¿Cómo diseñar y seleccionar la cámara termográfica infrarroja utilizada en el campo de medición?

En la mayoría de los casos, los objetos tienen un mayor contraste en la espectroscopia infrarroja, lo que ayuda a los usuarios a distinguirlos mejor del fondo. Por ejemplo, si un usuario intenta rastrear un avión o un misil, la radiación infrarroja de su motor caliente en el aire frío se vuelve más prominente. El fuerte contraste facilita que el algoritmo de seguimiento bloquee el objetivo y mantenga un seguimiento efectivo durante todo el vuelo.

Las cámaras termográficas infrarrojas (espectrómetros de infrarrojos) se pueden utilizar para determinar las características de un objetivo en una determinada marca del espectro infrarrojo. Las cámaras termográficas infrarrojas pueden medir la precisión al alcanzar el objetivo. Algunas cámaras termográficas infrarrojas no solo pueden obtener imágenes del objetivo, sino que también pueden marcarlo con láser. Es necesario tener en cuenta los siguientes factores al diseñar y seleccionar cámaras termográficas adecuadas para un trabajo específico.

Velocidad de respuesta

La mayoría de las cámaras ópticas infrarrojas utilizadas para medir el alcance de tiro observan objetivos en movimiento a alta velocidad. Por ejemplo, si el tiempo de integración de una cámara termográfica infrarroja (similar al tiempo de exposición en una cámara de luz visible) es demasiado largo, es posible que se pierda la medición de un objetivo en movimiento a alta velocidad o que el objetivo quede borroso en la imagen. producir un frotis y es posible que no pueda obtener una medición precisa.

De manera similar, cuando se utiliza una cámara termográfica para observar un objeto que aparece instantáneamente, como una chispa que aparece repentinamente, su velocidad es más rápida que el tiempo de integración y no podremos describir completamente eventos como estos. En resumen, al capturar objetivos o eventos de alta velocidad, una velocidad de fotogramas más rápida proporcionará una medición más precisa.

(1) Tecnología de velocidad de fotogramas

Basada en la nueva tecnología de detectores, la velocidad de fotogramas de las cámaras termográficas ha mejorado considerablemente en los últimos dos o tres años.

También se ha mejorado considerablemente la sensibilidad de la cámara termográfica infrarroja. En consecuencia, se puede acortar su tiempo de integración. Esto también significa que los usuarios pueden utilizarlos para aplicaciones que quizás no se hayan considerado antes, como la investigación balística o la investigación de municiones. Estas nuevas cámaras termográficas pueden capturar balas en vuelo o en seguimiento y describir eventos de explosión.

Incluso si el objetivo observado no es tan rápido, una velocidad de cuadros más alta sigue siendo muy beneficiosa. Supongamos que necesita disparar algunos objetivos a 100 fotogramas. Al capturar este objetivo a 400 fotogramas, puede aplicar un filtro cuádruple en el dominio de frecuencia-tiempo para reducir el ruido y obtener datos de 100 fotogramas.

(2) Respuesta espectral de la imagen.

Los diferentes tipos de cámaras termográficas tienen diferentes bandas de trabajo. En gran medida, las cámaras infrarrojas se pueden dividir en dos tipos de aplicaciones, una para imágenes infrarrojas de onda corta (SWIR) para mediciones radiométricas y la otra para imágenes infrarrojas de onda media (MWIR) e infrarrojas de onda larga (LWIR) para medición térmica.

En el rango de 0,9 a 1,7 μm, las imágenes infrarrojas de onda corta pueden observar radiación de energía direccional (láser), imágenes del objetivo y características. Las armas de energía dirigidas por láser son un buen ejemplo. En este caso, se suele utilizar la obtención de imágenes en banda infrarroja de onda corta para medir la energía radiante o determinar cualitativamente el rendimiento de estos dispositivos.

Para la medición térmica, las cámaras termográficas tienden a funcionar en dos rangos de longitud de onda, MWIR con una longitud de onda de 3 a 5 μm o LWIR con una longitud de onda de 7 μm a 14 μm. Estos dos rangos espectrales tienen sus propias características. Por ejemplo, la ventaja del infrarrojo de onda media radica en su sensibilidad y contraste térmico superiores. En comparación con el infrarrojo de onda larga, el cambio de temperatura es pequeño, pero la energía radiante cambia mucho.

