Фізичні основи оптикоелектронних систем. Тема 2

ЗАВДАННЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
за результатами вивчення дисципліни студенти повинні:
знати: фізичні основи теплобачення, особливості побудови та застосування тепловізійних та телевізійних пристроїв і систем, принципи функціонування як окремих частин, так і систем теплобачення в цілому, основні види ІЧ приймачів та їх характеристики, методи формування зображення в системах теплобачення, методи вимірювання основних характеристик, сучасні напрямки вдосконалення систем теплобачення та напрямки їх застосування, тенденції та перспективи розвитку тепловізійних систем;
вміти: оцінювати основні параметри та розраховувати основні характеристики тепловізійних та телевізійних пристроїв і систем, оцінювати вплив зовнішніх та технологічних факторів на параметри систем теплобачення та їх окремих частин, вимірювати основні параметри і характеристики пристроїв ІЧ діапазону;
володіти (перелік компетенцій): знаннями щодо користування тепловізійними та телевізійними пристроями і системами, в умовах професійної діяльності здійснювати їх комплектування, побудову та налагодження.

МЕТОДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТА РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Коротаев В.В., Мельников Г.С., Михеев С.В., Самков В.М., Солдатов Ю.И. Основы тепловидения: Учебное пособие. – СПб: НИУ ИТМО, 2012 – 122с.
2. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. - М.:Университетская книга; Логос, 2007. - 192 с.
3. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем. /Под ред. В.И. Сидорова. - М.: Радио и связь, 1987. - 208 с.
4. Колобродов В.Г., Шустер Н. Тепловізійні системи (фізичні основи, методи проектування і контролю, застосування) : Підручник. – К.:, 1999. – 340 с.
5. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: Учеб. пособие для приборостроительных вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1983. - 696 с.

Тема
Фізичні основи оптико-електронних систем

Електромагнітне випромінювання

Приклади зображень, зареєстрованих ОЕС
Оптико-електронні системи різного призначення

Застосування тепловізорів

Характеристики тепловизоров
тепловизорах с детектором 320 х240 пикселей применяются процессоры, которые способны обрабатывать и отображать 76800 значений температуры. Так, например, тепловизор, может записывать полностью радиометрическое видео с плотностью 691920 измерений в секунду. При этом, чувствительность к разнице температур в двух соседних точках на любом видео-кадре составляет всего 0,03 оС

Тепловизоры предлагают высококачественные термограммы с температурной чувствительностью 60 мК. Прибор оснащен ручным и моторизированным фокусом, а также имеет возможность расширения диапазона измерения до 550 оС.
Характеристики тепловизоров

Функціональна схема узагальненої тепловізійної системи

Преобразования энергии инфракрасного излучения
коэффициенты излучения материалов

Преобразования энергии инфракрасного излучения
Тепловое излучение ослабляется при прохождении через атмосферу вследствие поглощения молекулами газа, аэрозолями, осадками, а также дымом, туманом, смогом.
Следующие вещества поглощают инфракрасное излучение в широких полосах с соответствующими указанными длинами волн:

График зависимости коэффициента пропускания атмосферы τ а от длины волны
а) вода (2,7; 3,2; 6,3 мкм); г) закись азота (4,7; 7,8 мкм);
б) углекислый газ (2,7; 4,3; 15 мкм); д) окись углерода (4,8 мкм);
в) озон (4,8; 9,6; 14,2 мкм); е) метан (3,2; 7,8 мкм).

«Вікна» прозорості атмосфери

Теплове випромінювання
Коэффициент отражения
Коэффициент поглощения
Коэффициент пропускания
Закон сохранения энергии:
Поток излучения, испускаемый единицей площади поверхности, называется энергетической светимостью R [Вт/м2]

Теплове випромінювання
Закон Стефана-Больцмана
Энергетическая светимость R абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры:
постоянная Стефана-Больцмана

Теплове випромінювання
Закон Вина
Произведение абсолютной температуры абсолютно черного тела на длину волны, при которой спектральная плотность энергетической светимости данного тела максимальна, равна постоянной величине

Тепловізійна система
виконує основні функції
1. Формує теплове зображення об`єктів та фонів з необхідним масштабом та якістю.
2. Трансформує з мінімальними втратами можливо більший потік випромінювання від об’єктів та фонів.
3. Забезпечує необхідний огляд простору об’єктів при малому миттєвому полі зору.
4. Забезпечує спектральну фільтрацію оптичного сигналу з метою збільшення відношення величини випромінювання від об`єкта до величини випромінювання від фону.
5. Виконує слідкування за об’єктом і визначає його координати.