1. Предварительный габаритно-энергетический расчет.
На начальной стадии проектирования требуется определить основные габаритные соотношения оптической системы тепловизора, при которых обеспечивается надежное обнаружение заданных в техническом задании типов объектов. В этом случае в качестве критерия качества тепловизоров используется параметр aTn, который называется эквивалентной шуму разностью температуры. Эквивалентная шуму разность температуры определяет значение разности температуры объекта и равномерного фона, излучающих, как АЧТ, при которой отношение пикового значения сигнала к среднеквадратическому значению шума на выходе эквивалентного ЭТ тепловизора равно 1. Размеры объекта при этом намного больше мгновенного поля тепловизора, а эквивалентный ЭТ имеет передаточную функцию h э (n), описываемую формулой.
Если предположить, что ЭТ не вносит дополнительного шума, то значение эквивалентной шуму разности температуры можно определить из уравнения
(3)
где A3p - площадь входного зрачка ОС.
Недостатки AT , как критерия качества: - не учитывает свойств зрительной системы человека;
- не учитываются линейные искажения, которые вносятся звеньями тракта
тепловизора.
Рис. 1 Схема измерения пороговой разности температур: 1 - тест-объект; 2 - коллиматор; 3 - приемная система тепловизора; 4 - эквивалентный электронный фильтр; 5 - осциллограф.
2. Целевая функция проектирования тепловизоров на системотехническом уровне проектирования.
При проектировании тепловизоров в качестве обобщенного критерия можно было бы использовать вероятность обнаружения или распознавания объектов при заданном алфавите объектов. Но это не всегда удобно, т.к. для разных типов тепловизоров алфавит классов может различаться. Поэтому общепринято оценивать качество тепловизоров по штриховым мирам, тем более, что по тест-объектам такого типа относительно просто производить экспериментальную оценку качества тепловизоров (см. рис.2).
Критерий обнаружения штриховых мир и, в частности, 4-х штриховых (рис.2), базируется на определении температурного контраста DTp, при котором возможно
обнаружение такой миры с заданными размерами lx = ly = 2a. Этот критерий
На рис. 1 изображена схема экспериментального измерения DTn.
называется минимально обнаруживаемой разностью температуры (МРТ).
Рис. 2 Измерение минимально обнаруживаемой разности температур (МРТ):
а) Структурная схема измерения МРТ.
1 - тест-объект; 2 - коллиматор; 3 и 4 тепловизор.
б) топология тест-объектов, используемых для измерения МРТ.
Пространственно-частотный спектр тестовой 4-х штриховой миры описывается формулой
(4)
На основе описанной выше модели зрительной системы человека-оператора, можно предположить, что для обнаружения 4-х штриховой миры достаточно решить
задачу обнаружения 1-ой гармоники ATpI1(vx y) спектра (4) с соответствующей амплитудой I1 . Тогда приближенно МРТ можно выразить через воспринимаемое отношение с/ш в изображении указанного тест-объекта следующим образом
(5)
(6)
пространственная частота первой гармоники 4-х штриховой миры;
H пс (v x ,v y) = HN (v x, v y) H nU (v x ,v y) - (7)
передаточная функция приемной системы тепловизора.
Т.к. в выражение для расчета МРТ входят практически все переменные проектирования системотехнического уровня, то этот показатель часто используют как целевую функцию при решении задач анализа и параметрической оптимизации тепловизора на системотехническом уровне проектирования.