УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
APPARATUS FOR MEASURING CHARACTERISTICS OF RADIATION RECEIVERS

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения параметров приемников излучения телевизионного типа.
Известна установка для определения характеристик приемников излучения (тепловизионных), описанная в статье "Установка для измерения характеристик тепловизионных приборов" в журнале "Вопросы оборонной техники" 1986 г. сер.10, вып.6, авторы В.А.Ленинг, М.И.Гудняк, В.О.Шигин и др. Установка состоит из коллиматора, который формирует сигналы тест-объекта и фона с заданной разностью температур, испытываемого приемника излучения, ИК-радиометра, видеосмотрового устройства - ВСУ (телевизора), микрофотометра, регулятора разности температур между тест-объектом и фоном, самописца и пульта управления фотометром. В фокальной плоскости коллиматора размещается диск с мирами, за которым находится фоновый излучатель. Используется установка для определения характеристик:
мр
- минимально разрешаемая разность температур ΔТ;
мо
- минимально обнаруживаемая разность температур ΔТ;
- температурно-частотная характеристика;
- градационная характеристика.
На данной установке дополнительные погрешности вносятся ВСУ и микрофотометром за счет шумов и рассеиваемого света, которые имеют место как на экране ВСУ, так и в измерительной схеме микрофотометра. Кроме того, погрешности измерения еще зависят от уровня нелинейных искажений растра ВСУ и субъективной ошибки оператора при совмещении щели микрофотометра с линиями миры на экране ВСУ в процессе измерения минимальной разрешаемой разности температур и минимальной обнаруживаемой разности температур.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является установка для измерения разрешающей способности и динамического диапазона приемника излучения (камерного модуля), описанная В.М.Смелковым в статье "Методика оценивания динамического диапазона телевизионной системы" в журнале "Специальная техника" 2007, №4. Установка состоит из формирователя сигнала тест-объекта, включающего в себя световой шкаф, блок измерения освещенности, тест-таблицу и трубу (все это в совокупности является аналогом коллиматора); испытываемого приемника излучения (камерного модуля), видеомонитора (видеосмотрового устройства - ВСУ), взвешивающего фильтра, осциллографа и компьютера. Тест-объект состоит из двух частей форматом А4, каждая из этих частей состоит из десяти групп вертикальных линий с постоянным шагом вдоль горизонтального направления. Каждая группа вертикальных линий занимает всю ширину формата А4 и отличается от соседних групп величиной шага вертикальных линий.
x
x
Оптический сигнал тест-объекта с выхода коллиматора поступает на вход камерного модуля, с выхода которого видеосигнал поступает на вход ВСУ, а затем через взвешивающий фильтр поступает на вход осциллографа и компьютера. Для оценки разрешающей способности используется понятие глубины модуляции (коэффициента модуляции - m) видеосигнала, полученного на экране осциллографа с выделением строки. Величина коэффициента модуляции - m определяется по формуле
где
А - высшая точка видеосигнала, сформированного от полос миры;
В - низшая точки видеосигнала, сформированного от полос миры.
x
Эта оценка считается принятой, если коэффициент модуляции m видеосигнала, соответствующего конкретной группе вертикальных линий тест-объекта, не менее 5%.
Динамический диапазон D определяется как отношение предельных освещенностей объектов в пределах одной наблюдаемой сцены, и он выражается в децибелах
где
max
E- максимальная освещенность тест-таблицы, при которой обеспечивается максимальная разрешающая способность телевизионного модуля;
min
max
E- минимальная освещенность тест таблицы, принимаемая по двум критериям, а именно, пороговое отношение сигнал/шум на выходе телевизионного модуля, которое должно быть не менее 10, и пороговая разрешающая способность, величина которой принимается в 3 раза меньше, чем разрешающая способность, полученная при определении E.
Изображения, наблюдаемые во время измерений динамического диапазона камерного модуля, записывались на компьютере.
К достоинствам данного технического решения следует отнести отсутствие субъективной ошибки при измерении разрешающей способности и динамического диапазона. Это объясняется тем, что в системе оценок измеряемых параметров непосредственное участие звена "глаз - мозг" исключено, а для оценки непосредственно используются фотометрические (люксметр) и электрические (осциллограф) измерители.
