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

Рисунок 2.12 - АЧТ з пристроєм зміни мір встановлених у системах тестування.

Коліматори вертикальної конфігурації більш компактні розміри і дозволяють створювати на своїй основі компактні тест-системи для використання їх в рішенні різноманітних задач. Тим не менше, горизонтальна конфігурація, дефокус знаходиться на одній і тій же висоті, що і оптична вісь. Використання такої конфігурації дозволяє зробити конструкцію тест-системи більш гнучкою, де всі модулі системи розташовуються на одному оптичному столі.

Змінення конфігурації коліматора технічно проста задача, досить повернути головний модуль (чорне тіло з пристроєм зміни мір) на 90°.

2.5 Висновки

1. Установки з гармонічним аналізом оптичного сигналу потребують складної конструкції тест-об'єкта та багато часу для проведення вимірювання, тому не можуть бути рекомендованими для оперативного вимірювання МПФ.

2. Установки з гармонійним аналізом електричного сигналу характеризуються складним вузлом джерела випромінювання, яке недоцільно використовувати при оцінці якості ІЧ-об'єктивів.

3. Коліматорний блок вимірювального стенда доцільно будувати на використанні децентрованої схеми з дзеркальним об'єктивом та джерелом випромінювання на основі моделі АЧТ, що використовує ефект Пельтьє.

4. Найбільш перспективною схемою вимірювального стенда є схема з неперіодичним тест-об'єктом та визначення МПФ за допомогою Фур'є-перетворення.

РОЗДІЛ 3. ОЦІНКА ПОХИБКИ ВИМІРЮВАННЯ МПФ

Для оцінки похибок вимірювального стенда за основу була взята схема з неперіодичним тест-об'єктом, яка приведена на рисунку 2.8.

Початкові дані:

Схема стенду з неперіодичним тест-об'єктом, що зображений на рисунку 2.8 призначений для вимірювання МПФ має наступні параметри:

- Фокусна відстань

- Діаметр вхідного зіниці мм;

- Збільшення мікрооб'єктива - ;

- Мікроболометрична матриця з розміром пікселя 25х25 мкм;

- Спектральний діапазон ;

- Діапазон вимірюваних просторових частот -

Похибка вимірювання МПФ на стенді буде складатися з наступних похибок:

Похибки коліматорного блока;

Похибки фотоприймального блока;

Похибки блока базування об'єктива та мікрооб'єктива.

Моделювання проводилося на безабераційній моделі об'єктива (), побудованої на параболічному дзеркалі і безаберраційній моделі мікрооб'єктива зі збільшенням , побудованої на двох параболічних дзеркал, а також на виведених теоретичних формулах.

Розглянутий діапазон просторових частот об'єктива , а частота Найквіста дорівнює

У площині зображення мікрооб'єктива (площину мікроболометричної матриці) розглянутий діапазон просторових частот буде лежать в межах Моделювання МПФ велось для

3.1 Похибки коліматорного блока

Похибка установки ширини щілини в фокальну площину коліматорного об'єктива --

Поздовжня точність установки щілини в фокальній площині коліматорного об'єктива - визначається чутливістю поздовжньої наводки і дорівнює:

(3.1)

Моделювання проводилося шляхом зміщення на і знаходження нової площині зображення шляхом зміщення фотоприймального пристрою.

Таблиця 3.1

Просторова частота,	МПФ, відносних од.	Абсолютна похибка визначення МПФ, від. од.
0	1,00000	-
10	0,94062	-
20	0,88138	-
30	0,82165	-
40	0,76169	-
50	0,70170	0
60	0,64293	-
70	0,58498	-
80	0,52794	-
90	0,47184	-
100	0,42129	-0,00006

Отже, похибка вимірювання МПФ через похибку установки щілини в фокальну площину коліматора становить

.

Похибка збільшення системи коліматорний об'єктив - випробувальний об'єктив при перерахунку її впливу на значення розміру зображення ширини щілини в фокальній площині випробувального об'єктива -

Так як в коліматорного об'єктива фокусна відстань , а випробуваний об'єктив , то в результаті перерахунку корекції через похибку збільшення коліматорний об'єктив-випробуваний об'єктив виникає похибка вимірювання МПФ

Графік абсолютної похибки збільшення коліматорний об'єктив - випробуваний об'єктив при перерахунку впливу щілини на МПФ представлений на рисунку 3.1.

Абсолютна похибка визначення МПФ. F = 85,77 мм

Рисунок 3.1 - Абсолютна похибка визначення МПФ

Графік відносної похибки збільшення коліматорний об'єктив - випробуваний об'єктив при перерахунку впливу щілини на МПФ представлений на рисунку 3.2

Відносна помилка визначення МПФ. F = 85,77 мм

Рисунок 3.2 - Відносна похибка визначення МПФ

Отже, абсолютна похибка вимірювання МПФ через похибку збільшення системи коліматорний об'єктив - випробуваний об'єктив при розмірі щілини в зображенні складає:

Похибка виготовлення коліматора -

Параболічне дзеркало коліматора має розмах деформації поверхні і середньоквадратичну деформацію на діаметрі Основний внесок в деформацію поверхні (80%) вносить астигматизм, тому моделювання деформації параболічного дзеркала було здійснено тільки коефіцієнтом Цернике С22, описує астигматизм, і відповідного виміряної деформації.

В результаті моделювання були отримані наступні величини коефіцієнтів передачі контрасту:

Таблиця 3.2

Просторова частота,	МПФ Меридіональне перетин	Абсолютна похибка визначення МПФ	МПФ Сагітальній перетин	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-	1,00000	-
10	0,94132	-	0,93952	-
20	0,88152	-	0,87982	-
30	0,82044	-	0,82004	-
40	0,75874	-	0,76022	-
50	0,69702	-0,00468	0,70034	-0,00136
60	0,63656	-	0,64174	-
70	0,57777	-	0,58338	-
80	0,52049	-	0,52580	-
90	0,46626	-	0,46979	-
100	0,41679	-0,00456	0,41593	-0,00542

Отже, похибка вимірювання МПФ через похибку виготовлення параболічного дзеркала-коліматора становить:

Похибка через нерівномірність засвічення вхідної зіниці коліматорного об'єктиву -

В результаті юстування стенду не може бути досягнута повна рівномірність засвічення вхідної зіниці дзеркала-коліматора. Моделювання проводилося завданням аподизації зіниці параболічного дзеркала-коліматора з коефіцієнтом аподизації , при цьому освітленість на краю зіниці становить 67% від освітленості в центрі зіниці.

