Тепловізійна камера
Формула / Реферат
1. Тепловізійна камера, яка містить оптично зв'язані оптичний блок на базі інфрачервоного об’єктива, перший модулятор інфрачервоного випромінювання і перший піровідикон, вихід якого з'єднаний з входом першого відеопідсилювача, а також перший електронний видошукач, синхровхід якого з'єднаний з першим виходом синхрогенератора та входом блока керування розгорткою, перший вихід якого з'єднаний з фокусуючо-відхильною системою та керуючими електродами першого піровідикона, а другий - з входом двигуна, механічно зв'язаного з першим модулятором інфрачервоного випромінювання, яка відрізняється тим, що у неї додатково введено оптико-подільний вузол, оптично зв'язаний з інфрачервоним об'єктивом, першим і другим модуляторами інфрачервоного випромінювання, механічно зв'язаних з двигуном, та другим піровідиконом, оптична вісь якого паралельна оптичним осям першого піровідикона та інфрачервоного об’єктива, керуючі електроди та фокусуючо-відхильна система з'єднані з третім виходом блока керування розгорткою, а вихід - з входом другого відеопідсилювача, а також комутатор, перший і другий відеовходи якого з'єднані з виходами, відповідно, першого і другого відеопідсилювачів, керуючий вхід - з другим виходом синхрогенератора, перший і другий виходи - з, відповідно, прямим та інверсним входами операційного підсилювача, вихід якого з'єднаний з відеовходом першого електронного видошукача, синхровхід якого з'єднаний з синхровходом другого електронного видошукача, відеовхід якого з'єднаний з виходом другого відеопідсилювача.
2. Тепловізійна камера за п. 1, яка відрізняється тим, що оптико-подільний вузол містить дві горизонтально розташовані та симетричні відносно оптичної осі інфрачервоного об’єктива (головної оптичної осі) пари пласких дзеркал із зовнішнім відбиваючим шаром, у кожній з яких перші дзеркала розташовані під кутом 45° до оптичної осі відповідного піровідикона, а другі - під кутом 45° до оптичної осі інфрачервоного об’єктива.
3. Тепловізійна камера за п. 1, яка відрізняється тим, що оптичний блок містить два інфрачервоні об'єктиви, розташовані симетрично відносно головної оптичної осі, оптичні осі яких паралельні і зміщені відносно оптичних осей відповідних піровідиконів.
4. Тепловізійна камера за п. 1, яка відрізняється тим, що оптичний блок містить два інфрачервоні об'єктиви, розташовані симетрично відносно головної оптичної осі та співвісно відповідним піровідиконам.
Текст
Винахід відноситься до техніки телебачення і може бути використаний у тепловізійних системах неруйнівного контролю на базі піровідикона. Найближчим за технічною суттю до винаходу, що пропонується, є тепловізійна камера (Патент України №44077 А, Бюл. №1, 2002p.), який містить оптично зв'язані оптичний блок на базі інфрачервоного об'єктиву, модулятор інфрачервоного випромінення та піровідикон, вихід якого з'єднаний з входом відеопідсилювача, вихід якого з'єднаний з відеовходом електронного видошукача, синхровхід якого з'єднаний з виходом синхрогенератора та входом блока керування розгорткою, перший вихід якого з'єднаний з керуючими електродами та фокусуюче-відхильною системою піровідикона, а другий - з входом двигуна, механічно зв'язаного з модулятором інфрачервоного випромінення. Однак відомому пристрою притаманна низька якість тепловізійного зображення (а відтак і його температурна роздільна здатність), формованого на екрані відеоконтрольного пристрою електронного видошукача, зумовлена наявністю у відеосигналі складової п'єдесталу та різнополярністю корисної складової у різних фазах ("відкрито-закрито") роботи модулятора інфрачервоного випромінення. Зазвичай для запобігання впливу цих факторів у комплексі з тепловізійною камерою застосовують відеопроцесор, у якому за рахунок взаємовіднімання відеосигналів суміжних кадрів розгортки вихідний