных типов на равноизлучающем фоне при различных условиях внешней среды, подтвердили достоверность теоретических и практических положений, выдвинутых и использованных автором при проектировании неохлаждаемых тепловизионных систем.

4. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые современные TBC: «Спектр», «Скат», «СПЛИТ», которые уже внедрены в серийное производство и активно используются как гражданскими, так и военными государственными структурами для решения задач обнаружения и визуализации объектов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

1 Патент на промышленный образец №54336 от 16 04 2004 г Настольный криминалистический комплекс (Генетика 02)/ Ковалев А А , Ковалев А В , Хныков Ю А , Студитский А С , Поляков Ю А

2 Ковалев А А , Федчишин В Г , Студитский А С и др Возможности неохлаждаемой тепловизионной аппаратуры по диагностике энергонасыщенных объектов и промышленного оборудования/ Русский инженер, 2006, №1 С 24-27

3 Ковалев А А , Ковалев А В Возможности методов неразрушающего контроля Часть 1/Мир и Безопасность, 2007, №2 С 21-26

4 Ковалев А А , Ковалев А В Возможности методов неразрушающего контроля Часть 2/ Мир и Безопасность, 2007, №3 С 10-15

5 Ковалев А А , Ковалев А В Возможности тепловизионного метода неразрушающего контроля в решении антитеррористических задач/ Специальная техника, 2007, №6 С 12-24

6 Ковалев А А , Хныков Ю А , Федотов А В , Баранов М Е Мобильный комплекс для диагностики поверхностей диэлектрических материалов/ Труды Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» С -Петербург, 9-12 сентября 2002 г С 37

7 Ковалев А.А, Садков С В, Понамарев М А Лазерная локация удаленных световозвращаюших оптических объектов/ Труды 4-ой Международной выставки и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» Москва, 17-18 мая 2005г С 21

8 Ковалев А А, Ковалев А В Обнаружительные возможности современных неохлаждаемых поисковых портативных тепловизионных средств/ Тезисы докладов 7-й Международной выставки и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» Москва, Россия 11-13 марта 2008 С 50

9 Kovalev A A Performance capabilities of non-cooled IR-images for diagnostics of energy saturated objects and industrial equipment/ Works of 9-th European Conference on NDT Berlin, Germany September 25-29, 2006 P 48-49

10 Kovalev A A , Pushkina I, Fedotov A V and others New achievements m the field of development of mobile X-ray TV-system/ Works of 16th world conference on nondestructive testing Montreal, Canada August 30 -September 3, 2004 P. 60

11. Kovalev A A, Polyakov Y A , Studitsky A S and others New means of the thermovision inspection desingned for tasks of anti-terrorism security and technogemc safety/ Works of 16th world conference on nondestructive testing Montreal, Canada August 30 - September 3, 2004 P 153

Подписано к печати 22.09 2008 г Формат 60x84 1/16 Объем 1,5 п л Тираж 100 экз Заказ №92.

Московский государственный университет приборостроения и информатики

107076, Москва, ул Стромынка, 20

Введение.

1. Анализ возможностей теплового метода по обнаружению удаленных слабоконтрастных объектов и определение путей построения поисковой аппаратуры.

1.1. Природа теплового излучения и основные помехи.

1.2. Радиометрические величины и их соотношения в ИК-диапазоне спектра.

1.3. Излучательная и поглощательная способности исследуемых материалов и наблюдаемых объектов в ИК-диапазоне спектра.

1.4. Прохождение ИК-излучения через атмосферу.

1.5. Выводы.

2. Расчет и анализ основных характеристик тепловизионных систем на основе твердотельных неохлаиедаемых многоэлементных матричных преобразователей.

2.1. Оптические системы тепловизионных камер.

2.2. Линейная фильтрация изображений, оптическая и общая модуляционная передаточные функции ОС тепловизоров.

2.3. Основные этапы и направления развития приемников ИК-излучения.

2.4. Структура и принцип работы современных твердотельных матричных приемников излучения.

2.5. Основные параметры приемников ИК-излучения тепловизионных систем.

2.6. Регистрация, считывание и первичная обработка сигналов неохлаждаемыми тепловизионными системами.

2.7. Выводы.

Определение обнаружительной способности тепловизоров на основе неохлаждаемых микроболометрических матриц.

3.1. Расчет излучательных параметров объектов, регистрирующих способностей ТВС и пропускания атмосферы по их структурно-функциональным моделям.

3.2. Критерии оценки эффективности использования наблюдательных тепловизионных систем.

3.3. Расчет зависимости вероятности обнаружения слабоконтрастного удаленного объекта от расстояния до него.

3.4. Выводы.

Тепловизионная аппаратура для обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов.

4.1. Классификация тепловизионных систем обнаружения и визуализации.

4.2. Пироэлектрические модули-преобразователи ИК-излучения Thermal-Eye 300D и Thermal-Eye 2000В.

4.3. Микроболометрические модули-преобразователи ИК-излучения Thermal-Eye серий 36xxAS и 45xxAS.

4.4. Портативные тепловизионные системы обнаружения на основе микроболометрических матриц.

4.5. Мобильные тепловизионные системы обнаружения на основе микроболометрических и пироэлектрических матриц.

4.6. Стационарные тепловизионные системы обнаружения и визуализации на основе микроболометрических и пироэлектрических матриц.

4.7. Наблюдательные тепловизионные системы, устанавливаемые на носителях.

