كيفية تصميم واختيار كاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء المستخدمة في مجال القياس؟

في معظم الحالات، تتمتع الكائنات بتباين أعلى في التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء، مما يساعد المستخدمين على تمييزها بشكل أفضل عن الخلفية. على سبيل المثال، إذا حاول المستخدم تتبع طائرة أو صاروخ، فإن الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن محركه الساخن في الهواء البارد تصبح أكثر وضوحًا. يسهل التباين القوي على خوارزمية التتبع قفل الهدف والحفاظ على التتبع الفعال أثناء الرحلة بأكملها.

يمكن استخدام كاميرات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (مطياف الأشعة تحت الحمراء) لتحديد خصائص الهدف في علامة تجارية معينة من طيف الأشعة تحت الحمراء. يمكن لكاميرات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء قياس دقة إصابة الهدف. لا تستطيع بعض كاميرات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء تصوير الهدف فحسب، بل يمكن أيضًا تحديد الهدف بالليزر. يجب مراعاة العوامل التالية عند تصميم واختيار كاميرات التصوير الحراري المناسبة لوظيفة معينة.

سرعة الاستجابة

معظم الكاميرات الضوئية التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء المستخدمة لقياس مدى التصوير تراقب الأهداف المتحركة عالية السرعة. على سبيل المثال، إذا كان وقت التكامل لكاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (مشابه لوقت التعرض في كاميرا الضوء المرئي) طويل جدًا، فقد تفوت قياس هدف متحرك عالي السرعة، أو يتم تلطيخ الهدف في الصورة لإنتاج مسحة، وقد لا تتمكن من الحصول على قياس دقيق.

وبالمثل، عند استخدام كاميرا التصوير الحراري لمراقبة جسم يظهر بشكل فوري، مثل ظهور شرارة فجأة، فإن سرعتها تكون أسرع من زمن التكامل الخاص بك، ولن نتمكن من وصف مثل هذه الأحداث بشكل كامل. باختصار، عند التقاط أهداف أو أحداث عالية السرعة، سيوفر معدل الإطارات الأسرع قياسًا أكثر دقة.

(1) تقنية معدل الإطارات

استنادًا إلى تقنية الكاشف الجديدة، تم تحسين معدل إطارات كاميرات التصوير الحراري بشكل كبير في العامين أو الثلاثة أعوام الماضية.

كما تم تحسين حساسية كاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء بشكل كبير. وبناء على ذلك، يمكن تقصير وقت التكامل. وهذا يعني أيضًا أنه يمكن للمستخدمين استخدامها في تطبيقات ربما لم يتم النظر فيها من قبل، مثل أبحاث المقذوفات أو أبحاث الذخيرة. يمكن لكاميرات التصوير الحراري الجديدة هذه التقاط الرصاص أثناء طيرانه أو مساره، ووصف أحداث الانفجار.

حتى لو لم يكن الهدف المرصود بهذه السرعة، فإن معدل الإطارات الأعلى لا يزال مفيدًا للغاية. لنفترض أنك بحاجة إلى تصوير بعض الأهداف بمعدل 100 إطار. عند التقاط هذا الهدف عند 400 إطار، يمكنك تطبيق مرشح المجال الزمني للتردد الرباعي لتقليل التشويش والحصول على بيانات من 100 إطار.

(2) الاستجابة الطيفية للتصوير

الأنواع المختلفة من كاميرات التصوير الحراري لها نطاقات عمل مختلفة. إلى حد كبير، يمكن تقسيم كاميرات الأشعة تحت الحمراء إلى نوعين من التطبيقات، أحدهما لتصوير الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة (SWIR) للقياس الإشعاعي، والآخر لتصوير الأشعة تحت الحمراء متوسطة الموجة (MWIR) والأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة (LWIR) للقياس الإشعاعي. القياس الحراري.

في نطاق 0.9 إلى 1.7 ميكرومتر، يمكن للتصوير بالأشعة تحت الحمراء على الموجة القصيرة مراقبة إشعاع الطاقة الاتجاهية (الليزر)، والتصوير المستهدف، وخصائصه. تعتبر أسلحة الطاقة الموجهة بالليزر مثالاً جيدًا. في هذه الحالة، عادةً ما يتم استخدام التصوير بالأشعة تحت الحمراء ذات الموجة القصيرة لقياس الطاقة الإشعاعية أو تحديد أداء هذه الأجهزة نوعيًا.

