Исследование и разработка неохлаждаемых тепловизионных средств обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Ковалев, Алексей Алексеевич

• Ковалев, Алексей Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ковалев, Алексей Алексеевич

Введение.

1. Анализ возможностей теплового метода по обнаружению удаленных слабоконтрастных объектов и определение путей построения поисковой аппаратуры.

1.1. Природа теплового излучения и основные помехи.

1.2. Радиометрические величины и их соотношения в ИК-диапазоне спектра.

1.3. Излучательная и поглощательная способности исследуемых материалов и наблюдаемых объектов в ИК-диапазоне спектра.

1.4. Прохождение ИК-излучения через атмосферу.

1.5. Выводы.

2. Расчет и анализ основных характеристик тепловизионных систем на основе твердотельных неохлаиедаемых многоэлементных матричных преобразователей.

2.1. Оптические системы тепловизионных камер.

2.2. Линейная фильтрация изображений, оптическая и общая модуляционная передаточные функции ОС тепловизоров.

2.3. Основные этапы и направления развития приемников ИК-излучения.

2.4. Структура и принцип работы современных твердотельных матричных приемников излучения.

2.5. Основные параметры приемников ИК-излучения тепловизионных систем.

2.6. Регистрация, считывание и первичная обработка сигналов неохлаждаемыми тепловизионными системами.

2.7. Выводы.

Определение обнаружительной способности тепловизоров на основе неохлаждаемых микроболометрических матриц.

3.1. Расчет излучательных параметров объектов, регистрирующих способностей ТВС и пропускания атмосферы по их структурно-функциональным моделям.

3.2. Критерии оценки эффективности использования наблюдательных тепловизионных систем.

3.3. Расчет зависимости вероятности обнаружения слабоконтрастного удаленного объекта от расстояния до него.

3.4. Выводы.

Тепловизионная аппаратура для обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов.

4.1. Классификация тепловизионных систем обнаружения и визуализации.

4.2. Пироэлектрические модули-преобразователи ИК-излучения Thermal-Eye 300D и Thermal-Eye 2000В.

4.3. Микроболометрические модули-преобразователи ИК-излучения Thermal-Eye серий 36xxAS и 45xxAS.

4.4. Портативные тепловизионные системы обнаружения на основе микроболометрических матриц.

4.5. Мобильные тепловизионные системы обнаружения на основе микроболометрических и пироэлектрических матриц.

4.6. Стационарные тепловизионные системы обнаружения и визуализации на основе микроболометрических и пироэлектрических матриц.

4.7. Наблюдательные тепловизионные системы, устанавливаемые на носителях.

4.8. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка неохлаждаемых тепловизионных средств обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов»

В основе тепловизионного метода контроля заложен принцип, заключающийся в том, что любые процессы, происходящие в окружающей нас природе и человеческой деятельности, сопровождаются поглощением и выделением тепла, изменяя внутреннюю энергию тела, которая в состоянии термодинамического равновесия пропорциональна температуре вещества. В результате этого процесса поверхности физических тел или объектов контроля приобретают специфическое температурное распределение, испуская при этом электромагнитное излучение, спектр, мощность и пространственные характеристики которого зависят в основном от температуры тела и его излучательной способности. Данное излучение принято называть инфракрасным (ИК) излучением.

Именно в невидимом человеческому глазу ИК-диапазоне спектра сосредоточена вся информация о собственном тепловом излучении или состоянии окружающих нас, в том числе удаленных или движущихся объектов, а также характере протекания тепловых процессов на подстилающей земной или водной поверхностях.

Одним из способов расширения возможностей человеческого зрения является создание технических средств, обеспечивающих визуализацию невидимых человеческим глазом изображений, создаваемых в широком спектре электромагнитного излучения. К наиболее распространенным в настоящее время средствам такого преобразования относятся инфракрасные системы (ИКС), преобразующие инфракрасное (ИК) излучение в видимое изображение. Распространенность ИК-систем обусловлена в основном тем, что в диапазоне температур, соответствующих наблюдаемым вблизи поверхности Земли, спектр собственного электромагнитного излучения объектов искусственного и естественного происхождения соответствует инфракрасной области.

Инфракрасное излучение, открытое У.Гершелем в 1800 году, проявляется своим тепловым действием, носит свое второе название — тепловое, и с учетом характеристик приемников излучения и так называемых «окон прозрачности» атмосферы, условно делится на четыре участка: ближняя ( длины волн 0.76 — 3.0 мкм), средняя ( 3.0 — 6.0 мкм), дальняя ( 6.0 - 15.0 мкм) и сверхдальняя область спектра (15.0 - 1000.0 мкм). Ряд авторов (Р. Хадсон, Дж. Ллойд, Ж. Госсорг) предлагают несколько иное деление ИК-спектра, однако во всех вариантах деления границы участков достаточно близки.

Аппаратурные средства, преобразующие инфракрасное излучение в видимое, в соответствии с рекомендациями ряда отечественных и зарубежных научно-технических организаций, занимающихся терминологией, принято называть: «инфракрасная система», «оптико-электронная система визуализации» и «тепловизионная система».

