Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем в физическом эксперименте

ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

2014 г. Выпуск 2 (33). С. 43-55

УДК 53.083

ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

М. П. Бороненко Введение

Быстрое развитие телевизионных измерительных систем (ТИС) определяется возможностью соединения телевизионного датчика практически с любым компьютером, а их высокое быстродействие и чувствительность позволяют обрабатывать сигналы от быстродвижущихся объектов в реальном времени [1-5]. Научно-техническая революция в этой области началась в 1969 году с изобретения Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом в Лабораториях Белла (AT&T Bell Labs, США) приборов с зарядовой связью (ПЗС, англ. CCD - Charge-Coupled Device), открытие которых было удостоено Нобелевской премии по физике 2009 года. Другим типом твердотельных приемников изображения являются фотодиодные матрицы (ФДМ), выполненные по CMOS-технологии - "Active-Pixel Sensor" архитектуры, содержащие активную транзисторную схему усиления сигнала с каждого фотодатчика и обеспечивающие возможность считывания информации с каждого пикселя отдельно, задавая адрес его строки и столбца в двумерном массиве элементов [6-7]. Целью настоящего обзора является анализ режимов работы и особенностей структуры ПЗС и ФДМ, позволяющие создавать высокоскоростные ТИС для физических экспериментов в быстропротекающих процессах.

Работа любой телевизионной системы основана на использовании принципа развертки. В процессе развертки происходит пространственно-временная дискретизация изображения. Преобразование информации, а также передача ее по каналу связи всегда сопровождаются определенными потерями и искажениями: пространственными, градационными и временными. Пространственные потери информации связаны с уменьшением амплитуды отдельных гармонических составляющих, из которых складывается исходное изображение. ТИС в первом приближении могут рассматриваться как линейная система [12-13], следовательно, существует жесткая связь между комплексной частотной и переходной характеристиками системы. Таким образом, пространственные потери информации зависит от формы переходной характеристики.

Градационные потери определяются уменьшением числа уровней энергии, передаваемых системой. Ошибка квантования не превышает по модулю половины шага квантования, уменьшается путем увеличения числа уровней квантования.

Временные потери связаны с частотой смены кадров. Установлено, что если частота съема информации (дискретизации) вдвое превышает верхнюю граничную частоту спектра видеосигнала то, по теореме Котельникова, исходная аналоговая форма сигнала может быть полностью восстановлена. При правильном выборе частоты дискретизации временных потерь информации не происходит.

Элементная база ТИС

Телекамеры на матричных ПЗС (прибор с зарядовой связью) [14-15] объединили в себе достоинства приборов с кадровым накоплением (видиконы), приборов с линейной свет -сигнальной характеристикой (диссекторы), решилась проблема с неоднородностями темно-вого сигнала. Так же отказались от систем считывания электронным пучком, уменьшились габариты. Стабильность параметров ПЗС, жесткость растра телекамеры сделали эффективной межкадровую обработку сигналов изображения. В 60-х годах заметили чувствительность KMOП - структур (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник) [12-18] к свету. Принципиальное отличие КМОП от ПЗС в методе реализации развертки.

43

Приборы и методы контроля

Координатная адресация к каждому элементу позволяет избежать искажений, связанных с неэффективностью переноса заряда. Первые КМОП сенсоры создавались на базе пассивных пикселов (Passive Pixel Sensor, PPS). Данный вид сенсора, помимо матрицы фотодиодов содержит: регистр, осуществляющий выбор строки; ключевые полевые транзисторы, осуществляющие коммутацию фотодиодов выбранной строки к вертикальным видеошинам; аналоговый мультиплексор, осуществляющий подключение видеосигнала с выбранного фотодиода к выходному усилителю. Из-за высокой емкости шин считывания KMOII сенсоров их чувствительность и отношение сигнал/шум оставалась низкой. Введение усилительного каскада в каждый светочувствительный элемент (APS, Active Pixel Sensora, Эрик Р. Фоссам 1993 г.) позволило избавиться от проблем, связанных с емкостью считывающих шин и снизить геометрический шум до приемлемых значений. Структура активного пиксела [6-18] содержит минимум 3 полевых транзистора и четыре шины - вертикальную видеошину, шины по которым подаются сигналы RS и RST, а также шину питания VDD. Коэффициент использования площади у такого пиксела значительно ниже за счет большего числа транзисторов, однако шумовые характеристики значительно лучше, чем в пассивном пикселе.

Рисунок 1. а) КМОП сенсор с пассивным пикселем; б) КМОП сенсор с активным цифровым пикселем

Дальнейшим развитием активного пиксела было введение в него плавающей диффузионной области. Возможность реализации плавающей диффузионной области с очень малой емкостью позволяет увеличить коэффициент преобразования заряда в напряжение и разделить процессы накопления и считывания по пространству. Такой пиксел имеет малый коэффициент использования полезной площади, однако обеспечивает малый уровень флуктуаци-онных и геометрических шумов. Наличие в матрицах КМОП с активными пикселами схем усиления и обработки, приводит к локальному выделению тепла в месте накопления фотоэлектронов, что вызывает рост темнового тока. В КМОП сенсорах транзисторы расположены непосредственно в пикселе и их свечение может привести к образованию паразитного заряда, вносящего дробовые шумы.