بالنسبة للقياس الحراري، تميل كاميرات التصوير الحراري إلى العمل في نطاقين من الطول الموجي، MWIR بطول موجة من 3 إلى 5 ميكرومتر أو LWIR بطول موجة من 7 ميكرومتر إلى 14 ميكرومتر. هذين النطاقين الطيفيين لهما خصائصهما الخاصة. على سبيل المثال، تكمن ميزة الأشعة تحت الحمراء متوسطة الموجة في تباينها الحراري وحساسيتها الفائقة. بالمقارنة مع الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة، يكون تغير درجة الحرارة صغيرًا، لكن الطاقة الإشعاعية تتغير بشكل كبير.

الميزة الأساسية للأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة هي أنها تغطي نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة خلال فترة تكامل معينة. على سبيل المثال، نطاق المعايرة القياسي لكاميرا الأشعة تحت الحمراء متوسطة الموجة التي لا تستخدم مرشحًا طيفيًا هو -20 درجة مئوية إلى 350 درجة مئوية. في المقابل، يمكن تمديد النطاق القياسي لكاميرات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة من -20 درجة مئوية إلى 650 درجة مئوية.

لذلك، إذا كان هناك تغير كبير في درجة الحرارة خلال فترة زمنية قصيرة أثناء الاختبار، فإن كاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة هي الخيار الأكثر ملاءمة. على سبيل المثال، يكون الصاروخ ساخنًا جدًا عند إطلاقه، ولكن عندما يحترق الوقود الدافع، ستنخفض درجة حرارته. تستخدم عدسة LWIR التي تم تصميمها وإنتاجها بواسطة Quanhom تقنية جيدة لتبديد الحرارة لضمان أداء مستقر أثناء العمل.

مرشح طيفي

هناك نوعان عامان من المرشحات الطيفية لكاميرات التصوير الحراري. الأول هو مرشح الكثافة المحايدة (المرشح العادي)، الذي يخفف طاقة نطاق الطول الموجي بأكمله بنفس الدرجة. يمكنها معايرة كاميرا الأشعة تحت الحمراء إلى درجة حرارة أعلى ونطاق إشعاع، مثل 3000 درجة مئوية.

نوع آخر من المرشحات الضوئية هو المرشحات الطيفية، والتي ستحمي الطاقة الإشعاعية في نطاق معين، وهو أمر مفيد بالنسبة لك للاختبار في النطاق الذي يهمك. على سبيل المثال، إطلاق وتتبع عمود غاز كيميائي مرئي فقط في منطقة ضيقة من الطيف، أو الرغبة في تصوير هدف من خلال لهب الهدف. في الظروف العادية، ستحتل الحرارة الناتجة عن اللهب الجزء الرئيسي من الصورة، ولكن يمكن للمرشح الطيفي أن يحميها، مما يسمح لك برؤية ما تريد رؤيته.

المرشحات الباردة والمرشحات الدافئة

يمكن لكاميرا الأشعة تحت الحمراء وضع مرشح الأشعة تحت الحمراء في موضع معين من العدسة، أو وضع المرشح البصري في ديوار الكاشف.

ميزة تركيب الفلتر البصري في الديوار هي أن انعكاس وإشعاع الفلتر نفسه صغير جدًا، مما يساعد على التحكم في الضوضاء الحرارية. العيب هو أنه بمجرد دمجه في الديوار، لا يمكن إزالته أو استبداله بسهولة.

الميزة الأساسية لمرشحات التسخين الموجودة في العدسة هي أنه يمكن إزالتها أو استبدالها بسهولة لإعادة تكوين كاميرا التصوير الحراري لإجراء اختبار آخر. ومع ذلك، فإن المرشح الطيفي في درجة الحرارة المحيطة يميل إلى إنتاج قطع أثرية في الصورة، الأمر الذي يتطلب تحديثات متكررة للحفاظ على جودة الصورة.