В результаті моделювання були отримані наступні величини коефіцієнтів передачі контрасту:

Таблиця 3.3

Просторова частота,	МПФ	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-
10	0,94124	-
20	0,88116	-
30	0,82097	-
40	0,76155	-
50	0,70175	0,00005
60	0,64181	-
70	0,58430	-
80	0,52743	-
90	0,47125	-
100	0,41665	-0,0047

Отже, похибка вимірювання МПФ через похибки виготовлення параболічного дзеркала-коліматора становить:

3.2 Похибки фотоприймального блока

3.2.1 Компенсація нерівномірності чутливості

Використання ІЧ матричних приймачів потребують врахування неоднорідності чутливості окремих елементів матриці (пікселів) та компенсації цього фактору з цілю покращення якості отриманого зображення. Неоднорідність чутливості ІЧ матричних приймачів обумовлена [12]:

наявністю неробочих пікселів (bad pixels) у матриці (у якісних приймачів їх кількість складає 0,01%);

технологічними погрішностями при виготовленні матричних приймачів (різна геометрія пікселів та відповідно їх площина);

зміною у часі чутливість окремих пікселів матриці;

погрішності електронної обробки сигналів при зчитуванні.

З метою усунення неоднорідності чутливості проводиться корекція в результаті якої забезпечується отримання однакових вихідних сигналів з кожного пікселя при однаковому вхідній дії на кожен піксель.

На практиці застосовують дві основні групи Nonuniformity correction (NUC) методів:

методи, які використовують випромінювач з відомою температурою;

методи, які використовують сигнали від спостережуваної сцени;

1) У цій групі методів передбачається лінійна залежність вихідних сигналів пікселів з координатами i, j ІЧ матричного приймача від потоку випромінювання на вході в довільний момент часу (t):

(3.2)

де- вихідний сигнал, - вхідний сигнал, - коефіцієнт посилення (gain) або яскравість, - коефіцієнт зміщення (offset) або контраст.

В якості випромінювача використовуються абсолютно чорні тіла або заслінки / шторки з рівномірною температурою. Досліджувані ІЧ матричні приймачі в лабораторних умовах встановлюються впритул до чорного тіла з відомою температурою. Випромінююча поверхню чорного тіла створює в високого ступеня рівномірне випромінювання, яке направляється на ІЧ матричний приймач. У польових умовах використання чорних тіл для корекції чутливості неможливо або утруднено, в зв'язку з чим використовуються спеціальні конструкції ІЧ випромінювачів (шторки). Шторки можуть бути нагрітими до температур () і імітують роботу чорного тіла або бути зачорнені. В ході випробувань на кожен піксель матричного приймача потрапляє практичний рівний потік випромінювання від того чи іншого випромінювача. Відмінності в вихідних сигналах пікселів коригуються коефіцієнтами посилення і зміщення, згідно схеми представленої на рисунку 3.3 [12]:

Рисунок 3.3 - Принцип корекції неоднорідності чутливості інфрачервоних матричних приймачів

При використанні однієї точки (температури) корекції метод називається однокрапкового корекцією. Найбільш часто корекція нерівномірності чутливості ІЧ матричних приймачів проводиться по двох точках (),які обмежують діапазон робочих температур (метод двох точкової корекції). У цьому випадку корекції відбувається за лінійною схемою, а коефіцієнти підсилення і зсуву розраховуються наступним чином:

(3.3)

В результаті вихідний сигнал від пікселів матричного приймача в точках корекції набуває вигляду, наближений до ідеального вихідному сигналу.

В інших точках (при різних температурах) вихідний сигнал відхиляється від ідеального значення вихідного сигналу як показано на рисунку 3.4 [12].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.4 - Двох точкової метод

Щоб уникнути цього недоліку застосовують багатоточкові методи, де за допомогою збільшення кількості точок корекції домагаються більш точної відповідності реального і ідеального значення вихідного сигналу.

2) Методи, які використовують сигнали сцени спостереження, засновані на обробці спеціальними алгоритмами кадру або кадрів сцени, в поле зору матричного приймача. Кадром називається сцена, яка спостерігається за допомогою матричного приймача, при цьому інформація змінюється від кадру до кадру, а неоднорідність чутливості залишається постійним у всіх кадрах і в часі. Серед цих методів можна виділити дві групи:

фільтраційні;

статистичні.

1. Фільтраційні методи корекції неоднорідності чутливості покладена одновимірної і двовимірної фільтрації вихідних сигналів у часовій і частотній областях. У кадрі високочастотний сигнал відноситься до інформації про що спостерігається сцені, а низькочастотний - до інформації про неоднорідності чутливості. При віднімання низькочастотного сигналу від високочастотного відбувається корекція чутливості матричного приймача. Процес корекції показаний на рисунок 3.5 [12]:

Рисунок 3.5 - Часовий високочастотний фільтр

Співвідношення фільтрації:

(3.4)

де - вихідний сигнал після фільтрації, - вхідний сигнал,

- низькочастотний фільтр, який розраховується як:

(3.5)

де n - номер кадра.

Адаптивні фільтри - це нейронна модель, яка працює під управлінням алгоритму, що забезпечує настройку синаптичних ваг нейронів. Нейрон - одиниця обробки інформації.

Метою нейронної моделі є побудова одного вихідного сигналу невідомої динамічної системи з декількома вхідними на основі нейрона. Принцип обробки вхідних сигналів показаний на рисунок 3.6 [12].

Рисунок 3.6 - Принцип роботи нейронної моделі.

Алгоритм роботи нейронної моделі наступний:

Вхідні сигнали множаться на персональні коефіцієнти (синаптичні ваги).

Помножені на ваги вхідні сигнали підсумовуються.

Обчислюється сигнал помилки як відхилення вихідного сигналу від вихідного сигналу реальної системи , який ще називається цільовим сигналом (target signal)

(3.6)

Процес адаптації, що включає автоматичне підстроювання синаптичних ваг нейрона на основі сигналу помилки .