сигал є однополярним, а складова п'єдесталу та асинхронні завади у значній мірі компенсуються. Проте для виконання цієї операції необхідний час, якій складає, як мінімум, два періоди кадрової розгортки, що накладає відповідні обмеження на тривалість формування вихідного сигналу. Крім того, відомий пристрій неможливо використати для створення двоканального формувача тепловізійного стереозображення. В основу винаходу поставлено завдання створення двоканальної тепло-візійної камери, в якій підвищення якості тепловізійного зображення досягається безпосередньо по ходу розгортки без застосування відеопроцесора, а також забезпечується можливість формування тепловізійного стереозображення об'єкту спостереження. Поставлена задача вирішується тим, що в тепловізійну камеру, яка містить оптично зв'язані оптичний блок на базі інфрачервоного об'єктиву, перший модулятор інфрачервоного випромінення і перший піровідикон, вихід якого з'єднаний з входом першого відеопідсилювача, а також перший електронний видошукач, синхровхід якого з'єднаний з першим виходом синхрогенератора та входом блока керування розгорткою, перший вихід якого з'єднаний з фокусуюче-відхильною системою та керуючими електродами першого піровідикона, а другий - з входом двигуна, механічно зв'язаного з першим модулятором інфрачервоного випромінення, згідно з винаходом, введено оптико-подільчий вузол, оптично зв'язаний з інфрачервоним об'єктивом, першим і другим модуляторами інфрачервоного випромінення, механічно зв'язаних з двигуном, та другим піровідиконом, оптична вісь якого паралельна оптичним осям першого піровідикона та інфрачервоного об'єктиву, керуючі електроди та фокусуюче-відхильна система з'єднані з третім виходом блока керування розгорткою, а вихід - з входом другого відеопідсилювача, а також комутатор, перший і другий відеовходи якого з'єднані з виходами, відповідно, першого і другого відеопідсилювачів, керуючий вхід - з другим виходом синхрогенератора, перший і другий виходи - з, відповідно, прямим та інверсним входами операційного підсилювача, вихід якого з'єднаний з відео-входом першого електронного видошукача, синхровхід якого з'єднаний з синхровходом другого електронного видошукача, відеовхід якого з'єднаний з виходом другого відеопідсилювача. Введення оптико-подільчого вузла, других модулятора інфрачервоного випромінення, піровідикона, відеопідсилювача, електронного видошукача, а також комутатора та операційного підсилювача дозволяє підвищити завадостійкість і температурну роздільну здатність тепловізійної камери, якість формованого нею тепловізійного зображення, а також уможливлює формування тепловізійного стереозображення. Поставлене завдання досягається також тим, що оптико-подільчий вузол містить дві, горизонтально розташованих та симетричних відносно оптичної осі інфрачервоного об'єктиву (головної оптичної осі), пари пласких дзеркал із зовнішнім відбиваючим шаром, у кожній з яких перші дзеркала розташовані під кутом 45° до оптичної осі відповідного піровідикона, а другі - під кутом 45° до оптичної осі інфрачервоного об'єктиву. Це дозволяє розщепити поток інфрачервоного випромінення, що надходить від інфрачервоного об'єктиву оптичного блоку, на два ідентичні просторово рознесені потоки та передати на мішені двох просторово рознесених піровідиконів ідентичні зображення досліджуваного теплового об'єкту, що, у свою чергу, уможливлює реалізацію процедури покадрового віднімання у реальному часі поточного кадру при наявності у оптичному блоці лише одного інфрачервоного об'єктиву. Поставлене завдання досягається також тим, що оптичний блок містить два інфрачервоні об'єктиви, розташованих симетрично відносно головної оптичної осі, оптичні осі яких паралельні і зміщені відносно оптичних осей відповідних піровідиконів. Це дозволяє передати на мішені двох просторово рознесених