CC BY
141
ОПТИКА, ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.384.3:623.4.052.5
ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ ПРИБОР НА БАЗЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО МАТРИЧНОГО ФОТОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 3-5 МКМ
Алексей Валерьевич Турбин
Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Лаврентьева, 2/1, ведущий инженер отдела тепловидения и телевидения, тел. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
Павел Алексеевич Алдохин
Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Лаврентьева, 2/1, младший научный сотрудник отдела тепловидения и телевидения, тел. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
Елена Олеговна Ульянова
Филиал ИФП СО РАН «КТИПМ», 630090, Россия, г. Новосибирск, пр-т Ак. Лаврентьева, 2/1, младший научный сотрудник отдела тепловидения и телевидения, тел. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрен тепловизионный прибор на базе отечественного матричного фотоприемного устройства, описываются особенности и характеристики разработанного тепловизора, а также приведены изображения, полученные с помощью представленного тепловизи-онного прибора.
Ключевые слова: тепловизионный прибор, фотоприемное устройство, характеристики.
THE THERMAL IMAGING DEVICE BASED ON DOMESTIC ARRAY PHOTODETECTOR FOR SPECTRAL REGION 3-5 MKM
Aleksey V. Turbin
Novosibirsk Branch of the Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, «Technological Design Institute of Applied Microelectronics» (NB ISP SB RAS «TDI AM»), 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Prosp. Akademika Lavrentieva, principal engineer, department of thermal imaging and television, tel. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
Pavel A. Aldohin
Novosibirsk Branch of the Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, «Technological Design Institute of Applied Microelectronics» (NB ISP SB RAS «TDI AM»), 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Prosp. Akademika Lavrentieva, second researcher, department of thermal imaging and television, tel. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
111
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
Elena O. Ulyanova
Novosibirsk Branch of the Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, «Technological Design Institute of Applied Microelectronics», (NB ISP SB RAS «TDI AM»), 630090, Russia, Novosibirsk, 2/1 Prosp. Akademika Lavrentieva, second researcher, department of thermal imaging and television, tel. (383)330-97-49, e-mail: [email protected]
The article describes the thermal imaging device based on the domestic array photodetector, features and characteristics of the thermal imager are given as well as the images obtained by the developed thermal imaging device.
Key words: thermal imaging device, photodetecor, characteristics.
Тепловизионные приборы широко используются в различных областях промышленности, системах охраны, экологического контроля, а также в системах специального назначения. Тепловизионные приборы позволяют обнаружить замаскированные объекты, проводить разведку в сложных метеоусловиях, когда аппаратура, работающая в видимой области спектра, мало эффективна (ночь, туман).
В Филиале ИФП СО РАН «КТИПМ» разработан и изготовлен тепловизи-онный прибор на базе отечественного матричного фотоприемного устройства. Тепловизионный прибор предназначен для работы в спектральном диапазоне 3-5 мкм. Особенностью разработанного прибора является то, что в его состав входят унифицированные узлы и блоки. Внешний вид тепловизионного прибора показан на рис. 1.
В состав тепловизора входят сле-' дующие основные модули и узлы:
- модуль фотоприемного устройства (ФПУ);
- модуль электронной обработки;
- узел входной оптики [1];
- узел управления;
- источник питания.
Модуль фотоприемного устройства
разработан и изготовлен ИФП СО РАН и имеет формат кадра 320 х 256 элементов и шаг между чувствительными элементами 30 мкм. Модуль ФПУ интегрирован с модулем охлаждения фотоприемника в виде единой конструкции. Такое конструктивное исполнение ФПУ приводит к уменьшению массогабаритных характеристик всего прибора. Внешний вид ФПУ показан на рис. 2.
Рис. 1. Внешний вид тепловизора
112
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
\ ^ * ,а-^ ^ , '• V *:Sl£\ 1 i 1 Рис. 2. Внешний вид фотоприемного устройства
Основные характеристики модуля ФПУ представлены в таблице.
____________________________________________________________Таблица
Наименование характеристики Значение
параметра
Длина волны максимума спектральной чувствительности, мкм 4,69
Длинноволновая граница спектральной чувствительности по уровню 0,1, мкм 5,17
Формат, количество элементов 320 х 256
Шаг фоточувствительных элементов, мкм 30 х 30
Величина относительного среднеквадратичного отклонения вольт-ваттной чувствительности от среднего значения, % ±30
Динамический диапазон (при отношении сигнал/шум >1), дБ >70
Частота, кадров/с 50
Количество дефектных элементов, % 1,76
Тактовая частота, МГц 5
Рабочая температура, К 78
Разработанный тепловизионный прибор имеет следующие основные характеристики:
- диапазон спектральной чувствительности, мкм - формат кадра, элементов 3,0-5,0; 320 х 256;
- поле зрения: с объективом F = 180 мм с объективом F = 350 мм 3 х 2,4°; 1,6 х 1,2°;
113
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
- система охлаждения «Сибкриотехника» (интегральное исполнение);
- энергопотребление 27 Вт;
- масса 8 кг.
На рис. 3, 4 представлены изображения, полученные с помощью разработанного тепловизионного прибора. На рис. 3 приведено изображение тестобъекта, имитирующего расположение объекта наблюдения на требуемой дальности. На изображении просматриваются штрихи во всех четырех секторах миры, что говорит о распознавании объектов на требуемых расстояниях.
Рис. 3. Изображение тест-объекта, полученное с помощью разработанного тепловизионного прибора
На рис. 4 хорошо видны автомобили, а на заднем плане - дома и деревья. На изображении автомобиля хорошо просматриваются выхлопная труба и стекло. Без труда определяется форма автомобиля и расположение кабины.
Рис. 4. Изображения различных объектов, полученные с помощью
разработанного тепловизора
114
Оптика, оптико-электронные приборы и системы
Разработанный тепловизионный прибор обладает разрешающей способностью, позволяющей использовать его для обзора местности, решения задач обнаружения, распознавания и идентификации объектов наблюдения в спектральном диапазоне 3-5 мкм в реальном масштабе времени.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пат. 2419113 Российская Федерация: МПК 020В 13/14, 020В 9/64. Оптическая система с вынесенной апертурной диафрагмой для среднего ик диапазона спектра / Хаце-вич Т.Н., Терешин Е.А.; заявители и патентообладатели: Хацевич Т.Н., Терешин Е.А. -№ 2009130270/28; заявл. 06.08.2009; опубл. 20.05.2011, Бюл. № 14. - 20 с.
2. Терешин Е.А. Основные требования к объективам, применяемым в ИК-диапозоне // Вестник СГГА. - 1998. - № 3. - С. 105-109.
3. Терешин Е.А., Хацевич Т.Н. Коррекция геометрического шума матричных фотоприемных устройств тепловизионных приборов по трем тестовым полям // Вестник СГГА. -1998. - № 3. - С. 110-115.
4. Тымкул В.М., Тымкул Л.В., Ушаков О.К., Фесько Ю.А. Метод поляризационного тепловизионного распознования трехмерной формы объектов // Вестник СГГА. - 2010. -№ 2 (13). - С. 74-82.
Получено 07.08.2012
© А.В. Турбин, П.А. Алдохин, Е.О. Ульянова, 2012
115