Алгоритм застосування сигналу помилки для корекції синаптичних ваг нейрона визначається функцією вартості, використовуваної конкретним методом адаптивної фільтрації.

2. Статистичні методи корекції неоднорідності чутливості матричних приймачів засновані на аналізі та використанні статистичних характеристик тепловізійних зображень, зокрема гістограм виділяються об'єктів, кластеризації, і т. п.. Найбільш поширені два статистичних методу: глобальної постійної статистики (Global constant statistic (GCS)) і локальної постійної статистики (Local constant statistic (LCS)).

Метод GCS заснований на лінійній реакції пікселя на вхідний вплив відповідно до формули (3.2). Також метод передбачає однакове середнє значення вхідного потоку від часу та однакове середньоквадратичне відхилення вхідного потоку потрапляє на всі пікселі ІЧ матричного приймача. Для цього необхідно, щоб всі пікселі спостерігали всі можливі значення освітленості сцени спостереження в часі. Сигнал спостережуваний від сцени спостереження буде дорівнює [12]:

(3.7)

де і розраховуються відповідно до формулами:

(3.8)

Тоді підставляючи (3.8) в (3.7) отримаємо::

(3.9)

де - нормоване значення коефіцієнта зсуву;

- нормоване значення коефіцієнта посилення;

- просторове усереднення сигналів всіх елементів ІЧ матриці.

Метод GCS дає необхідний результат тільки, коли всі пікселі ІЧ матричного приймача спостерігають однакове вхідний вплив. Поза лабораторних умов це складно піддається реалізації. З цієї причини метод LCS передбачає, що тимчасовий розподіл вхідного впливу постійно на кожному локальному пікселі, але неоднорідне за ІЧ матричному праймача. Сигнал сцени, так як і в методі GCS буде дорівнювати:

(3.10)

де та визначаються наступним чином:

(3.11)

(3.12)

де - високочастотна просторова компонента сцени спостереження;

- матриця ідентичності пікселів матриці.

Компенсація нерівномірності чутливості матричних ІЧ приймачів випромінювання є важливою науково-технічною задачею, вирішення якої присвячено багато публікацій у вітчизняній і зарубіжній літературі. Актуальність вирішення цієї проблеми пов'язана як з необхідністю підвищення точності вимірювань температури ІЧ радіометрами, так і з поліпшенням якості зображення тепловізійних приладів різного призначення.

3.2.2 Похибки базування фотометричного блоку

Похибка перпендикулярності щілини та рядка мікробалометричної матриці при перерахунку впливу щілини на МПФ -

Похибка установки щілини перпендикулярності мікробалометричної матриці призводить до збільшення розміру самої щілини в площині зображення і за своєю дією еквівалентна похибці установки розміру щілини. Величина зміни ширини щілини визначається за формулою:

(3.13)

Для моделювання було вибрано значення не перпендикулярність рівне і за формулами була розрахована відносна похибка виміру МПФ для кількох значень ширини щілини в зображенні. Для кожного конкретного випадку по відомим фокусної відстані і робочої довжині хвилі для безабераційного випадку можна розрахувати МПФ з теоретичної формулою. Це дає можливість підрахувати абсолютною похибку визначення МПФ. На рисунку 3.8 показана абсолютна похибка визначення МПФ.

Абсолютна похибка визначення МПФ.

Довжина хвилі 10 мкм. Кут відхилення

Рисунок 3.8 - Абсолютна похибка визначення МПФ

На рисунку 3.8 показана залежність відносної похибки вимірювання МПФ.

Відносна помилка визначення МПФ. Кут відхилення

Рисунок 3.9 - Відносна похибка визначення МПФ

Отже, абсолютна похибка вимірювання МПФ при не перпендикулярності щілини і мікробалометричної матриці рівній при розмірі щілини в зображенні складе:

Похибка установки фотоприймального пристрою в площину зображення мікрооб'єктива -

Фотоприймальний пристрій має можливість подовжнього переміщення за допомогою мікрометричного гвинта. Ціна поділки шкали зрушення мікрометричного гвинта - 0,01мм. З огляду на ціну поділки і люфти в конструкції приймемо похибку поздовжньої наведення фотоприймального пристрою в фокальній площині випробуваного об'єктива .

Моделювання проводилося шляхом зміщення фотоприймального пристрою на , дані представлені в таблиці 3.5

Таблиця 3.4

При зміщенні фотоприймального пристрої на

Просторова частота,	МПФ	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-
10	0,94153	-
20	0,88110	-
30	0,81884	-
40	0,75569	-
50	0,69251	-0,00919
60	0,63064	-
70	0,57096	-
80	0,51326	-
90	0,45932	-
100	0,41070	-0,01065

Таблиця 3.5

При зміщенні фотоприймального пристрої на

Просторова частота,	МПФ	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-
10	0,93877	-
20	0,87840	-
30	0,81801	-
40	0,75761	-
50	0,69716	-0,00454
60	0,63805	-
70	0,57901	-
80	0,52087	-
90	0,4644	-
100	0,409670	-0,01168

Отже, похибка вимірювання МПФ через похибку поздовжньої установки фотоприймального пристрою в фокальній площині випробуваного об'єктива становить:

Похибка не перпендикулярності рядка мікробалометричної матриці до оптичної осі мікрооб'єктива -

В результаті складання площину рядка мікробалометричної матриці може бути встановлено не перпендикулярно оптичній осі мікрооб'єктива фотоприймального пристрою або, в іншому випадку, сам фотоприймальний пристрій може бути обернений на деякий кут відносно оптичної осі випробуваного об'єктива. Припустимо, що загальний нахил мікробалометричної матриці щодо оптичної осі об'єктива становить Моделювання проводилося шляхом нахилу площини зображення.