Фундаментальным фактором, влияющим на порог чувствительности ТИС является шум. Наиболее существенный вклад вносит фотонный шум, шумы темнового тока и установки узла детектирования заряда. Значительно меньший вклад вносит шум выходного устройства (благодаря технологии активных пикселов). Практически все виды шумов уменьшаются при снижении рабочей температуры кристалла. При наличии встроенного АЦП следует учитывать шум квантования. Одной из основных проблем современных КМОП сенсоров является детерминированный геометрический шум, вызванный разбросом параметров отдельных пикселов, проявляющийся при малых уровнях освещенности. Проблема собственных шумов частично решается реализацией многоканального считывания и применением отдельного АЦП для каждого элемента разложения и введения усиления до воздействия шумов считывания. Таким образом, развитие технологии КМОП привело к созданию однокристальной цифровой телевизионной камеры, реализующей функции цифровой и аналоговой обработки.

44

М. П. Бороненко. Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем ...

Для усиления чувствительности к слабым световым сигналам в прикладном телевидении применяются фотопреобразователи, представляющие собой сочленение электроннооптического преобразователя (ЭОП) [19-20] с передающей трубкой, ПЗС или КМОП-матрицей. При этом ЭОП может использоваться в качестве электрооптического затвора. Стробирование сигнала затвором позволяет увеличить помехоустойчивость ТИС, снижает требования к быстродействию вычислителя, позволяет использовать более совершенные вычислительные алгоритмы. Однако при малых экспозициях сильно падает чувствительность видеокамер. Применение в ЭОП микроканальных пластин (МКП) [19] позволяет увеличивать энергетическую чувствительность системы. Так же необходимо учитывать спектральные характеристики матрицы и люминофора экрана [22] ЭОП. Поэтому для адекватной интерпретации экспериментальных данных, полученных с использованием ТИС в физическом эксперименте необходима предварительная калибровка телевизионной камеры.

Техника эксперимента

Исследовательской группой из Китая (Wang Zhang, Xueming Hua, Wei Liao, Fang Li, Min Wang) [23] изучались характеристики различных процессов, происходящих при лазерно -дуговой гибридной сварке. Авторам с помощью ТИС, в которую входило две высокоскоростных видеокамеры, удалось изучить поведение плазмы и динамику формы капли в сварочной ванне. Схема экспериментальной установки показана на рис. 2.

а)

Рисунок 2. а) схема экспериментальной установки; б) полученные изображения (2) система сбора данных параметров сварки, (3) высокоскоростная камера для плазмы и капли,

(4) высокоскоростная камера для сварочной ванны, (5) лазер высокой мощности и (6) система

спектрометра.

Для анализа температуры плазмы применялась оптическая эмиссионная спектроскопия. Высокоскоростная камера 1 с частотой кадров 874 кадров использовалась для получения

45

Приборы и методы контроля

изображений сварочной ванны. Оптический полосовой фильтр 808 нм был установлен в передней части объектива камеры; полупроводниковый лазер 808 нм использовали в качестве источника задней подсветки. Высокоскоростная камера 2 регистрировала поляризованное излучение плазмы и капель. Для подавления излучения дуги и получения теневого изображения капли, в передней части камеры были установлены высокочастотный фильтр оптического диапазона и два поляризатора. Полупроводниковый лазер с расширителем пучка для подсветки с другой стороны дуги. Все приборы были синхронизированы.

Исследователи Г. С. Евтушенко, М. В. Тригуб, Ф. А. Губарев, С. Н. Торгаев применили в экспериментах [24-26] принцип лазерного монитора [27], что позволило наблюдать изменения морфологии поверхности частиц непосредственно в ходе быстропротекающих реакционных превращений системы, а так же определить скорость распространения теплового фронта. Эта же установка применялась в исследованиях поверхности электродов под воздействием дуги, при взаимодействии лазерного излучения с поверхностью углеродных материалов. При исследовании объектов с использованием лазерных мониторов, сверхизлучение фокусируется на наблюдаемом объекте линзой. Отраженное от объекта излучение возвращается в активную среду и усиливается в ней. Выходное излучение усилителя яркости, несущее информацию о наблюдаемом объекте, с помощью оптической системы формирует на экране или матрице видеокамеры усиленное по яркости изображение объекта.

а)

в)

б)

г)

Рисунок 3. Структурная схема системы синхронизации (а) и лазерного монитора с покадровой регистрацией (б); в) процесс горения системы Ni-AI-СаСОЗ визуализированный с помощью лазерного монитора; г) изображения электродов угольной дуги, полученные с помощью лазерного монитора Структурное состояние системы идентифицировались по различию отражательной способности поверхности образца до и после прохождения фронта горения.

Самым перспективным среди бесконтактных методов измерения температуры, несомненно, является метод спектральной пирометрии, используемый для исследований авторами А. Н. Магуновым, А. О. Захаровым и др., позволяющий определять температуру от макро- до нано-объектов при неизвестной излучательной способности [28-30]. Однако этот метод применяют, в основном для диагностики стационарных процессов. Поэтому, при определении основных теплофизических параметров двухфазных потоков обычно применяют стандартные установки DPV-2000, Accuraspray-g3, SprayWatch и др. [31-38].