4.8. Выводы.

В основе тепловизионного метода контроля заложен принцип, заключающийся в том, что любые процессы, происходящие в окружающей нас природе и человеческой деятельности, сопровождаются поглощением и выделением тепла, изменяя внутреннюю энергию тела, которая в состоянии термодинамического равновесия пропорциональна температуре вещества. В результате этого процесса поверхности физических тел или объектов контроля приобретают специфическое температурное распределение, испуская при этом электромагнитное излучение, спектр, мощность и пространственные характеристики которого зависят в основном от температуры тела и его излучательной способности. Данное излучение принято называть инфракрасным (ИК) излучением.

Именно в невидимом человеческому глазу ИК-диапазоне спектра сосредоточена вся информация о собственном тепловом излучении или состоянии окружающих нас, в том числе удаленных или движущихся объектов, а также характере протекания тепловых процессов на подстилающей земной или водной поверхностях.

Одним из способов расширения возможностей человеческого зрения является создание технических средств, обеспечивающих визуализацию невидимых человеческим глазом изображений, создаваемых в широком спектре электромагнитного излучения. К наиболее распространенным в настоящее время средствам такого преобразования относятся инфракрасные системы (ИКС), преобразующие инфракрасное (ИК) излучение в видимое изображение. Распространенность ИК-систем обусловлена в основном тем, что в диапазоне температур, соответствующих наблюдаемым вблизи поверхности Земли, спектр собственного электромагнитного излучения объектов искусственного и естественного происхождения соответствует инфракрасной области.

Инфракрасное излучение, открытое У.Гершелем в 1800 году, проявляется своим тепловым действием, носит свое второе название — тепловое, и с учетом характеристик приемников излучения и так называемых «окон прозрачности» атмосферы, условно делится на четыре участка: ближняя ( длины волн 0.76 — 3.0 мкм), средняя ( 3.0 — 6.0 мкм), дальняя ( 6.0 - 15.0 мкм) и сверхдальняя область спектра (15.0 - 1000.0 мкм). Ряд авторов (Р. Хадсон, Дж. Ллойд, Ж. Госсорг) предлагают несколько иное деление ИК-спектра, однако во всех вариантах деления границы участков достаточно близки.

Аппаратурные средства, преобразующие инфракрасное излучение в видимое, в соответствии с рекомендациями ряда отечественных и зарубежных научно-технических организаций, занимающихся терминологией, принято называть: «инфракрасная система», «оптико-электронная система визуализации» и «тепловизионная система».

Возможность дистанционной регистрации излучаемых тепловых потоков, а на небольших расстояниях - также получения дополнительной информации о распределении температуры по поверхности и в объеме (особенно энергонасыщенных) объектов, позволяет не только их визуализировать, но и заблаговременно выявлять опасные очаги перегрева или скрытого возгорания, что в целом способствует предотвращению крупных аварий или пожаров, приводящих иногда к техногенным или экологическим катастрофам.

Одними из первых устройств, преобразующими ИК-излучение в видимое изображение, являются приборы ночного видения (ПНВ), предназначенные для наблюдения, прицеливания, сопровождения целей и пр. в сумерках и ночью. ПНВ появились в конце второй мировой войны и прошли к настоящему времени достаточно сложный путь развития, который можно разбить на ряд этапов [33], связанных с появлением определенных поколений ПНВ, которых к настоящему времени насчитывается три. Каждое последующее поколение отличалось от предыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, снижением массо-габаритных характеристик, увеличением времени работы, повышением стойкости к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ [35]. Главным признаком, по которому различаются поколения ПНВ, является их основной элемент — электронно-оптический преобразователь (ЭОП), осуществляющий преобразование невидимого для человеческого глаза изображения в видимое и усиление его яркости. ПНВ достаточно просты по конструкции и исполнению, обладают относительно низкой стоимостью, а их рабочий диапазон длин волн лежит в пределах 0.76-1.15 мкм, что соответствует ближней области ИК—спектра. При всей своей привлекательности ПНВ обладают рядом недостатков [74], к которым относятся: неработоспособность при воздействии интенсивных световых и пыледымовых помех; резкое снижение дальности видения при ухудшении прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и т.п.); сильная зависимость дальности видения от уровня естественной ночной освещенности и светотехнических контрастов объектов наблюдения на окружающих их фонах.

Перечисленных недостатков лишены тепловизионные системы наблюдения, которые могут работать при воздействии большинства световых помех, при значительных уровнях воздействия пыли, дыма и при пониженной прозрачности атмосферы. Их дальность видения практически не зависит от светотехнических контрастов и от уровня естественной освещенности. Рабочий диапазон длин волн тепловизионных систем лежит в интервале 3.0 - 15.0 мкм, что соответствует зоне максимальной интенсивности собственного излучения различных объектов при нормальных температурах.

Возможностям тепловизионных систем, обеспечивающим как выявление внутренних дефектов в объектах контроля, так и решение проблем ночного видения», обнаружения скрытых или замаскированных объектов, а также осуществления поисковых мероприятий в сложных метеоусловиях, посвящено достаточно большое количество монографий, справочников, статей в научных и научно-популярных журналах, докладов на научных конференциях [6, 9, 16, 20, 23, 26, 28, 29, 31, 39, 52, 58, 60, 75, 86]. Общепринято мнение специалистов, работающих в ИК-области и высказанное одним из них, заключающееся в том, что «возможности ИК-техники ограничены только нашим воображением».