піровідиконів ідентичні зображення досліджуваного теплового об'єкту та уможливлює отримання тепловізійного стереозображення шляхом регулювання відстані між двома інфрачервоними об'єктивами оптичного блоку. Поставлене завдання досягається також тим, що оптичний блок містить два інфрачервоні об'єктиви, розташованих симетрично відносно головної оптичної осі та соосно відповідним піровідиконам. Це дозволяє передавати зображення досліджуваного об'єкту на мішені двох просторово рознесених піровідиконів під різними кутами зору, що, разом із введенням другого електронного видошукача, уможливлює отримання тепловізійного стереозображення. На фіг.1 зображено структурну схему пропонованого пристрою; на фіг.2 - варіанти побудови: а) оптикоподільчого вузла, б), в) - оптичного блоку; на фіг.3 - можливе виконання модуляторів інфрачервоного випромінення та їх механічного приводу від двигуна; на фіг.4 - часові діаграми формування відеосигналів. Пристрій складається з оптичного блоку 1 на базі інфрачервоного об'єктиву 2, першого модулятора 3 інфрачервоного випромінення, першого піровідикона 4 з мішенню 5, фокусуюче-відхильною системою 6 та керуючими електродами 7, першого відеопідсилювача 8, синхрогенератора 9, блока 10 керування розгорткою, двигуна 11, першого електронного видошукача 12 з відеоконтрольним пристроєм 13, оптико-подільчого вузла 14, другого модулятора 15, другого піровідикона 16 із своїми мішенню 17, фокусуюче-відхильною системою 18 та керуючими електродами 19, другого відеопідсилювача 20, комутатора 21, операційного підсилювача 22 та другого електронного видошукача 23 з відеоконтрольним пристроєм 24. У оптичному блоці 1 інфрачервоний об'єктив 2 оптично зв'язаний з оптико-подільчим вузлом 14, який через перший 3 та другий 15 модулятори інфрачервоного випромінення, механічно зв'язані з двигуном 11, оптично зв'язаний з мішенями 5, 17, відповідно, першого 4 та другого 16 піровідиконів, виходи яких з'єднані з відеовходами, відповідно, першого 8 та другого 20 відеопідсилювачів, а фокусуюче-відхильні системи 6, 18 та керуючі електроди 7, 19 - відповідно, з першим та третім виходами блока 10 керування розгорткою, другий вихід якого з'єднаний з двигуном 11, а вхід - з першим виходом синхрогенератора 9 та синхровходами першого 12 та другого 23 електронних видошукачів, відеовходи яких з'єднані з виходами, відповідно, операційного підсилювача 22 та другого відеопідсилювача 20, вихід якого додатково з'єднаний з другим відеовходом комутатора 21, першій відеовхід якого з'єднаний з виходом першого відеопідсилювача 8, керуючий вхід - з другим виходом синхрогенератора 9, а перший та другий виходи -відповідно, з прямим та інверсним входами операційного підсилювача 22. У першому варіанті виконання оптико-подільчий вузол 14 містить першу та другу пари розташованих симетрично відносно оптичної осі інфрачервоного об'єктиву 2 пласких дзеркал із зовнішнім відбиваючим шаром, у кожній з яких перші дзеркала 25, 27 розташовані під кутом 45° до оптичних осей піровідиконів, відповідно, 4, 16, другі дзеркала 26, 28 - під кутом 45° до оптичної осі інфрачервоного об'єктиву 2. У другому варіанті виконання оптичний блок 1 містить перший 29 та другий 30 інфрачервоні об'єктиви, оптичні осі яких паралельні і зміщені відносно оптичних осей піровідиконів, відповідно, 4, 16. У третьому варіанті виконання оптичний блок 1 містить інфрачервоні об'єктиви 29, 30, розташовані соосно піровідиконам, відповідно, 4, 16. У прикладі, що розглядається, механічний привод від двигуна 11 до першого 3 та другого 15 дискових спіралеподібних модуляторів інфрачервоного випромінення, які містять закриваючу 31 та відкриваючу 32 кромки, складається із шестерень 33, 34, закріплених на осях модуляторів, відповідно, 3, 15, та шестерні 35, закріпленої на осі двигуна 11. Тепловізійна камера працює наступним