Методи підвищення точності вимірювання модульно-передавальної функції інфрачервоних об'єктивів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут

імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО»

Магістерська дисертація

зі спеціальності (спеціалізації) 152 Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка

Методи підвищення точності вимірювання модульно-передавальної функції інфрачервоних об'єктивів

Виконав: студент Опіч Анатолій Вікторович

Науковий керівник доцент, к.т.н. Кучеренко О.К.

Київ - 2018

РЕФЕРАТ

МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ МОДУЛЬНО-ПЕРЕДАВАЛЬНОЇ ФУНКЦІЇ ІНФРАЧЕРВОНИХ ОБ'ЄКТИВІВ

Актуальність. В основі сучасної системи пізнання матеріального світу лежить вимірювання, вимірювання завжди цікавило людство, а точне вимірювання стає все більш актуальною задачею. Закономірні зв'язки природи, виявляються найчастіше у чисельній формі, у результаті кількісних оцінок спостережуваних об'єктів та явищ. Від розвитку методів і засобів досліджень та вимірювань, від граничної точності та чутливості, які досягаються в процесі вимірювання, залежить достовірність опису досліджуваних об'єктів і, в кінцевому результаті, адекватність моделі навколишнього світу. Звідси значна і все зростаюча роль оптичних вимірювань в більшості областей природничо-наукових і науково-технічних досліджень, в технічній, військовій, медичній та біологічній практиці.

З усіх відомих методів вимірювань оптичні дослідження та вимірювання відносять до найбільш точних. Порогова чутливість і точність класичних методів оптичних вимірювань знаходиться на рівні довжини хвилі застосовуваного випромінювання, яка для видимого (світлового) випромінювання становить величину порядку 0,5 мкм. Сучасні технології, в тому числі електронні та комп'ютерні, так як і інші науково-технічні досягнення, дають можливість підвищення точності та чутливості ще в десятки разів, але за умови якісного зображення, що формує об'єктив. Незамінною властивістю результатів оптичних вимірювань та досліджень є їх наочність, надійність й переконливість [1].

Метою дослідження є вдосконалення методів підвищення точного вимірювання МПФ ІЧ об'єктивів для характеристики якості зображення.

Завдання дослідження:

Визначення критеріїв якості оптичних систем.

Аналіз роботи стендової апаратури для визначення ОПФ.

Оцінка похибки вимірювання модуляційної передавальної функції.

Розроблення стартап-проекту.

Об'єкт дослідження: вимірювання МПФ ІЧ об'єктивів.

Предметом дослідження є стендова апаратура для вимірювання МПФ.

Публікації. За матеріалами магістерської дисертації опубліковано дві статті, одна з яких в міжнародному науково-технічному журналі та дві тези у збірнику тез доповідей.

Міжнародний науково-технічний журнал «Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах» №4 2017р., Методы коррекции неоднородности чувствительности инфракрасных матричных приемников.

Збірник статей XI науково-практична конференція студентів та аспірантів. «Погляд у майбутнє приладобудування» 2018р. Визначення вимог до точності базування інфрачервоних об'єктивів при вимірюванні модуляційної передавальної функції.

X науково-практична конференція студентів та аспірантів. «Погляд у майбутнє приладобудування» Збірник тез доповідей. Принцип побудови коліматора для випробування тепловізійних приладів.

IX науково-практична конференція студентів та аспірантів. «Погляд у майбутнє приладобудування» Збірник тез доповідей. Проектирование коллиматора для тестирования тепловизионных приборов.

Ключові слова: інфрачервоні об'єктиви, модуляційна передавальна функція, стенди вимірювання МПФ, точність вимірювання.

ABSTRACT

METHODS OF ADJUSTMENT OF ACCURACY OF MEASUREMENT OF MODULAR-TRANSFER FUNCTION OF INFRARED OBJECTS

Topicality. At the heart of the modern system of knowledge of the material world lies the measurement, the measurement is always interested in humanity and precise measurement becomes actual task. Natural relationships of nature are most often founding in numerical form, because of quantitative estimates of observed objects and phenomena. From the development of methods and means of research and measurement, from the extreme accuracy and sensitivity that are achieve in the measurement process, the reliability of the description of the objects under study and, ultimately, the adequacy of the model of the surrounding world depends. Hence the significant and ever-increasing role of optical measurements in most areas of natural sciences and scientific and technical research, in technical, military, medical and biological practice.

Of all known measurement methods, optical studies and measurements are among the most precise. Threshold sensitivity and precision of classical methods of optical measurements are at the wavelength of applied radiation, which for a visible (light) radiation is about 0.5 microns. Modern technologies, including electronic and computer, as well as other scientific and technological achievements, give an opportunity to increase the accuracy and sensitivity of dozens of times, but with the qualitative image, that forms the lens. An indispensable property of the results of optical measurements and studies is their visibility, reliability and credibility [1].

Purpose of the research: The improved the methods for increasing the accurate measurement of MTF IR lenses for image quality characteristics.

Research objectives:

1. Determination of quality criteria for optical systems.

2. Analysis of the work of the bench equipment for the determination of OTF.

3. Estimation of error of measurement of modulation transfer function.

4. Development of a startup project.

Object of research: measurement of low-level IR lenses.

The subject of the study is a bench instrument for measuring the MPF.

Keywords: infrared lenses, modulation-transmitting function, MTF measuring stands, measurement accuracy.

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. КРИТЕРІЇ ЯКОСТІ ОПТИЧНИХ СИСТЕМ

1.1 Узагальнена схема комплексу методів оптичних вимірювань та досліджень

1.2 Критерії оцінки якості оптичного зображення

1.3 Оптична передавальна функція та метод її визначення

1.4 Висновки

РОЗДІЛ 2. СТЕНДОВА АПАРАТУРА ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ОПФ

2.1 Стендова аппаратура для визначення ОПФ з гармонійним аналізом оптичного сигналу

2.2 Стендова аппаратура для визначення ОПФ з гармонійним аналізом електричного сигналу

