Comment concevoir et sélectionner la caméra thermique infrarouge utilisée dans le domaine de mesure ?

Dans la plupart des cas, les objets présentent un contraste plus élevé en spectroscopie infrarouge, ce qui aide les utilisateurs à mieux les distinguer de l'arrière-plan. Par exemple, si un utilisateur tente de suivre un avion ou un missile, le rayonnement infrarouge de son moteur chaud dans l’air froid devient plus important. Le fort contraste permet à l'algorithme de suivi de verrouiller plus facilement la cible et de maintenir un suivi efficace pendant tout le vol.

Les caméras thermiques infrarouges (spectromètres infrarouges) peuvent être utilisées pour déterminer les caractéristiques d'une cible dans une certaine marque du spectre infrarouge. Les caméras thermiques infrarouges peuvent mesurer la précision de l’atteinte de la cible. Certaines caméras thermiques infrarouges peuvent non seulement imager la cible, mais également la cible peut être marquée au laser. Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la conception et de la sélection de caméras thermiques adaptées à un travail spécifique.

Vitesse de réponse

La plupart des caméras optiques infrarouges utilisées pour mesurer le champ de tir observent des cibles en mouvement à grande vitesse. Par exemple, si le temps d'intégration d'une caméra thermique infrarouge (similaire au temps d'exposition d'une caméra à lumière visible) est trop long, vous risquez de manquer la mesure d'une cible en mouvement à grande vitesse, ou la cible est maculée dans l'image. pour produire un frottis et vous ne pourrez peut-être pas obtenir une mesure précise.

De même, lorsque vous utilisez une caméra thermique pour observer un objet qui apparaît instantanément, comme une étincelle apparaissant soudainement, sa vitesse est plus rapide que votre temps d'intégration, et nous ne pourrons pas décrire complètement de tels événements. En bref, lors de la capture de cibles ou d'événements à grande vitesse, une fréquence d'images plus rapide fournira une mesure plus précise.

(1) Technologie de fréquence d'images

Grâce à la nouvelle technologie de détection, la fréquence d'images des caméras thermiques a été considérablement améliorée au cours des deux ou trois dernières années.

La sensibilité de la caméra thermique infrarouge a également été grandement améliorée. En conséquence, son temps d'intégration peut être raccourci. Cela signifie également que les utilisateurs peuvent les utiliser pour des applications qui n'auraient peut-être pas été envisagées auparavant, telles que la recherche balistique ou la recherche sur les munitions. Ces nouvelles caméras thermiques peuvent capturer des balles en vol ou en trajectoire et décrire les événements d'explosion.

Même si la cible observée n’est pas si rapide, une fréquence d’images plus élevée reste très bénéfique. Supposons que vous ayez besoin de tirer sur des cibles à 100 images. Lors de la capture de cette cible à 400 images, vous pouvez appliquer un quadruple filtre de domaine fréquence-temps pour réduire le bruit et obtenir des données de 100 images.

(2) Réponse spectrale de l'imagerie

Différents types de caméras thermiques ont des bandes de travail différentes. Dans une large mesure, les caméras infrarouges peuvent être divisées en deux types d'applications, l'une pour l'imagerie infrarouge à ondes courtes (SWIR) pour les mesures radiométriques, et l'autre pour l'infrarouge à ondes moyennes (MWIR) et l'infrarouge à ondes longues (LWIR) pour mesure thermique.

Dans la plage de 0,9 à 1,7 μm, l'imagerie infrarouge à ondes courtes peut observer le rayonnement énergétique directionnel (laser), l'imagerie cible et les caractéristiques. Les armes à énergie dirigée par laser en sont un bon exemple. Dans ce cas, l’imagerie par bande infrarouge à ondes courtes est généralement utilisée pour mesurer l’énergie rayonnante ou déterminer qualitativement les performances de ces appareils.

Pour la mesure thermique, les caméras thermiques ont tendance à fonctionner dans deux plages de longueurs d'onde, MWIR avec une longueur d'onde de 3 à 5 μm ou LWIR avec une longueur d'onde de 7 μm à 14 μm. Ces deux domaines spectraux ont leurs propres caractéristiques. Par exemple, l’avantage de l’infrarouge à ondes moyennes réside dans son contraste thermique et sa sensibilité supérieurs. Par rapport à l'infrarouge à ondes longues, le changement de température est faible, mais l'énergie rayonnante change considérablement.