Дополнительные погрешности данной установки зависят от точности вписывание тест-таблицы в растр телевизионного модуля, от правильного отождествления видеосигнала, измеряемого на экране осциллографа, с соответствующей ему группой вертикальных линий тест-таблицы на экране видеомонитора, на что требуется дополнительное время. Однако следует отметить малые функциональные возможности рассматриваемой схемы в части определения других параметров приемников излучения таких, как разрешающая способность по вертикали, градационная характеристика и т.д.
Задача, ставящаяся перед предлагаемым техническим решением - повышение эксплуатационных характеристик установки.
Технический результат - повышение достоверности измерений, увеличение информативности и точности контроля и сокращение времени на измерение параметров приемников излучения.
Это достигается тем, что установка для измерения характеристик приемников излучения, содержащая коллиматор с тест-объектом в его фокальной плоскости, выход которого соединен с входом приемника излучения, видеосмотровое устройство, и осциллограф, в отличие от известной содержит пульт синхронизации и контроля. Осциллограф выполнен двулучевым. При этом выход приемника излучения соединен с входом пульта синхронизации и контроля и с входом первого канала осциллографа. Первый выход пульта синхронизации и контроля соединен с входом видеосмотрового устройства. Второй выход пульта синхронизации и контроля соединен с входом второго канала осциллографа.
Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема установки, а на фиг.2 изображен тест-объект.
Установка для измерения характеристик приемников излучения (фиг.1) состоит из коллиматора 1, в фокальной плоскости которого находится тест-объект. Выход коллиматора соединен с входом приемника излучения 2. В зависимости от типа приемника излучения 2, определяемого его спектральным рабочим диапазоном, а это может быть, например, тепловизионный или телевизионный модуль, определяется и тип коллиматора 1. Выход приемника излучения 2 соединен с входом первого канала двулучевого осциллографа 3 и с входом пульта синхронизации и контроля 4. Первый выход пульта синхронизации и контроля 4 соединен со входом видеосмотрового устройства (ВСУ) 5, а второй выход - с входом второго канала двулучевого осциллографа 3.
Все устройства, входящие в состав установки (фиг.1), кроме пульта синхронизации и контроля (ПСК) 4, являются типовыми и используются по своему прямому назначению. ПСК 4, введенный в блок-схему установки, позволяет сформировать импульс подсвета для выбранной оператором на экране ВСУ 5 строки, ввести его в выходной видеосигнал приемника излучения и одновременно этим же импульсом подсвета засинхронизировать двулучевой осциллограф 3.
На фиг.2 изображен тест-объект в виде миры, состоящей из нескольких групп вертикальных и горизонтальных полос, с различным шагом этих полос между группами, а внутри каждой группы шаг полос постоянный. Величина шага полос может определяться как разрешающей способностью проверяемого приемника излучения, так и граничной частотой полосы пропускания его усилительного тракта.
Работает данная установка следующим образом. Коллиматор 1 формирует оптический сигнал тест-объекта, который поступает на вход приемника излучения 2. Приемник излучения 2 из оптического сигнала формирует видеосигнал изображения тест-объекта, который одновременно поступает на вход ПСК 4 и вход первого канала осциллографа 3. Для синхронизации осциллографа 3 на вход его второго канала с выхода ПСК4 поступает импульс подсвета строки, выделенной оператором на экране ВСУ 5. С первого выхода ПСК 4 видеосигнал поступает на вход ВСУ 5. Этот видеосигнал отличается от видеосигнала на выходе приемника излучения 2 только тем, что в него введен импульс подсвета выделенной строки. Выбор выделенной строки осуществляется оператором путем переключения трех галетных переключателей, расположенных на передней панели ПСК 4.
Для иллюстрации применения измерительной установки (фиг.1) ниже рассматриваются методы измерения ряда параметров приемников излучения.
x
Измерение разрешающей способности вдоль строк приемника излучения производится следующим образом. На коллиматоре 1 установить заданную разность температур (освещенность), выделить на экране ВСУ 5 строку, проходящую через изображение миры с вертикальными линиями (фиг.2), и получить на экране осциллографа 3, например, "Tektronix" один под другим видеосигналы выделенной строки и импульса подсвета. В режиме "Курсор" измерить максимальное - А и минимальное - В значения видеосигнала выделенной строки, принадлежащего к конкретной группе вертикальных линий тест-объекта. По формуле (1) определить коэффициент модуляции m видеосигнала.