Известно, что достоинства ИК-техники, заключающиеся в ее высокой чувствительности и широких функциональных возможностях, в полной мере могут быть реализованы в стационарных и мобильных компьютеризированных системах. Однако для решения достаточно большого объема поисково-досмотровых задач, к которым, в частности, можно отнести и задачу обнаружения слабоконтрастных объектов на больших расстояниях, необходима портативная, автономная техника, обладающая достаточной чувствительностью и рядом функций, реализация которых требует использования компьютерных или процессорных средств.

Инфракрасные системы, и, в частности, наиболее распространенные мобильные неохлаждаемые тепловизионные средства наблюдения и контроля, в последние годы привлекают все возрастающее внимание как разработчиков, так и огромного числа специалистов различного профиля для эффективного решения ряда важных научно-прикладных, чисто дефектоскопических, поисковых и других задач.

Новый повышенный интерес к мобильным автономным тепловизионным средствам в настоящее время обусловлен появлением на рынке высокоинформативных матричных неохлаждаемых ИК модулей третьего поколения и существенно возросшими потенциальными возможностями программного (особенно автоматизированного) компьютерного анализа формируемых их мультиплексорами изображений, обеспечивающего при этом резкое увеличение объемов обрабатываемой информации в реальном масштабе времени. Это привело к качественно новому уровню развития оптико—электронных технических средств всепогодного наблюдения и контроля.

Производством таких технических средств занимаются ряд зарубежных («Flir Systems», «Thermal-EYE», «Fort imaging system», «1СМ») и отечественных (ЗАО НИИИН МНПО «Спектр», НПЦ «Спектр-АТ», ТАСК-Т, «ИРТИС») фирм. Со второй половины 90-х годов XX столетия в неохлаждаемых инфракрасных системах стали применять многоэлементные двумерные матричные приемники излучения (МПИ). ИКС на основе МПИ получили название «смотрящие» системы, а режим их работы принято называть «смотрящим».

С расширением объема и усложнением решения поисково-досмотровых задач, вызванных повышением требований комплексной безопасности различных объектов и людей, а также необходимостью улучшения уровня достоверности результатов наблюдения, обнаружения и идентификации объектов поиска, весьма явно проявилась тенденция необходимости и актуальности совершенствования портативных ИК-систем и создание такой аппаратуры «под задачу».

Более того, совершенствование и создание новых видов ИК-техники обусловлено необходимостью развития военной и специальной техники, требующейся для усиления борьбы с контрабандой оружия, наркотических средств, нелегальной миграцией и другой противозаконной деятельностью. Эти факторы, наряду с возрождающимся национализмом, милитаристическим и экстремистским исламом, распространением коррупции, бездействием правоохранительных органов и разгулом преступности являются питательной средой, на которой буйно расцветает международный терроризм - основная угроза национальной безопасности.

Работы над созданием и совершенствованием такой техники, как уже отмечалось выше, получили новый импульс в начале 90-х годов ХХ-го столетия. Это было вызвано с одной стороны появлением новых высокотехнологичных средств преобразования ИК-излучения, а с другой — необходимостью создания широкофункциональных технических средств для борьбы с нарастающей террористической угрозой. Зарубежными лидерами в создании тепловизионных средств поиска являются фирмы FLIR и L-3 Communications. В России задачу создания тепловизионной техники решают такие предприятия как ФНПЦ НПО ГИПО (г.Казань), ГУП ПО «НПЗ» (г.Новосибирск), ПО ЗОМЗ (г.Сергиев Посад), НИИИН МНПО «Спектр» (г.Москва), ФГУП «Циклон» (г.Москва) и ряд других, но разработку портативных, автономных неохлаждаемых поисково-досмотровых тепловизионных средств осуществляют практически две структуры -«Циклон» и «Спектр».

Коллектив сотрудников НИИИН МНПО «Спектр» занимается разработкой тепловизионных неохлаждаемых приемников с начала 80-х годов ХХ-го столетия, а автор присоединился к решению этой проблемы в 2002 году. В исследованиях и получении результатов, отраженных в настоящей работе, вместе с автором принимали непосредственное участие В.Г.Федчишин, А.В.Ковалев, А.С.Студитский, А.Г.Кекин, С.В. Садков, Е.В.Самарин и другие сотрудники, не упомянутые в этой работе, но которым автор благодарен за помощь и поддержку.

Проводимые нами исследования были направлены на создание портативных, автономных, неохлаждаемых поисково-досмотровых тепловизионных средств, обладающих высокой чувствительностью и широкими функциональными возможностями при высокой степени защищенности от внешнего воздействия (пыль, влага, удары, тряска и т.п.), удобных, простых и надежных в эксплуатации. Немаловажным требованием была необходимость достижения оптимальной величины критерия «цена — качество - функциональные возможности».

Такая цель требовала детального анализа возможных средств преобразования ИК—излучения и выбора конкретного типа, расчета параметров и обнаружительных характеристик создаваемых технических у средств при использовании различных преобразователей и оптики, разработки структурно-функциональных схем и алгоритмов работы аппаратуры поиска, синтеза принципиально новых электронных схем, разработки конструкции, выбора и оптимизации технологии производства и, наконец, создание программного обеспечения для встраиваемых процессорных средств и компьютерной техники, которая может использоваться в работе с поисковыми средствами, расширяя их функциональные возможности и сферу применения.