2.3 Стендова апаратура для визначення ОПФ з неперіодичним тест-об'єктом

2.4 Коліматор, як основний пристрій вимірювального стенда

2.5 Висновки

РОЗДІЛ 3. ОЦІНКА ПОХИБКИ ВИМІРЮВАННЯ МПФ

3.1 Похибки коліматорного блока

3.2 Похибки фотоприймального блока

3.2.1 Компенсація нерівномірності чутливості

3.2.2 Похибки базування фотометричного блоку

3.3 Похибки блока базування об'єктива та мікрооб'єктива

3.3.1 Похибки базування випробувального об'єктива

3.3.2. Похибки мікрооб'єктива

3.4 Висновки

РОЗДІЛ 4. РОЗРОБЛЕННЯ СТАРТАП-ПРОЕКТУ

4.1 Опис ідеї проекту

4.2 Технологічний аудит ідеї проекту

4.3 Аналіз ринкових можливостей запуску стартап-проекту

4.4 Розроблення ринкової стратегії проекту

4.5 Розроблення маркетингової програми стартап-проекту

4.6 Висновки

ВИСНОВКИ

Список використаної літератури

ДОДАТКИ

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

АЧТ - абсолютно чорне тіло

ІЧ - інфрачервоний

МПФ - модуляційна передавальна функція

ОПФ - оптична передавальна функція

ОС - оптична система

ФРЛ - функція розсіювання лінії

ФРТ - функція розсіювання точки

ВСТУП

Стрімкий розвиток та застосування інфрачервоних (ІЧ) оптичних систем в вимірювальній, навігаційній та космічній техніці для отримання точної та детальної інформації про об'єкт спостереження супроводжується проблемою передачі високоякісної інформації через оптичну систему (ОС), та підвищення якості її зображення. Такі системи передбачають використання об'єктивів з високою, майже дифракційною якістю зображення. Для контролю якості таких об'єктивів застосовують атестаційні стенди [2]. Нормативна документація в галузі вимірювання якості ІЧ об'єктивів передбачає допустиму похибку визначення критеріїв якості зображення в межах . Попередній аналіз показав, що фактори впливаючих на точність вимірювання стендів багато. З розгляду літературних джерел можна зробити висновок, що досліджень по оцінці точності стендів замало. Крім того, кожен стенд характеризується специфічними похибками. У зв'язку з цим, в магістерській дисертації було поставлено завдання дослідити похибки найбільш преспективної на наш погляд схеми вимірювального стенда.

ОПФ характеризує передачу структури предмету ОС як функція просторових частот. Модуль з оптичної передавальної функції і є МПФ або ще її називають частотна-контрастна характеристика - це один з параметрів, що характеризує якість ОС, і тому при виробництві та експлуатації оптичних та оптико-електронних приладів є надзвичайно важливим та актуальним. Сучасне життя вже неможливо представити без оптики, більшість людей використовує її переважно в розважальних цілях, але є також люди, які за допомогою оптики проводять різноманітні дослідження та відкриття, створюють нові механізми для збереження або захисту життя (або в деяких випадках його знищення). Тому сьогодні щось створити або відкрити без оптичних, а тим паче оптико-електронних систем, майже неможливо. Є необхідність забезпечити спеціалістів, науковців, інженерів якісним інструментом, за допомогою якого вони будуть робити свою роботу.

РОЗДІЛ. 1 КРИТЕРІЇ ЯКОСТІ ОПТИЧНИХ СИСТЕМ

1.1 Узагальнена схема комплексу методів оптичних вимірювань та досліджень

Узагальнена схема має на увазі точкове джерело випромінювання, із якого сферичний хвильовий фронт поширюється у вхідну зіницю, що зображує ОС. Хвильовий фронт, перетворений досліджуваним об'єктом у вимірювальній схемі, вписаний у вихідну зіницю.

Структура хвильового фронту, що характеризує якість досліджуваної системи, може бути представлена функцією просторових координат на зіниці чи на предметі. Розглянемо хвильовий фронт, сформований досліджуваним оптичним елементом в схемі контролю.

Рисунок 1.1 - Узагальнена схема комплексу методів оптичних вимірювань і досліджень [3].

Тут M' та m' - координати на вихідній зіниці оптичного елемента в схемі, x' та y' - координати в площині зображення тест-об'єкта, W - координата форми хвильового фронту; I - відносна освітленість в зображенні тест-об'єкта.

Дослідження оптичного елемента здійснюється, головним чином, в двох зонах [3]:

У зоні зображення 2; об'єктом дослідження служить, в більшості випадків, амплітудна характеристика випромінювання - двовимірний розподіл освітленості в площині зображення, що характеризує концентрацію енергії в зображенні і повноту передачі інформації про структуру зображуваного об'єкта.

Тут формується оптичне вимірювальне зображення першого роду, подібне об'єкту і несе інформацію в першу чергу про його геометричні параметри і зовнішній структурі.

У зоні зіниці 1; об'єктом дослідження служить, найчастіше, фазова характеристика хвильового фронту, а саме - відхилення ДW форми фронту хвилі від форми, відповідної необхідної якості зображення (найчастіше - від сферичної форми).

Тут формується оптичне вимірювальне зображення другого роду, як правило, не подібне об'єкту, але несе інформацію про характер хвильового фронту в частині його фазових деформацій, про абераціях досліджуваних ОС і елементів і про помилки форми оптичних поверхонь.

Відомості про структуру зображення, побудованого ОС, можуть бути отримані двома шляхами - прямим і непрямим.

Прямі способи оцінки якості зображення складаються в спостереженні зображення тест-об'єкта, сформованого за допомогою досліджуваної системи в зоні II (зоні зображення), і вимірі фотометричної структури цього зображення, тобто визначенні функція розсіювання (наприклад, функції розсіювання точки ФРТ або функції розсіювання лінії ФРЛ). Функції розсіювання і пов'язані з ними оптична передавальна функція ОПФ, функція передачі модуляції ФПМ і функція концентрації енергії в зображенні точкового тест об'єкта служать на практиці кількісними характеристиками якості зображення оптичної системи.

Непрямі методи оцінки якості зображення складаються у вимірі структури деформацій хвильового фронту в зоні I (зоні зіниці), на виході оптичної вимірювальної схеми, і подальшому обчисленні, на основі отриманої карти хвильового фронту, функцій, що описують структуру і якість оптичного зображення.

До обмежень непрямих методів слід віднести: високу трудомісткість розшифрування даних, складний математичний апарат обробки даних, дороге програмне забезпечення. Крім того, при таких оцінках не враховується вплив на якість зображення ряду важливих факторів, які можуть докорінно змінити структуру зображення і різко погіршити його якість в порівнянні з передбаченим (змодельованих) за допомогою згаданого непрямого методу [3].

