Что такое артефакт холодного отражения? Как это ухудшает тепловые изображения и эффективные решения по предотвращению

Что такое артефакт холодного отражения? Как это ухудшает тепловые изображения и эффективные решения по предотвращению

Краткое введение

В неохлаждаемых тепловизионных системах LWIR большинство проблем с качеством изображения связано с работой детектора, помехами от температуры окружающей среды или шумом окружающей среды. Однако многие тонкие затенения с фиксированным рисунком, темные пятна и аномалии смещения фона в полевых условиях возникают из-за типичного оптического структурного дефекта: артефакта холодного отражения. В отличие от случайного шума сцены, холодное отражение представляет собой систематическую, присущую оптике проблему, которую нельзя устранить с помощью программной калибровки, такой как NUC (коррекция неравномерности).

Многие системные интеграторы упускают из виду индикаторы холодного отражения при выборе объектива и тестировании образцов, что приводит к стабильным результатам лабораторных испытаний, но к плохим и непостоянным результатам визуализации в полевых условиях. В этой статье систематически объясняется механизм образования артефактов холодного отражения, анализируются конкретные повреждения тепловизионных изображений, а также обобщаются практические и проверенные в отрасли решения по предотвращению и оптимизации для инженерного выбора и индивидуальной оптической конструкции.

Содержание

1. Механизм образования артефактов холодного отражения линз.

2. Специфическое влияние холодного отражения на качество тепловидения

3. Основные различия между шумом холодного отражения и обычным шумом теплового изображения.

4. Практические решения по предотвращению и подавлению артефактов холодного отражения.

5. Полевые методы обнаружения дефектов холодного отражения.

1. Механизм образования артефактов холодного отражения линз.

Холодное отражение — это уникальное явление оптической интерференции, характерное только для неохлаждаемых инфракрасных тепловизионных систем. Основная причина заключается во взаимном отражении между оптическими элементами линзы и инфракрасным детектором фокальной плоскости.

Фокальная плоскость детектора неохлаждаемой тепловизионной камеры во время работы всегда находится в устойчивом низкотемпературном состоянии относительно внешней среды сцены. Он будет непрерывно излучать наружу инфракрасное излучение низкой интенсивности. Когда это холодное инфракрасное излучение проходит через группу инфракрасных линз, оно вызывает остаточное отражение на поверхности каждого элемента линзы и внутренней стенке оправы линзы. Отраженное холодное излучение вернется и повторно облучает фокальную плоскость детектора, образуя фиксированное смещение наложенного излучения на матрице изображений. Эта отраженная интерференция холодного излучения является артефактом холодного отражения.

Эта проблема не связана с F-числом объектива, фокусным расстоянием или основными параметрами пропускания. В основном это определяется конструкцией оптической конструкции, расположением наклона поверхности линзы, процессом оптического покрытия и внутренней структурой подавления рассеянного света линзы. Даже инфракрасные линзы с высоким коэффициентом пропускания и большой апертурой будут иметь очевидные проблемы с холодным отражением, если конструктивная конструкция неисправна.

2. Специфическое влияние холодного отражения на качество тепловидения

Артефакты холодного отражения создают фиксированные регулярные помехи на тепловых изображениях, которые не исчезают при переключении сцен и не могут быть устранены обычными алгоритмами программной коррекции, что серьезно снижает точность обнаружения и текстуру изображения теплового оборудования.

Во-первых, это вызывает фиксированное затенение фона и призрачные изображения. Наиболее частым проявлением являются регулярные темные углы, темные пятна в центре или круглые призрачные тени на изображении. Эти фиксированные тени будут перекрывать слабые низкотемпературные сигналы целей, что приводит к невозможности идентифицировать низкоконтрастные цели, такие как удаленный персонал и оборудование, в сценариях наружного наблюдения.

Во-вторых, это приводит к общему смещению изображения и снижению температурного разрешения. Холодное отражение образует наложенное смещение холодного излучения по всей фокальной плоскости, повышая общий базовый уровень серого изображения. Сигналы малой разницы температур цели будут сжаты, в результате чего оборудование не сможет различить крошечные изменения температуры, что напрямую влияет на точность промышленного измерения температуры и раннее предупреждение о незначительных тепловых аномалиях.

В-третьих, это приводит к несогласованности изображений в поле зрения. Интенсивность интерференции холодного отражения варьируется в разных областях поля зрения объектива, что приводит к неравномерной яркости изображения и температурной реакции. Эффекты центрального и краевого изображения непоследовательны, что нарушает однородность полноэкранного изображения и снижает общий уровень качества изображения тепловой системы.

3. Основные различия между шумом холодного отражения и обычным шумом теплового изображения.

Большинство инженеров на местах путают артефакты холодного отражения с обычным тепловым шумом, но они имеют существенные различия в механизме генерации и методах устранения.

Обычный шум изображения включает окружающий тепловой шум, шум электронных схем и случайный шум сцены. Такой шум является случайным и нестабильным, и его можно эффективно подавить с помощью коррекции неравномерности NUC, фильтрации накопления кадров и оптимизации алгоритма.

Холодное отражение — это структурный фиксированный шум. Его положение, форма и интенсивность фиксированы и не меняются при переключении сцен, угле съемки и времени. Программные алгоритмы могут лишь незначительно оптимизировать картинку, но не могут принципиально устранить помехи. Это серьезный дефект, определяемый оптической структурой линзы, и его можно устранить только путем оптической конструкции и оптимизации процесса.

4. Практические решения по предотвращению и подавлению артефактов холодного отражения.

Подавление холодного отражения является важнейшим аспектом оптимизации при промышленном проектировании инфракрасных линз. Опираясь на опыт массового производства и применения на местах, эффективные контрмеры охватывают оптический дизайн, механическую структуру и производственные процессы.