В работе автора К. Landes [36] определялась скорость и форма напыляемых частиц, осуществлялся мониторинг всего плазменного факела в режиме реального времени. В работе использовались методы компьютерной томографии (РСТ), визуализации частиц(PSI) и потока (PFI). Для диагностики нестационарных потоков традиционная система РСТ, где одна камера, вращающаяся вокруг плазменной струи, заменена множеством камер, расположенных

46

М. П. Бороненко. Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем ...

вдоль полуокружности вокруг факела (рис. 4 а). Математическая процедура оценки данных остается обычной, используемой для РСТ. Изображение частиц получаются с помощью лазерной подсветки по теневому принципу (рис. 4 б). Линейно поляризованное излучение Nd -YAG лазера делится на две части равной интенсивности зеркалом в фокальной плоскости длиннофокусного объектива микроскопа. Область пересечения лазерных лучей контролируется ICCD-камерой. Пересекая измерительный объем, частица имеет две проекции в плоскости изображения из-за подсветки двумя лазерными лучами. Расстояние между проекциями пропорционально расстоянию частицы от фокальной плоскости. Регистрация начинается после известного времени задержки. Зная расстояние частиц от сигнальной линии, рассчитывается ее скорость. Размер частиц измеряется по количеству пикселей в изображении. Пусковая система срабатывала только на частицы, находящиеся в фокусе, целиком поместившиеся в измерительный объем. LDA [35] используется для калибровки метода PSI и сравнения результатов измерения скорости. Для мониторинга всего плазменного факела в режиме реального времени использовался метод PFI. На изображении струи находят линии постоянной интенсивности излучения. Эти линии могут быть аппроксимированы эллипсами. Определенным параметрам эллипсов соответствует свой режим процесса нанесения покрытия. Таким образом режимы напыления могут быть обнаружены без точного знания параметров физической плазменной струи или частиц.

а)

в)

б)

Рисунок 4. а) мульти камера в РСТ диагностической установке; б) датчик визуализации формы частиц (PSI); в) установка PSI с интегрированной системой LDA

Известно также, что при высоких температурах более точным является метод яркостной пирометрии, поэтому, в ряде работ авторов Э. Х. Исакаева, Т. Ш. Белялетдинова, C. В. Горячева, В. В. Щербакова, В. Ф. Чиннова и др. [39-42] предприняты попытки применения методов яркостной пирометрии. Авторы разработали систему автоматизированной диагностики основных усредненных параметров частиц в реальном времени. Экспериментальная установка ОИВТ РАН для плазменного напыления и измерения параметров напыляемых частиц, переносимых транспортирующим рабочим газом, представлена на рис. 17.

47

Приборы и методы контроля

а)

Рисунок 5. а) водоохлаждаемая вакуумная камера, на крышке которой герметично смонтирован плазмотрон, импульсно-периодический твердотельный лазер, видеокамеры;

б) калибровочный стенд

Исследования проводились с использованием импульсного твердотельного лазера, четырех быстродействующих камер: камера SenciCam (съемка по схеме «лазерный нож»), монохромной VideoScan - CCT; цветной камеры VS FAST (CMOS сенсор 1280*1024 пиксел пространственным разрешением не хуже 30 мкм) с объективом Гелиос 40 фокусным расстоянием 85 мм (увеличение 2:1); инфракрасной камеры, интерференционного фильтра ИФ и программного комплекса для автоматизированной обработки изображений треков частиц. Камеры калибровались по неподвижному эталону черного тела в диапазоне температур от 800 до 3000 К. Синхронизация камер и лазера осуществлялась с помощью задающего генератора импульсов ГСПФ-053. Размер частиц 10-150 мкм, регистрировался с погрешностью 2-5 мкм (при размере пиксела 6,5*6,5 мкм). Такое разрешение авторам удалось получить, применив специально разработанный математический аппарат для обработки исходного изображения и калибровочных данных об искажениях «размытия» треков, полученных с помощью калибровочного стенда, изображенного на рисунке 5 (б).

Скорость измерялась двумя методами: методом стробоскопической трассерной визуализации PIV (Particle Tracking Velocimetry) и времяпролетным методом путем обработки программной треков самосвечения частиц. Температура движущихся частиц измерялась с помощью калиброванных по АЧТ инфракрасной камере и монохромной видеокамерой методом яркостной микропирометрии. Предлагаемая методика позволила измерять скорость с погрешностью ±1-2% и яркостную температуру частиц с погрешностью ±2-4 %.

Методы обработки сигнала

При обработке экспериментальных данных, полученных при использовании в эксперименте ТИС, авторы единодушно выделяют проблему определения контуров исследуемого объекта. В работе J. Vattulainen, E. Hamslainen, R. Hernberg, P. Vuohsto and T. Mantyla [43] при изучении процесса напыления изображения получались на установке, изображенной на рисунке 19. Тепловое излучение частиц, разделенное дихроичным зеркалом, регистрируется CCD камерой. Передняя и задняя поверхности зеркала предназначены для отражения излучения различных спектральных диапазонов в результате чего получаются два изображения одиночных частиц на ПЗС датчике, созданных излучениями двух соответствующих длин волн. Ориентация двойного зеркала по отношению к ПЗС датчику выбирают так, чтобы производить осевое смещение в направлении движения частиц между изображениями из первого и второго отражений. Для идентификации частиц толщина зеркала и время экспозиции камеры выбираются так, чтобы изображения отдельной частицы частично перекрывались в середине. Расстояния между парами пиков сигнала, А и В или С и D, дают длину следа. След

48

М. П. Бороненко. Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем ...