Основы тепловидения, закономерности и теплофизические соотношения, а также требуемые и практически реализованные технические характеристики созданных в разное время различных тепловизионных систем заложены, сформулированы и исследованы рядом таких ведущих ученых и специалистов (под их руководством или при их участии), авторов известных книг, монографий и брошюр, как Р. Хадсон, Дж. Ллойд, Ж. Госсорг, М. М. Мирошников, В. П. Вавилов, О. Н. Будадин и многих других, внесших ценный вклад в развитие тепловизионных систем.

Однако это быстро развивающееся перспективное направление в научно-техническом и методологическом плане не всегда в достаточном объеме, лаконичной и доступной форме для любого уровня специалистов, освещается в отечественных и зарубежных публикациях, которые зачастую неоправданно изобилуют излишними теоретическими выкладками, а также утяжеляются всеобъемлющей и многоплановой тематикой в ущерб практически используемой и полезной для работы информации.

Проводимые нами исследования были направлены на создание такой неохлаждаемой тепловизионной поисково-досмотровой аппаратуры, которая обладала бы перечисленными выше параметрами, являлась оптимальным индивидуальным средством поиска и наблюдения при проведении поисковых, поисково-спасательных и специальных операций, обеспечивая возможность круглосуточного и всепогодного наблюдения за расположением или перемещением людей и техники, обнаружения скрытых и замаскированных объектов, оценки степени их маскировки и т.п.

Следует отметить, что в НИИИН МНПО «Спектр» (г. Москва) накоплен многолетний опыт теоретических и экспериментальных исследований в области создания мобильных неохлаждаемых тепловизионных средств наблюдения и контроля, разработки и производства нескольких модификаций неохлаждаемых тепловизоров на базе пировидиконов и твердотельных матричных модулей с мультиплексорами (серии «ТН -.», «Катран», многоканального «Зонд» и др.), а также научно — методической деятельности.

Это послужило автору основной предпосылкой для обобщения проведенных МНПО «Спектр» исследований с дополнительным использованием упомянутых выше теоретических и научно-прикладных основ, а также справочного и информационного материала.

Объектом исследования в настоящей диссертационной работе являются неохлаждаемые тепловизионные системы, применяемые для решения задач обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов.

Предмет исследований — установление закономерностей формирования и преобразования информации в модели, включающей: объект поиска (источник первичной информации) — пространство между объектом поиска и приемником (как барьер) - преобразователь ИК излучения — блок преобразования, обработки и отображения визуальной информации — оператор при проведении работ в нестационарных и полевых условиях.

С учетом изложенного, в настоящей диссертационной работе была поставлена следующая цель - исследование и разработка тепловизионных портативных неохлаждаемых средств обнаружения и визуализации для последующей диагностики удаленных слабоконтрастных объектов на фоне различного рода помех.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: рассмотрены и проанализированы основные помехи, влияющие на передачу теплового излучения объектов, величины и их соотношения в ИК-диапазоне спектра, характеризующие тепловой поток, а также определены основные направления разработки и исследования новых ТВС с улучшенными характеристиками; определены, проанализированы и систематизированы основные теоретические положения и практические рекомендации, необходимые для разработки высококачественных оптических систем, блоков регистрации, преобразования, считывания и первичной обработки сигналов от обнаруженных объектов; проведены расчет характеристик разработанных ТВС и экспериментальные исследования их обнаружительной способности в различных внешних средах с учетом влияния фоновых факторов, а также выбран критерий и метод расчета вероятности обнаружения различных объектов на равноизлучающем фоне; сопоставлены с теоретическими расчетами и проанализированы результаты, полученные при экспериментальной апробации разработанных ТВС на объектах различных типов, на основании чего были сделаны выводы о применимости тех или иных систем для решения поставленных задач и о влиянии внешних факторов на вероятность обнаружения соответствующих объектов; приведено описание разработанных ТВС на основе неохлаждаемых матриц и результаты их практического применения.

Относительно методологии работы следует сказать, что выполнение научных исследований проводилось с использованием вероятностных методов, а также методов спектрального анализа и математической физики. Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждена соответствующими экспериментами по обнаружению ряда объектов различных классов в меняющихся условиях внешней среды с использованием разработанных ТВС и сопоставлением полученных экспериментальных данных с теоретическими результатами.

Научная новизна работы заключается в следующем: получен математический аппарат для расчета основных блоков (блока оптической системы, а также регистрации, считывания и обработки информации) тепловизионных средств обнаружения и визуализации удаленных слабоконтрастных объектов; разработан матричный приемник излучения с накоплением сигналов; адаптирована матричная схема считывания сигналов с координатной выборкой под неохлаждаемые приемники излучения тепловизионных средств обнаружения и визуализации удаленных слабоконтрастных объектов; получена упрощенная формула расчета соотношения сигнал/шум на выходе приемника излучения, используемая при определении вероятности обнаружения удаленных слабоконтрастных объектов; определены зависимости обнаружительной способности ТВС от влияния внешней среды и типа обнаруживаемых объектов, позволившие выявить наиболее значимые при решении поставленных задач характеристики неохлаждаемых ТВС.

Практическая значимость:

1. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработаны новые, более совершенные неохлаждаемые тепловизионные средства с улучшенными характеристиками обнаружения и визуализации, которые по своим тактико-техническим данным не уступают зарубежным аналогам.

