Малогабаритная тепловизионная камера с микросканированием

Кремис И.И., Гладков Р.А., Турбин А.В., Алдохин П.А., Калинин В.С.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Кремис И.И., Гладков Р.А., Турбин А.В., Алдохин П.А., Калинин В.С. Малогабаритная тепловизионная камера с микросканированием // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 6. С. 50–60. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-06-50-60

Kremis I.I., Gladkov R.A., Turbin A.V., Aldokhin P.A., Kalinin V.S. Small-sized thermal imaging camera with micro-scanning [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 6. P. 50–60. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-06-50-60

Ссылка на англоязычную версию:

Igor Kremis, Roman Gladkov, Alexey Turbin, Pavel Aldokhin, and Vitaly Kalinin, "Small-sized thermal imaging camera based on micro-scanning," Journal of Optical Technology. 90(6), 317-323 (2023)

Аннотация:

Предмет исследования. Тепловизионная камера с микросканированием на базе малоформатного матричного фотоприёмного устройства (320ґ256 фотодиодов из теллурида кадмияртути) в спектральном диапазоне 8–10 мкм. Цель. Создание компактной тепловизионной камеры спектрального диапазона 8–10 мкм на базе малоформатного матричного фотоприёмного устройства из теллурида кадмияртути с использованием безредукторных электромеханических приводов для смены полей зрения, подфокусировки, калибровки и микросканирования сцены для улучшения параметров пространственного разрешения и пороговой чувствительности. Метод. Совокупное использование технических решений для осуществления механического движения оптических компонент, коррекции остаточной неоднородности чувствительности фотоприёмного устройства и микросканирования сцены наблюдения. Основные результаты. Разработана тепловизионная камера с микросканированием на базе малоформатного матричного фотоприёмного устройства (320ґ256 пикселов из теллурида кадмияртути) в спектральном диапазоне 8–10 мкм. В камере используются безредукторные электромеханические привода, позволяющие осуществлять микросканирование сцены наблюдения, смену полей зрения, фокусировку и калибровку канала. Камера оснащена объективом с четырёхкратным изменением фокусного расстояния с максимальным полем зрения 21,7°ґ17,5° и пространственным разрешением 2,27 мрад^–1 при работе камеры в режиме микросканирования. Совокупность предложенных решений позволила получить тепловизионное изображение высокого качества при величине разности температур, эквивалентной шуму, равной 23 мК. Практическая значимость. Тепловизионная камера может использоваться в области неразрушающего контроля, охраны и мониторинга окружающей среды. Предложенные технические решения будут полезны для улучшения параметров пространственного разрешения и пороговой чувствительности тепловизионных каналов, использующих малоформатные матричные фотоприёмные устройства.

Ключевые слова:

фильтрация, двухточечная коррекция, тепловизор, тепловизионная камера, микросканер

Коды OCIS: 250.0040, 250.4745, 230.2090, 230.0250, 100.2960, 100.2550, 100.2000

Список источников:

1. Кульчицкий Н., Наумов А., Старцев В. Охлаждаемые фотоприемные устройства ИК диапазона на кадмий-ртуть-теллуре: состояние и перспективы развития // Электроника: наука, технология, бизнес. 2020. Т. 197. № 6 (00197). С. 114–121. http://doi.org/10.22184/1992-4178.2020.197.6.114.121
2. Сидоров Ю.Г., Сабинина И.В., Сидоров Г.Ю., Васильев В.В., Якушев М.В., Макаров Ю.С., Зверев А.В., Марчишин И.В., Дворецкий С.А., Предеин А.В., Варавин В.С., Марин Д.В., Ремесник В.Г., Горшков Д.В., Латышев А.В. Фотоприемные модули на основе ГЭС КРТ МЛЭ на длины волн 3–5 и 8–10 мкм форматом до 2000×2000 // Труды XXV Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Москва: НПО «Орион», 2018. С. 8–11.
3. Гиндин П., Карпов В. Матричные и субматричные фотоприемные модули // Фотоника. 2013. Т. 42. № 6. С. 62–72.
4. Reibel Y., Espuno L. High performance infrared fast cooled detectors for missile applications // Proc. SPIE 9819. Infrared Technology and Applications XLII.
98190I (20 May 2016). 14 pages. http://doi.org/10.1117/12.2230431.
5. Кремис И.И., Калинин В.С., Федоринин В.Н., Корсаков Ю.М., Шатунов К.П. Сканирующий тепловизионный прибор на базе отечественного фотоприемного устройства // Прикладная физика. 2016. № 5. С. 108–114.
6. Wang X., Feng Z., Zhang J., Yang Z. Characterization of the performance of micro-scanning infrared imager // International Journal of Infrared and Millimeter
Waves. 2004. V. 25. P. 1657–1668. http://doi.org/10.1023/B:IJIM.0000047455.17422.61
7. Cocle O., Rannou C., Forestier B., Jougla P., Bois P., Costard E., Manissadjian A., Gohier D. Qwip compact thermal imager: Catherine-XP and its evolutions // Proc. SPIE 6542. Infrared Technology and Applications XXXIII. 2007. (14 May). V. 654234. 12 p. http://doi.org/10.1117/12.723720
8. John M., John L. Imagery improvements in staring infrared imagers by employing subpixel microscan // Optical Engineering. 2005. V. 44(5). 9 p. http://doi.org/10.1117/1.1917312
9. Якушенков Ю.Г., Тарасов В.В. Инфракрасные системы смотрящего типа. М: Логос, 2004. 452 с.
10. Тарасов В. В., Якушенков Ю.Г. Тенденции развития инфракрасных систем «смотрящего» типа // Специальная техника. 2004. № 1. 443 с.
11. Xiubao S., Chen Q., Gu G. Micro-scanning system using flat optics for resolution improvement of infrared images // Optik. 2013. V. 124. Iss. 16. P. 2292–
2297. http://doi.org/10.1016/j.ijleo.2012.06.068.
12. Wang X. R., Zhang J.Q., Feng Z.X., Relationship between microscanned image quality and fill factor of detectors // Appl. Opt. 2005. V. 44(21). P. 4470-4.
http://doi.org/10.1364/AO.44.004470
13. Wu X., Cai Y. Techniques of optical microscan in staring infrared imaging system // J. Infrared Millim. Waves. 2007. V. 26. P. 10–14.
14. Miller J., Wiltse J. Benefits of microscan for staring infrared imagers // SPIE Defense. 2004. 12 p. http://doi.org/ 10.1117/12.541432
15. Meijing G., Weilong W., Wei X., Jingyuan W. Optical microscanning X-ray real-time imaging system // International Conference on Mechatronics, Electronic, Industrial and Control Engineering. MEIC. 2014. http://doi.org/ 10.2991/meic-14.2014.251.
16. Wiltse J., Miller J. Imagery improvements in staring infrared imagers by employing subpixel microscan. Optical Engineering. 2005. V. 44(5). http://doi.org/10.1117/1.1917312
17. Кремис И.И., Гладков Р.А. Устройства микросканирования для тепловизоров диапазона 8–12 мкм на основе вращающихся пластин из Ge // Успехи прикладной физики. 2018. № 4. Т. 7. С. 390–400.
18. Кремис И.И. Исследование метода коррекции остаточной неоднородности тепловизионного канала с микросканированием // Успехи прикладной физики. 2018. № 3. Т. 6. С. 252–259.