частицы в кадре изображения был использован для определения скорости и температуры частицы методом двухлучевой пирометрии. Анализировались только частицы, которые имеют достаточно высокое отношение сигнал - шум. частиц за известное время экспозиции и используются для определения скорости частиц.

а)

б)

в)

Рисунок 6. а) установка визуализации процесса напыления; б) трек частицы до и после оконтуривания; в) методика вычисления длины треков

Контур частиц [44-47] находился с помощью фильтрации свертки. Фильтрация свертки является формой пространственной фильтрации, где новое значение для каждого пиксела определяется на основе интенсивности пиксела и его окрестности. После операции свертки изображение представляется в бинарном виде, при этом устанавливался минимальный порог длины треков частиц. Фоновый сигнал вычитают из этих сигналов до определения температуры.

В работах В. И. Богдановича, В. Н. Гришанова, И. А. Докукиной и др. [48-49] обработка изображений с целью извлечения информации о длинах треков или смещении изображения частиц на последовательности кадров проводилась в интерактивном режиме и состояла из: конвертации изображения из цветного в монохромное; бинаризации по порогу, подбираемому оператором; вычитания кадров при измерениях скорости по межкадровому смещению и последующего программно автоматизированного расчета либо длины трека, либо смещения частицы на двух кадрах.

а)

Рисунок 7. а) оригинальное изображение струи с выделенными треками частиц; б) фрагмент изображения струи со значениями яркости пикселов (0,1-Imax; 0,9-Imax), Imax=255.

Авторы В. И. Иордан, И. К. Рябченко, А. И. Постоев разработали алгоритм [50-52] обработки и анализа потока изображений, позволяющий определять поля скоростей и плотности распределения частиц в потоке плазмы.

Обработка включает фильтрацию пространственным фильтром Гаусса, вычисление производной от функции профиля яркости в поперечных направлениях для каждой координаты X вдоль оси струи с помощью дискретного дифференциального оператора Собеля. Пикселями линии трека объявляются те пиксели, в которых достигается локальный максимум значения производной. Затем производится двойная пороговая фильтрация изображения. На последнем этапе производится параметризация линий треков алгоритмом Хафа с последующим определением поля распределения скоростей частиц.

49

Приборы и методы контроля

а)

б)

Рисунок 8. Оригинальное (а) и обработанное (б) изображения потока частиц в плазменной струе.

В работе О. И. Захожай и А. Н. Солошенко [53] обработка цифрового изображения состоит из следующих этапов: нормировка отсчетов сигналов согласно калибровочной таблице; высокочастотная фильтрацию изображения с помощью нерекурсивного фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтр); выделение на изображении треков путем сегментации изображения на основе среднего уровня яркости. На изображении производится поиск однородных областей сплошной связанности по порогу.

К сожалению, не все авторы описывают процесс обработки изображения запыленных струй и информация именно по данному вопросу достаточно скудна. Однако во всех работах обработка изображений включает несколько этапов: улучшение полученного цифрового изображения, выделение нужные объектов, оконтуривание. Очевидно, что единого подхода к решению этой проблемы на данный момент не существует.

Заключение

В ходе проведенного в обзоре сравнительного анализа можно сделать вывод о перспективности разработки ТИС на базе СМОБ для следующих направлений физического эксперимента: исследования быстропротекающих высокотемпературных процессов в ядерной физике [54-58], изучения процессов СВС [59-66], диагностики двухфазных потоков [67-76] и др.

Одновременно следует отметить, что выявлен ряд нерешенных проблем.

Использование ТИС в физическом эксперименте в качестве многофункционального быстродействующего прибора, часто приходится работать на малых временах экспозиции, при этом сильно падает чувствительность видеокамер. Фундаментальным фактором, влияющим на порог чувствительности ТИС, является шум. Наиболее существенный вклад вносит фотонный шум, шумы темнового тока и установки узла детектирования заряда. Значительно меньший вклад вносит шум выходного устройства (благодаря технологии активных пикселов). Практически все виды шумов уменьшаются при снижении рабочей температуры кристалла. При наличии встроенного АЦП следует учитывать шум квантования. Но существует также детерминированный геометрический шум, вызванный разбросом параметров отдельных пикселов, проявляющийся при малых уровнях освещенности. Именно этот шум является фактором, ограничивающим пороговую чувствительность КМОП-фотоприемников.

Также необходимо отметить, что разрешающая способность электронно-оптических преобразователей в несколько раз уступает возможностям твердотельных матриц. Низкая квантовая эффективность электронно-оптических преобразователей по сравнению с твердотельными фотоприемниками связана с различием используемого вида фотоэлектрического эффекта. Поэтому ограничение чувствительности связано и с применением ЭОП.

50

М. П. Бороненко. Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем ...