В результаті моделювання були отримані наступні величини коефіцієнтів передачі контрасту:

Таблиця 3.6

Просторова частота,	МПФ Меридіональний перетин	Абсолютна похибка визначення МПФ	МПФ Сагітальній перетин	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-	1,00000	-
10	0,94065	-	0,94042	-
20	0,88141	-	0,88095	-
30	0,82167	-	0,82098	-
40	0,76170	-	0,76078	-
50	0,70169	0,0	0,70055	-0,00115
60	0,64292	-	0,64159	-
70	0,58496	-	0,58342	-
80	0,52793	-	0,52623	-
90	0,47285	-	0,47104	-
100	0,42135	0,0	0,41938	-0,00197

Отже, похибка вимірювання МПФ при не перпендикулярності рядка мікроболометричної матриці до оптичної осі мікрооб'єктива:

Похибка дискретизації через розміри пікселя рядка матриці - .

За допомогою матриці ми вимірюємо функцію розсіювання одного поперечного перерізу щілини. Ця функція є сумою функцій розсіювання точок на даному перетині. За рахунок кінцевих розмірів рядків матриці виникає похибка, обумовлена ??тим, що сигнал, який потрапляє на одну клітинку, усереднення, хоча на різні ділянки поверхні даного осередку можуть потрапляти різні за величиною сигнали. Похибка буде тим більше, чим більше лінійні розміри даного осередку.

Так як строчка матриці - дискретна система, то вона буде передавати зображення через кінцеве число дискретних точок, при цьому максимальна просторова частота, яка може бути однозначно перетворена, - це частота Найквіста, при якому кожен піксель строки матриці відповідає максимуму або мінімуму зображення. Тому прийнято виражати МПФ як функцію просторової частоти, нормованої на частоту Найквіста для кожної матриці, де частот Найквіста: (3.30)

МПФ мікробалометричної матриці є функцією від просторової частоти і дорівнює:

(3.14)

у стенді, що зображений на рисунку 2.8 застосована мікробалометрична матриця з розміром пікселя . Для цієї матриці похибка вимірювання за рахунок дискретизації приймача складе:

(3.15)

Графік похибки дискретизації представлений на рисунку 3.10.

Похибка дискретизації приймача

Рисунок 3.10 - Графік похибка дискретизації.

З рисунка видно, що похибка вимірювання МПФ за рахунок дискретного значення розмірів пікселя рядка матриці складає:

при застосуванні мікрооб'єктива

3.3 Похибки блока базування об'єктива та мікрооб'єктива

3.3.1 Похибки базування випробувального об'єктива

В роботі було поставлене завдання визначити які вимоги слід встановити при установці типових ІЧ об'єктивів в стенд для вимірювання МПФ, щоб похибка її визначення не перевищувала 5% [13]. Для досліджень були використані запатентовані схеми ІЧ об'єктивів з різними значеннями фокусних відстаней та кутів поля зору [14-16]. Похибка, вплив якої аналізувався, стосувалася можливого зсуву об'єктива вздовж вісі вимірювального стенда, що приводить до розфокусування фотоприймального аналізатора якості зображення.

Принцип вимірювання МПФ та основні теоретичні положення

Математично ОПФ, складовою якої є МПФ є Фур'є-перетворенням від ФРТ або ФРЛ. При визначенні ФРЛ за допомогою матричного приймача використовується дискретне Фур'є-перетворення згідно співвідношення [13]:

(3.16)

де: - період дискретизації значень ФРЛ; - нормоване значення ФРЛ; - номер відліку у масиві ФРЛ; - номер дискретного значення просторової частоти; - лінійна координата в площині зображення.

З урахуванням (3.16)та формули Ейлера МПФ, як модуль ОПФ дорівнює:

(3.17)

Вимірювання МПФ проводяться на стенді, схема якого представлена на рисунку 2.8.

У вимірювальних стендах для контролю зборки та юстування ІЧ-об'єктивів можуть мати місце дефокусування, тобто неточність у взаємному положенні випробувального об'єктива та площини аналізатора зображення. Ці дефокусування можуть призвести до помилкових результатів при вимірюванні МПФ та можуть бути сприйняті як результат похибки пов'язаної з зборкою об'єктива. МПФ при дефокусуванні випадку симетричної зіничній функції, може бути розрахована наступним чином [17]:

(3.18)

де - просторова частота у відносних одиницях, - дефокусування, - просторова частота в лініях/мм, - робоча довжина хвилі об'єктива,

- діафрагмове число, - порядок ф-ції Беселя

З (3.18) видно, що дефокусування має значний вплив на вимірювальну МПФ ІЧ-об'єктива.

Для визначення вимог до точності базування ІЧ об'єктивів при вимірюванні МПФ у стендах контроля якості збірки та юстуванні ІЧ об'єктивів було проведено комп'ютерне моделювання, яке дозволяє оцінити вплив дефокусування на похибку вимірювання МПФ. Для моделювання були взяті конструктивні параметри трьох типових ІЧ об'єктивів, які працюють в діапазоні довжин хвиль 8-12 мкм. Значення цих параметрів показані в таблицях 3.7 - 3.9 [14-16].

Таблиця 3.7

Конструктивні параметри випробувального об'єктива з мм, діафрагмове число, поле зору .

Номер поверхні	Радіус кривизни, мм	Товщина по осі, мм	Матеріал
R1	56,4	6,59	Ge
R2	85,0	5,42
R3	-23,0	3,59	Ge
R4	-26,658	43,32
R5	23,0	7,15	Ge
R6	27,0	8,19
R7	?	1,0	Ge
R8	?	2,366

Таблиця 3.8

Конструктивні параметри випробувального об'єктива з мм, діафрагмове число, поле зору .

Номер поверхні	Радіус кривизни, мм	Товщина по осі, мм	Матеріал
R1	55,56	6,59	ІКС25
R2	158,63	5,42
R3	505,84	3,59	ZnSe
R4	92,63	43,32
R5	20,65	7,15	ІКС25
R6	21,41	8,19

Таблиця 3. 9

Конструктивні параметри другого випробувального об'єктива змм, діафрагмове число, поле зору .

Номер поверхні	Радіус кривизни, мм	Товщина по осі, мм	Матеріал
R1	90,92	10,54	ІКС25
R2	291,28	8,88
R3	1017,81	6,13	ZnSe
R4	151,95	71,90
R5	30,92	5,55	Ge
R6	31,17	13,89

Моделювання проводилося з використанням програми ZEMAX. Розрахунки відхилень значення МПФ в залежності від розфокосувань проводилося на частоті Найквіста. Максимально допустимий зсув мікроболометричної матриці фотоприймального пристрою визначався з припущення, що похибка вимірювання МПФ не повинна перевищувати ±5% [13]. На рисунках 3.12-3.14 представлені графіки МПФ при розрахунковому положенні приймача і при можливих розфокусуваннях.