Возможность дистанционной регистрации излучаемых тепловых потоков, а на небольших расстояниях - также получения дополнительной информации о распределении температуры по поверхности и в объеме (особенно энергонасыщенных) объектов, позволяет не только их визуализировать, но и заблаговременно выявлять опасные очаги перегрева или скрытого возгорания, что в целом способствует предотвращению крупных аварий или пожаров, приводящих иногда к техногенным или экологическим катастрофам.

Одними из первых устройств, преобразующими ИК-излучение в видимое изображение, являются приборы ночного видения (ПНВ), предназначенные для наблюдения, прицеливания, сопровождения целей и пр. в сумерках и ночью. ПНВ появились в конце второй мировой войны и прошли к настоящему времени достаточно сложный путь развития, который можно разбить на ряд этапов [33], связанных с появлением определенных поколений ПНВ, которых к настоящему времени насчитывается три. Каждое последующее поколение отличалось от предыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, снижением массо-габаритных характеристик, увеличением времени работы, повышением стойкости к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ [35]. Главным признаком, по которому различаются поколения ПНВ, является их основной элемент — электронно-оптический преобразователь (ЭОП), осуществляющий преобразование невидимого для человеческого глаза изображения в видимое и усиление его яркости. ПНВ достаточно просты по конструкции и исполнению, обладают относительно низкой стоимостью, а их рабочий диапазон длин волн лежит в пределах 0.76-1.15 мкм, что соответствует ближней области ИК—спектра. При всей своей привлекательности ПНВ обладают рядом недостатков [74], к которым относятся: неработоспособность при воздействии интенсивных световых и пыледымовых помех; резкое снижение дальности видения при ухудшении прозрачности атмосферы (дымка, туман, дождь, снегопад и т.п.); сильная зависимость дальности видения от уровня естественной ночной освещенности и светотехнических контрастов объектов наблюдения на окружающих их фонах.

Перечисленных недостатков лишены тепловизионные системы наблюдения, которые могут работать при воздействии большинства световых помех, при значительных уровнях воздействия пыли, дыма и при пониженной прозрачности атмосферы. Их дальность видения практически не зависит от светотехнических контрастов и от уровня естественной освещенности. Рабочий диапазон длин волн тепловизионных систем лежит в интервале 3.0 - 15.0 мкм, что соответствует зоне максимальной интенсивности собственного излучения различных объектов при нормальных температурах.

Возможностям тепловизионных систем, обеспечивающим как выявление внутренних дефектов в объектах контроля, так и решение проблем ночного видения», обнаружения скрытых или замаскированных объектов, а также осуществления поисковых мероприятий в сложных метеоусловиях, посвящено достаточно большое количество монографий, справочников, статей в научных и научно-популярных журналах, докладов на научных конференциях [6, 9, 16, 20, 23, 26, 28, 29, 31, 39, 52, 58, 60, 75, 86]. Общепринято мнение специалистов, работающих в ИК-области и высказанное одним из них, заключающееся в том, что «возможности ИК-техники ограничены только нашим воображением».

Известно, что достоинства ИК-техники, заключающиеся в ее высокой чувствительности и широких функциональных возможностях, в полной мере могут быть реализованы в стационарных и мобильных компьютеризированных системах. Однако для решения достаточно большого объема поисково-досмотровых задач, к которым, в частности, можно отнести и задачу обнаружения слабоконтрастных объектов на больших расстояниях, необходима портативная, автономная техника, обладающая достаточной чувствительностью и рядом функций, реализация которых требует использования компьютерных или процессорных средств.

Инфракрасные системы, и, в частности, наиболее распространенные мобильные неохлаждаемые тепловизионные средства наблюдения и контроля, в последние годы привлекают все возрастающее внимание как разработчиков, так и огромного числа специалистов различного профиля для эффективного решения ряда важных научно-прикладных, чисто дефектоскопических, поисковых и других задач.

Новый повышенный интерес к мобильным автономным тепловизионным средствам в настоящее время обусловлен появлением на рынке высокоинформативных матричных неохлаждаемых ИК модулей третьего поколения и существенно возросшими потенциальными возможностями программного (особенно автоматизированного) компьютерного анализа формируемых их мультиплексорами изображений, обеспечивающего при этом резкое увеличение объемов обрабатываемой информации в реальном масштабе времени. Это привело к качественно новому уровню развития оптико—электронных технических средств всепогодного наблюдения и контроля.

Производством таких технических средств занимаются ряд зарубежных («Flir Systems», «Thermal-EYE», «Fort imaging system», «1СМ») и отечественных (ЗАО НИИИН МНПО «Спектр», НПЦ «Спектр-АТ», ТАСК-Т, «ИРТИС») фирм. Со второй половины 90-х годов XX столетия в неохлаждаемых инфракрасных системах стали применять многоэлементные двумерные матричные приемники излучения (МПИ). ИКС на основе МПИ получили название «смотрящие» системы, а режим их работы принято называть «смотрящим».