الدقة المكاني

تعد الدقة المكانية لكاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء أحد العوامل الرئيسية للقياس الدقيق والحصول على صور عالية الجودة. بشكل عام، بعد التصوير بكاميرا التصوير الحراري، يجب أن يشغل الجسم محل الاهتمام حوالي 10 بكسل في أصغر البعد. المساهمان الرئيسيان في تحقيق هذا الهدف هما حجم البكسل للكاشف والنظام البصري.

(1) حجم البكسل للكاشف

ومن دواعي السرور أن حجم مجموعة أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء قد زاد بشكل كبير في السنوات القليلة الماضية، واستمر حجم البكسل للكاشفات في الانخفاض. والآن يوجد العديد من كاميرات التصوير الحراري التجارية الجاهزة للاستخدام والتي يمكنها دعم دقة عالية جدًا. يمكن لكاميرا التصوير الحراري المصنعة بواسطة Quanhom دعم دقة تصل إلى 1280x1024 (SXGA). بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل حجم البكسل بأكثر من 50%، مما يعني أنه في ظل نفس النظام البصري والمسافة، يمكن تصوير الهدف بعدد أكبر من البكسلات، وبالتالي تحسين جودة الصورة ودقة القياس. أو يمكنك اختيار نظام بصري مختلف للحصول على أربعة أضعاف مجال الرؤية الأصلي دون فقدان الدقة.

(2) النظام البصري

المساهم الثاني في زيادة الدقة المكانية هو النظام البصري. بالنسبة للاختبار عن بعد، تعد العدسة ذات البعد البؤري الطويل أمرًا مهمًا للغاية. من أجل تلبية متطلبات الاختبار لمسافات مختلفة، يفضل أن يكون للنظام البصري المستخدم في كاميرا التصوير الحراري وظيفة التكبير المستمر. يمكن لعدسة التكبير المستمر بالأشعة تحت الحمراء التي صممها قاونهم أن تقوم بتكبير وتصغير الهدف بشكل عشوائي مع إبقاء الهدف في وسط مجال الرؤية. هذه الوظيفة مناسبة جدًا لتتبع الأهداف المتحركة. يمكنها زيادة وحدات البكسل على الهدف إلى أقصى حد أثناء تغيير البعد البؤري، وإبقاء الهدف دائمًا في وسط مجال الرؤية.

بالإضافة إلى وظيفة التكبير المستمر، يجب أن يكون النظام البصري بالأشعة تحت الحمراء المستخدم للقياس قادرًا على قراءة البعد البؤري للعدسة وموضعها البؤري بشكل دقيق ومتكرر أثناء التكبير المستمر ووضع علامة على القراءة على الصورة، مما يجعل الهدف مكانيًا. يصبح تطبيق المعلومات الموقف الزمني ممكنا. عند تتبع هدف ما، يتم استخدام البعد البؤري للكاميرا لتحديد موضع الهدف بالنسبة لك في أي وقت معين، ويرتبط البعد البؤري بإطار واحد للصورة، كما يمكن تحديد موضع الهدف المتحرك في الاستحواذ والتحليل اللاحق.

أَجواء

لا يمكن للإشعاع المستهدف أن يصل إلا عن طريق الهواء ويتم تصويره على كاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء. بالإضافة إلى تخفيف إشعاع الهدف، سيضيف الهواء أيضًا بعض إشارات التداخل أثناء عملية الإرسال. في نطاق الأشعة تحت الحمراء، يكون الغلاف الجوي شفافًا عند بعض الأطوال الموجية، ومعتمًا أو شبه شفاف عند أطوال موجية أخرى. ولذلك فإن الأشعة تحت الحمراء التي يقاسها هدف على مسافة قريبة تختلف عن الإشعاع المنبعث من نفس الهدف على مسافة طويلة.

تتم معايرة معظم كاميرات التصوير الحراري في مختبرات المصانع بناءً على الأجسام الموجودة على بعد أمتار قليلة. في نطاق كاميرا الأشعة تحت الحمراء قد تحتاج إلى مراقبة مسافة تقل عن كيلومتر واحد أو مائة كيلومتر أو حتى آلاف الكيلومترات عن الهدف، لذا يصبح الغلاف الجوي لهذا العامل مهمًا. وفي هذه الحالة، لا يكفي الاعتماد على معايرة المصنع. من أجل توفير قياس دقيق، يجب أن تكون كاميرا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء مجهزة ببرامج مقابلة لإجراء تصحيح التفاوت ومعايرة الإشعاع أو درجة الحرارة.