2. Даны рекомендации по проектированию ТВС с матричными приемниками излучения.

3. Разработана методика экспериментального определения обнаружительной способности ТВС для различных типов объектов с учетом влияния мешающих факторов.

Достоверность теоретических результатов находится в достаточной точности для использования их в практических разработках, подтверждена аппаратной реализацией в аппаратурных средствах, внедренных в системах и комплексах, принятых на вооружение и снабжение правоохранительных органов и структур Государственной безопасности.

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований соискателя использовались ЗАО НИИИН МНПО «Спектр», НПЦ «Спектр-АТ» и фирмой ТАСК-Т при создании ТВС «Катран-3» (портативный тепловизор), СПЛИТ (устанавливаемый на носителях), «Скат» (мобильный) и «Спектр» (стационарный).

В данной диссертационной работе в доступной форме изложены физические основы тепловидения, а также последовательно рассмотрены прикладные вопросы и приложены справочные данные с позиций удобства их практического использования.

В процессе работы над диссертацией было рассмотрено, проанализировано и обобщено большое количество материала из монографий, статей, рефератов, проспектов и т. п., часть из которых вошла в библиографию.

3.8 Выводы

По разработанным системам, в частности, по их структурно-функциональным особенностям и алгоритмам работы, в процессе их апробации и дальнейшей эксплуатации в различных силовых и гражданских ведомствах, при проведении спасательных, антитеррористических и военных операций, можно сделать следующие выводы:

• отсутствие охлаждения делает тепловизоры на основе неохлаждаемых приемников излучения (микроболометрах и пиро- либо сегнетоэлектриках) экономичными по потребляемой мощности, более легкими и более дешевыми, чем охлаждаемые тепловизоры;

• принципиальным отличием пироэлектрика от микроболометра является то, что он реагирует не на абсолютное значение температуры, а на ее изменение. В связи с этим для нормального наблюдения требуется периодическое «выравнивание» потока излучения, попадающего на матрицу. Это осуществляется за счет периодического перекрытия потока излучения. Благодаря периодическому перекрытию потока излучения вдвое снижается тепловая нагрузка на приемные элементы,: поэтому пироэлектрические приемники более устойчивы к воздействию постоянных мощных источников излучения;

• тепловизоры на основе микроболометрических матриц (МБ-системы) . способны выходить на рабочий режим за несколько секунд, что особенно важно, если наблюдение ведется в боевых условиях;

• МБ-системы, по сравнению . с другими неохлаждаемыми системами, например на пироэлектрических приемниках излучения;, могут работать без механических модуляторов, обеспечивая себе бесшумность функционирования, тем самым не обнаруживая себя в условиях' скрытого наблюдения;

•• ' МБ-приемники излучения чувствительны- в. широком спектральном диапазоне; Практически пока используется наиболее распространенный! средневолновый диапазон 8. 13 мкм, но МБ-системы потенциально пригодны для.;изготовления перспективных многоспектральных систем;

• в отличие от оптико-механических систем сканирования^. содержащих большое число движущихся- деталей, матричные тепловизоры с электронным сканированием, к которым относятся МБ-системы и системы с. ППИ;. фактически являются передающими телевизионными системами. ИК-диапазона, что позволяет формировать.изображение на экране тепловизора в реальном времени;

•■>. выпуском микроболометрических матриц, модулей и камер занимаются! более 25 фирм в различных странах: США, Канаде, Франции, Швеции,. Японии, Австрии, а также Германии и Великобритании, что исключает возможность образования дефицита на рынке микроболометров;

• в России применение БПЛА как поискового средства, в том числе и в целях регулярного наблюдения участков государственной границы, пока носит характер опытной'эксплуатации. Это зависит от. многих причин, в;том числе, и от решения проблемы получения стабильного изображения контролируемых площадей, поскольку полет легкого летательного аппарата на приземных высотах связан с достаточно ощутимыми вибрациями и непроизвольным изменением направления полета, высоты, крена и т.п., что усложняет наблюдение и анализ получаемых изображений. Высокая турбулентность атмосферы в приземном слое и небольшой вес летательного аппарата требуют поиска различных способов и алгоритмов получения стабильного изображения контролируемых объектов или пространств с целью их последующей обработки и анализа. Такая работа в настоящее время ведется и положительные результаты ожидаются в самое ближайшее время.

В заключение следует сказать, что в последние годы тепловизионная техника бурно развивается, обеспечивая появление, с одной стороны, практически универсального диагностического средства, а с другой, благодаря своим функциональным возможностям, превращается в ключевой элемент, определяющий тактико-технические характеристики новых видов вооружений, военной техники и специальных поисково-досмотровых средств.

162

Заключение

В данной диссертационной работе был подробно описан процесс разработки и создания современных тепловизионных средств обнаружения слабоконтрастных удаленных объектов, способных эффективно решать текущие задачи антитеррористической и криминалистической диагностики, проводить поисковые, досмотровые и другие виды как гражданских, так и военных операций, выполняемых различными государственными структурами и ведомствами. Цель, поставленная в диссертационной работе, достигнута, а поставленные задачи решены в полном объеме.

В процессе работы над диссертацией автором были решены следующие важные теоретические, технические и научно-практические задачи:

1. Путем анализа возможностей теплового метода определены пути построения тепловизионных систем обнаружения удаленных слабоконтрастных объектов.