До таких факторів належать [3]:

дрібноструктурні дефекти оптичних поверхонь (наприклад, що виникають при ретуші великогабаритної оптичної поверхні малим полірувальником), а також їх залишкова шорсткість;

дрібноструктурні дефекти оптичних середовищ (звили, неоднорідності, включення, каламутність);

дефекти оптичних покриттів,

дефекти склеювань,

розсіяне світло в системі,

відблиски в ОС,

світло, відбите від елементів оправи ОС і елементів внутрішньої конструкції оптичного приладу.

Однак у відповідальних випадках, при оцінці реальної якості зображення, сформованого виготовленої оптичною системою, вплив цих факторів необхідно враховувати, так як вони здатні суттєво знизити якість реального зображення.

Прямими методами оцінки якості зображення враховуються всі без винятку фактори, які беруть участь у формуванні структури реального оптичного зображення. У цьому полягає істотна і основна перевага прямих методів. Тому в відповідальних випадках, при дослідженнях і вимірах оптичних систем високої точності, методи прямої і непрямої оцінки якості зображення застосовуються спільно.

Первинний і найбільш універсальний тест-об'єкт при дослідженні якості зображення оптичних систем - тест-об'єкт типу "крапка, що світиться". Він матеріалізується у вигляді круглої діафрагми малого діаметра, освітленим світлом, що проходить (або її зменшеного зображення).

Зображення тест-об'єкта "крапка, що світиться" (рисунок 1.2) є пляма розсіювання або дифракційне коло [3].

Рисунок 1.2 - Дифракційне коло Рисунок 1.3 - ФРТ

Спостереження дифракційного кола, який формується досліджуваною системою, дозволяє виявляти аберації системи з чутливістю на рівні до 0,1 л.

Функція, що описує розподіл освітленості в зображенні тест-об'єкта "крапка, що світиться", є двовимірна функція, що носить назву функція розсіювання точки або ФРТ, що зображена на рисунку 1.3 [3].

Експериментально знайдена ФРТ, характеризуючи якість системи, дозволяє враховувати всі особливості хвильової поверхні, сформованої системою, в тому числі і характер мікрорельєфу оптичних поверхонь, дефекти оптичних матеріалів, відблиски, відхилення пропускання (або відображення) на зіниці, зрушення зображення, що виникли при роботі приладу і т. д.. За допомогою ФРТ в осередненої і миттєвої форми можна враховувати флуктуації оптичних характеристик повітряного тракту, безперервно змінюються в часі за складним випадковим законом. ФРТ дозволяє надійно атестувати якість зображення системи з декількома зіницями. ФРТ, будучи первинною характеристикою якості зображення, дозволяє перейти до інших необхідним характеристикам якості зображення, таким як ФРЛ, ЧКХ, крайова функція, концентрація енергії та інші.

Тест-об'єкт "крапка, що світиться" описує часто зустрічаються в оптичної вимірювальної практиці об'єкти, такі як, наприклад, небесні об'єкти типу зірок або орбітальні об'єкти військового і невійськового призначення [3].

1.2 Критерії оцінки якості оптичного зображення

Характеристики якості зображення залежать від вимог, що пред'являються до ОС. ОС астрономічних приладів, телескопічних систем, розраховуються з мінімальними абераціями, і основним обмеженням таких систем є дифракція на вхідній зіниці. Для оцінки якості зображення в таких системах, може бути використана функція розсіювання. Якість зображення ОС, що мають велике кутове поле зору, працюючих з оком, матричним приймачем, телевізійною камерою, краще характеризувати контрастом, різкістю, мірою геометричної подібності. Критерієм якості зображення в цих системах може бути гранична крива [4].

ОС оптико-електронних приладів, що працюють з одноелементним приймачем, які призначені для передачі світлової енергії на чутливу ділянку приймача променистої енергії, краще характеризувати функцією концентрації енергії.

Універсальною характеристикою якості зображення є ОПФ, яка включає дві складові:

модуляційну передатну функцію (МПФ);

фазову передатну функцію (ФПФ).

Ці характеристики можуть бути отримані з математичного рівняння процесу формування зображення. Це рівняння встановлює залежність між розподілом освітленості в площині зображення, якістю ОС і розподілом яскравості в площині предмета. Виглядає це рівняння таким чином [5]:

, (1.1)

де - функція, що характеризує розподіл освітленості в площині зображення в поблизу точки з координатами ; - коефіцієнт пропускання ОС; - апертурний кут ОС в площині зображення; - функція розсіювання ОС; , - змінні координати поблизу точки з координатами ; - функція, що характеризує яскравість в площині предмета в точці з координатами і ; - збільшення оптичної системи.

Принцип взаємного розташування координат для довільної точки А ілюструє рисунок 1.4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.4. Принцип взаємного розташування координат [4].

Інтеграл (1.1) справедливий для лінійних і інваріантних (ізопланарних) ОС. Система вважається лінійною, якщо її реакція на одночасну дію декількох сигналів дорівнює сумі реакцій на кожен сигнал окремо. Система вважається інваріантною, якщо імпульсний відгук системи залежить тільки від відстані між точками і не залежить від положення початку системи координат. Система ізопланарна або інваріантна, якщо її коло розсіювання однакове по усьому полю зображення.

Для реальних ОС ця вимога не виконується. Тому поле зображення ділять на зони, в межах яких систему можна вважати ізопланарною. В межах кожної зони коло розсіювання однакове. Таких зон прийнято дві:

по центру поля зору;

по краю поля зору.

Інтеграл (1.1) є згортком функцій і L. Виконавши перетворення Фур'є, можна перейти від лінійних координат до просторових частот і отримати вираз (1.1) у частотному виді [5]:

, (1.2)

де , і - перетворення Фур'є відповідних функцій; - просторові частоти, рівні зворотному значенню періоду синусоїдальної зміни освітленості в просторі зображення по двох координатах.

Залежність між періодом синусоїдальної функції, що характеризує зміну освітленості в площині зображення і просторовою частотою ілюструє рисунок 1.5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.5 - Залежність між періодом сінусоідальної функції, що характеризує зміну освітленості в площині зображення і просторовою частотою [4].

Рівняння (1.2) характеризує процес утворення зображення в частотному вигляді [4].

