Инфракрасные системы «смотрящего» типа

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ИКС

Автоматизация измерений основных параметров и характеристик ИКС позволяет рез­ко уменьшить влияние человеческого фактора на результаты этих процессов, поскольку ослабляются или вообще устраняются субъективные ошибки наблюдателей, упрощается процесс обучения и тренировок человека-оператора, значительно сокращается время ис­пытаний или калибровки. Все это снижает стоимость испытаний и, как следствие, разра­ботки и изготовления ИКС, а также улучшает качество этой продукции.

По указанным причинам в странах - ведущих производителях ИКС со второй поло­вины 90-х годов начались разработки методик, аппаратуры и программного обеспече­ния для автоматизированных испытаний и калибровки ИКС различного назначения [8, 9, 33,116, 144, 151, 152, 202, 218,252, 253, 270, 276].

С 1996 г. компания «Santa Barbara Infrared Inc.» (SBIR) начала изготавливать и продавать автоматизированный комплекс для испытаний и калибровки ИКС, состоя­щий из испытательной установки и программного обеспечения, получившего назва­ние IRWindows™. Комплекс использовался для испытания и калибровки ИКС, по­строенных на базе как охлаждаемых матричных ФПУ, так и неохлаждаемых ФПУ, в частности систем, выпускаемых фирмой «Raytheon TI Systems» (RTIS) и используе­мых в системах вооружения, в системах ночного вождения транспортных средств и др. [152, 270].

Аппаратура комплекса включает ИК-проектор для имитации фоно-целевой обста­новки, систему обработки данных, снимаемых со стандартного выхода RS-170 испы­туемой ИКС, и персональный компьютер, осуществляющий контроль, измерения и анализ с помощью программного обеспечения IRWindows.

Построенный на базе двухзеркального коллиматора проектор содержит блок кон­троля параметров излучателя - черного тела и блок имитаторов цели в виде поворачи­вающегося барабана с масками (тест-объектами). Компьютерная измерительная систе­ма контролирует основные параметры ИКС и вводит в результаты измерений заранее определенные постоянные, полученные в результате калибровки системы тренирован­ным оператором.

Система ШЛУнк1оУ8 имеет графический интерфейс и легко подстраивается под из­меняемые параметры и характеристики. Результаты испытаний или калибровки ото­бражаются на дисплее в виде таблиц или графиков, могут быть также переведены в текстовые файлы или введены в меню связи с контрольной или обучающей програм­мой. Программа испытаний может быть заранее заложена в ГОЛМтсктв и вызываться оператором.

Комплекс позволяет измерять передаточную функцию сигнала (характеристику преобразования ИКС), эквивалентную шуму разность температур АГп в узком и широ­ком динамическом диапазоне, неоднородность чувствительности элементов ФПУ, функцию передачи модуляции (ФПМ), минимальную разрешаемую разность темпера­тур АГр для автоматизированного и визуального режимов работы.

Особенности измерения характеристики преобразования ИКС (передаточной функ­ции сигнала) АУВЫХ-/(АТ) уже отмечались (см. п. 12.3.2). Для ее получения рекоменду­ется определять значение выходного разностного сигнала минимум по пяти точкам, т. е. для пяти значений АТ. Программа ГОЛ^ннктв вычисляет крутизну этой функции, т. е. чувствительность ИКС.

При определении эквивалентной шуму разности температур АТп программа НШт - с1оУ8 выделяет высокочастотные составляющие шума, отсекая низкочастотный геомет­рический шум (см. п. 12.3.3). Эту процедуру можно исключить при измерении АТп для ФПУ на неохлаждаемых МПИ, когда геометрический шум может заметно меняться. При этом оценка шумов может вестись по малоразмерному эталонному излучателю, т. е. для отдельных участков чувствительного слоя МПИ. Неоднородность можно вы­числить как отношение среднего квадратического значения шумов отдельных пикселов к среднему значению шума.