2. На основе современного математического аппарата выполнен расчет и анализ основных элементов тепловизионных систем с применением твердотельных неохлаждаемых многоэлементных матричных преобразователей: высококачественных оптических систем, блоков регистрации, преобразования, считывания и первичной обработки сигналов от обнаруженных объектов, а также разработаны матричный приемник излучения с накоплением сигналов и адаптированная матричная схема считывания сигналов с координатной выборкой.

3. Проведенные экспериментальные испытания разработанных автором тепловизионных устройств, заключающиеся в решении задачи обнаружения слабоконтрастных объектов разных типов на равноизлучающем фоне при различных условиях внешней среды, подтвердили достоверность теоретических и практических положений, выдвинутых и использованных автором при проектировании неохлаждаемых тепловизионных систем.

4. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые современные ТВС: «Спектр», «Скат», «СПЛИТ», «Спрут» которые уже внедрены в серийное производство и активно используются как гражданскими, так и военными государственными структурами для решения задач обнаружения и визуализации объектов.

Глубина и широта проведенных в работе исследований, а также полученные научные и практические результаты, позволяют говорить о том, что наработанный автором теоретический и практический материал по созданию систем неразрушающего тепловизионного контроля может быть использован как для создания перспективных измерительных тепловизоров, так и при разработке многоспектральных систем теплового контроля.

Результаты диссертационной работы были использованы при разработке тепловизионных устройств в НИИИН МНПО «Спектр», НИЦ

Спектр-АТ» и компании ТАСК-Т.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Патент на промышленный образец №54336 от 16.04.2004 г. Настольный криминалистический комплекс (Генетика 02)/ Ковалев А.А., Ковалев А.В., Хныков Ю.А., Студитский А.С., Поляков Ю.А.

2. Ковалев А.А., Федчишин В.Г., Студитский А.С. и др. Возможности неохлаждаемой тепловизионной аппаратуры по диагностике энергонасыщенных объектов и промышленного оборудования/ Русский инженер, 2006, №1. С. 24-27.

3. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Возможности методов неразрушающего контроля. Часть 1/ Мир и Безопасность, 2007, №2. С. 21-26.

4. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Возможности методов неразрушающего контроля. Часть 2/ Мир и Безопасность, 2007, №3. С. 10-15.

5. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Возможности тепловизионного метода неразрушающего контроля в решении антитеррористических задач/ Специальная техника, 2007, №6. С. 12-24.

6. Ковалев А.А., Хныков Ю.А., Федотов А.В., Баранов М.Е. Мобильный комплекс для диагностики поверхностей диэлектрических материалов/ Труды Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». С.-Петербург, 9-12 сентября 2002 г. С. 37.

7. Ковалев А.А., Садков С.В., Понамарев М.А. Лазерная локация удаленных световозвращаюших оптических объектов/ Труды 4-ой Международной выставки и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва, 17-18 мая 2005г. С. 21.

8. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Обнаружительные возможности современных неохлаждаемых поисковых портативных тепловизионных средств/ Тезисы докладов 7-й Международной выставки и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва, Россия. 11-13 марта. 2008. С. 50.

9. Kovalev А.А. Performance capabilities of non-cooled IR-images for diagnostics of energy saturated objects and industrial equipment/ Works of 9-th European Conference on NDT. Berlin, Germany. September 25-29, 2006. P. 48-49.

10.Kovalev A.A., Pushkina I., Fedotov A.V. and others. New achievements in the field of development of mobile X-ray TV-system/ Works of 16th world conference on nondestructive testing. Montreal, Canada. August 30 -September 3, 2004. P. 60.

11.Kovalev A.A., Polyakov Y.A., Studitsky A.S. and others. New means of the thermovision inspection desingned for tasks of anti-terrorism security and th • • technogenic safety/ Works of 16 world conference on nondestructive testing.

Montreal, Canada. August 30 - September 3, 2004. P.153.

1. Вычислительная оптика: Справочник/ М.М. Русинов, А.П. Грамматин, П.Д. Иванов и др.; Под общ. ред. М.М. Русинова/ -Д.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1984. 423 с.

2. Инфракрасная термография в энергетике. Том 1// Под ред. Р.К. Ньюпорта, А.И. Таджибаева/- СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000. 240 е.: ил.

3. Источники и приемники излучения: Уч. пособие для вузов/ Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков, А.Л. Андреев, Г.В. Полыциков/ -СПб: Политехника, 1999. 240 с.

4. Конструирование приборов. В 2-х кн. Кн. 1// Под ред. В. Краузе/ Пер. с нем. В.Н. Пальянова; Под ред. О.Ф. Тищенко/ -М.: Машиностроение, 1987. 384 с.

5. Методы неразрушающих испытаний: пер. с англ. // Под ред. Р. Шарпа/ -М.: мир, 1972. 496 с.

6. Неразрушающий контроль и диагностика: Справ. 2-е изд. испр. и доп. В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др.// Под ред. В.В. Клюева/ -М.: Машиностроение, 2003. 656 е.: ил.

7. Прикладная оптика/ М.И. Апенко, А.С. Дубовик, Г.В. Дурейко и др./ -М.: Недра, 1982. 387 с.

8. Проектирование оптико-электронных приборов: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп./ Ю.Б. Парвулюсов, С.А. Родионов, В.П. Солдатов и др.; под ред. Ю.Г. Якушенкова/ -М.: Логос, 2000. 488с.; ил.