La principal ventaja del infrarrojo de onda larga es que cubre un amplio rango de temperatura dentro de un determinado tiempo de integración. Por ejemplo, el rango de calibración estándar de una cámara infrarroja de onda media que no utiliza un filtro espectral es de -20 °C a 350 °C. Por el contrario, el rango estándar de las cámaras termográficas infrarrojas de onda larga se puede ampliar de -20°C a 650°C.

Por lo tanto, si hay un cambio de temperatura significativo en un corto período de tiempo durante la prueba, una cámara termográfica infrarroja de onda larga es una opción más adecuada. Por ejemplo, un misil está muy caliente cuando se lanza, pero cuando el propulsor arde, su temperatura bajará. La lente LWIR diseñada y producida por Quanhom utiliza una buena tecnología de disipación de calor para garantizar un rendimiento estable durante el trabajo.

Filtro espectral

Hay dos tipos generales de filtros espectrales para cámaras termográficas. Uno es un filtro de densidad neutra (filtro ordinario), que atenúa la energía de todo el rango de longitud de onda en el mismo grado. Puede calibrar la cámara infrarroja a un rango de temperatura y radiación más alto, como 3000 °C.

Otro tipo de filtro óptico son los filtros espectrales, que protegerán la energía radiante en una banda específica, lo que le resultará útil para realizar pruebas en la banda de interés. Por ejemplo, disparar y rastrear una columna de gas químico visible solo en un área estrecha del espectro, o querer representar un objetivo a través de la llama del objetivo. En circunstancias normales, el calor generado por la llama ocupará la parte principal de la imagen, pero el filtro espectral puede protegerla, permitiéndole ver lo que desea ver.

Filtros fríos y filtros calientes.

La cámara de infrarrojos puede colocar el filtro de infrarrojos en una determinada posición de la lente o colocar el filtro óptico en el Dewar del detector.

La ventaja de instalar el filtro óptico en el Dewar es que la reflexión y la radiación del propio filtro son muy pequeñas, lo que favorece el control del ruido térmico. La desventaja es que una vez integrado en el Dewar, no se puede quitar ni reemplazar fácilmente.

La principal ventaja de los filtros calefactores en la lente es que se pueden quitar o reemplazar fácilmente para reconfigurar la cámara termográfica para otra prueba. Sin embargo, el filtro espectral a temperatura ambiente tiende a producir artefactos en la imagen, lo que requiere actualizaciones frecuentes para mantener la calidad de la imagen.

Resolucion espacial

La resolución espacial de una cámara termográfica infrarroja es uno de los factores clave para realizar mediciones precisas y obtener imágenes de alta calidad. En términos generales, después de tomar imágenes con una cámara termográfica, el objeto de interés debe ocupar unos 10 píxeles en la dimensión más pequeña. Los dos principales contribuyentes a este objetivo son el tamaño de píxel del detector y el sistema óptico.

(1) El tamaño de píxel del detector.

Es gratificante que el tamaño de la matriz de detectores de infrarrojos haya aumentado sustancialmente en los últimos años y que el tamaño de píxeles de los detectores haya seguido disminuyendo. Y ahora hay muchas cámaras termográficas comerciales disponibles en el mercado que pueden admitir resoluciones muy altas. La cámara termográfica fabricada por Quanhom puede admitir resoluciones de hasta 1280x1024 (SXGA). Además, el tamaño de píxel se ha reducido en más del 50%, lo que significa que bajo el mismo sistema óptico y distancia, se puede visualizar el objetivo en más píxeles, mejorando así la calidad de la imagen y la precisión de la medición. O puedes elegir un sistema óptico diferente para obtener cuatro veces el campo de visión original sin perder resolución.

(2) Sistema óptico

El segundo contribuyente al aumento de la resolución espacial es el sistema óptico. Para pruebas a larga distancia, es muy importante una lente de distancia focal larga. Para cumplir con los requisitos de prueba para diferentes distancias, el sistema óptico utilizado en la cámara termográfica debería tener preferiblemente una función de zoom continuo. La lente de zoom continuo infrarrojo diseñada por Qaunhom puede acercar y alejar arbitrariamente el objetivo mientras lo mantiene en el centro del campo de visión. Esta función es muy adecuada para rastrear objetivos en movimiento. Puede maximizar los píxeles del objetivo mientras cambia la distancia focal y mantener el objetivo siempre en el centro del campo de visión.