С расширением объема и усложнением решения поисково-досмотровых задач, вызванных повышением требований комплексной безопасности различных объектов и людей, а также необходимостью улучшения уровня достоверности результатов наблюдения, обнаружения и идентификации объектов поиска, весьма явно проявилась тенденция необходимости и актуальности совершенствования портативных ИК-систем и создание такой аппаратуры «под задачу».

Более того, совершенствование и создание новых видов ИК-техники обусловлено необходимостью развития военной и специальной техники, требующейся для усиления борьбы с контрабандой оружия, наркотических средств, нелегальной миграцией и другой противозаконной деятельностью. Эти факторы, наряду с возрождающимся национализмом, милитаристическим и экстремистским исламом, распространением коррупции, бездействием правоохранительных органов и разгулом преступности являются питательной средой, на которой буйно расцветает международный терроризм - основная угроза национальной безопасности.

Работы над созданием и совершенствованием такой техники, как уже отмечалось выше, получили новый импульс в начале 90-х годов ХХ-го столетия. Это было вызвано с одной стороны появлением новых высокотехнологичных средств преобразования ИК-излучения, а с другой — необходимостью создания широкофункциональных технических средств для борьбы с нарастающей террористической угрозой. Зарубежными лидерами в создании тепловизионных средств поиска являются фирмы FLIR и L-3 Communications. В России задачу создания тепловизионной техники решают такие предприятия как ФНПЦ НПО ГИПО (г.Казань), ГУП ПО «НПЗ» (г.Новосибирск), ПО ЗОМЗ (г.Сергиев Посад), НИИИН МНПО «Спектр» (г.Москва), ФГУП «Циклон» (г.Москва) и ряд других, но разработку портативных, автономных неохлаждаемых поисково-досмотровых тепловизионных средств осуществляют практически две структуры -«Циклон» и «Спектр».

Коллектив сотрудников НИИИН МНПО «Спектр» занимается разработкой тепловизионных неохлаждаемых приемников с начала 80-х годов ХХ-го столетия, а автор присоединился к решению этой проблемы в 2002 году. В исследованиях и получении результатов, отраженных в настоящей работе, вместе с автором принимали непосредственное участие В.Г.Федчишин, А.В.Ковалев, А.С.Студитский, А.Г.Кекин, С.В. Садков, Е.В.Самарин и другие сотрудники, не упомянутые в этой работе, но которым автор благодарен за помощь и поддержку.

Проводимые нами исследования были направлены на создание портативных, автономных, неохлаждаемых поисково-досмотровых тепловизионных средств, обладающих высокой чувствительностью и широкими функциональными возможностями при высокой степени защищенности от внешнего воздействия (пыль, влага, удары, тряска и т.п.), удобных, простых и надежных в эксплуатации. Немаловажным требованием была необходимость достижения оптимальной величины критерия «цена — качество - функциональные возможности».

Такая цель требовала детального анализа возможных средств преобразования ИК—излучения и выбора конкретного типа, расчета параметров и обнаружительных характеристик создаваемых технических у средств при использовании различных преобразователей и оптики, разработки структурно-функциональных схем и алгоритмов работы аппаратуры поиска, синтеза принципиально новых электронных схем, разработки конструкции, выбора и оптимизации технологии производства и, наконец, создание программного обеспечения для встраиваемых процессорных средств и компьютерной техники, которая может использоваться в работе с поисковыми средствами, расширяя их функциональные возможности и сферу применения.

Основы тепловидения, закономерности и теплофизические соотношения, а также требуемые и практически реализованные технические характеристики созданных в разное время различных тепловизионных систем заложены, сформулированы и исследованы рядом таких ведущих ученых и специалистов (под их руководством или при их участии), авторов известных книг, монографий и брошюр, как Р. Хадсон, Дж. Ллойд, Ж. Госсорг, М. М. Мирошников, В. П. Вавилов, О. Н. Будадин и многих других, внесших ценный вклад в развитие тепловизионных систем.

Однако это быстро развивающееся перспективное направление в научно-техническом и методологическом плане не всегда в достаточном объеме, лаконичной и доступной форме для любого уровня специалистов, освещается в отечественных и зарубежных публикациях, которые зачастую неоправданно изобилуют излишними теоретическими выкладками, а также утяжеляются всеобъемлющей и многоплановой тематикой в ущерб практически используемой и полезной для работы информации.

Проводимые нами исследования были направлены на создание такой неохлаждаемой тепловизионной поисково-досмотровой аппаратуры, которая обладала бы перечисленными выше параметрами, являлась оптимальным индивидуальным средством поиска и наблюдения при проведении поисковых, поисково-спасательных и специальных операций, обеспечивая возможность круглосуточного и всепогодного наблюдения за расположением или перемещением людей и техники, обнаружения скрытых и замаскированных объектов, оценки степени их маскировки и т.п.

Следует отметить, что в НИИИН МНПО «Спектр» (г. Москва) накоплен многолетний опыт теоретических и экспериментальных исследований в области создания мобильных неохлаждаемых тепловизионных средств наблюдения и контроля, разработки и производства нескольких модификаций неохлаждаемых тепловизоров на базе пировидиконов и твердотельных матричных модулей с мультиплексорами (серии «ТН -.», «Катран», многоканального «Зонд» и др.), а также научно — методической деятельности.