x
Эта оценка разрешающей способности для заданного температурного контраста (освещенности) считается приемлемой, если коэффициент модуляции m видеосигнала, соответствующего конкретной группе вертикальных линий тест-объекта, не менее 5%.
y
у
x
min
min
min
min
max
max
x
min
min
max
max
Чтобы измерить разрешающую способность в направлении, перпендикулярном строкам растра (вдоль кадра), необходимо выделить строку перед верхней линией той группы горизонтальных полос, по которой определяется разрешающая способность (фиг.2). С учетом взаимного расположения осциллограмм импульса выделенной строки и видеосигналов от выбранной группы горизонтальных линий тест-объекта определить группы строк, на протяжении которых видеосигналы этих строк имеют один период изменения. В одном из таких периодов измерить видеосигнал в строке с максимальной величиной - А и видеосигнал в строке с минимальной величиной - В и по формуле (1) определить коэффициент модуляции видеосигнала вдоль кадра - m для выбранной группы горизонтальных полос тест-объекта (фиг.2). Оценка разрешающей способности приемника излучения вдоль кадра считается приемлемой, если коэффициент модуляции m видеосигнала, относящегося к конкретной группе горизонтальных линий тест-объекта для заданного температурного контраста, не менее 5%. Для измерения динамического диапазона приемника излучения установить на коллиматоре 1 минимальную разность температур (освещенность), при которой на экране ВСУ 5 видно изображение миры тест-объекта (фиг.2), и выделить строку, проходящую через группы вертикальных линий. Увеличить температурный контраст (освещенность) до величины, при которой, согласно критерию m больше или равно 5%, разрешается группа вертикальных линий с максимальным шагом. Эту величину температурного контраста (освещенности) обозначить ΔT(E). В процессе дальнейшего увеличения ΔТ(Е) с учетом того же критерия должны быть определены ΔT(E). Для всех остальных групп вертикальных линий тест-объекта, а также максимальное значение температурного контраста ΔT(E) для каждой группы вертикальных линий тест-объекта, при котором выполняется критерий m. Полученное семейство значений ΔT(E) и ΔT(E) позволяет по формуле (2) определить динамический диапазон приемника излучения как для конкретного значения разрешающей способности, так и для интервала значений разрешающей способности проверяемого устройства, а также построить для тепловизионного приемника излучения температурно-частотную характеристику.
Измерение сквозной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приемника излучения производится при постоянном значении разности температур ΔT=const (освещенности E=const), равной по величине середине динамического диапазона, полученного при определении максимальной разрешающей способности для проверяемого приемника излучения. Для измерения АЧХ выделить строку, проходящую через изображение групп вертикальных линий (фиг.2). На экране осциллографа 3 получить видеосигналы выделенной строки и импульса подсвета этой строки, которые должны быть расположены один под другим. В режиме "Курсор" измерить амплитуду U и частоту F. По измеренным значениям U и F строится АЧХ, позволяющая определить сквозную полосу пропускания канала проверяемого приемника излучения.
Для измерения градационной характеристики приемника излучения установить на коллиматоре разность температур ΔТ=0K, измерить величину видеосигнала выделенной строки (уровень фона) на левой границе изображения прямоугольника тест-объекта (фиг.2). После каждого увеличения контрастной разности температур ΔT на 1K производить измерение видеосигнала выделенной строки на экране осциллографа. По полученным данным построить градационную характеристику тепловизионного устройства - U=f(ΔТ). Для измерения градационной характеристики приемника излучения чувствительного в видимом спектральном диапазоне надо получить четкое изображение, например, телевизионной испытательной таблицы 0249, выделить строку, проходящую через горизонтальный градационный клин, и измерить видеосигнал каждой градации яркости на осциллограмме градационного клина. Построить градационную характеристику проверяемого приемника излучения.
Таким образом, введение в измерительную схему ПСК 4 позволяет быстро и однозначно решить задачу идентификации видеосигнала, наблюдаемого на экране осциллографа 3, с видеосигналом выделенной строки на ВСУ 5, что значительно сокращает время на измерение каждого параметра тепловизионных (телевизионных) устройств и повышает точность и достоверность полученных результатов и при этом позволяет увеличить число измеряемых параметров приемников излучения телевизионного типа, исключить субъективную погрешность при измерениях за счет того, что в системе оценок этих параметров непосредственное участие звена "глаз-мозг" оператора исключено, для оценки параметров используется непосредственно фотометрические и электрические измерители.