Функція розсіювання - це розподіл освітленості в зображенні, нескінченно віддаленої в площині предметів точки, що світиться, в площині найкращого зображення. Цей розподіл є дифракційною картиною [4].

Для реальних ОС ця функція розсіювання найчастіше апроксимується гаусоїдою обертання згідно співвідношення:

, (1.3)

де - полярна координата точки в площині зображення; - апроксимуюче значення полярної координати при якому освітленість складає 0,606 від максимального значення.

Визначення апроксимуючого значення полярної координати пояснює рисунок 1.6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.6 - Визначення апроксимуючого значення полярної координати.

Для ідеальних ОС, в яких якість зображення обмежується тільки дифракцією, вид функції розсіювання є дифракційним диском Ері. Математичне вираження функції розсіювання у такому разі має вигляд [4]:

, (1.4)

де - функція Бесселя першого порядку; - аргумент функції, що дорівнює [5]: , де D - діаметр вхідної зіниці ОС; - фокусна відстань об'єктива; - довжина хвилі; - відстань від центра кола розсіювання.

Вигляд нормованої функції розсіювання для ідеальної ОС графічно приведений на рисунку 1.7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.7 - Нормована функція розсіювання ідеальної ОС.

В центральному колі функції розсіювання міститься приблизно 84% світлової потужності всього кола розсіювання. Це коло приймають за зображення точки. Периферійні кільця містять відповідно 16% світлової потужності і являють собою фон зображення. В реальних системах відбувається перерозподіл енергії між центральним колом і периферійними кільцями. Особливо складно виглядає картина для позавісьової точки в площині зображення. У зв'язку з цим функцію розсіювання в основному використовують для оцінки якості зображення оптичних систем з невеликим полем зору і по центру поля зору [4].

Радіус першого темного кільця має назву кола Ері, який дорівнює [4]:

. (1.5)

Методом графічної інтерполяції (наближення) можна знайти співвідношення між радіусом кружка Ері і апроксимуючим радіусом :

. (1.6)

Функція розсіювання, що характеризує розподіл енергії в зображенні світної точки носить назву функції розсіювання точки (ФРТ). Поняття функції розсіювання поширюють і на розподіл освітленості в зображенні світної лінії, що розташована в нескінченності в площині предметів. У цьому випадку функція розсіювання носить назву функції розсіювання лінії (ФРЛ). ФРЛ є результат інтегрування ФРТ по одному з напрямів, наприклад, y [5]:

. (1.7)

Вигляд функції розсіювання лінії показаний на рисунку 1.8 [5].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.8 - Вигляд функції розсіювання лінії.

Для виробничого контролю оптичної системи по функції розсіювання використовують різні числові критерії:

лінійна або кутова роздільна здатність;

число Штреля;

функція концентрації енергії в колі розсіювання.

Лінійну роздільну здатність при некогерентному освітленні визначають як найменшу відстань між двома точками, контраст сумарного зображення яких не менше порогового контрасту приймача.

Для візуальних систем користуються критерієм Релея, при якому лінійна роздільна здатність дорівнює радіусу кружка Ері.

Кутова роздільна здатність оптичних систем з урахуванням певного значення радіусу кружка Ері визначається в радіанах за формулою [4]:

. (1.8)

Для когерентних систем значення виявляється дещо більшим, ніж для некогерентних систем і дорівнює:

. (1.9)

Це пов'язано з тим, що сумарна освітленість приймача випромінювання при освітленні двома точковими джерелами, визначається співвідношенням:

. (1.10)

Недолік цього критерію полягає в тому, що характеристики оптичних систем визначаються спільно з характеристиками приймача випромінювання. Тому був використаний більш об'єктивний критерій, що оцінює тільки оптичні системи і носить назву число Штреля, або визначальна яскравість.

Число Штреля - це відношення найбільших значень освітленості в центрі дифракційної плями реальної системи, для якої хвилева аберація не дорівнює нулю, і безабераційної системи. Тобто, це найбільше нормоване значення освітленості в дифракційній картині зображення від точкового джерела [4].

, (1.11)

де - освітленість; - параметр, що характеризує значення хвилевої аберації.

Встановлено, що оптична система є високоякісною, якщо .

Функція концентрації енергії в колі розсіювання. Її характеризує відношення кількості енергії всередині кола з радіусом до усієї енергії в колі розсіювання [4]:

. (1.12)

Чим більше значення , тим краща оптична система.

Аналітичне значення для відомо тільки для безабераційної системи з круглою зіницею:

(1.13)

де , - функції Бесселя нульового і першого порядку; , - параметри функцій, в які входять значення .

Гранична крива - це розподіл освітленості в зображенні пограничного тесту. Пограничний тест є межею світлого і темного полів. Функція яскравості такого тесту є функцією стрибка. Вигляд розподілу яскравості для пограничного тесту і розподілу освітленості в зображенні цього тесту показаний на рисунку 1.9 [5].

Рисунок 1.9 - Вигляд розподілу яскравості для пограничного тесту і розподілу освітленості в зображенні цього тесту.

Аналітично розподіл яскравості в пограничному тесті для контраста рівного одиниці описується співвідношенням (1.14) [5].

. (1.14)

Для кількісної оцінки якості різних оптичних систем з використанням граничної кривої застосовують такі числові характеристики [5]:

пограничний градієнт - значення тангенса кута нахилу дотичної в середній точці пограничної кривої до осі абсцис;

. (1.15)

Чим більше значення , тим кращою є ОС [5].

критерій враховує перепад максимальних і мінімальних значень освітленості в граничній кривій.

. (1.16)

Математично гранична крива може бути отримана як результат інтегрування функції розсіювання лінії по одній з координат [5]:

. (1.17)

Зв'язок між пограничною кривою і ФРЛ наступний [5]:

. (1.18)

Практика оцінок ОС в умовах їх велико-серійного виробництва показує, що характеризувати якість зображення функціональної залежністю недостатньо зручно і надмірно трудомістким. Потрібно охарактеризувати якість зображення одним числом. Таке число, зване критерієм якості зображення, отримують при аналізі обраної характеристики якості зображення або безпосередньо з самого зображення обраного тест-об'єкта.

1. Лінійний межа дозволу по Релею. Це один з перших критеріїв. Він був розроблений з появою телескопів і мікроскопів. Лінійний межа дозволу вимірюється як мінімальна відстань між двома точками об'єкта, при якому вони видно роздільно через оптичний прилад при безпосередньому спостереженні в високоякісний мікроскоп.

Визначимо лінійний межа дозволу за допомогою ФРТ і ОПФ. Якщо і - розподілу освітленості в двох роздільних зображеннях світяться точок, то при близькому розташуванні точок їх зображення частково накладаються і дають деякий сумарне розподіл освітленості.

Дві точки об'єкта розрізняються, якщо контраст в їх зображенні більше або дорівнює пороговому контрасту приймача. Якщо дозвіл відповідає критерію Релея, то центральний максимум першої точки накладається на перший мінімум другий точки. При цьому контраст в зображенні пари точок становить 22,5%.

2. Частотний критерій. На практиці роздільна здатність часто визначається за граничним кількістю ліній R, відтворюваних на 1мм довжини зображення:

(1.19)

де - задня апертура досліджуваної системи.

Величина дозволу показує, яку частоту можна відтворити при даній апертурі ідеальною системою, тобто системою, яка не має аберацій і формує сферичний хвильовий фронт.

Для оцінки по частотним критеріям користуються функцією передачі модуляції. Графіки МПФ дозволяють здійснити аналіз створюваного об'єктивом зображення і наочно показують, з яким контрастом передає об'єктив ту чи іншу просторову частоту.

Критерієм оцінки якості системи по МПФ служить точка перетину графіка МПФ і графіка контрастної чутливості приймача зображення.

Застосовуючи частотні критерії до об'єктивів, які будують зображення для подальшого розглядання (фото- і кіно-об'єктиви, телевізійні та проекційні системи), прагнуть до визначення числових співвідношень, що зв'язують результати вимірювань з суб'єктивною оцінкою якості зображення. При цьому критерії класифікуються відповідно до вимог, що пред'являються до зображення.

3. Роздільна здатність є зручним критерієм для оцінки об'єктивів, призначених для розрізнення малих деталей об'єкта. В даний час цей критерій використовується при контролі якості більшості кіно-фотооб'єктивів. Його обмеженість полягає в тому, що в багатьох випадках передача деталей, близьких до межі дозволу, не впливає вирішальним чином на оцінку зображення.

Відомі спроби використовувати для отримання критерію якості зображення середнє значення МПФ в сюжетно важливому інтервалі просторових частот. Наприклад, для малоформатних фотооб'єктивів приймають інтервал мм.

Критерій обчислюється за формулою

(1.20)

де - частота, прийнята в якості граничної на сюжетно важливому інтервалі.

Запропоновано також оцінювати якість зображення по МПФ, визначаючи значення контрасту на деякої критичної частоті . Найбільш поширеним є визначення при .

Існує ряд інших критеріїв, заснованих на математичній інтерпретації МПФ, проте до теперішнього часу дослідження з визначення переважного критерію не завершені.

4. Концентрація енергії в плямі розсіювання. Значення концентрації енергії плями розсіювання в гуртку заданого діаметра широко використовується в якості критерію оцінки якості астрономічних систем.

Строго кажучи, енергія розподілена по всій площині, в якій сформовано зображення світиться точки. Однак цей розподіл надзвичайно нерівномірно, і близько 84% всієї енергії, що пройшла через зіницю при відсутності аберацій, зосереджено в центральному максимумі дифракційної плями[4].

1.3 Оптична передавальна функція та метод її визначення

Оптична передатна функція (ОПФ) - це найбільш універсальний критерій, який повністю характеризує якість оптичної системи. Він показує, як оптична система відтворює різні просторові частоти [4]. Міжнародна система по стандартизації (ISO) прийняла його як основний для оцінки якості оптичної системи.

Формально ОПФ може бути отримана з рівняння процесу утворення зображення, записаного в частотній формі (див. формулу 1.2). Математично ОПФ є результатом Фур'є-перетворення функції розсіювання. Наприклад, Фур'є перетворення функції розсіювання для двовимірного об'єкту (точка, що світиться) наступне [4]:

. (1.21)

Для подальших перетворень можна скористатися формулою Ейлера, розклавши експоненту на косинус і синус складові:

. (1.22)

З урахуванням рівняння (1.25) для одновимірного об'єкту (тест-об'єкт - лінія, що світиться), перетворення Фур'є функції розсіювання виглядатиме таким чином:

(1.23)

У співвідношенні (1.26) існують дійсна і уявна частини, що є відповідно косинус і синус Фур'є-перетвореннями:

(1.24)

дійсна частина;

(1.25)

уявна частина.

З урахуванням цього визначити ОПФ можна на основі співвідношення:

. (1.26)

ОПФ можна представити у вигляді модуля і аргументу. Модуль ОПФ дорівнює:

. (1.29)

Модуль ОПФ має назву модуляційна передатна функція (МПФ).

Аргумент ОПФ назву фазова передатна функція (ФПФ), яка визначається із співвідношення:

. (1.30)

Фізично модуль ОПФ показує, з яким контрастом ОС відтворює різні просторові частоти. Його інколи називають частото-контрастною характеристикою, яка може бути визначена із співвідношення:

, (1.31)

де - контраст в площині зображення на просторовій частоті ; - контраст в площині предметів на тій самій просторовій частоті [4].

Зв'язок між максимальним і мінімальним значеннями яскравості в площині предметів для синусоїдальної міри і контрастом в площині предметів ілюструє рисунок 1.10.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.10 - Максимальне і мінімальне значення яскравості в площині предметів для синусоїдальної міри.

Аналітично ці залежності мають наступний вигляд:

просторова частота

; (1.32)

контраст в площині предметів [5]:

. (1.33)

Відповідно в площині зображення контраст визначається максимальним і мінімальним перепадами освітленості, як це показано на рисунку 1.11. При визначенні періоду відповідної гармоніки слід враховувати збільшення оптичної системи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.11 - В площині зображення контраст визначається максимальним і мінімальним перепадами освітленості.

Аналітичні співвідношення в площині зображення мають наступний вигляд [5]:

; (1.34)

, (1.35)

де збільшення оптичної системи.

Для двовимірного об'єкта з урахуванням наведених вище співвідношень ОПФ може бути записана в наступному вигляд [4]:

. (1.36)

Нормована модуляційна передавальна функція показана на рисунку 1.12 [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.12 - Нормована модуляційна передатна функція [4].

ФПФ показує як ОС впливає на початкові фази гармонік, що характеризують об'єкт. Для систем з осесиметричною аберацією ФПФ дорівнює нулю. У інших випадках початкові фази гармонік в площині зображення опиняються зрушеними відносно початкових фаз тих же гармонік площини предметів.

Нормована фазова передатна функція показана на рисунку 1.13 [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.13 - Нормована фазова передатна функція [4].

Перевага ОПФ перед іншими критеріями полягає в тому, що МПФ складної системи може бути отримана, як результат добутку МПФ окремих її елементів [4]:

(1.37)

Для виробничого контролю якості зображення що створюють оптичні системи по ОПФ використовують наступні числові критерії.

Роздільна здатність гранична просторова частота при визначеному значенні МПФ або пороговому контрасті. Значення лінійної роздільної здатності, яка визначена як співпадає із значенням отриманим із ФРТ.

Число Штреля S

, (1.38)

де - ОПФ безабераційної ОС; - ОПФ реальної ОС.

Для ОС з симетричними абераціями, коли ФПФ дорівнює нулю, для S отримаємо:

(1.39)

де i - значення МПФ для безабераційної і реальної систем.

Графічно величина може бути визначена як відношення площин, що обмежені вісями координат та кривими МПФ для реальної і безабераційної систем.

1.4 Висновки

1. Переваги непрямих методів полягають у тому, що вони дозволяють за відомою топографії відхилень фронту хвилі розрахувати більшість характеристик якості зображення (таких, як МПФ або функція концентрації енергії (ФКЕ)). Непрямі методи дають можливість визначити вплив конкретних спотворень хвильового фронту, що вносяться системою, на якість зображення.

2. Найбільш повно ОС характеризується ОПФ, а саме її МПФ та її аргументом ФПФ.

3. МПФ характеризує здатність ОС передавати різноманітні просторові частоти та дозволяє отримати інформацію про амплітудні зміни, внесені в ОС в просторово-частотний спектр зображення об'єкта. В математичному представленні МПФ являє собою модуль ОПФ, отриманої шляхом перетворення Фур'є від ФРТ або ФРЛ, які фактично, є імпульсним відгуком ОС.

4. Первинною інформацією для отримання МПФ є імпульсний відгук ОС , що отримується шляхом нормування розподілу освітленості в зображенні тест-об'єкта. Отримана функція є набором дискретних значень, взятих через перід . Величина вибирається на підставі теореми Найквіста - Котельникова (теорема відліків).

РОЗДІЛ 2. СТЕНДОВА АПАРАТУРА ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ОПФ

2.1 Стендова аппаратура для визначення ОПФ з гармонійним аналізом оптичного сигналу

Ці установки найбільш прості по конструкції, збираються на оптичній лаві і діють за принципом фотоелектричного фотометра. Для вимірювання МПФ на кожній просторовій частоті достатньо вимірювати модуляцію в зображенні синусоїдальної міри на цій просторовій частоті і поділити на модуляцію потоку випромінювання в самій мірі.

В установках такого типу ОС, що досліджується будує зображення тест- об'єкта простої форми (синусоїдальної міри), а розташований в площині зображення аналізуючий елемент (вузька щілина) пересувається в площині зображення послідовно вимірюючи максимальне і мінімальне значення освітленості. Схема установки представлена на рисунку 2.1 [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1 - Схема установки з гармонійним аналізом оптичного сигналу.

Установка містить: 1 - джерело світла; 2 - конденсор; 3 - світлофільтр, розрахований на спектральну область роботи випробовуваного об'єктиву; 4 - світлорозсіювач або молочне скло; 5 - тест-об'єкт; 6 - коліматорний об'єктив; 7 - випробовуваний об'єктив; 8 - проекційний мікрооб'єктив; 9 - аналізуюча (щілина) діафрагма; 10 - приймач променистої енергії (одноелементний); 11 - підсилювач; 12 - блок реєстрації; 13 - кроковий двигун, що забезпечує переміщення з блоком управління кроковим двигуном

Для того, щоб установка працювала за принципом гармонійного аналізу оптичного сигналу тест-об'єкт 5 повинен мати закон розподілу яскравості, що є гармонійною функцією. Враховуючи, що технологія створення таких тест-об'єктів складна, на практиці застосовують тест-об'єкти з прямокутним законом розподілу яскравості, як це показано на рисунку 2.2 [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.2 - Тест-об'єкт з прямокутним розподілом яскравості.

Закон розподілу яскравості такого тест-об'єкта має вигляд якій показаний на рисунку 2.3 [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.3 - Закон розподілу яскравості тест-об'єкта.

Закон розподілу яскравості при використанні прямокутних мір в частотному вигляді представляється декількома гармонійними складовими. Їх можна описати таким чином:

(2.1)

У площині зображення в частотному вигляді закон розподілу освітленості в цьому випадку виглядає таким чином:

(2.2)

При цьому вважається що ФПФ ОС, що досліджується дорівнює нулю. Тоді всі гармоніки мають максимальні амплітуди при x'=0, а мінімальні при . При цих значеннях x всі косинуси у формулі (2.2) дорівнюють відповідно +1та -1, тоді отримаємо [4]:

(2.3)

(2.4)

Коефіцієнт передачі контрасту на кожній просторовій частоті дорівнює:

(2.5)

Якщо зробити обчислення відповідно до виразу (2.5), то коефіцієнт передачі контрасту по прямокутній світі визначиться із співвідношення:

(2.6)

Використовуючи результати виміру МПФ по прямокутних мірах з просторовими частотами , , можна відповідно до формули Колтмена, за цими даними порахувати МПФ для синусоїдальної світи на просторовій частоті по формулі:

(2.7)

Недолік цього методу вимірів полягає в трудомісткості і неможливості отримувати результати в реальному масштабі часу.

2.2 Стендова аппаратура для визначення ОПФ з гармонійним аналізом електричного сигналу

До цих установок відносяться спеціалізовані стенди, які призначені для виміру ОПФ ОС в широкому діапазоні їх фокусних відстаней і полів зору. Періодична гратка тест-об'єкта або аналізатор пересуваються рівномірно або по визначеному закону. При цьому виконується гармонічний аналіз зображення тобто автоматично вимірюються амплітуди і фази змінних складових електричного сигналу для різних просторових частот.

Схема такої установки представлена на рисунку 2.4 [4].

Рисунок 2.4 - Схема установки з гармонійним аналізом електричного сигналу.

Установка містить: 1 - джерело випромінювання; 2 - конденсор; 3 - світлофільтр; 4 - молочне скло; 5 - призма-ромб; 6 - барабан, що обертається; 7 - колімаційний об'єктив; 8 - випробовуваний об'єктив; 9 - проекційний мікрооб'єктив; 10 - аналізуюча щілина; 11 - фотоприймач (частіше усього ФЕУ); 12 - підсилювач; 13 - аналізатор гармонік електричного сигналу; 14 - стабілізований привід обертання дзеркального барабана.

Дзеркальний барабан є циліндром, по твірній якого нанесені вузькі прямокутні прозорі штрихи у вигляді діафрагм. Крок штрихів багато більше, ніж ширина штриха . Закон розподілу яскравості, якщо узяти розгортку цього барабана, представлено на рисунку 2.5 [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.5 - Закон розподілу яскравості дзеркального барабана.

У комплект установки входять три змінні барабани із співвідношенням . Ширина штриха у всіх циліндрах однакова і дорівнює мм. Такій конструкції барабана відповідають просторові частоти ліній на міліметр.

При обертанні барабана перед аналізуючою діафрагмою 10 пробігає ланцюжок функцій розсіювання. В цьому випадку електричний сигнал фотоприймача містить змінні складові як основної частоти f1, тобто частоти слідування штрихів так і сигнали більш високих часових частот кратних до основної 2f1, 3f1 і т. д..

Зв'язок між електричними частотами електричного вихідного сигналу і просторовими оптичними частотами має наступний вигляд:

модульний передавальний інфрачервоний об'єктив

, (2.8)

де - просторова частота; - лінійна швидкість переміщення поверхні барабана.

Першій гармоніці сигналу відповідає просторова частота в зображенні =1 f1 / f2,де f1 і f2 фокусні відстані відповідно коліматорного і випробуваного об'єктивів. А більш високим гармонікам сигналу можна поставити у відповідність кратні просторові частоти 2, 3 і т. п..

Аналізатор гармонік 13 (рисунок 2.4) визначає амплітуди і фази усіх електричних складових вихідного сигналу, а потім з використанням співвідношення (2.8) переходять до просторових оптичних частот.

2.3 Стендова апаратура для визначення ОПФ з неперіодичним тест-об'єктом

Такі установки також використовують сканування зображення, що будується ОС яка випробується. Відмінністю від попередніх установок є те, що в них використовуються неперіодичний тест-об'єкти у вигляді точки, що світиться, або лінії. Розподіл яскравості тест-об'єкта у вигляді лінії, що світиться показано на рисунку 2.6 [4].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.6 - Розподіл яскравості тест-об'єкта у вигляді лінії, що світиться.

При цьому вважається, що. Такий закон розподілу яскравості має назву одиничного імпульсу. Функція називається дельта-функцією і позначається . Вона дорівнює нулю в усіх випадках, крім випадків, коли точка . При цьому площа імпульсу вважається кінцевою і дорівнює одиниці:

. (2.9)

Умова нормування має наступний вигляд:

(2.10)

Спектр цієї функції з урахуванням перетворення Фур'є має наступний вигляд:

. (2.11)

Враховуючи можливість розкладання з використанням формули Ейлера можна дійти висновку, що модуль ОПФ міститиме косинус-гармоніки, значення яких при рівні 1 для усіх просторових частот . Тобто спектр цієї функції містить усі гармоніки з амплітудою, рівною 1, а фазова характеристика такого сигналу дорівнює 0 для усіх просторових частот.(рисунок 2.7)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.7 - Спектральні характеристики одиничного імпульсу.

Схема установки з неперіодичним тест-обє'ктом представлена на рисунку 2.8.

Установка містить наступні елементи: 1 - джерело випромінювання (АЧТ); 2 - дзеркальний конденсор; 3,4 - набір змінних світлофільтрів, розрахованих на спектральні діапазони роботи випробовуваних об'єктивів; 5 - вузол щілинної діафрагми з можливістю її розвороту в горизонтальну і вертикальну площини; 6 - коліматорний (дзеркальний); 7 - випробовуваний об'єктив; 8 - проекційний мікрооб'єктив; 9 - мікробалометрична матриця; 10 - електронний блок; 11 - формувач відеосигналу; 12 - аналого-цифровий перетворювач; 13 - інтерфейс; 14 - комп'ютер, що виконує дискретне перетворення Фур'є і документує результати виміру; 15 - поворотний стіл для оцінки якості зображення по центру і по краях поля зору.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.8 - Схема установки з неперіодичним тест - об'єктом [4].

При проектуванні подібних установок враховують, що безперервні сигнали, що мають обмежений спектр цілком визначаються кінцевим числом значень на протяжному кінцевому інтервалі. Це положення знаходить підтвердження в теоремі Котельникова, яка сформульована наступним чином: якщо функція не містить частот більших ніж то вона повністю визначається шляхом завдання її координат в послідовних точках, віддалених одна від одної на відстань . Значення може бути розраховане заздалегідь на підставі конструктивних параметрів випробовуваного об'єктиву з формули

, (2.12)

де - діаметр вхідної зіниці об'єктиву;- фокусна відстань об'єктиву; довжина хвилі.

При застосуванні в якості фотоприймача багатоелементної мікробалометричної матриці необхідно вибрати збільшення мікрооб'єктиву згідно із співвідношенням:

, (2.13)

де - період дотримання пікселів мікробалометричної матриці.

В ході проектування стенду необхідно розраховувати допустиму ширину щілини тест-об'єкта. Якщо прийняти, що амплітудний спектр тест-об'єкта на просторовій частоті має амплітуду, що відрізняється від одиниці менш ніж на 5%, то вважають, що ширина діафрагми задовольняє умовам виміру, і її розмір визначається із співвідношення [4]:

, (2.14)

де - фокусна відстань коліматорного об'єктива.

Це положення ілюструє рисунок 2.9.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.9 - До визначення ширини діафрагми.

2.4 Коліматор, як основний пристрій вимірювального стенда

Основним блоком стенда для визначення МПФ є коліматор. В роботі запропонована схема неосьового коліматора, яка представлена на рисунку 2.10 [6]. Неосьовий коліматор конструктивно складається з двох дзеркал: головного параболічного неосьового коліматора та вторинного плоского дзеркала. Цей коліматор не має мертвих зон на головному дзеркалі із-за зміщення вторинного дзеркала за границі, що надходить на коліматор зображення (рисунок 2.10). Головне дзеркало виготовлене як несиметрична частина великого параболічного дзеркала (материнського дзеркала). Вторинне дзеркало виготовлене у вигляді плоского дзеркала в формі еліпса.