чином. При ввімкненні тепловізійної камери синхрогенератор 9 та блок 10 керування розгорткою здійснюють, аналогічно роботі пристрою-прототипу, початкову підготовку мішеней 6,17 піровідиконів 4, 16, після чого встановлюється робочий режим. Інфрачервоне випромінення досліджуваного об'єкту надходить на оптичний блок 1, де поділяється на два потоки. У першому варіанті виконання це здійснює оптико-подільчий вузол 14, де інфрачервоне випромінення падає на дзеркала 26, 28, які відбивають його на дзеркала, відповідно, 25, 27, що спрямовують його через модулятори 3, 15 на мішені 5, 17 піровідиконів 4, 16 (фіг.2а). У другому варіанті виконання функцію поділу випромінення здійснюють інфрачервоні об'єктиви 29, 30 завдяки тому, що їх оптичні осі зміщені відносно оптичних осей піровідиконів, відповідно, 4, 16 (фіг.2б). Відтак на мішені двох просторово рознесених піровідиконів передаються ідентичні зображення досліджуваного теплового об'єкту. Перевагою першого варіанту виконання є отримання двох тепловізійних зображень при наявності лише одного інфрачервоного об'єктиву. Порівняно з цим, перевагою другого варіанту є менш значне погіршення його модуляційної передавальної функції та можливість відносно простого переходу до третього варіанту виконання (шляхом регулювання відстані між двома об'єктивами), а недоліком - наявність двох інфрачервоних об'єктивів, що погіршує масгабаритні показники тепловізійної камери. Тому вибір між першим і другим варіантами виконання залежить від конкретних вимог до тепловізійної камери, що реалізується. У третьому ж варіанті виконання (фіг.2в) зображення досліджуваного об'єкту передається на мішені двох просторово рознесених піровідиконів під різними кутами зору, що при наявності двох електронних видошукачів дозволяє отримати для оператора тепловізійної камери стереозображення у інфрачервоному діапазоні спектру. Модулятори 3, 15 інфрачервоного випромі-нення, які можуть бути виконані, наприклад, у вигляді дисків із спіралевидним вирізом, початкове встановлені у протифазі таким чином, що коли закриваюча кромка 31 першого модулятора 3 при його обертанні поступово перериває потік інфрачервоного випромінення, який падає на мішень 5 піровідикона 4, до мінімуму, відкриваюча кромка 32 другого модулятора 15, навпаки, відкриває мішень 17 піровідикона 16 до максимуму. Це досягається жорстким механічним зв'язком (наприклад, за допомогою передаючих шестерень 33, 34, 35) початково виставлених у протифазі модуляторів 3, 15 з валом двигуна 11, який через свій синхронний привід зв'язаний із другим виходом блока 10 керування розгорткою, який, у свою чергу, по сигналах синхрогенератора 9 здійснює однозначну прив'язку фаз закриваючого 3 та відкриваючого 15 модуляторів до растрової розгортки електронних променів на мішенях 5,17 піровідиконів 4, 16, яка здійснюється за допомогою фокусуюче-відхильних систем 6, 18 та керуючих електродів 7, 19 піровідиконів, відповідно, 4, 16, на які з першого та третього виходів блока 10 керування розгорткою надходять відповідні сигнали розгортки. Наявність у пристрої двох синхронно працюючих модуляторів інфрачервоного випромінення (фіг.3), пов'язана з тим, що у даній реалізації при перериванні одним модулятором двох потоків інфрачервоного випромінення у мішенях піровідиконів будуть перекриватися (або скануватися) різні ділянки. Зміна в часі інфрачервоного випромінення, яке падає на мішені 5, 17 піровідиконів 4, 16 утворює на них потенціальний рельєф. Тривалість періоду модуляції інфрачервоного випромінення Tm, яку здійснюють модулятори 3, 15, може складати, наприклад, Tm=2Tf, при цьому Tf=Τnxк+Тзхк, де Тf - тривалість періоду кадру розгортки, Τnxκ, Тзхк - тривалість, відповідно, прямого та зворотного ходу кадру розгортки. Протягом Tm на виходах піровідиконів 4, 16, які працюють синхронно, формуються сигнали п'єдесталу