Рисунок 3.12 - Графіки МПФ при 1 - розрахункове положення приймача, 2 - при розфокусуванні в -0,026мм, 3 - при розфокусуванні в +0,018мм.



Рисунок 3.13 - Графіки МПФ при 1 - розрахункове положення приймача, 2 - при розфокусуванні в -0,005мм, 3 - при розфокусуванні в +0,007мм.

Рисунок 3.14 - Графіки МПФ при 1 - в розрахункове положення приймача, 2 - при розфокусуванні в -0,01971мм, 3 - при розфокусуванні в +0.0166мм.

Як видно з графіків, при похибці визначення МПФ на частоті Найквіста 5% допустимі розфокусування складають:

- для об'єктива з ,мм;

- для об'єктива з,мм;

- для об'єктива з,мм;

Похибка базування об'єктива у вимірювальному стенді суттєво впливає на результат вимірювання МПФ. Найбільш шкідливим є можливе пересування матричного приймача в напрямку до об'єктива який досліджується. Допустимі значення похибок базування знаходяться в межах від 0,005мм до 0,026мм при зсуві матриці до об'єктива і від 0,007мм до 0,018мм при зсуві в протилежному напрямку. Подальші дослідження будуть спрямовані на оцінку інших похибок вимірювального стенда.

3.3.2. Похибки мікрооб'єктива

Похибка збільшення мікрооб'єктива фотоприймального пристроя -

Так як об'єктив будує в площині мікробалометричної матриці збільшення зображення функції розсіювання від щілини, то похибка збільшення мікрооб'єктива впливатиме на значення величини передачі контрасту. На величину похибки збільшення мікрооб'єктива фотоприймального пристрої впливають похибки виготовлення самого мікрооб'єктива, похибка установки мікробалометричної матриці в задану площину. При моделюванні цієї похибки була взята величина від номінального збільшення.

В результаті моделювання були отримані наступні величини коефіцієнта передачі контрасту:

Таблиця 3.10

Збільшення

Просторова частота,	МПФ	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-
10	0,94008	-
20	0,88026	-
30	0,81994	-
40	0,75939	-
50	0,69881	-0,00289
60	0,63957	-
70	0,58108	-
80	0,52367	-
90	0,46831	-
100	0,41640	-0,00495

Таблиця 3.11

Збільшення

Просторова частота,	МПФ	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-
10	0,94121	-
20	0,88255	-
30	0,82340	-
40	0,76401	-
50	0,70459	0,00289
60	0,64627	-
70	0,58885	-
80	0,53221	-
90	0,47747	-
100	0,42630	0,00495

Отже, похибка вимірювання МПФ через похибку збільшення мікрооб'єктива фотоприймального пристрою становить:

Похибка виготовлення мікрооб'єктива -

Мікрооб'єктив у даній схемі вимірювань працює тільки точкою на осі. Вхідна апертура мікрооб'єктива (А=0,4) набагато перевищує вихідні апертуру випробуваного об'єктива, тому пропускає пучок променів без додаткової дифракції, в результаті чого МПФ мікрооб'єктива для всіх частот дорівнює 1. Мікрооб'єктив добре виправлені для точки на осі і мають число Штреля Основна похибка при виготовленні мікрооб'єктива - це кома, викликана децентріровкою, тому при розрахунку моделювалося похибка коми на повній апертурі, щоб число Штреля

В результаті моделювання були отримані наступні величини коефіцієнтів передачі контрасту:

Таблиця 3.12

Просторова частота,	МПФ	Абсолютна похибка визначення МПФ
0	1,00000	-
10	0,94063	-
20	0,88139	-
30	0,82163	-
40	0,76166	-
50	0,70164	-0,00006
60	0,64286	-
70	0,58489	-
80	0,52785	-
90	0,47277	-
100	0,42125	-0,0001

Отже, похибка вимірювання коефіцієнта передачі контрасту через похибку виготовлення мікрооб'єктива фотоприймального пристрою становить:

3.4 Висновки

1. Найбільшу похибку в коліматорному блоці вносить похибка вимірювання МПФ через похибку виготовлення параболічного дзеркала-коліматора, її абсолютне значення становить 0,00468 на =50 мм-1, та 0,00542 на =100 мм-1, менше впливає похибка через нерівномірність засвічення вхідної зіниці об'єктиву коліматора, її абсолютне значення становить 0,00005 на =50мм-1, та 0,0047 на 100 мм-1. Похибка установки ширини щілини у фокальній площині коліматорного об'єктива та похибка збільшення системи коліматорний об'єктив - випробувальний об'єктив при перерахунку її впливу на значення розміру зображення ширини щілини в фокальній площині випробувального об'єктива впливають не суттєво і ними можна знехтувати.

2. Похибки фотоприймального блока доцільно поділити на дві групи. Це нерівномірність чутливості пікселів мікроболометричної матриці. Методи корекції, що використовуються при цьому застосовують джерела випромінювання з відомою температурою. Вони мають той недолік, що корекція неоднорідності чутливості виконується в окремих точках графіка залежності потоку ІЧ випромінювання від температури. При цьому не враховуються такий фактор як часова залежність чутливості пікселів матриці від температури. Крім того, не враховується температурна залежність коефіцієнта випромінювальної здатності матеріалів від температури. Фільтраційні і статистичні методи істотно ускладнюють алгоритм обробки сигналу з матричного фотоприймача. Вони засновані на сигналах сцени і вимагають великої кількості кадрів для подальшого аналізу.

Друга група похибок це похибки базування фотометричного блоку. Найбільший внесок серед цієї групи вносить абсолютна похибка поздовжнього встановлення фотоприймального пристрою у площині зображення проекційного мікрооб'єктива, яка складає 0,00919 на =50 мм-1, та 0,01168 на =100мм-1 та абсолютна похибка дискретизації через розміри пікселя у рядку матриці, яка складає 0,00201 на =50 мм-1, та 0,00804 на =100 мм-1. Похибка перпендикулярності щілини та рядка мікроболометричної матриці та похибка не перпендикулярності рядка мікроболометричної матриці до оптичної осі мікрооб'єктива впливають не суттєво.