Общая методика определения функции передачи модуляции (ФПМ) при автомати­зации измерений остается той же, что и описанная в п. 12.3.4. Для вычисления и по­строения ФПМ в программе 1К.М1п(1оУ8 используется быстрое Фурье-преобразование (БФП) функции размытия линии, описывающей распределение освещенности в изобра­жении узкой щели и получаемой как производная от оптической переходной функции изображения оптической полуплоскости (границы между светлой и темной частями миры). При этом усредняются результаты большого числа измерений, чтобы избежать влияния высокочастотных шумов, возникающих при обработке данных.

В измерительной установке, описанной в [276], при измерении ФПМ в качестве тест-объекта используются узкая щель либо семиполосная мира, располагаемые перед излучателем - черным телом в фокальной плоскости зеркального параболоидного кол­лиматора. Тест-объект перемещается в направлении, перпендикулярном высоте щели или штрихам миры, с помощью шагового электродвигателя, управляемого микропро­цессором. Испытуемая система помещается на вращающееся основание (столик гонио­метра), что позволяет обеспечить надлежащее взаимное позиционирование ИКС и тест - объекта. Сигнал с выхода ИКС (с дисплея через ПЗС-камеру или с цифрового выхода) поступает на записывающее устройство, электрически связанное с микропроцессором, управляющим перемещением тест-объекта, а также контролирующим параметры излу­чателя. По программе, заложенной в микропроцессор, реализуются различные методы автоматического определения ФПМ всей ИКС. Один из методов позволяет определять максимальное и минимальное значения ФПМ, другой - непрерывно измерять значения ФПМ при движении тест-объекта относительно оптической оси ИКС. Во всех случаях необходимо учитывать неточную установку тест-объекта относительно системы орто­гональных координат, принятой в ИКС, и ряд других факторов.

Наибольшей спецификой обладает автоматизированное определение минимальной разрешаемой разности температур ДГР, поскольку эта характеристика ИКС предусмат­ривает учет субъективных свойств человека-наблюдателя (см п. 4.2.2 и 12.3.5). Поэтому разработчиками БВШ. и программы ШЛУтскжв введен специальный термин АиЮМЯТО - автоматически определяемая АТр [79].

Автоматическое определение АГр предусматривает ввод в результаты измерений корректировочных коэффициентов Крс учитывающих разрешение наблюдателем ка­ждой конкретной цели. При этом результат измерений можно представить в следую­щем виде:

= К^ ДГ /СИКСх.

Для каждой испытуемой ИКС величины ДГП и (тике* могут быть определены группой наблюдателей по методикам, кратко уже описанным, т. е. неавтоматическими методами. Затем можно вычислить коэффициент Щх для пространственной частоты/х как

К* ~ ^ТфСШСх /ДГп

И усреднить его для нескольких испытуемых ИКС по результатам измерений, произве­денным группой тренированных наблюдателей. Усредненное значение Квводится в память компьютера и может периодически обновляться, как это делается, например, в программе ГОЛ¥тс1оУ8.

В [152] приводится краткое описание оболочки (управляющего файла) программы 111¥тс1оуу8, в которую вводятся данные об угловом поле ИКС, параметрах излучателя и тест-объекта, коэффициенте Кд, коэффициенте пропускания коллиматора и др., а также алгоритм автоматизированного определения ДГР (АиЮМЯТО). Там же описы­вается программа и приводятся некоторые результаты корреляционных оценок пока­зателей качества ИКС, серийно выпускаемых ВТК (ИКС типа Ра1шШ, широко при­меняемых в военном деле, промышленности, охранных и наблюдательных системах). Корреляция значений показателей качества оценивалась по достаточно представи­тельной выборке (50 приборов типа Ра1тШ.). Расхождения между результатами оп-

Ределения ДГр неавтоматическим способом и автоматическим (AutoMRTD) составили в среднем 11%.

В 2001 г. компании «Santa Barbara Infrared» и «FLIR Systems Inc.» значительно усо­вершенствовали систему IRWindows™, так что новый комплекс, получивший торговую марку IRWindows™ 2001, по утверждению авторов [252], пригоден для испытаний всех типов ФПУ. Новая система позволяет заметно расширить перечень контролируемых и измеряемых параметров и характеристик ФПУ, проводить автоматический анализ по­лученных результатов, использовать более совершенное программное обеспечение. В табл. 12.5 перечислены параметры и характеристики, определяемые с помощью систе­мы IRWindows™2001.