УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ПРИБОРА

Устройство для обработки сигнала тепловизионного прибора
Предлагаемая полезная модель относится к устройствам преобразования инфракрасного излучения в видимое изображение, в частности, к схемам обработки сигнала
Известно устройство для обработки видеосигнала тепловизионного прибора (ТВП), содержащее последовательно соединенные фоточувствительный элемент (ФЧЭ), усилитель, и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) (см Ж Госсорг, «Инфракрасная термография, М, «Мир, 1988, с. 269-273). В таком устройстве для согласования динамического диапазона ФЧЭ с динамическим диапазоном АЦП добавляют устройство перемножения выходного сигнала на постоянную величину, устанавливаемую при настройке прибора, которая не учитывает изменения температуры окружающей среды или смену объектива ТВП, влияющих на величину приборной фоновой составляющей видеосигнала.
Известно выбранное за прототип устройство для обработки видеосигнала ТВП, содержащее последовательно соединенные фоточувствительный элемент, усилитель, сумматор и АЦП (см. Testing and evaluation of infrared imaging systems / Gerald C. Hoist, SPffi Optical Engineering Press (1998) p. 197-199). В таком устройстве предусмотрена корректировка динамического диапазона АЦП и прибора в целом путем подачи дополнительного постоянного смещения напряжения на сумматор, однако, оно также не учитывает изменение температуры окружающей среды или смену объектива при эксплуатации, которые влияют на величину приборной фоновой составляющей в видеосигнале на входе АЦП. Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели
является расширение динамического диапазона АЦП и ТВП в целом путем исключения из общего сигнала, подаваемого на вход АЦП, сигнала приборной фоновой составляющей.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для обработки видеосигнала ТВП, содержащее последовательно соединенные фоточувствительный элемент, усилитель, подключенный через первый вход сумматор, и аналогово-цифровой преобразователь, дополнительно снабжено последовательно соединенными между собой блоком измерения фона прибора и блоком памяти, причем вход блока измерения фона прибора через первый коммутатор подключен к выходу усилителя, а выход блока памяти через второй коммутатор подключен ко второму входу сумматора.
Характерной особенностью работы ТВП является то, что при проведении наблюдений обычно наряду с полезным сигналом от фоно-целевой обстановки на ФЧЭ поступает фоновая приборная составляющая от находящихся при температуре окружающей среды деталей ТВП, например, таких как объектив, корпус ТВП, криостат и других, которые являются неотъемлемой частью любого ТВП и расположены вдоль пути прохождения излучения от объекта к ФЧЭ. С помощью предусмотренных в предложенном устройстве блока измерения фона прибора и блока памяти обеспечивается оперативная корректировка в различных условиях эксплуатации путем вычитания из суммарного сигнала , поступающего на ФЧЭ, измеренного в текущих условиях эксплуатации значения сигнала приборного фона.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема предложенного устройства, а на фиг. 2 - диаграмма изменения выходного сигнала АЦП.
Устройство для обработки видеосигнала тепловизионного прибора содержит последовательно соединенные фоточувствительный элемент 1, усилитель 2, сумматор 3, подключенный через первый вход, и аналогово-цифровой преобразователь 4. Выход усилителя 2 через первый коммутатор 5 соединен с входом блока измерения фона прибора
co/ fct /,f Л
2 6, соединенного последовательно с блоком памяти 7, выход которого через второй
коммутатор 8 подключен ко второму входу сумматора 3.
Устройство работает следующим образом.
В текущих условиях проведения наблюдений при температуре окружающей среды и данном типе объектива первоначально по команде оператора проводят измерение фона прибора в блоке измерения фона 6, для чего на входе объектива обеспечивают отсутствие сигнала от фоно-целевой обстановки в рабочем диапазоне длин волн ТВП, например, с помощью закрытия входного окна объектива зеркальной пластиной с малым  0,01 коэффициентом излучения путем замыкания коммутатора 5 и размыкания коммутатора 8 на время команды оператора. Затем в блоке памяти 7 проводят запоминание величины фона прибора на время, достаточное для проведения наблюдений. После снятия команды оператора первый коммутатор 5 размыкается, а второй коммутатор 8 замыкается и подключает блок памяти 7 к цепи обработки сигнала. Излучения от фоно-целевой обстановки и элементов прибора попадают на ФЧЭ 1, где преобразуются в суммарный сигнал U иш +ОПРФ. +UC, который через усилитель 2 проходит к первому входу сумматора 3, в котором происходит вычитание из текущего суммарного сигнала ранее измеренной и запомненной фоновой составляющей прибора, поступающей на второй вход сумматора 3 из блока памяти 7 через замкнутый второй коммутатор 8. При этом происходит расширение полезной составляющей динамического диапазона АЦП и ТВП в целом, что проиллюстрировано на фиг.2.
Величина динамического диапазона АЦП без доработки (для прототипа) D составляет:
Ucmax-CLU+U..)
D ,где(1)
: се//с з /Ј+3
и„р ф. - напряжение приборного фона на входе АЦП,
иш - напряжение шума на Входе АЦП.
При доработке для предложенного устройства величина динамического диапазона АЦП D2 составляет:
-с max  иш
(2)
Из фиг. 2 видно, что D2 Dj
Блок измерения фона прибора в аналоговом исполнении может представлять собой последовательно соединенные фильтр низких частот, осредняющий сигнал Um +Unp ф за время нескольких кадров развертки матричного формата с целью снижения влияния случайных флуктуации выходного сигнала, фиксатора уровня и компаратор, измеряющий уровень приборного фона.
Блок памяти может быть выполнен в виде компенсатора измеренного напряжения с запоминанием выходного измеренного напряжения на время проведения наблюдений в ТВП.
Предложенная конструкция обеспечивает оперативную коррекцию искажений, от элементов ТВП в суммарный сигнал на выходе ФЧЭ, что увеличивает динамический диапазон АЦП и ТВП в целом.
4r../VcxV/f