В настоящее время бесконтактные способы получения информации о температуре и скорости объекта или процесса базируются на стандартных установках таких как DPV-2000, Accuraspray-g3, SprayWatch и др. Однако для исследования температурной динамики в быстропротекающих процессах СВС и плазмы с градиентами температур 106 -108 градусов/сек и град/мм. существующие методы не всегда подходят. Например, измерение температуры отдельных частиц в струе является важным средством для мониторинга и оптимизации тепловых процессов напыления. Статистические распределения скорости, плотности и температуры частиц, определяемые одночастичными методами, такими как DPV-2000, обеспечивают выявление понимания плавления частиц, является ключевым моментом для получения конкретных характеристик покрытия. При этом недостатком системы является статистическое накопление значений измеряемых параметров, замер которых происходит в разные моменты времени. Если процесс нестационарный, то усредненное значение, полученного экспериментальным путем, может заметно отличаться от истинного.

Методы, использующие лазерную подсветку, так же имеют и ряд недостатков: пространственная калибровка, синхронизация и реконструкция остаются трудоемкими, особенно в томографии. Недостаточно яркий объект необходимо освещать мощным излучением, чтобы уровень сигнала на входе регистратора был выше порога чувствительности. Это может приводить к деструктивному воздействию на объект и искажать реальную картину процесса. Реализация PTV [56] метода и интерпретация полученных результатов пространственной корреляционной функции возможна для несжимаемого потока только с однородным распределением «идеальных» частиц - трассеров. Если эти условия не выполняются, положение максимума корреляционной функции определяется не только движением потока, но и распределением частиц внутри него. Так же между двумя регистрациями мгновенного распределения движущихся в световом сечении частиц меняется их положение, и часть частиц выходит из тестируемого сечения, а другие частицы появляются. Это приводит к появлению паразитических флуктуации расчетного поля скорости, причем малая временная база сигнала ограничивает возможность его фильтрации и обусловливает высокую степень влияния таких случайных флуктуации на точность измерений. Метод лазерной подсветки позволяет получать изображения высокого качества (разрешения), однако, уже при температуре в 1000 К наблюдается влияние паразитной фоновой засветки, что не позволяет наблюдать процессы с более высокими температурами. Лазерный монитор позволяет избавиться от паразитного влияния фоновой засветки даже при температурах горения 3000 K (максимальная температура исследованных смесей), однако, качество получаемого изображения уступает первому методу.

Основной проблемой использования ТИС для определения скорости частиц и яркостной температуры в длинноволновой области, остается увеличение погрешности с ростом температуры и отсев ложных сигналов. Применение существующих методов возможно для определения теплофизических параметров единичных частиц, но несколько трудоемко и сложно, для подведения статистики в промышленных масштабах. Поэтому при разработке методов обработки видеоданных требуется использовать подход, позволяющий упростить процедуру обработки сигналов не уменьшив при этом точность. Кроме того, методическая погрешность дополняется измерением температуры движущихся частиц видеокамерой, калиброванной по неподвижному АЧТ. Температура при этом рассчитывается как среднее значение по длине треков, пренебрегая их шириной. Таким образом, не учитывается суперпозиция излучения регистрируемых частиц при их пространственном перемещении. В работе [43] была осуществлена попытка калибровки по трекам, полученным с помощью вращающегося диска с точечными прорезями, через которые видеокамерой регистрировалось излучение эталонного АЧТ. Но и здесь при расчете температуры по треку происходило простое усреднение. Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод о существенном прогрессе элементной базы ТИС и методов обработки сигнала. В ближайшее время становится актуальной разработка ТИС наносекундного быстродействия с порогом чувствительности 10-13 Дж/пиксель.

51

Приборы и методы контроля

Литература

1. Грязин, Г. К. Системы прикладного телевидения : учеб. пособие для вузов [Текст] / Г. К. Грязин. - СПб. : Политехника, 2000. - 310 с.

2. Казанцев, Г. Д. Измерительное телевидение [Текст] / Г. Д. Казанцев, М. И. Курячий, И. Н. Пустынский. - Т. 288. - М. : Высшая школа, 1994.

3. Климкин В. Ф., Папырин А. Н., Солоухин Р. И. Оптический методы регистрации быстропротекающих процессов.- Новосибирск: Наука, 1980.- 208 с.

4. Оптико-электронная система диагностики двухфазных потоков динамическим методом счета частиц [Текст] / П. Ю. Гуляев, В. И. Иордан, И. П. Гуляев и др. // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2008. - Т. 51, № 9-3. - С. 79-87.

5. Rinkevichius, B. S. Laser Diagnostics in Fluid Mechanics. - New York : Begell House Inc. -1998. - 341 p.

6. Бороненко, М. П. Телевизионная измерительная система наносекундного разрешения [Текст] / М. П. Бороненко, П. Ю. Гуляев // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2014. - № 1 (31). - С. 60-64.

7. Гуляев, П. Ю. Автоматизация контроля теплофизических параметров в технологиях детонационного напыления [Текст] / П. Ю. Гуляев, А. В. Долматов //Системы управления и информационные технологии. - 2009. - № 1.2 (35). - С. 230-233.

8. Пустынский, И. Н. Особенности построения систем измерительного телевидения [Текст] / И. Н. Пустынский [др.] // Известия высших учебных заведений. - 2005. - Т. 48. -№ 11.

9. Мелешко, Е. А. Наносекундная электроника в экспериментальной физике. - М. : Энер-гоатомиздат, 1987. - 216 с.

10. Степанов, P. M. Развитие телевизионных фотоэлектронных приборов [Текст] / Р. М. Степанов // Электронная промышленность. - 2003. - № 1. - С. 67-78.