9. Справочник по инфракрасной технике (под ред. У. Волфа и Г. Цисиса)/ -М.: Мир, 1999 (в 4-х томах).

10. Справочник конструктора оптико-механических приборов/ Под ред. В.А. Панова/ -Л.: Машиностроение, 1980. 742 с.

11. Справочник по приемникам оптического излучения/ В.А. Волков, В.К. Вялов, Л.Г. Гасанов, и др.: Под ред. Л.З. Криксунова и Л.С. Кременчугского/ -Киев: Техника, 1985. 216 с.

12. Физика и техника инфракрасного излучения/ Пер. с англ.; Под общ. ред. Н.В. Васильченко/ -М.: Сов. радио, 1965. 644 с.

13. Infrared and Electro-Optical Systems Handbook/Ed. by J.C. Accetta and D.L.Shumaker. Vol. 1-8. SPIE and ERIM, 1993. 3000 pages.

14. Norton P.R. Infrared image sensors// Optical Engineering. 1991. V.30, №11. P. 1649-1663.

15. Parenti R.R. Recent advances in adaptive optics methods and technology// SPIE Proc., V.1000, 1988. P. 101-109.

16. Авдеев С.П. Основы тепловидения/ -Л.: ПВИКА им. А.Ф. Можайского, 1967. 341 с.

17. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства/ -М.: Энергоатомиздат, 1984. 208 с.

18. Алеев P.M., Овсянников В.А., Чекурский В.Н. Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепродуктов/ -М.: Недра, 1995. 160 с.

19. Афонин А.В., Ньюпорт Р.К., Поляков B.C., Сергеев С.С., Таджибаев А.И. Инфракрасная термография в энергетике. Том 1. Основы инфракрасной термографии/ Под ред. Р.К. Ньюпорта, А.И. Таджибаева/ -СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000 г.

20. Бажанов С.А. Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств. Библиотечка электроника, Приложение к журн. «Энергетик»/ -М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2000. 76 с.

21. Бажанов Ю.В., Берденников А.В., Дучицкий А.С. и др. Объективы для работы с матричными приемниками излучения в области спектра 8-14 мкм// Оптич. журнал, 2002. Т.69, №12. С. 35-36.

22. Бакут П.А., Жулина Ю.В., Иванчук Н.А. Обнаружение движущихся объектов/ -М.: «Советское радио», 1980. 288 с.

23. Берг Л.Г. Введение в термографию/ -М.: Наука, 1969. 395 с.

24. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем/ -М.: Радио и связь, 1987. 208 с.

25. Бугаенко А.Г. Аппаратура для оценки характеристик тепловизионных систем// Оптич. журнал, 2002. Т.69, №4. С. 19-25.

26. Будадин О.Н., Потапов А.И., Колганов В.И. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий/ -М.: Наука, 2002. 476 с.

27. Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели/ -Л.: Энергия, 1978.

28. Вавилов В.П. Тепловой контроль. -Книга 1 в справочнике «Неразрушающий контроль» Т.5/ Под редакцией В.В. Клюева/ -М.: Машиностроение, 2004.

29. Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля. Справочник/ -М.: Машиностроение, 1991.

30. О.Вавилов В.П., Александров А.Н. Тепловизионная диагностика в энергетике. Прилож. журн. «Энергетик»/ -М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2003. 82 с.

31. Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизоры и их применение/ —М.: Интел универсал, 2002. 88 с.

32. Волков В.Г. Малогабаритные телевизионные системы. Обзор №5591/ -М.: НТЦ «Информтехника», 2000. 157 с.

33. Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений/ Специальная техника, 2001. №5. С. 2-8. 34.

34. Волков В.Г. Тепловизионные и многоканальные приборы наблюдения для бронемашин/ Специальная техника, 2005, №1. С. 2-20.37.

35. Волков В.Г. Тепловизионные приборы средней дальности действия/ Специальная техника, 2005, №4. С. 2-17. 35.

36. Волков В.Г., Ковалев А.В., Федчишин В.Г. Тепловизионные приборы нового поколения. 4.1// Специальная техника, 2001, №6. С. 2-10. 38.

37. Воронкова Е.М., Гречушников Б.Н., Дистлер С.А. Оптические материалы для инфракрасной техники/ -М.: Наука, 1965. 335 с.

38. Гибсон X. Фотографирование в инфракрасных лучах/ -М.: Мир, 1982.

39. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы. Техника. Применение// Пер. с франц./ -М.: Мир, 1998. 339 е.: ил.

40. Гринкевич А.В. Оптические системы ночных приборов// Оптич. журнал, 1999. Т. 66, №12. С. 17-20.

41. Гуриков В.А. Возникновение и развитие оптико-электронного приборостроения/-М.: Наука, 1981.

42. Данилин Н.С., Бакланов О.Д., Загоровский Ю.И. Теория и методы неразрушающего инфракрасного контроля радиоэлектронных схем/ -М.: Изд. МО СССР, 1974. 164 с.

43. Джемисон Дж., Мак-Фи Р., Пласс Дж. Физика и техника инфракрасного излучения / Пер. с англ. / Под ред. Н.В. Васильченко // —М.: Сов. радио, 1965.

44. Ерофейчев В.Г., Мирошников М.М. Перспективы использования ИК матриц в тепловидении// Оптич. журнал, 1997. Т.64, №2. С. 5-13.

45. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении/ -Казань: Новое знание, 2000. 357 с.

46. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов/ -Д.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1986. 175 с.

47. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения/ -М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001.51 .Катыс Г.П. Восприятие и анализ оптической информации автоматической системой/ —М.: Машиностроение, 1986. 416 с.

48. Ковалев А.В. Антитеррористическая и криминалистическая диагностика. — Книга 2 в справочнике «Неразрушающий контроль» Т.8/ Под редакцией В.В. Клюева. -М.: Машиностроение, 2005.

49. Ковалев А.В., Федчишин В.Г., Щербаков М.И. Тепловидение сегодня/ Специальная техника, 1999, №3. С. 13-18. 1999, №4. С. 19-23.

50. Криксунов JI.3. Справочник по основам инфракрасной техники/ -М.: Сов. радио, 1978. 400 с.

51. Кругликов С.В., Логинов А.В. Многоэлементные приемники изображения/ -Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1991. 96 с.

52. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах/ -Л.: Машиностроение, 1985. 248 с.

53. Левитин И.Б. Применение инфракрасной техники в народном хозяйстве/ -Л.: «Энергоиздат», 1981, 264 с.

54. Ллойд Дж. Системы тепловидения / Пер. с англ. / Под ред. А.И. Горячева //—М.: Мир, 1978.

55. Луизов А.В. Глаз и свет/ -Л.: Энергоиздат, 1983. -132 с.

56. Лыков А.В. Теория теплопроводности/ -М.: Высшая школа, 1967. 604 с.

57. Макаров М.Н. Приемники инфракрасного излучения/ -М.: «Наука», 1968. 220 с.

58. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы/ -М.: Мир, 1979. 421 с.

59. Маляров В.Г. Неохлаждаемые тепловые инфракрасные матрицы// Оптич. журнал, 2002. Т. 69, №10. С. 60-72.

60. Марголин И.А., Румянцев Н.П. Основы инфракрасной техники/ -М.: Воен. изд-во МО СССР, 1957. 308 е., ил.

61. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов/ -Л.: Машиностроение, 1983. 696 с.

62. Морозов Г.А. Развитие методов неразрушающего контроля в авиации/ Контроль. Диагностика, 2002, №7. С.3-8.

63. Мосягин Г.М., Немтинов В.Б., Лебедев Е.Н. Теория оптико-электронных систем/ -М.: Машиностроение, 1990. 432 с.

64. Никулин О.Ю., Петрушин А.Н. Системы телевизионного наблюдения/ -М.: Оберег-РБ, 1997. 168 с.

65. Петров В.П. Контроль качества и испытание оптических приборов/ -Л.: Машиностроение, 1985. 222 с.

66. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах/ -Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1989. 387 с.

67. Поцелуев А.А., Архангельский В.В. Дистанционные методы исследования окружающей среды. Учебное пособие для вузов/ -Томск, SST, 2001. С. 184.

68. Русинов М.М. Композиция оптических систем/-Л.: Машиностроение, 1989, 382 с.

69. Рябов С.Г., Торопкин Г.Н., Усольцев И.Ф. Приборы квантовой электроники/ -М.: Радио и связь, 1985. 200 с.

70. Саликов В.Л. Приборы ночного видения: история поколений/ Специальная техника, 2000, №2. С. 40-48.36.

71. Синеглазов В.М., Кеткович А.А. Активная тепловая интроскопия/ — Киев: Техника, 1990. 110с.

72. Скоков И.В. Оптические спектральные приборы/ -М.: Машиностроение, 1984. 240 с.

73. Соломатин В.А. Системы контроля и измерения с многоэлементными приемниками/ -М.: Машиностроение, 1992. 128 с.

74. Тараненко В.Г., Шанин О.И. Адаптивная оптика/ -М.: Радио и связь, 1990. 112 с.

75. Тарасов В.В. Оптико-электронные тепловизионные системы/ —М.: МИИГАиК, 2001.

76. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа/ —М.: Логос, 2004.

77. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Многоспектральные оптико-электронные системы/ Специальная техника, 2002, №4. С. 56-62.

78. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Тенденции развития инфракрасных систем «смотрящего» типа/ -Специальная техника, 2004, №1. С. 24-37. 2004, №3. С. 16-25.

79. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Предельная чувствительность и информативность тепловизоров и других оптико-электронных преобразователей изображения// Оптич. журнал, 1996. Т. 63, №6. С. 18-41.

80. Тымкул В.М., Ананич М.И. Системы тепловидения/ -Новосибирск: СГГА, 1995.

81. Хадсон Р. Инфракрасные системы/ -М.: Мир, 1972. 530 с.

82. Шарловский Ю.В. Механические устройства малых оптических систем/ -М.: Машиностроение, 1979. 128 с.

83. Шахраманьян М.А. Новые информационные технологии в задачах обеспечения национальной безопасности России/ -М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003. 398 е.; ил.

84. Шуба Ю.А. Оптимальные фильтры при спектральной селекции// Оптико-механическая промышленность. 1969, №6. С. 59-61.

85. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем/ -Л.: Машиностроение, 1980. 208 с.

86. Эпштейн М.И. Измерения оптического излучения в электронике/ -М.: «Энергия», 1975, 248 с.

87. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов/ -М. Логос, 1999 г. 480 с.

88. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы < помехами в оптико-электронных приборах/ -М.: Радио и связь, 1981. 180 с