التعويض الجوي

هناك طريقتان للتعويض الجوي. إحدى الطرق هي الاعتماد على نموذج MODTRAN (النقل الجوي متوسط الدقة). هذا النموذج هو برنامج تم تطويره بواسطة القوات الجوية لنمذجة الغلاف الجوي. يستطيع MODTRAN تقدير التوهين في الغلاف الجوي أو في الغلاف الجوي نفسه. كمية الإشعاع المنتجة. والطريقة الأخرى هي استخدام مصادر الإشعاع المعروفة، مثل الأجسام السوداء ذات المسافات الطويلة والمساحة الكبيرة، لإجراء تعويضات الغلاف الجوي من خلال التجارب.

برمجة

يتم التحكم في معظم كاميرات التصوير الحراري المستخدمة لقياس مدى التصوير عن بعد، تقريبًا بدون تحكم مباشر. ولذلك، فإن برنامج التحكم هو الطريقة الوحيدة لك للتفاعل مع كاميرا الأشعة تحت الحمراء، من خلال برنامج التحكم في البيانات وعرضها وتسجيلها وتحليلها ومشاركتها. تعتبر البرمجيات مهمة لنجاح الاختبار والقياس مثل كاميرا التصوير الحراري نفسها.

يجب أن يكون برنامج التحكم الذي تستخدمه كاميرا التصوير الحراري قادرًا على التقاط بيانات الإشعاع أو درجة الحرارة الأصلية، لذا فإن الميزة الرئيسية في البرنامج هي القدرة على التغيير بسرعة وسهولة بين وحدات القياس هذه.

كما ذكرنا سابقًا، يحتاج النظام البصري للتكبير المستمر إلى قراءة موضع التركيز الدقيق ووضع علامة على معلومات البيانات هذه في كل إطار من صور الأشعة تحت الحمراء، ويجب إكمال هذه المهام أيضًا بواسطة برنامج التشغيل. يسمح برنامج التحكم للمستخدمين بتحليل البيانات بطريقة توفر الوقت والجهد بحيث يمكن للمستخدمين تحليل نتائج الاختبار بشكل أفضل واستخلاص استنتاجات ذات معنى أكثر من الاختبار.

ميزة أخرى للبرنامج هي القدرة على مشاركة البيانات بسرعة وسهولة. في الوقت الحاضر، ستقوم العديد من التطبيقات تلقائيًا بإنشاء ملخصات المهام بعد اكتمال الاختبار، ويمكن للمستخدمين استخراج البيانات محل الاهتمام ومشاركتها. يجب أن يحتوي البرنامج على واجهة غنية بالبيانات، والتي يمكن ربطها مع البرامج الأخرى.

مع الأخذ في الاعتبار جميع العوامل المذكورة أعلاه، يمكننا اختيار كاميرا التصوير الحراري الأكثر ملاءمة لتوفير بيانات قياس دقيقة وعالية الجودة للهدف. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن الأنظمة البصرية بالأشعة تحت الحمراء بعد قراءة ما ورد أعلاه، يمكنك الحصول على حلول احترافية من خلال الاتصال بنا.

بفضل تكنولوجيا البحث والتطوير الممتازة وخدمات المنتجات عالية الجودة، أصبحنا بسرعة واحدة من الشركات الرائدة في تصنيع المكونات الكهروميكانيكية الضوئية . نحن ملتزمون بإنتاج عدسات الأشعة تحت الحمراء الحرارية المختلفة (بما في ذلك LWIR، MWIR، وSWIR). يمكن لنظام الإدارة الكامل لدينا وقسم فحص الجودة الصارم أن يوفر للعملاء منتجات آمنة وعالية الجودة. في الوقت نفسه، حازت خدمتنا الشاملة المدروسة أيضًا على إشادة بالإجماع من العديد من العملاء. إذا كنت مهتمًا بعدسات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، فيرجى الاتصال بنا على الفور!