3. Похибка базування випробувального об'єктива у вимірювальному стенді суттєво впливає на результат вимірювання МПФ. Найбільш шкідливим є можливе пересування випробувального об'єктива в напрямку до матричного приймача. Допустимі значення похибок базування знаходяться в межах від 0,007 мм до 0,018 мм при зсуві випробувального об'єктива до фотоприймального пристрою, та від 0,005мм до 0,026мм при зсуві в протилежному напрямку.

4.Похибка вимірювання МПФ, через похибку виготовлення мікрооб'єктива фотоприймально пристрою не суттєва, нею можна знехтувати, чого не можна сказати про похибку вимірювання МПФ через похибку збільшення мікрооб'єктива фотоприймального пристрою відносне значення якої може становити 0,00289 на =50 мм-1, та 0,00495 на =100 мм-1.

РОЗДІЛ 4. РОЗРОБЛЕННЯ СТАРТАП-ПРОЕКТУ «ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ МОДУЛЬНО-ПЕРЕДАВАЛЬНОЇ ФУНКЦІЇ ІНФРАЧЕРВОНИХ ОБ'ЄКТИВІВ»

4.1 Опис ідеї проекту

Метод належить до оптичного приладобудування, зокрема до інфрачервоних об'єктивів, які широко використовуються при різному виробництві - металургійному, хімічному, машинобудівному (починаючи від автомобільного та закінчуючи авіаційною та космічною технікою), приладобудуванні, вимірювальній та навігаційній техніці. Даний метод буде цікавим підприємствам, які займаються виготовленням інфрачервоних об'єктивів та/або їх атестацією, а також корисний для студентів в навчальний цілях.

Таблиця 4.1

Опис ідеї стартап-проекту

Зміст ідеї	Напрямки застосування	Вигоди для користувача
Методи підвищення точності вимірювання модуляційної передавальної функції (МПФ) інфрачервоних об'єктивів	1. Оптичне приладобудування, зокрема для спеціальних об'єктивів	1. Простота методу (програми) у використанні при оцінці випробувальних об'єктивів
	2. Перевірка оптичних характеристик з реальними даними	2. Можливість застосування метолу (програми) для вже готових об'єктивів
	3. У навчальних цілях для студентів оптичних та оптико-електронних приладів	3. Навчитися оцінювати інфрачервоні об'єктиви

Таблиця 4.2

Визначення сильних, слабких та нейтральних характеристик ідеї проекту

№ п/п	Техніко-економічні характеристики ідеї	(потенційні) товари/концепції конкурентів	W (слабка сторона)	N (нейтральна сторона)	S (сильна сторона)
		Мій проект	Конкурент1	Конкурент2	Конкурент3
1	Економічні	1$	1000$	50$	3000$			+
2	Призначення (технічні)	Проста та мала за розміром програма	Велика та складна програма з багатьма непотрібними функціями	Відносно складна та велика програма	Складна та велика програма		+
3	Надійність	Ремонтопридатний	Довговічний	Ремонтопридатний	Гарантійний термін - 2 роки			+
4	Ергономічні	Зручний в управлінні, простота набуття навичок	Складність у набуті навичок	Складність у набуті навичок	Складність у набуті навичок			+
5	Транспортабельні	Через мережу Інтернет	Через мережу Інтернет	Через мережу Інтернет	Через мережу Інтернет		+

Сильна сторона ідеї проекту полягає у її дешевизні та простоті використанні в порівнянні з іншими конкурентами, слабкою стороною в свою чергу є те, що метод (програмне забезпечення) не є відомим продуктом в області оптичного приладобудуванні. Метод є зручним в управлінні та простоті в набутті навичок.

Тому найважливішими перевагами ідеї перед конкурентами є - дешевизна, простота, зручність в управлінні та простота в набутті навичок.

4.2 Технологічний аудит ідеї проекту

Таблиця 4.3

Технологічна здійсненність ідеї проекту

№ п/п	Ідея проекту	Технології її реалізації	Наявність технологій	Доступність технологій
1	Метод підвищення точності вимірювання МПФ інфрачервоних об'єктивів	Вимірювання модуляційної передавальної функції на базі мікробалометричної матриці	Наявні	Доступні
2	Програмне забезпечення	Оцінка якості інфрачервоних об'єктивів	Наявні	Доступні
Обрана технологія реалізації ідеї проекту: підвищення МПФ ІЧ об'єктивів

За результатами аналізу технологічного здійснення ідеї проекту, можемо зробити висновок, що реалізація проекту можлива. Обрана технологія реалізації - вимірювання модуляційної передавальної функції на базі мікробалометричної матриці.

4.3 Аналіз ринкових можливостей запуску стартап-проекту

Таблиця 4.4

Попередня характеристика потенційного ринку стартап-проекту

№ п/п	Показники стану ринку(найменування)	Характеристика
1	Кількість головних гравців, од.	4
2	Загальний обсяг продаж, грн/ум. од.	200 000$
3	Динаміка ринку (якісна оцінка)	Зростає (3% до 2020р.)
4	Наявність обмежень для входу	Відсутні
5	Специфічні вимоги до стандартизації та сертифікації	Відсутні
6	Середня норма рентабельності в галузі (або по ринку), %	13

Аналіз ринкових можливостей запуску стартап-проекту за попередньою характеристикою потенційного ринку стартап-проекту показав, що ринок є привабливим для входження за попереднім оцінюванням.