Это послужило автору основной предпосылкой для обобщения проведенных МНПО «Спектр» исследований с дополнительным использованием упомянутых выше теоретических и научно-прикладных основ, а также справочного и информационного материала.

Объектом исследования в настоящей диссертационной работе являются неохлаждаемые тепловизионные системы, применяемые для решения задач обнаружения и визуализации слабоконтрастных удаленных объектов.

Предмет исследований — установление закономерностей формирования и преобразования информации в модели, включающей: объект поиска (источник первичной информации) — пространство между объектом поиска и приемником (как барьер) - преобразователь ИК излучения — блок преобразования, обработки и отображения визуальной информации — оператор при проведении работ в нестационарных и полевых условиях.

С учетом изложенного, в настоящей диссертационной работе была поставлена следующая цель - исследование и разработка тепловизионных портативных неохлаждаемых средств обнаружения и визуализации для последующей диагностики удаленных слабоконтрастных объектов на фоне различного рода помех.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: рассмотрены и проанализированы основные помехи, влияющие на передачу теплового излучения объектов, величины и их соотношения в ИК-диапазоне спектра, характеризующие тепловой поток, а также определены основные направления разработки и исследования новых ТВС с улучшенными характеристиками; определены, проанализированы и систематизированы основные теоретические положения и практические рекомендации, необходимые для разработки высококачественных оптических систем, блоков регистрации, преобразования, считывания и первичной обработки сигналов от обнаруженных объектов; проведены расчет характеристик разработанных ТВС и экспериментальные исследования их обнаружительной способности в различных внешних средах с учетом влияния фоновых факторов, а также выбран критерий и метод расчета вероятности обнаружения различных объектов на равноизлучающем фоне; сопоставлены с теоретическими расчетами и проанализированы результаты, полученные при экспериментальной апробации разработанных ТВС на объектах различных типов, на основании чего были сделаны выводы о применимости тех или иных систем для решения поставленных задач и о влиянии внешних факторов на вероятность обнаружения соответствующих объектов; приведено описание разработанных ТВС на основе неохлаждаемых матриц и результаты их практического применения.

Относительно методологии работы следует сказать, что выполнение научных исследований проводилось с использованием вероятностных методов, а также методов спектрального анализа и математической физики. Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждена соответствующими экспериментами по обнаружению ряда объектов различных классов в меняющихся условиях внешней среды с использованием разработанных ТВС и сопоставлением полученных экспериментальных данных с теоретическими результатами.

Научная новизна работы заключается в следующем: получен математический аппарат для расчета основных блоков (блока оптической системы, а также регистрации, считывания и обработки информации) тепловизионных средств обнаружения и визуализации удаленных слабоконтрастных объектов; разработан матричный приемник излучения с накоплением сигналов; адаптирована матричная схема считывания сигналов с координатной выборкой под неохлаждаемые приемники излучения тепловизионных средств обнаружения и визуализации удаленных слабоконтрастных объектов; получена упрощенная формула расчета соотношения сигнал/шум на выходе приемника излучения, используемая при определении вероятности обнаружения удаленных слабоконтрастных объектов; определены зависимости обнаружительной способности ТВС от влияния внешней среды и типа обнаруживаемых объектов, позволившие выявить наиболее значимые при решении поставленных задач характеристики неохлаждаемых ТВС.

Практическая значимость:

1. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработаны новые, более совершенные неохлаждаемые тепловизионные средства с улучшенными характеристиками обнаружения и визуализации, которые по своим тактико-техническим данным не уступают зарубежным аналогам.

2. Даны рекомендации по проектированию ТВС с матричными приемниками излучения.

3. Разработана методика экспериментального определения обнаружительной способности ТВС для различных типов объектов с учетом влияния мешающих факторов.

Достоверность теоретических результатов находится в достаточной точности для использования их в практических разработках, подтверждена аппаратной реализацией в аппаратурных средствах, внедренных в системах и комплексах, принятых на вооружение и снабжение правоохранительных органов и структур Государственной безопасности.

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований соискателя использовались ЗАО НИИИН МНПО «Спектр», НПЦ «Спектр-АТ» и фирмой ТАСК-Т при создании ТВС «Катран-3» (портативный тепловизор), СПЛИТ (устанавливаемый на носителях), «Скат» (мобильный) и «Спектр» (стационарный).

В данной диссертационной работе в доступной форме изложены физические основы тепловидения, а также последовательно рассмотрены прикладные вопросы и приложены справочные данные с позиций удобства их практического использования.