Le principal avantage de l’infrarouge à ondes longues est qu’il couvre une large plage de températures dans un certain temps d’intégration. Par exemple, la plage d'étalonnage standard d'une caméra infrarouge à ondes moyennes qui n'utilise pas de filtre spectral est comprise entre -20 °C et 350 °C. En revanche, la gamme standard des caméras thermiques infrarouges à ondes longues peut être étendue de -20°C à 650°C.

Par conséquent, s’il y a un changement significatif de température sur une courte période pendant le test, une caméra thermique infrarouge à ondes longues est un choix plus approprié. Par exemple, un missile est très chaud lors de son lancement, mais lorsque le propulseur brûle, sa température baisse. La lentille LWIR conçue et produite par Quanhom utilise une bonne technologie de dissipation thermique pour garantir des performances stables pendant le travail.

Filtre spectral

Il existe deux types généraux de filtres spectraux pour les caméras thermiques. L’un est un filtre à densité neutre (filtre ordinaire), qui atténue l’énergie de toute la plage de longueurs d’onde au même degré. Il peut calibrer la caméra infrarouge sur une plage de température et de rayonnement plus élevée, telle que 3 000 °C.

Un autre type de filtre optique est celui des filtres spectraux, qui protègent l'énergie rayonnante dans une bande spécifique, ce qui vous permet de tester dans la bande d'intérêt. Par exemple, tirer et suivre un panache de gaz chimique visible uniquement dans une zone étroite du spectre, ou vouloir représenter une cible à travers la flamme cible. Dans des circonstances normales, la chaleur générée par la flamme occupera la majeure partie de l’image, mais le filtre spectral peut la protéger, vous permettant de voir ce que vous voulez voir.

Filtres froids et filtres chauds

La caméra infrarouge peut placer le filtre infrarouge dans une certaine position de l'objectif, ou placer le filtre optique dans le Dewar du détecteur.

L'avantage d'installer le filtre optique dans le Dewar est que la réflexion et le rayonnement du filtre lui-même sont très faibles, ce qui favorise le contrôle du bruit thermique. L’inconvénient est qu’une fois intégré au Dewar, il ne peut pas être facilement retiré ou remplacé.

Le principal avantage des filtres chauffants dans l’objectif est qu’ils peuvent être facilement retirés ou remplacés pour reconfigurer la caméra thermique pour un autre test. Cependant, le filtre spectral à température ambiante a tendance à produire des artefacts dans l’image, ce qui nécessite des mises à jour fréquentes pour maintenir la qualité de l’image.

Résolution spatiale

La résolution spatiale d'une caméra thermique infrarouge est l'un des facteurs clés pour une mesure précise et l'obtention d'images de haute qualité. D'une manière générale, après l'imagerie avec une caméra thermique, l'objet d'intérêt doit occuper environ 10 pixels dans la plus petite dimension. Les deux principaux contributeurs à cet objectif sont la taille des pixels du détecteur et le système optique.

(1) La taille des pixels du détecteur

Il est encourageant de constater que la taille du réseau de détecteurs infrarouges a considérablement augmenté au cours des dernières années et que la taille des pixels des détecteurs a continué de diminuer. Et il existe désormais de nombreuses caméras thermiques disponibles dans le commerce qui peuvent prendre en charge une très haute résolution. La caméra thermique fabriquée par Quanhom peut prendre en charge des résolutions jusqu'à 1280x1024 (SXGA). De plus, la taille des pixels a été réduite de plus de 50 %, ce qui signifie que sous le même système optique et la même distance, la cible peut être imagée sur plus de pixels, améliorant ainsi la qualité de l'image et la précision des mesures. Ou vous pouvez choisir un système optique différent pour obtenir quatre fois le champ de vision d'origine sans perdre en résolution.

(2) Système optique

Le deuxième contributeur à l’augmentation de la résolution spatiale est le système optique. Pour les tests longue distance, un objectif à longue focale est très important. Afin de répondre aux exigences de test pour différentes distances, le système optique utilisé dans la caméra thermique doit de préférence avoir une fonction de zoom continu. L' objectif à zoom continu infrarouge conçu par Qaunhom peut arbitrairement zoomer et dézoomer sur la cible tout en gardant la cible au centre du champ de vision. Cette fonction est très adaptée au suivi de cibles en mouvement. Il peut maximiser les pixels sur la cible tout en modifiant la distance focale et garder la cible toujours au centre du champ de vision.