11. Применение нетипового включения фотодиодной матрицы в телевизионных системах [Текст] / П. И. Госьков, П. Ю. Гуляев, А. Г. Якунин и др. // Техника кино и телевидения. - 1987. - № 6. - С. 32-34.

12. Якушенков, Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов [Текст] / Ю. Г. Якушенков. - М. : Машиностроение. - 1989. - 360 с.

13. Твердотельная революция в телевидении [Текст] / В. В. Березин, А. А. Умбиталиев, Ш. С. Фахми. - М. : Радио и связь, 2006. - 312 с.

14. Смит, Д. Е. и др. История изобретения приборов с зарядовой связью [Текст] / Д. Е. Смит // Успехи физических наук. - 2010. - Т. 180. - № 12. - С. 1357-1362.

15. Бирюков, Е. Эволюция датчиков изображения: от ПЗС к КМОП [Текст] / Е. Бирюков // Компоненты и технологии. - 2007. - № 10. - С. 56-59.

16. Kleinhans W. A., Kozlowski L. J. Low noise amplifier for passive pixel CMOS imager : патент 5892540 США. - 1999.

17. In-situ selfpropagating-hightemperature-synthesis controlled by plasma / P.Yu. Gulyaev,

I. P. Gulyaev, Cui Hongzhi et al. // Вестник Югорского государственного университета. -2012. - № 2 (25). - С. 28-33.

18. Otim S. O. et al. Modelling of high dynamic range logarithmic CMOS image sensors // Instrumentation and Measurement Technology Conference IMTC 04. Proceedings of the 21st IEEE. -IEEE, 2004. - Т. 1. - Р. 451-456.

19. Гуляев, П. Ю. Физические принципы диагностики в технологиях плазменного напыления [Текст] / П. Ю. Гуляев, А. В. Долматов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2009. - Т. 11. - № 5-2. - С. 382-385.

20. Волков, В. Г. Гибридно-модульные преобразователи изображения для низкоуровневых телевизионных систем [Текст] / В. Г. Волков // Электронные компоненты. - 2006. -№ 10. - С. 75-83.

52

М. П. Бороненко. Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем ...

21. Ехменина, И. В. Исследование влияния различных факторов на эффективность катодолюминесценции с целью создания конкурентоспособного автоэмиссионного источника излучения [Текст] / И. В. Ехменина, Е. П. Шешин // Труды МФТИ. - 2013. - Т. 5. - № 1-17. -С. 36-43.

22. Саликов, В. Л. Приборы ночного видения: история поколений [Текст] / В. Л. Сали-ков // Специальная техника. - 2000. - № 2. - С. 40-48.

23. Hydrodynamic features of the impact of a hollow spherical drop on a flat surface / Gulyaev I. P., Solonenko O. P., Gulyaev P. Y. et al. // Technical Physics Letters.- 2009. - Т. 35. - № 10. - P. 885-888.

24. Тригуб, М. В. Визуализация процесса СВС, с использованием активных сред лазеров [Текст] / М. В. Тригуб [и др.] // Ползуновский вестник. - 2012. - № 2-1. - С. 181-184.

25. Евтушенко, Г. С. Лазерный проекционный микроскоп с покадровой регистрацией изображения [Текст] / Г. С. Евтушенко [и др]. // Известия ТПУ. - 2011. - Т. 319. - № 3. -С. 154-158.

26. Евтушенко, Г. С. Скоростная визуализация микрообъектов посредством активных сред лазеров на парах металлов в условиях засветки [Текст] / Г. С. Евтушенко [и др.] // Известия ТПУ. - 2009. - Т. 315. - № 4. - С. 141-146.

27. Абрамов, Д. В. Визуализация с помощью лазерного монитора взаимодействия лазерного излучения с поверхностью стекло- и пироуглерода [Текст] / Д. В. Абрамов [и др.] // Известия ТПУ. - 2008. - Т. 312. - № 2. - С. 97-101.

28. Магунов, А. Н. Спектральная пирометрия с частотой регистрации спектров теплового излучения 200-330 Гц [Текст] / А. Н. Магунов, А. О. Захаров, Б. А. Лапшинов // Научное приборостроение. - 2012. - Т. 22. - № 1. - С. 79-83.

29. Магунов, А. Н. Спектральная пирометрия [Текст] / А. Н. Магунов // ПТЭ. - 2009. -№ 4. - С. 5-28.

30. Измерение скорости и температуры частиц в потоке низкотемпературной плазмы [Текст] / М. П. Бороненко, И. П. Гуляев, П. Ю. Гуляев и др. // Изв. вузов. Физика. - 2014. -Т. 57. - № 3-2. - С. 73-77.

31. Mauer G., VaBen R., Stover D. Comparison and Applications of DPV-2000 and Accura-spray-g3 diagnostic Systems //Journal of Thermal Spray Technology. - 2007. - V. 16. - № 3. - Р. 414-424.

32. Методы оптической диагностики частиц в высокотемпературных потоках [Текст] / П. Ю. Гуляев, А. В. Долматов, В. А. Попов // Ползуновский вестник. - 2012. - № 2-1. - С. 47.

33. Worth N. A., Nickels T. B. Acceleration of Tomo-PIV by estimating the initial volume intensity distribution // Exp. Fluids. - 2008. - Vol. 45. - P. 847-856.