В процессе работы над диссертацией было рассмотрено, проанализировано и обобщено большое количество материала из монографий, статей, рефератов, проспектов и т. п., часть из которых вошла в библиографию.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Ковалев, Алексей Алексеевич

3.8 Выводы

По разработанным системам, в частности, по их структурно-функциональным особенностям и алгоритмам работы, в процессе их апробации и дальнейшей эксплуатации в различных силовых и гражданских ведомствах, при проведении спасательных, антитеррористических и военных операций, можно сделать следующие выводы:

• отсутствие охлаждения делает тепловизоры на основе неохлаждаемых приемников излучения (микроболометрах и пиро- либо сегнетоэлектриках) экономичными по потребляемой мощности, более легкими и более дешевыми, чем охлаждаемые тепловизоры;

• принципиальным отличием пироэлектрика от микроболометра является то, что он реагирует не на абсолютное значение температуры, а на ее изменение. В связи с этим для нормального наблюдения требуется периодическое «выравнивание» потока излучения, попадающего на матрицу. Это осуществляется за счет периодического перекрытия потока излучения. Благодаря периодическому перекрытию потока излучения вдвое снижается тепловая нагрузка на приемные элементы,: поэтому пироэлектрические приемники более устойчивы к воздействию постоянных мощных источников излучения;

• тепловизоры на основе микроболометрических матриц (МБ-системы) . способны выходить на рабочий режим за несколько секунд, что особенно важно, если наблюдение ведется в боевых условиях;

• МБ-системы, по сравнению . с другими неохлаждаемыми системами, например на пироэлектрических приемниках излучения;, могут работать без механических модуляторов, обеспечивая себе бесшумность функционирования, тем самым не обнаруживая себя в условиях' скрытого наблюдения;

•• ' МБ-приемники излучения чувствительны- в. широком спектральном диапазоне; Практически пока используется наиболее распространенный! средневолновый диапазон 8. 13 мкм, но МБ-системы потенциально пригодны для.;изготовления перспективных многоспектральных систем;

• в отличие от оптико-механических систем сканирования^. содержащих большое число движущихся- деталей, матричные тепловизоры с электронным сканированием, к которым относятся МБ-системы и системы с. ППИ;. фактически являются передающими телевизионными системами. ИК-диапазона, что позволяет формировать.изображение на экране тепловизора в реальном времени;

•■>. выпуском микроболометрических матриц, модулей и камер занимаются! более 25 фирм в различных странах: США, Канаде, Франции, Швеции,. Японии, Австрии, а также Германии и Великобритании, что исключает возможность образования дефицита на рынке микроболометров;

• в России применение БПЛА как поискового средства, в том числе и в целях регулярного наблюдения участков государственной границы, пока носит характер опытной'эксплуатации. Это зависит от. многих причин, в;том числе, и от решения проблемы получения стабильного изображения контролируемых площадей, поскольку полет легкого летательного аппарата на приземных высотах связан с достаточно ощутимыми вибрациями и непроизвольным изменением направления полета, высоты, крена и т.п., что усложняет наблюдение и анализ получаемых изображений. Высокая турбулентность атмосферы в приземном слое и небольшой вес летательного аппарата требуют поиска различных способов и алгоритмов получения стабильного изображения контролируемых объектов или пространств с целью их последующей обработки и анализа. Такая работа в настоящее время ведется и положительные результаты ожидаются в самое ближайшее время.

В заключение следует сказать, что в последние годы тепловизионная техника бурно развивается, обеспечивая появление, с одной стороны, практически универсального диагностического средства, а с другой, благодаря своим функциональным возможностям, превращается в ключевой элемент, определяющий тактико-технические характеристики новых видов вооружений, военной техники и специальных поисково-досмотровых средств.

162

Заключение

В данной диссертационной работе был подробно описан процесс разработки и создания современных тепловизионных средств обнаружения слабоконтрастных удаленных объектов, способных эффективно решать текущие задачи антитеррористической и криминалистической диагностики, проводить поисковые, досмотровые и другие виды как гражданских, так и военных операций, выполняемых различными государственными структурами и ведомствами. Цель, поставленная в диссертационной работе, достигнута, а поставленные задачи решены в полном объеме.

В процессе работы над диссертацией автором были решены следующие важные теоретические, технические и научно-практические задачи:

1. Путем анализа возможностей теплового метода определены пути построения тепловизионных систем обнаружения удаленных слабоконтрастных объектов.

2. На основе современного математического аппарата выполнен расчет и анализ основных элементов тепловизионных систем с применением твердотельных неохлаждаемых многоэлементных матричных преобразователей: высококачественных оптических систем, блоков регистрации, преобразования, считывания и первичной обработки сигналов от обнаруженных объектов, а также разработаны матричный приемник излучения с накоплением сигналов и адаптированная матричная схема считывания сигналов с координатной выборкой.

3. Проведенные экспериментальные испытания разработанных автором тепловизионных устройств, заключающиеся в решении задачи обнаружения слабоконтрастных объектов разных типов на равноизлучающем фоне при различных условиях внешней среды, подтвердили достоверность теоретических и практических положений, выдвинутых и использованных автором при проектировании неохлаждаемых тепловизионных систем.

4. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые современные ТВС: «Спектр», «Скат», «СПЛИТ», «Спрут» которые уже внедрены в серийное производство и активно используются как гражданскими, так и военными государственными структурами для решения задач обнаружения и визуализации объектов.

Глубина и широта проведенных в работе исследований, а также полученные научные и практические результаты, позволяют говорить о том, что наработанный автором теоретический и практический материал по созданию систем неразрушающего тепловизионного контроля может быть использован как для создания перспективных измерительных тепловизоров, так и при разработке многоспектральных систем теплового контроля.

Результаты диссертационной работы были использованы при разработке тепловизионных устройств в НИИИН МНПО «Спектр», НИЦ

Спектр-АТ» и компании ТАСК-Т.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Патент на промышленный образец №54336 от 16.04.2004 г. Настольный криминалистический комплекс (Генетика 02)/ Ковалев А.А., Ковалев А.В., Хныков Ю.А., Студитский А.С., Поляков Ю.А.

2. Ковалев А.А., Федчишин В.Г., Студитский А.С. и др. Возможности неохлаждаемой тепловизионной аппаратуры по диагностике энергонасыщенных объектов и промышленного оборудования/ Русский инженер, 2006, №1. С. 24-27.

3. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Возможности методов неразрушающего контроля. Часть 1/ Мир и Безопасность, 2007, №2. С. 21-26.

4. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Возможности методов неразрушающего контроля. Часть 2/ Мир и Безопасность, 2007, №3. С. 10-15.

5. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Возможности тепловизионного метода неразрушающего контроля в решении антитеррористических задач/ Специальная техника, 2007, №6. С. 12-24.

6. Ковалев А.А., Хныков Ю.А., Федотов А.В., Баранов М.Е. Мобильный комплекс для диагностики поверхностей диэлектрических материалов/ Труды Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». С.-Петербург, 9-12 сентября 2002 г. С. 37.

7. Ковалев А.А., Садков С.В., Понамарев М.А. Лазерная локация удаленных световозвращаюших оптических объектов/ Труды 4-ой Международной выставки и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва, 17-18 мая 2005г. С. 21.

8. Ковалев А.А., Ковалев А.В. Обнаружительные возможности современных неохлаждаемых поисковых портативных тепловизионных средств/ Тезисы докладов 7-й Международной выставки и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва, Россия. 11-13 марта. 2008. С. 50.

9. Kovalev А.А. Performance capabilities of non-cooled IR-images for diagnostics of energy saturated objects and industrial equipment/ Works of 9-th European Conference on NDT. Berlin, Germany. September 25-29, 2006. P. 48-49.

10.Kovalev A.A., Pushkina I., Fedotov A.V. and others. New achievements in the field of development of mobile X-ray TV-system/ Works of 16th world conference on nondestructive testing. Montreal, Canada. August 30 -September 3, 2004. P. 60.

11.Kovalev A.A., Polyakov Y.A., Studitsky A.S. and others. New means of the thermovision inspection desingned for tasks of anti-terrorism security and th • • technogenic safety/ Works of 16 world conference on nondestructive testing.

Montreal, Canada. August 30 - September 3, 2004. P.153.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ковалев, Алексей Алексеевич, 2008 год

1. Вычислительная оптика: Справочник/ М.М. Русинов, А.П. Грамматин, П.Д. Иванов и др.; Под общ. ред. М.М. Русинова/ -Д.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1984. 423 с.

2. Инфракрасная термография в энергетике. Том 1// Под ред. Р.К. Ньюпорта, А.И. Таджибаева/- СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000. 240 е.: ил.

3. Источники и приемники излучения: Уч. пособие для вузов/ Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков, А.Л. Андреев, Г.В. Полыциков/ -СПб: Политехника, 1999. 240 с.

4. Конструирование приборов. В 2-х кн. Кн. 1// Под ред. В. Краузе/ Пер. с нем. В.Н. Пальянова; Под ред. О.Ф. Тищенко/ -М.: Машиностроение, 1987. 384 с.

5. Методы неразрушающих испытаний: пер. с англ. // Под ред. Р. Шарпа/ -М.: мир, 1972. 496 с.

6. Неразрушающий контроль и диагностика: Справ. 2-е изд. испр. и доп. В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др.// Под ред. В.В. Клюева/ -М.: Машиностроение, 2003. 656 е.: ил.

7. Прикладная оптика/ М.И. Апенко, А.С. Дубовик, Г.В. Дурейко и др./ -М.: Недра, 1982. 387 с.

8. Проектирование оптико-электронных приборов: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп./ Ю.Б. Парвулюсов, С.А. Родионов, В.П. Солдатов и др.; под ред. Ю.Г. Якушенкова/ -М.: Логос, 2000. 488с.; ил.

9. Справочник по инфракрасной технике (под ред. У. Волфа и Г. Цисиса)/ -М.: Мир, 1999 (в 4-х томах).

10. Справочник конструктора оптико-механических приборов/ Под ред. В.А. Панова/ -Л.: Машиностроение, 1980. 742 с.

11. Справочник по приемникам оптического излучения/ В.А. Волков, В.К. Вялов, Л.Г. Гасанов, и др.: Под ред. Л.З. Криксунова и Л.С. Кременчугского/ -Киев: Техника, 1985. 216 с.

12. Физика и техника инфракрасного излучения/ Пер. с англ.; Под общ. ред. Н.В. Васильченко/ -М.: Сов. радио, 1965. 644 с.

13. Infrared and Electro-Optical Systems Handbook/Ed. by J.C. Accetta and D.L.Shumaker. Vol. 1-8. SPIE and ERIM, 1993. 3000 pages.

14. Norton P.R. Infrared image sensors// Optical Engineering. 1991. V.30, №11. P. 1649-1663.

15. Parenti R.R. Recent advances in adaptive optics methods and technology// SPIE Proc., V.1000, 1988. P. 101-109.

16. Авдеев С.П. Основы тепловидения/ -Л.: ПВИКА им. А.Ф. Можайского, 1967. 341 с.

17. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства/ -М.: Энергоатомиздат, 1984. 208 с.

18. Алеев P.M., Овсянников В.А., Чекурский В.Н. Воздушная тепловизионная аппаратура для контроля нефтепродуктов/ -М.: Недра, 1995. 160 с.

19. Афонин А.В., Ньюпорт Р.К., Поляков B.C., Сергеев С.С., Таджибаев А.И. Инфракрасная термография в энергетике. Том 1. Основы инфракрасной термографии/ Под ред. Р.К. Ньюпорта, А.И. Таджибаева/ -СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000 г.

20. Бажанов С.А. Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств. Библиотечка электроника, Приложение к журн. «Энергетик»/ -М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2000. 76 с.

21. Бажанов Ю.В., Берденников А.В., Дучицкий А.С. и др. Объективы для работы с матричными приемниками излучения в области спектра 8-14 мкм// Оптич. журнал, 2002. Т.69, №12. С. 35-36.

22. Бакут П.А., Жулина Ю.В., Иванчук Н.А. Обнаружение движущихся объектов/ -М.: «Советское радио», 1980. 288 с.

23. Берг Л.Г. Введение в термографию/ -М.: Наука, 1969. 395 с.

24. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем/ -М.: Радио и связь, 1987. 208 с.

25. Бугаенко А.Г. Аппаратура для оценки характеристик тепловизионных систем// Оптич. журнал, 2002. Т.69, №4. С. 19-25.

26. Будадин О.Н., Потапов А.И., Колганов В.И. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий/ -М.: Наука, 2002. 476 с.

27. Бураковский Т., Гизиньский Е., Саля А. Инфракрасные излучатели/ -Л.: Энергия, 1978.

28. Вавилов В.П. Тепловой контроль. -Книга 1 в справочнике «Неразрушающий контроль» Т.5/ Под редакцией В.В. Клюева/ -М.: Машиностроение, 2004.

29. Вавилов В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля. Справочник/ -М.: Машиностроение, 1991.

30. О.Вавилов В.П., Александров А.Н. Тепловизионная диагностика в энергетике. Прилож. журн. «Энергетик»/ -М.: НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2003. 82 с.

31. Вавилов В.П., Климов А.Г. Тепловизоры и их применение/ —М.: Интел универсал, 2002. 88 с.

32. Волков В.Г. Малогабаритные телевизионные системы. Обзор №5591/ -М.: НТЦ «Информтехника», 2000. 157 с.

33. Волков В.Г. Приборы ночного видения новых поколений/ Специальная техника, 2001. №5. С. 2-8. 34.

34. Волков В.Г. Тепловизионные и многоканальные приборы наблюдения для бронемашин/ Специальная техника, 2005, №1. С. 2-20.37.

35. Волков В.Г. Тепловизионные приборы средней дальности действия/ Специальная техника, 2005, №4. С. 2-17. 35.

36. Волков В.Г., Ковалев А.В., Федчишин В.Г. Тепловизионные приборы нового поколения. 4.1// Специальная техника, 2001, №6. С. 2-10. 38.

37. Воронкова Е.М., Гречушников Б.Н., Дистлер С.А. Оптические материалы для инфракрасной техники/ -М.: Наука, 1965. 335 с.

38. Гибсон X. Фотографирование в инфракрасных лучах/ -М.: Мир, 1982.

39. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы. Техника. Применение// Пер. с франц./ -М.: Мир, 1998. 339 е.: ил.

40. Гринкевич А.В. Оптические системы ночных приборов// Оптич. журнал, 1999. Т. 66, №12. С. 17-20.

41. Гуриков В.А. Возникновение и развитие оптико-электронного приборостроения/-М.: Наука, 1981.

42. Данилин Н.С., Бакланов О.Д., Загоровский Ю.И. Теория и методы неразрушающего инфракрасного контроля радиоэлектронных схем/ -М.: Изд. МО СССР, 1974. 164 с.

43. Джемисон Дж., Мак-Фи Р., Пласс Дж. Физика и техника инфракрасного излучения / Пер. с англ. / Под ред. Н.В. Васильченко // —М.: Сов. радио, 1965.

44. Ерофейчев В.Г., Мирошников М.М. Перспективы использования ИК матриц в тепловидении// Оптич. журнал, 1997. Т.64, №2. С. 5-13.

45. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении/ -Казань: Новое знание, 2000. 357 с.

46. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов/ -Д.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1986. 175 с.

47. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения/ -М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001.51 .Катыс Г.П. Восприятие и анализ оптической информации автоматической системой/ —М.: Машиностроение, 1986. 416 с.

