СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРАСТА НА ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА ДЛЯ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ
THERMAL CONTRAST METHOD AT OBJECT SURFACE FOR THERMAL IMAGING DEVICES

Изобретение относится к элементам, создающим контраст для тепловизионных приборов, основанный на различных оптических свойствах используемых материалов. Изобретение может быть использовано для тепловизионных приборов, например для обучения пользованию тепловизионными приборами, а также при поисково-спасательных работах для дистанционного обнаружения объектов с помощью тепловизионных приборов.
Действие элемента - идентификационной метки для тепловизионных приборов основано на создании оптического контраста с окружающей фоновой обстановкой, который на экране тепловизионного прибора проявляется как температурный контраст.
Известны способы создания температурного контраста с помощью тепловых мишеней за счет нагревания элемента мишени - излучателя. Такие мишени включают в себя различные устройства нагрева - электрические (Патент RU 2241199, F41J 1/00, F41J 5/08, 15.12.2002; US 4260160, F41J 1/08, 5/08, 07.04/1981), газовые или жидкостные (Патент FR 2544067, F41J 9/13, 12.10.1984), химические (Патент GB 2184215, F41J 1/00, F41H 13/00, F41J 5/00,17.06.1987).
Существенным недостатком указанных способов создания температурного контраста и устройств, их реализующих, является необходимость нагрева элемента. При этом любой из видов нагрева - электрический, газовый, жидкостный или химический - не является автономным и, как следствие, требует внешнего вмешательства для продолжения работы.
Наиболее близким к заявленному способу и устройству по назначению и совокупности существенных признаков - прототипом - является способ создания температурного контраста и мишень, реализующая указанный способ по патенту RU 2308666, F41J 2/00, F41J 5/08, 26.01.2006. В прототипе температурный контраст создается путем увлажнения элемента мишени с последующим при испарении естественным охлаждением по сравнению с подложкой (фоном) и окружающей средой.
В мишени-прототипе активация теплоконтрастного элемента производится посредством смачивания его водой или летучими, или вязкими жидкостями, или растворами вязких жидкостей в воде или в летучих жидкостях, причем используют элемент, изготовленный из гидрофильного материала с развернутой удельной поверхностью, обладающего свойствами смачиваемости какой-либо из упомянутых жидкостей, использованной для его смачивания, и нерастворимости в ней. Недостатками способа создания температурного контраста, реализованного в мишени-прототипе, являются, во-первых, необходимость постоянного наличия жидкости для ее смачивания (активации). При этом, если с помощью данной мишени вести поисковые работы, объект поиска не всегда сможет самостоятельно провести смачивание элемента мишени вследствие, например, бессознательного состояния, либо, просто, отсутствия требуемой жидкости. Во-вторых, для различных температурных условий требуются различные жидкости - при низких - спирт или ацетон, при высоких - вода с глицерином, этиленгликолем и т.п. Таким образом, в горной местности в переходный период года, например, потребуется целый комплект жидкостей для активации теплоконтрастного элемента. И, в-третьих, время сохранения температурного контраста без движения воздуха в нормальных климатических условиях ограничивается 30 минутами. Таким образом, общее автономное время использования мишени будет равно общему объему жидкости в емкости, отнесенному к объему, требуемому для единоразового смачивания, умноженному на время сохранения температурного контраста в данных условиях, то есть, ограничено.
Задачей изобретения является улучшение технико-экономических показателей и экономических характеристик элементов, создающих тепловой контраст для тепловизионных приборов, а также автономизация их работы в сфере поисково-спасательных работ, обеспечение их функционирования без предварительного нагрева и поверхностного смачивания, а также обеспечение доступности используемых материалов. Кроме того, задачей изобретения является обеспечение при необходимости конфиденциальности поисково-спасательных работ как в дневное, так и в ночное время суток.