Таблиця 4.5

Характеристика потенційних клієнтів стартап-проекту

№ п/п	Потреба, що формує ринок	Цільова аудиторія (цільові сегменти ринку)	Відмінності у поведінці різних потенційних цільових груп клієнтів	Вимоги споживачів до товару
1	Точне вимірювання модуляційної передавальної функції інфрачервоних об'єктивів	Підприємства, що займаються оптичним виробництвом та атестацією інфрачервоних об'єктивів, навчальні заклади	Для точного вимірювання МПФ інфрачервоних об'єктивів необхідні спеціальні атестаційні стенди, методи вимірювання МПФ та спеціаліст з відповідними знаннями щодо проведення вимірювання	Приваблива ціна, швидкодія, результативність

Характеристика потенційних клієнтів стартап-проекту показала, що цільовою аудиторією є підприємства, що займаються оптичним виробництвом та атестацією інфрачервоних об'єктивів та навчальні заклади. Дана методика (програмне забезпечення) задовольняє вимогам потенційним споживачам товару.

Таблиця 4.6

Фактори загроз

№ п/п	Фактор	Зміст загрози	Можлива реакція компанії
1	Зменшення ціни на товар компаній-конкурентів	Конкуренти можуть знизити ціну на власну продукцію з метою залучення користувачів	Зміна моделі розповсюдження на donationware або adware
2	Простота у використанні методу (програмному забезпеченню)	Конкуренти можуть запровадити (винайти) новий/ або вдосконалити вже відомий метод (програмне забезпечення)	Вдосконалити свою продукцію.
3	Зниження доходів потенційних клієнтів	Зниження доходів може призвести до відмови від подібних продуктів або неможливості імпорту комплектуючих	Запровадження розповсюдження продукції за «підпискою»
4	Ноу-хау конкурентів	Конкуренти можуть створити зовсім інший підхід або метод	Вдосконалення або створення зовсім іншого продукту
5	Створення нових послуг конкурентами	Конкуренти можуть запровадити нові додаткові послуги до продуктів	Створення додаткових послуг, запровадження програми лояльності або знижок

Аналіз ринкового середовища показав фактори загроз, що можуть перешкодити впровадженню проекту, такими факторами є - конкуренти можуть зменшити ціну на власні методи (програмне забезпечення) та можливість винаходженню нового або вдосконалення старого методу (програмного забезпечення).

Таблиця 4.7

Фактори можливостей

№ п/п	Фактор	Зміст можливості	Можлива реакція компанії
1	Потреба клієнтів у дешевому методі (програмному забезпеченні)	Велика кількість споживачів потребує дешевого продукту	Встановлення обумовлено низької ціни
2	Досягнення лідерства на внутрішньому ринку	Зарекомендувати себе на ринку України як високоякісний продукт	Відносно вільний ринок держави, де розробляється продукт, дарує можливості з реалізації та технічної підтримки
3	Вихід на міжнародний ринок	Вийти на міжнародний ринок, залучення нових інвестицій	Збільшення фінансування за рахунок нових інвестицій
4	Розробка нових технологій	Вдосконалювати методу та збільшення функціональних можливостей	Вдосконалення продукту та його адаптація під новітні тенденції розвитку технологій
5	Підготовка спеціалістів	Проведення конференцій та тренінгів	Розроблення програм з підвищення кваліфікації

На сьогоднішній день одна з найголовніших потреб підприємств - це здешевлення витрат на виробництво та збільшення чистого прибутку підприємств, тому є велика кількість споживачів, що потребують у підвищенні точності при вимірюванні модуляційної передавальної функції.

Таблиця 4.8

Ступеневий аналіз конкуренції на ринку

Особливості конкурентного середовища	В чому проявляється дана характеристика	Вплив на діяльність підприємства (можливі дії компанії, щоб бути конкурентоспроможною)
1.Монополістична конкуренція	Галузь в основному є конкурентною, проте існує декілька явних лідерів	Показати недоліки монополіста, та на явну перевагу нашого методу (програмного забезпечення)
2. Світовий рівень конкурентної боротьби	Конкуренти з різних країн світу	Здобути першість в Україні
3. Внутрішньогалузева	Конкуренція спостерігається лише в галузі оптичного приладобудуванні	Зарекомендувати метод підвищення вимірювання модуляційної передавальної функції
4.Товарно-видова конкуренція	Конкуренція між методами одного виду	Першість у різних галузях приладобудуванні
5. Ціновий характер	Продукція дуже дорога	Зменшити вартість розробки
6. Марочний характер	Для споживачів має значення «бренд»	Популяризувати власну продукцію за рахунок безкоштовного розповсюдження або низької ціни

Ступеневий аналіз конкуренції ринку показав, що не дивлячись на високу конкуренції з боку монополіста, все рівно є шанси здобути першість в Україні за рахунок зменшення вартості на підвищенні вимірюванні модуляційної передавальної функції інфрачервоних об'єктивів у різних галузях оптичного приладобудуванні.

Таблиця 4.9

Аналіз конкуренції в галузі за М. Портером

Складові аналізу	Прямі конкуренти в галузі	Потенційні конкуренти	Постачальники	Клієнти	Товари-замінники
	ЦКБ «Арсенал», ДП «Ізюмський оптико-механічний завод-Хол...

Подобные документы

• Вимірювання: термінологія, прилади, похибки

  Основні характеристики, термінологія, види, системи одиниць і методи вимірювання. Класифікація і характеристика вимірювальних приладів. Практичні аспекти при виконанні робіт, зміст та визначення похибки вимірювання, класи точності вимірювальної техніки.
  
  реферат [234,2 K], добавлен 28.03.2009
  

• Оцінка результату і похибки прямих вимірювань

  Темою даної роботи є прямі вимірювання, їхній результат та похибки. Дві головні особливості для прямих одноразових вимірювань. Як проводиться вибір методу вимірювання. Оцінка результату і похибки. Об’єднання результатів декількох серій спостережень.
  
  учебное пособие [92,7 K], добавлен 14.01.2009
  

• Цифровий вологомір

  Огляд методів та приладів для вимірювання вологості. Розробка функціональної схеми вогогоміра. Рівняння перетворення та похибки квантування цифрового вимірювача параметрів електричного кола. Кондуктометричний і ємнісний методи вимірювання вологості.
  
  курсовая работа [40,1 K], добавлен 24.01.2011
  

• Основи теорії похибок вимірювань

  Теорія похибок вимірювання. Джерела складових похибки. Ознаки розрізнення похибки вимірювання. Різновиди похибок вимірювань за джерелом виникнення, за закономірністю їх змінювання. Випадкова та систематична похибка. Кількісні характеристики похибок.
  