48. Ковалев А.В. Антитеррористическая и криминалистическая диагностика. — Книга 2 в справочнике «Неразрушающий контроль» Т.8/ Под редакцией В.В. Клюева. -М.: Машиностроение, 2005.

49. Ковалев А.В., Федчишин В.Г., Щербаков М.И. Тепловидение сегодня/ Специальная техника, 1999, №3. С. 13-18. 1999, №4. С. 19-23.

50. Криксунов JI.3. Справочник по основам инфракрасной техники/ -М.: Сов. радио, 1978. 400 с.

51. Кругликов С.В., Логинов А.В. Многоэлементные приемники изображения/ -Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1991. 96 с.

52. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах/ -Л.: Машиностроение, 1985. 248 с.

53. Левитин И.Б. Применение инфракрасной техники в народном хозяйстве/ -Л.: «Энергоиздат», 1981, 264 с.

54. Ллойд Дж. Системы тепловидения / Пер. с англ. / Под ред. А.И. Горячева //—М.: Мир, 1978.

55. Луизов А.В. Глаз и свет/ -Л.: Энергоиздат, 1983. -132 с.

56. Лыков А.В. Теория теплопроводности/ -М.: Высшая школа, 1967. 604 с.

57. Макаров М.Н. Приемники инфракрасного излучения/ -М.: «Наука», 1968. 220 с.

58. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы/ -М.: Мир, 1979. 421 с.

59. Маляров В.Г. Неохлаждаемые тепловые инфракрасные матрицы// Оптич. журнал, 2002. Т. 69, №10. С. 60-72.

60. Марголин И.А., Румянцев Н.П. Основы инфракрасной техники/ -М.: Воен. изд-во МО СССР, 1957. 308 е., ил.

61. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов/ -Л.: Машиностроение, 1983. 696 с.

62. Морозов Г.А. Развитие методов неразрушающего контроля в авиации/ Контроль. Диагностика, 2002, №7. С.3-8.

63. Мосягин Г.М., Немтинов В.Б., Лебедев Е.Н. Теория оптико-электронных систем/ -М.: Машиностроение, 1990. 432 с.

64. Никулин О.Ю., Петрушин А.Н. Системы телевизионного наблюдения/ -М.: Оберег-РБ, 1997. 168 с.

65. Петров В.П. Контроль качества и испытание оптических приборов/ -Л.: Машиностроение, 1985. 222 с.

66. Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах/ -Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1989. 387 с.

67. Поцелуев А.А., Архангельский В.В. Дистанционные методы исследования окружающей среды. Учебное пособие для вузов/ -Томск, SST, 2001. С. 184.

68. Русинов М.М. Композиция оптических систем/-Л.: Машиностроение, 1989, 382 с.

69. Рябов С.Г., Торопкин Г.Н., Усольцев И.Ф. Приборы квантовой электроники/ -М.: Радио и связь, 1985. 200 с.

70. Саликов В.Л. Приборы ночного видения: история поколений/ Специальная техника, 2000, №2. С. 40-48.36.

71. Синеглазов В.М., Кеткович А.А. Активная тепловая интроскопия/ — Киев: Техника, 1990. 110с.

72. Скоков И.В. Оптические спектральные приборы/ -М.: Машиностроение, 1984. 240 с.

73. Соломатин В.А. Системы контроля и измерения с многоэлементными приемниками/ -М.: Машиностроение, 1992. 128 с.

74. Тараненко В.Г., Шанин О.И. Адаптивная оптика/ -М.: Радио и связь, 1990. 112 с.

75. Тарасов В.В. Оптико-электронные тепловизионные системы/ —М.: МИИГАиК, 2001.

76. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа/ —М.: Логос, 2004.

77. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Многоспектральные оптико-электронные системы/ Специальная техника, 2002, №4. С. 56-62.

78. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Тенденции развития инфракрасных систем «смотрящего» типа/ -Специальная техника, 2004, №1. С. 24-37. 2004, №3. С. 16-25.

79. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Предельная чувствительность и информативность тепловизоров и других оптико-электронных преобразователей изображения// Оптич. журнал, 1996. Т. 63, №6. С. 18-41.

80. Тымкул В.М., Ананич М.И. Системы тепловидения/ -Новосибирск: СГГА, 1995.

81. Хадсон Р. Инфракрасные системы/ -М.: Мир, 1972. 530 с.

82. Шарловский Ю.В. Механические устройства малых оптических систем/ -М.: Машиностроение, 1979. 128 с.

83. Шахраманьян М.А. Новые информационные технологии в задачах обеспечения национальной безопасности России/ -М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003. 398 е.; ил.

84. Шуба Ю.А. Оптимальные фильтры при спектральной селекции// Оптико-механическая промышленность. 1969, №6. С. 59-61.

85. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем/ -Л.: Машиностроение, 1980. 208 с.

86. Эпштейн М.И. Измерения оптического излучения в электронике/ -М.: «Энергия», 1975, 248 с.

87. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов/ -М. Логос, 1999 г. 480 с.

88. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы < помехами в оптико-электронных приборах/ -М.: Радио и связь, 1981. 180 с