Рисунок 2.10 - Блок схема неосьового коліматора

Джерелами інфрачервоного випромінювання є любі матеріальні системи, які випромінюють електромагнітні хвилі інфрачервоної області спектру. Їх прийнято ділити на наступні групи:

Еталонні джерела випромінювання (штифт Нернста, глобар, моделі абсолютно чорного тіла);

Джерела випромінювання, що застосовуються для технічних цілей електричні лампи накалювання, стержньові і плоскості джерела з електричним нагрівом, джерела з газовим нагрівом, з електрично люмінесценцією, дугові лампи.

Лазери.

Природні джерела випромінювання (небесні тіла, земні ландшафти, атмосфера).

Джерела випромінювання, які необхідно виявити (кораблі, літальні апарати, промислові об'єкти) [7].

Часто для четвертої и п'ятої групи джерел ІЧ випромінювання застосовують терміни «фони» та «цілі» відповідно.

Моделі абсолютно чорного тіла широко використовують для абсолютної тарировки (градуювання вимірювальних приладів і регулюючих пристроїв) інфрачервоної апаратури різноманітного призначення. Абсолютно чорне тіло (АЧТ) - це поняття абстрактне; побудувати такий ідеальний випромінювач не можна. У практиці застосовають джерела з постійним по спектру коефіцієнтом випромінювання, величина якого небагато менша за одиницю. Такі джерела називають моделями або імітаторами АЧТ.

Отже, АЧТ -- фізична абстракція, що вживається у термодинаміці; тіло, яке цілком поглинає проміння (всіх довжин хвиль), що падає на нього. Не зважаючи на назву, АЧТ може випускати теплове випромінювання. Спектр випромінювання АЧТ визначається тільки його температурою. Практичною моделлю чорного тіла може бути порожнина з невеликим отвором і зачорненими стінками, оскільки світло, що потрапляє крізь отвір в порожнину, зазнає багатократних віддзеркалень і сильно поглинається. Глибокий чорний колір деяких матеріалів (деревного вугілля, чорного оксамиту) і зіниці людського ока пояснюється тим же механізмом. Термін АЧТ введений Густавом Кірхгофом у 1862 році [8].

У практичних конструкціях АЧТ зустрічаються різні по геометрії порожнини (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 - Форми порожнини чорного тіла [7].

а - конічна, б - клиновидна, в - циліндрична, г - циліндрична з гофруванням, д - сферична, е - циліндрична з випромінюванням через круглий отвір у боковій поверхні.

Сучасна модель АЧТ може бути побудована на ефекті Пельтьє. Ефект Пельтьє - це термоелектричне явище, при якому відбувається виділення або поглинання тепла при проходженні електричного струму у місці контакту (спаю) двох різнорідних провідників. В моделях АЧТ використовується Елемент Пельтьє - це термоелектричний перетворювач, принцип дії якого базується на ефекті Пельтьє. Ефект, зворотний ефекту Пельтьє, називається ефектом Зеєбека.

Принцип дії. В основі роботи елементів Пельтьє лежить контакт двох струмопровідних матеріалів з різними рівнями енергії електронів у зоні провідності. При протіканні струму через контакт таких матеріалів, електрон повинен отримати енергію, щоб перейти у більш високоенергетичну зону провідності іншого напівпровідника. При поглинанні цієї енергії відбувається охолодження місця контакту напівпровідників. При протіканні струму в зворотному напрямку відбувається нагрівання місця контакту напівпровідників, додатково до звичайного тепловому ефекту.

Перевагою елемента Пельтьє є невеликі розміри, відсутність будь-яких рухомих частин, а також газів і рідин. Зручне регулювання температур та мало нагрівається. При оберненому напрямку струму можливо як охолодження, так і нагрівання -- це дає можливість термостатування (забезпечує стабільність температури у системі) при температурі навколишнього середовища як вище, так і нижче температури термостатування.

Недоліком елемента Пельтьє є дуже низький коефіцієнт корисної дії, що веде до великої споживаної потужності для досягнення помітної різниці температур. Незважаючи на це, елементи Пельтьє знайшли широке застосування, так як без будь-яких додаткових пристроїв можна реалізувати температури нижче 0 ° C[9].

В таблиці 2.1 представлені технічні характеристики контролера моделі АЧТ-6И [10].

Таблиця 2.1

Характеристики	Значення
АЧТ	Діапазон температур, ?C	15 - 100
	Роздільна здатність, ?C	0,01
	Похибка установки температури, ?C	0,1
	Час виходу на встановлений режим, хв	3 - 4
Термометр	Діапазон вимірювальних температур, ?C	10 - 100
	Роздільна здатність, ?C	0,01
	Похибка відносних вимірювань температури в діапазоні +5?C, ?C	0,02
	Похибка абсолютних вимірювань температури, ?C	0,1
Загальні	Тип інтерфейсу зв'язку	USB
	Габарити керуючого блока, мм	225х200х85
	Габарити випромінювача, мм	150х170х100
	Час неперервної роботи	Необмежено

Коліматори також діляться на дві конфігурації: вертикальної та горизонтальної конфігурації.

В коліматорах вертикальної конфігурації фокальна площина коліматора знаходиться над дзеркалом коліматора. При використанні коліматора в системах по тестуванні тепловізорів[11], то поворотний пристрій зміни мір встановлюється над коліматором (в його фокальній площині). АЧТ знаходиться над пристроєм зміни мір.

Такий тип коліматорів дозволяє виготовити компактні по конструкції системи тестування (необхідно наявність невеликого вузького стола для розміщення коліматора). Це є також важливою перевагою коліматора вертикальної конфігурації. Системи тестування тепловізорів, які використовують коліматори вертикальної конфігурації, дозволяє досягнути більш рівномірного розподілу температури АЧТ, чим в системах, які використовують такі ж модулі, але використовують коліматори в горизонтальних конфігураціях.

Ця різниця у продуктивності чорного тіла обумовлена наявністю меншого коливання повітря у системах тестування з коліматорами вертикальної конфігурації.

...