Р+ » Р- та корисного сигналу S + » -S-, де індексами “+”, “-“ позначені сигнали, які формуються при, відповідно, відкритому та закритому модуляторі (фіг.4а). При цьому за рахунок протифазної роботи модуляторів 3, 17 корисний сигнал, який формує піровідикон 4, має полярність, протилежну корисному сигналу, який в цей час формує піровідикон 16 (фіг.4б). Сигнали ж п'єдесталу та завади Uз зберігають свою полярність незалежно від фази роботи модулятора. Вихідні сигнали піровідиконів 4, 16 надходять на відеопідсилювачі, відповідно, 8, 20, звідки передаються на комутатор 21, який керується синхрогенератором 9 таким чином, що вихідні сигнали піровідиконів 4, 16, у яких у кожному кадрі розгортки складові корисного сигналу змінюють свою полярність, надходять на відповідний (прямий чи інверсний) вхід операційного підсилювача 22. Відтак на виході операційного підсилювача 22 формується результуючий сигнал US , у якому корисна складова є однополярною та більшою приблизно удвічі, ніж корисна складова на виходах відеопідсилювачів 8, 20, а складові п'єдесталу та завад взаємокомпенсовані (фіг.4в): US = (P+ + S + + Uз ) - (P- + S - + Uз ) » 2Р + Цей сигнал надходить на електронний видошукач 12, на екрані відеоконтрольного пристрою 13 якого формується теплове зображення досліджуваного об'єкту. При роботі ж пристрою у третьому варіанті виконання комутатор 21 блокує передачу на операційний підсилювач 22 сигналу з другого відеопісилювача 22, відтак на екранах ві-деоконтрольних пристроїв 13, 24 електронних видошукачів 12, 23 відтворюются сигнали безпосередньо з виходів відеопідсилювачів, відповідно, 8, 20. Синхронізацію відтворення сигналів забезпечують сигнали синхрогенератора 9, які надходять на електронні видошукачі 12, 23. Для отримання аналогічного результуючого сигналу у пристрої-прототипі необхідне цифрове перетворення вихідного сигналу піровідикона з метою його подальшого запам'ятовування та реалізації процедур покадрового віднімання та накопичення, а також зворотне цифро-аналогове перетворення з метою відтворення результуючого сигналу на екрані відеоконтрольного пристрою. У пропонованому ж пристрої ця операція здійснюється у реальному часі поточного кадру. Крім того, двоканальний протифазний принцип формування результуючого сигналу дозволяє успішно усунути вплив різного роду завад - як синхронних, так і асинхронних. Таким чином, додаткове введення в пристрій оптико-подільчого вузла, других модулятора інфрачервоного випромінення, піровідикона, відеопідсилювача, а також комутатора та операційного підсилювача дозволяє підвищити якість формованого тепловізійного зображення. Предметом реалізації пропонованого пристрою є також поділ інфрачервоного випромінення на два потоки у першому та другому варіантах виконання оптичного блоку, що дозоляє передавати на мішені двох просторово рознесених піровідиконів ідентичні зображення досліджуваного теплового об'єкту. Реалізація ж оптичного блоку у третьому варіанті виконання разом із введенням другого електронного видошукача дозволяє отримати для оператора тепловізійної камери стереозображення досліджуваного об'єкту у інфрачервоному діапазоні спектру.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюThermal imager
Автори англійськоюKondratov Petro Oleksandrovych
Назва патенту російськоюТепловизионная камера
Автори російськоюКондратов Петр Александрович
МПК / Мітки
МПК: H04N 5/33
Мітки: тепловізійна, камера
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-66607-teplovizijjna-kamera.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Тепловізійна камера</a>
Попередній патент: Спосіб виконання поздовжнього ущільнення вакуум-камер конвеєрної машини
Наступний патент: Пристрій для заповнення тари виробами
Випадковий патент: Пристрій забезпечення доступу до прихованих інженерних комунікацій приміщень та будівель