En plus de la fonction de zoom continu, le système optique infrarouge utilisé pour la mesure doit être capable de lire avec précision et de manière répétée la distance focale de l'objectif et sa position focale pendant le zoom continu et de marquer la lecture sur l'image, ce qui rend la cible spatio- position temporelle L'application des informations devient possible. Lors du suivi d'une cible, la distance focale de la caméra est utilisée pour déterminer la position de la cible par rapport à vous à un moment donné, et la distance focale est associée à une seule image d'une image, et la position de la cible en mouvement peut être déterminée lors de l'acquisition et de l'analyse ultérieures.

Atmosphère

Le rayonnement cible ne peut atteindre que l’air et être imagé par la caméra thermique infrarouge. En plus d'atténuer le rayonnement de la cible, l'air ajoutera également des signaux d'interférence pendant le processus de transmission. Dans la bande infrarouge, l’atmosphère est transparente à certaines longueurs d’onde et opaque ou semi-transparente à d’autres longueurs d’onde. Par conséquent, le rayonnement infrarouge mesuré par une cible à courte distance est différent du rayonnement émis par la même cible à longue distance.

La plupart des caméras thermiques sont étalonnées dans les laboratoires d'usine en fonction d'objets situés à quelques mètres. Dans la caméra infrarouge, vous devrez peut-être observer à moins d'un kilomètre ou à cent kilomètres, voire à des milliers de kilomètres de la cible, donc l'atmosphère, ce facteur devient important. Dans ce cas, se fier à l’étalonnage en usine ne suffit pas. Afin de fournir une mesure précise, la caméra thermique infrarouge doit être équipée du logiciel correspondant pour effectuer la correction des irrégularités et l'étalonnage du rayonnement ou de la température.

Compensation atmosphérique

Il existe deux méthodes de compensation atmosphérique. Une méthode consiste à s’appuyer sur le modèle MODTRAN (Medium Resolution Atmospheric Transmission). Ce modèle est un logiciel développé par l'Armée de l'Air pour la modélisation atmosphérique. MODTRAN peut estimer l'atténuation dans l'atmosphère ou dans l'atmosphère elle-même. La quantité de rayonnement produite. L'autre méthode consiste à utiliser des sources de rayonnement connues, telles que des corps noirs longue distance et sur de grandes surfaces, pour effectuer une compensation atmosphérique par le biais d'expériences.

Logiciel

La plupart des caméras thermiques utilisées pour mesurer le champ de tir sont contrôlées à distance, presque sans contrôle direct. Par conséquent, le logiciel de contrôle est le seul moyen pour vous d'interagir avec la caméra infrarouge, via le logiciel pour contrôler, visualiser, enregistrer, analyser et partager des données. Le logiciel est aussi important pour le succès des tests et des mesures que la caméra thermique elle-même.

Le logiciel de contrôle utilisé par la caméra thermique doit être capable de capturer les données originales de rayonnement ou de température. Une caractéristique clé du logiciel est donc la possibilité de changer rapidement et facilement entre ces unités de mesure.

Comme mentionné précédemment, le système optique à zoom continu doit lire la position précise de la mise au point et marquer ces informations sur chaque image infrarouge. Ces tâches doivent également être effectuées par un logiciel d'exploitation. Le logiciel de contrôle permet aux utilisateurs d'analyser les données de manière à gagner du temps et du travail afin que les utilisateurs puissent mieux analyser les résultats du test et tirer des conclusions plus significatives du test.

Une autre fonctionnalité du logiciel est la possibilité de partager des données rapidement et facilement. À l'heure actuelle, de nombreuses applications génèrent automatiquement des briefings sur les tâches une fois le test terminé, et les utilisateurs peuvent extraire et partager les données qui les intéressent. Le logiciel doit disposer d'une interface de données riche, qui peut être interconnectée avec d'autres logiciels.

En tenant compte de tous les facteurs ci-dessus, nous pouvons choisir la caméra thermique la plus adaptée pour fournir des données de mesure précises et de haute qualité pour la cible. Si vous souhaitez en savoir plus sur les systèmes optiques infrarouges après avoir lu ce qui précède, vous pouvez obtenir des solutions professionnelles en nous contactant.

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