34. Методы контроля температуры и скорости частиц конденсированной фазы в процессе плазменно-дугового напыления [Текст] / М. П. Бороненко, П. Ю. Гуляев, И. П. Гуляев // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10-6. - С. 1194-1199.

35. Наумов, И. В. LDA-PIV диагностика и трехмерный расчет пульсирующего закрученного потока в цилиндрическом контейнере [Текст] / И. В. Наумов // Теплофизика и аэромеханика. - 2003. - Т. 10. - № 2. - С. 151-156.

36. Landes K. Diagnostics in plasma spraying techniques // Surface and Coatings Technology. - 2006. - Т. 201. - № 5. - Р. 1948-1954.

37. Planche M. P. et al. In Flight Particles Analysis for the Characterization of the Arc Spray Process // Thermal Spray Connects: Explore its Surfacing Potential. DVS, D usseldorf, DE. -2005. - Р. 646-651.

38. Chivel Y. Optical monitoring of the thermal spraying //Surface and Coatings Technology. -2013. - Т. 220. - Р. 209-213.

39. Белялетдинов, Т. Ш. Исследования гомогенной и гетерогенной плазмы методами спектроскопии и скоростной визуализации [Текст] / Т. Ш. Белялетдинов // Вестник МЭИ. -

2009. - № 4. - С. 61 -70.

53

Приборы и методы контроля

40. Гуляев, П. Ю. Моделирование технологических процессов плазменного напыления покрытий наноразмерной толщины [Текст] / П. Ю. Гуляев, И. П. Гуляев // Системы управления и информационные технологии. - 2009. - № 1.1 (35). - С. 144-148.

41. Исакаев, Э. Х. Формирование зоны сплавления при плазменной порошковой наплавке [Текст] / Э. Х. Исакаев, В. Б. Мордынский // Сварочное производство. - 2008. - № 12. -С. 8-12.

42. Isakaev E. K. et al. Investigation of heating and acceleration of particles in plasma spraying // Welding International. - 2013. - Т. 27. - № 4. - Р. 304-310.

43. Vattulainen J. et al. Novel method for in-flight particle temperature and velocity measurements in plasma spraying using a single CCD camera // Journal of Thermal Spray Technology. -2001. - V. 10. - № 1. - Р. 94-104.

44. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений [Текст] / Т. С. Хуанг, Дж.-О. Эклунд, Г. Дж. Нуссбаумер ; под ред. Т. С. Хуанга. - [пер. с англ.]. - М. : Радио и связь, 1984. - 224 с.

45. Яне, Б. Цифровая обработка изображений [Текст] / Б. Яне. - М. : Техносфера, 2007. -584 с.

46. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений [Текст] / Р. Гонсалес, Р. Вудс. - М. : Техносфера, 2012. - 1104 с.

47. Потапов, А. А. Новейшие методы обработки изображений [Текст] / Под ред. А.А. Потапова. - М. : ФИЗМАТЛИТ. - 2008. - 496 с.

48. Богданович, В. И. Высокоскоростная видеосъёмка для контроля процессов и оборудования плазменного газотермического нанесения покрытий [Текст] / В. И. Богданович // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2011. - № 1. - С. 113-118.

49. Докукина, И. А. Исследование скорости движения дисперсных частиц в плазменном потоке // Известия Самарского научного центра РАН. - 2012. - Т. 14. - № 6. - С. 143-149.

50. Виновский критерий выбора параметров редукции температурного распределения частиц по их суммарному тепловому спектру [Текст] / П. Ю. Гуляев, В. И. Иордан, И. П. Гуляев // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2008. - Т. 51. - № 9-3. - С. 69-76.

51. Иордан, В. И. Определение поля скоростей и распределения плотности частиц в плазменной струе методами обработки потока изображений при высокоскоростной съемке цифровой камерой [Текст] / В. И. Иордан, И. К. Рябченко //Изв. вузов. Физика. - 2012. - Т. 55. - № 9/2. - С. 169-175.

52. Постоев А. И., Иордан В. И., Соловьев А. А. Интеллектуальная цифровая фотокамера для высокоскоростной регистрации и обработки потока изображений быстропротекающих процессов движения самосветящихся объектов // Изв. вузов. Физика. - 2012. - Т. 55. -№ 9/2. - С. 176-180.

53. Gulyaev I. P., Ermakov K. A., Gulyaev P. Yu. New high-speed combination of spectroscopic and brightness pyrometry for studying particles temperature distribution in plasma jets // European Researcher. - 2014. № 3-2 (71). - P. 564-570.

54. Кабыченко Н. В. Об обеспечении ядерных полигонов приборами [Текст] / Н. В. Кабыченко, А. А. Разоренов, Б. Г. Горюнов //Физика горения и взрыва. - 2004. - Т. 40. -№ 6. - С. 126-131.

55. Мартынюк, М. М. Реакции ядерного синтеза в мезофазном веществе в процессе электрического взрыва [Текст] / М. М. Мартынюк, Н. Ю. Кравченко // Прикладная физика. -2003. - № 1. - С. 79-90.

56. Ноулес, С. Обзор экспериментов серии «ОМЕГА» [Текст] / С. Ноулес // Вестник НЯЦ РК. - 2002. - № 2. - С. 30-35.