Поставленная задача решается путем выполнения активного элемента - идентификационной метки - из материала с высокой степенью черноты. При этом создается оптический контраст, который воспринимается тепловизионным прибором как температурный контраст.
Задача решается тем, что теплоконтрастный элемент с высокой степенью черноты размещается на наружной поверхности объекта. Он может быть нашит, нанесен механическим, полиграфическим, термическим или иным пригодным для материала способом. При этом активная метка - теплоконтрастный элемент - может иметь любую форму - цифры, буквы, геометрические фигуры или их комбинации, а также любой размер. Активация теплоконтрастного элемента - идентификационной метки - происходит не за счет нагрева или смачивания, т.е. контактных способов, а за счет дистанционного воздействия на нее излучателем инициирующего излучения. Таким образом решается задача конфиденциальности поиска.
Механизм работы идентификационной метки заключается в следующем. Нанесенная на поверхность объекта метка в обычных условиях имеет температуру поверхности такую же, как и сама эта поверхность, в большинстве случаев - близкую к фоновой. При этом на экране тепловизора метка никак не проявляется, то есть не контрастирует. При воздействии инициирующего излучения - галогеновой лампы - метка, за счет различных оптических свойств материалов, становится активной. Тепловизионный прибор покажет четкие очертания формы метки. Галогеновая лампа, однако, дает засветку в видимом диапазоне и не обеспечивает, например, конфиденциальность поиска объекта в ночное время суток. Для решения задачи обеспечения конфиденциальности в качестве инициирующего источника излучения предлагается использовать инфракрасную лампу, которая, кроме отсутствия видимой засветки, обеспечивает также более высокую контрастность изображения метки.
Апробация предлагаемого способа тепловизионного обнаружения проводилась в лабораторных условиях.
На фиг.1 приведена термограмма лыжной куртки фирмы «Salomon», выбранной в качестве прототипа объекта поиска, с нашитым графическим идентификационным признаком - буквенно-цифровым кодом А5, выполненным из графитизированной бумаги с покрытием из полиэтиленовой пленки. Куртка размещалась на фоне черной ворсистой ткани.
На стандартной термограмме (фиг.1), полученной с помощью тепловизионной камеры Nec 9100 WL, видно, что температура на поверхности одежды мало отличается от температуры фона и расположенных рядом объектов и близка к температуре окружающей среды 22°С. Буквенно-цифровой код сливается с общей картиной теплового поля, так как имеет ту же температуру, что и сама поверхность куртки. Наличие или отсутствие дневного света, как показали исследования, не влияет существенно на конечный результат при подобных условиях съемки.
Результат воздействия на исследуемый образец инфракрасной лампой Osram Theraterm мощностью 250 Вт, расположенной на расстоянии трех метров, приведен на фиг.2. В этом случае при прочих равных условиях эффект оптического контраста очевиден: метка легко обнаруживается и читается на термограмме.
Фиг.3 демонстрирует воздействие направленного излучения от галогеновой лампы Osram 64702 R7s мощностью 500 Вт, расположенной на расстоянии трех метров от объекта поиска - куртки. При этом метка менее заметна, чем в случае с чисто инфракрасной подсветкой, поскольку мощность излучения в инфракрасной части спектра меньше. Однако результат визуализации объекта поиска также достигается.
Технический результат, достигаемый применением предлагаемого способа, заключается в отсутствии временныx перерывов в поиске (поиск можно вести в любое время суток), а также исключении применения прожекторной подсветки видимого излучения, что обеспечивает конфиденциальность поиска. При этом возможно сохранение камуфляжной раскраски объекта поиска. Кроме того, данный способ позволяет расширить возможности дистанционного тепловизионного поиска объектов при отсутствии значимой разницы температур за счет автономизации от нагревательных, химических, жидкостных способов активации метки. Обнаружение объекта данным способом можно осуществлять как с воздуха, так и при наземном патрулировании, при осмотре береговой линии с водного судна или при наблюдении со смотровых вышек.