Además de la función de zoom continuo, el sistema óptico infrarrojo utilizado para la medición debe poder leer con precisión y repetidamente la distancia focal de la lente y su posición focal durante el zoom continuo y marcar la lectura en la imagen, lo que hace que la relación espacial del objetivo. posición temporal La aplicación de la información se hace posible. Al rastrear un objetivo, la distancia focal de la cámara se utiliza para determinar la posición del objetivo con respecto a usted en un momento dado, y la distancia focal se asocia con un solo cuadro de una imagen, y se puede determinar la posición del objetivo en movimiento. en la posterior adquisición y análisis.

Atmósfera

La radiación objetivo sólo puede llegar a través del aire y ser captada por la cámara termográfica infrarroja. Además de atenuar la radiación del objetivo, el aire también añadirá algunas señales de interferencia durante el proceso de transmisión. En la banda infrarroja, la atmósfera es transparente en algunas longitudes de onda y opaca o semitransparente en otras longitudes de onda. Por lo tanto, la radiación infrarroja medida por un objetivo a una distancia cercana es diferente de la radiación emitida por el mismo objetivo a una distancia larga.

La mayoría de las cámaras termográficas se calibran en laboratorios de fábrica basándose en objetos que se encuentran a pocos metros de distancia. En el alcance de la cámara infrarroja es posible que sea necesario observar a menos de un kilómetro, cien kilómetros o incluso miles de kilómetros del objetivo, por lo que la atmósfera de este factor se vuelve importante. En este caso, no basta con confiar en la calibración de fábrica. Para proporcionar una medición precisa, la cámara termográfica infrarroja debe estar equipada con el software correspondiente para realizar la corrección de irregularidades y la calibración de radiación o temperatura.

Compensación atmosférica

Hay dos métodos para la compensación atmosférica. Un método consiste en confiar en el modelo MODTRAN (Transmisión Atmosférica de Resolución Media). Este modelo es un software desarrollado por la Fuerza Aérea para el modelado atmosférico. MODTRAN puede estimar la atenuación en la atmósfera o en la atmósfera misma. La cantidad de radiación producida. El otro método consiste en utilizar fuentes de radiación conocidas, como cuerpos negros de gran superficie y larga distancia, para realizar la compensación atmosférica mediante experimentos.

Software

La mayoría de las cámaras termográficas utilizadas para medir el alcance de disparo se controlan de forma remota, casi sin control directo. Por lo tanto, el software de control es la única forma de interactuar con la cámara infrarroja, a través del software para controlar, ver, registrar, analizar y compartir datos. El software es tan importante para el éxito de las pruebas y mediciones como la propia cámara termográfica.

El software de control utilizado por la cámara termográfica debe poder capturar los datos originales de radiación o temperatura, por lo que una característica clave del software es la capacidad de cambiar rápida y fácilmente entre estas unidades de medida.

Como se mencionó anteriormente, el sistema óptico de zoom continuo necesita leer la posición de enfoque precisa y marcar esta información de datos en cada cuadro de la imagen infrarroja; estas tareas también deben completarse mediante el software operativo. El software de control permite a los usuarios analizar los datos ahorrando tiempo y mano de obra para que puedan analizar mejor los resultados de la prueba y sacar conclusiones más significativas de la prueba.

Otra característica del software es la capacidad de compartir datos de forma rápida y sencilla. En la actualidad, muchas aplicaciones generarán automáticamente informes de tareas una vez completada la prueba y los usuarios pueden extraer y compartir los datos de interés. El software debe tener una interfaz rica en datos, que pueda interconectarse con otro software.

Teniendo en cuenta todos los factores anteriores, podemos elegir la cámara termográfica más adecuada para proporcionar datos de medición precisos y de alta calidad para el objetivo. Si desea saber más sobre los sistemas ópticos infrarrojos después de leer lo anterior, puede obtener soluciones profesionales contactándonos.

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