57. Gulyaev P. Yu. Plasma spraying of protective coatings from ferromagnetic SHS-materials // Research Journal of International Studies. - 2013. - № 12-1 (19). - P. 74-77.

58. Мальцев, A. A. Оптика широкополосной инфракрасной ускорительной диагностики [Текст] / А. А. Мальцев // Физика элементарных частиц и атомного ядра. - 2006. - Т. 37. -№ 1. - 302 с.

54

М. П. Бороненко. Обзор применения высокоскоростных телевизионных измерительных систем ...

59. Новая методика высокоскоростной яркостной пирометрии для исследования процессов СВС [Текст] / Д. А. Гарколь, П. Ю. Гуляев, В. В. Евстигнеев, А. Б. Мухачев // Физика горения и взрыва. - 1994. - Т. 30. - № 1. - С. 72-77.

60. Евстигнеев, В. В. Исследование тонкой тепловой структуры СВ-синтеза методом быстродействующей цифровой тепловизионной съемки [Текст] / В. В. Евстигнеев, П. Ю. Гуляев, В. Д. Гончаров // Вестник Алтайского научного центра Сибирской Академии наук высшей школы. - 2003. - № 4. - С. 3-6.

61. Гуляев, П. Ю. Пирометрия процесса СВС на основе МДП-фотодиодных матриц в режиме накопления заряда [Текст] / П. Ю. Гуляев, А. В. Калачев // Ползуновский вестник, 2005. - № 4-1. - С. 171-174.

62. Контроль формовки МДМ-структур наноэлектроники в сильных электрических полях [Текст] / П. Ю. Гуляев, В. И. Зеленский, Ю. В. Сахаров // Ползуновский вестник. -

2010. - № 2. - С. 68-71.

63. Gulyaev P. Yu. Hybrid catalytic zeolite -Ni3Al cermet filter materials // Сборник научных трудов Sworld. - 2013. - Т. 12. - № 3. - С. 59-61.

64. Экспериментальное исследование характеристик топливных струй дизельных форсунок [Текст] / А. Е. Свистула, Д. Д. Матиевский, П. Ю. Гуляев // Двигателестроение. - 1999. -№ 1. - С. 29-31.

65. Photothermal effects of laser heating iron oxide and oxide bronze nanoparticles in cartilaginous tissues / P. Y. Gulyaev, M. K. Kotvanova, S. S. Pavlova et al. // Nanotechnologies in Russia. - 2012. - V. 7, № 3-4. - P. 127-131.

66. Еськов, А. В. Экспериментальный стенд и пакет программ для оптического контроля качества распыливания топлива методом скоростной видеосъемки [Текст] / А. В. Еськов, А. В. Маецкий // Ползуновский вестник. - 2012. - № 3-1. - С. 75-79.

67. Евстигнеев, В. В. Экспресс-анализ скоростей частиц на стенде детонационногазового упрочнения поверхности [Текст] / В. В. Евстигнеев, П. Ю. Гуляев, Е. В. Шарлаев // Ползуновский альманах. - 2000. - № 2. - С. 46-49.

68. Гуляев, И. П. Разрешающая способность виртуальных приборов контроля температуры частиц в плазменных потоках по суммарному спектру [Текст] / И. П. Гуляев, П. Ю. Гуляев, В. И. Иордан // Ползуновский альманах. - 2008. - № 2. - С. 13-14.

69. Поскачей, А. А. Оптико-электронные системы измерения температуры [Текст] /

A. А. Поскачей, Е. П. Чубаров. - М. : Энергоатомиздат, 1988. - 248 с.

70. Окулов, В. Л. Особенности оптической диагностики пульсирующих течений [Текст] /

B. Л. Окулов, И. В. Наумов, Ж. Н. Соренсен // Журнал технической физики. - 2007. - Т. 77. -№ 5. - С. 47-57.

71. Выделение контуров частиц в плазменном потоке [Текст] / М. П. Бороненко, П. Ю. Гуляев, А. А. Иванов // Ползуновский альманах. - 2013. - № 1. - С. 67-72.

72. Belevtsev A. A. et al. Experimental study of the near-electrode plasma-tungsten cathode system in high-current atmospheric-pressure nitrogen arcs // High Temperature. - 2013. - Т. 51. -№ 5. - С. 583-593.

73. Gulyaev I. P. Production and modification of hollow powders in plasma under controlled pressure // Journal of Physics: Conference Series. - 2013. - Vol. 441: 012033.

74. Бильский, А. В. и др. Оптимизация и тестирование томографического метода измерения скорости в объеме потока [Текст] / А. В. Бильский // Теплофизика и аэромеханика. -

2011. - Т. 18. - № 4. - С. 555-566.

75. Белоусов, А. А. Применение пространственных методов улучшения изображений на видеопоследовательностях [Текст] / А. А. Белоусов, В. Г. Спицын // Известия Томского политехнического университета. - 2013. - Т. 322. - № 5. - С. 126-130.

76. Зражевский, А. Ю. Исследование влияния количества уровней дискретизации размытого изображения на качество восстановления [Электронный ресурс] / А. Ю. Зражевский, А. В. Кокошкин, В. А. Коротков // Журнал радиоэлектроники. - 2013. - № 9. - Режим доступа : http://jre.cplire.ru/alt/sep13/7/text.html.

55