  учебное пособие [109,3 K], добавлен 14.01.2009
  

• Методи і способи вимірювання діагностичних параметрів

  Діагностика електрообладнання автомобіля, вимірювання напруги в різних точках електричних кіл. Класифікація вольтметрів. Використання вимірювальних генераторів і вимірювання частоти сигналу. Функціональна схема електронно-рахункового частотоміра.
  
  реферат [62,1 K], добавлен 26.09.2010
  

• Вимірювання у волоконно-оптичних системах передачі

  Призначення та види вимірювань. Діючі стандарти та технічні умови оформлення параметрів та характеристик волоконно-оптичного зв'язку. Методи знаходження пошкоджень у ВОЛЗ. Вимірювання потужності оптичного випромінювання та геометричних параметрів ОВ.
  
  контрольная работа [115,2 K], добавлен 26.12.2010
  

• Паливомір, інваріантний до сорту палива

  Аналіз методів вимірювання рівня рідини. Прилади для вимірювання запасу палива, які використовуються в авіації. Розробка структурної схеми, вибір і розрахунок елементів паливоміра, нечуттєвого до сорту палива; оцінка похибки датчика; технічні вимоги.
  
  дипломная работа [4,9 M], добавлен 19.03.2013
  

• Сенсори кров'яного тиску

  Методи вимірювання артеріального тиску: аускультативний, пальпаторний, осцилометричний та прямий. Вимірювання артеріального тиску за допомогою датчиків тиску. П’єзоелектричні датчики, мікропроцесори та мікроконтролери. Датчики тиску дифузійного типу.
  
  реферат [895,0 K], добавлен 24.04.2015
  

• Розробка інформаційно-вимірювального комплексу для об'єкту екстракційної колони деасфальтизації

  Характеристика технологічного об'єкту деасфальтизації гудрону бензином (процес добен) як об'єкту контролю. Вибір та обгрунтування точок контролю. Підбір технічних засобів вимірювання. Розрахунок похибки каналу для вимірювання температури, тиску, густини.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 03.10.2014
  

• Визначення динамічних похибок вимірювань

  Характеристики точності та правильності вимірювань. Розв’язок диференціального рівняння другого порядку, що описує залежність вихідного сигналу засобу вимірювання від вхідного. Перехідна, імпульсна, амплітудно-частотна та фазочастотна характеристики.
  
  курсовая работа [295,3 K], добавлен 05.12.2009
  

• Синтез структури універсального вимірювального каналу ультрафіолетових фотодіодів

  Структура засобів і систем вимірювання ультрафіолетового випромінювання. Методи обробки сигналів багатопараметричних сенсорів. Основні режими роботи каналу вимірювання сигналів фотодіодів. Синтез узагальненої схеми вимірювального каналу системи.
  
  дипломная работа [1,7 M], добавлен 06.06.2014
  

• Оцінка результату вимірювання і його погрішності по нормованим метрологічним характеристикам засобів вимірювальної техніки

  Види вимiрювань. Метрологічні характеристики засобів вимірювальної техніки. Визначення меж приведеної погрішності (абсолютна, відносна і приведена погрішності). Правила округлення розрахованого значення погрішності і отриманого результату вимірювання.
  
  контрольная работа [104,4 K], добавлен 22.10.2010
  

• Дифузний випромінювач змінної яскравості

  Методи та засоби вимірювання характеристик фоточутливих елементів приймачів випромінювання, значення рівномірності яскравісного поля. Розробка дифузного випромінювача змінної яскравості; розрахунок системи параметрів виробу, визначення показників якості.
  
  дипломная работа [2,4 M], добавлен 15.03.2013
  

• Осцилоскопічні вимірювання

  Діагностування систем запалювання та електрозабезпечення за допомогою осцилографа. Осцилограми вторинної напруги послідовного та накладеного зображення. Осцилограми напруг на виході генератора, вимірювання час-амплітудних параметрів сигналів датчиків.
  
  контрольная работа [377,0 K], добавлен 26.09.2010
  

• Вимірювання роботи виходу електронів методом Кельвіна

  Робота виходу електронів з металу. Методи виміру роботи виходу електронів: по величині густини струму термоеміссії, за допомогою явища фотоефекту, через контактну різницю потенціалів, методами динамічного та статичного конденсатора, електронного пучка.
  
  курсовая работа [171,7 K], добавлен 24.12.2009
  

• Розробка тонометру

  Характеристика тонометру як медичного апарата, огляд методів вимірювання артеріального тиску. Порівняльний аналіз та класифікація різних типів цих приборів. Розробка конструкції автоматичного тонометра на плече. функціональної схеми приладу у цілому.
  
  реферат [1,1 M], добавлен 29.01.2014
  

• Космп’ютеризована вимірювальна система вимірювання залежності кутової швидкості від часу

  Огдяд методів вимірювання кутової швидкості. Розробка структурної схеми комп’ютеризованої вимірювальної системи вимірювання залежності кутової швидкості від часу. Розробка електричної принципової схеми для комп’ютеризованої вимірювальної системи.
  
  курсовая работа [259,2 K], добавлен 10.02.2010
  

• Будова і принцип роботи перетворювачів тиску

  Аналітичний огляд сучасних перетворювачів тиску. Розгляд основних методів вимірювання, традиційної конструкції перетворювача. Опис будови перетворювача тиску з герметизованою камерою, мембранно–важільного для вимірювання різниці і надлишкового тиску.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 21.12.2015
  

• Мікроелектронний пристрій обробки інформації

  Вимірювання напруги методом амперметра та вольтметра. Методи на основі подільників напруги. Порівняння напруг на зразковому та вимірюваному конденсаторах. Розрахунок похибки та вихідних каскадів при колекторній модуляції. Принцип роботи приладу.
  
  курсовая работа [655,7 K], добавлен 20.04.2012
  

• Ідентифікації емпіричної характеристики підсилювача постійної напруги

  Отримання аналітичного виразу для емпіричної характеристики підсилювача постійної напруги шляхом обробки результатів багаторазових вимірювань. Послідовність оцінювання похибки вивчення емпіричної залежності з урахуванням похибки засобу вимірювання.
  
  курсовая работа [2,5 M], добавлен 15.03.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам