Seminarium „Termowizja - projekty badawcze i wdroŜenia przemysłowe”

Termowizyjne systemy obserwacyjne – wyniki prac badawczych i rozwojowych w latach 2007-2013 Henryk MADURA Tomasz SOSNOWSKI Grzegorz BIESZCZAD Wojskowa Akademia Techniczna Instytut Optoelektroniki

ODKRYCIE PROMIENIOWANIA PODCZERWONEGO PRZEZ ANGIELSKIEGO ASTRONOMA WILLIAMA HERSCHELA -

ROK 1800

Sir William Herschel (1738-1822) Temperatura zaleŜy od barwy

PROMIENIOWANIE PODCZERWONE Promieniowanie widzialne Promie- PromieUltraniowanie niowanie fiolet X γ

Podczerwień

Zakres fal radiowych EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF

0,01 0,1 1 10 0,1 1 10 100 0,1 1 10 nm nm nm nm µm µm µm µm cm cm cm Długość fali

1 m

10 100 1 10 100 m m km km km

Zakres pomiarowy podczerwieni

0,4

0,75 1,0

1,5 2 3 5 Długość fali [µm]

8

10

20

30

Przedział widmowy promieniowania podczerwonego jest często dzielony na cztery węŜsze pasma, których granice są przyjęte umownie. Są to:

•·bliska podczerwień (0,78 ÷ 3 µm) SWIR •·średnia podczerwień (3 ÷ 6 µm) MWIR •·daleka podczerwień (6 ÷ 15 µm) LWIR •·bardzo daleka podczerwień (powyŜej 15 µm)

VLWIR

Przepuszczalność (transmisja) atmosfery dla promieniowania podczerwonego Bliska podczerwień

Średnia podczerwień

Daleka podczerwień

Przepuszczalność [%]

100 80 60 40

LWIR

20

MWIR

SWIR 0 1

O2

H2O

2

3

4

5

CO2 H2O CO2 O3

6

7 8 9 Długość fali [µm]

H2O

10

CO2 O3

11

12

13

H2O CO2

14

15

CO2

Absorbujące molekuły

Przepuszczalność atmosfery na poziomie morza (dla odległości 1 mili morskiej) oraz schematyczne połoŜenie pasm absorpcji dla wybranych cząsteczek

Termowizyjna obserwacja obiektów we mgle

Uproszczony schemat funkcjonalny obserwacyjnej kamery termowizyjnej

Matrycowe detektory podczerwieni z układami chłodzenia

Pelican (Izrael) InSb 640 x 512

Scorpio (Francja) MCT 640x512

Epsilon (Francja) MCT 384x288

Hawk (Włochy) MCT 640x512

Falkon (Izrael) InSb 640 x 512

Jupiter (Francja) MCT 1280x1024

Mikrobolometryczne matryce detektorów podczerwieni

160 x 120 35 µm

640 x 480 384x288 25 µm

640 x 480 17 µm 1024 x 768 17 µm

Miniaturyzacja rozmiarów pojedynczego detektora podczerwieni

Pixel pitch

30 µm

30 µm

8÷12 µm wave band

25 µm 20 µm

20 µm 17 µm 15 µm

15 µm

3÷5µm 12 µm

wave band

2000

2004

2008

2010-2014 9

Projekt MNiSW IOE WAT- PCO S.A. (2007-2009) Celownik termowizyjny do broni strzeleckiej Uzyskane parametry techniczne Zasięg wykrycia człowieka 2000 m Detektor mikrobolometryczny 384 x 288 Kąt pola widzenia 7,5 x 5,5 stopnia Rozdzielczość termiczna 0.07 stopnia C Czas gotowości do pracy 30 s. Zasilanie 6 szt. baterii (akumul.) typu AA Masa z bateriami i uchwytem 1.3 kg Czas pracy 14 godz. Temperatura pracy -30 ÷ +55 stopni C

Celownik termowizyjny na karabinku Beryl

Zespół sterowania i cyfrowego przetwarzania obrazu

Projekt MNiSW IOE WAT- PCO S.A. (2007-2010)

KAMERA TERMOWIZYJNA LWIR Podstawowe parametry techniczne

Widok kamery od strony obiektywu

Zasięgi dla wąskiego kąta pola widzenia zgodnie ze STANAG 4347 (standardowy cel NATO 2,3 x 2,3 m): zasięg wykrycia 14,5 km Widmowy zakres pracy 8 ÷ 12 µm Detektor fotonowy chłodzony 384 x 288 Kąty pola widzenia: Szeroki 7 x 9 stopnia Wąski 1,5 x 2 stopnia Rozdzielczość termiczna 0.017 stopnia C Czas gotowości do pracy 5 min. Zasilanie 10 ÷ 35V Pobierana moc z sieci pojazdu 20 W Masa 13.5 kg Temperatura pracy - 40 ÷ + 60 stopni C

Widok kamery od strony złącz

Widok detektora kamery

Obraz termiczny z kamery SKO Odległość do dźwigu 3 km

Projekt MNiSW, IOE WAT - PCO S.A. (2007-2009) Lornetka obserwacyjno-pomiarowa z dalmierzem laserowym, kamerą termowizyjną, kamerą TV, odbiornikiem GPS i kompasem elektronicznym Wykrycie celu 2,3m x 2,3m Kamera IR - 7 km Kamera TV - 10 km Zasięg dalmierza laserowego - 2,5 km

Projekt NCBiR IOE WAT- PCO S.A. (2009-2011) Kamera termowizyjna z matrycowym detektorem fotonowym na zakres widmowy 3÷5 µm Detektor EPSILON 384x288

Kamera na stanowisku badawczym Kąty pola widzenia: Szeroki 6.35°x 4.57° Wąski 3.00°x 2.15° Rozdz. termiczna 20 mK Zasięg detekcji celu NATO dla NFOV wynosi 17 km Zasięg rozpoznania 6,8 km

Obiektyw

Główne zespoły elektroniczne kamery

Projekt NCBiR IOE WAT- PCO S.A. (2009-2011) Kamera termowizyjna na zakres 8-12 µm z matrycą detektorów 640x480 dla przyrządów obserwacyjnych i platform bojowych”.

Detektor bolometryczny 640 x 480 Kąt pola widzenia 50° Rozdz. termiczna 65 mK

Kamera na stanowiskach badawczych

Urządzenia własnych prac badawczych IOE WAT – PCO S.A. bazujące na wynikach realizowanych projektów Celownik termowizyjny CTS-3 (z matrycą 640x480 ULIS)

Kamery termowizyjne w wyrzutniach rakiet GROM (PIORUN) (z matrycami 640x480 ULIS)

Projekt O R00 0164 12 (2010-2013) (IOE WAT, PIT S.A., PCO S.A.)

Optoelektroniczny, wielowidmowy system wspomagający lądowanie samolotów

Zespoły transmisji danych 100Mb/s)

16

Kamera termowizyjna MWIR (3÷5 µm) Projekt O R00 0164 12 (IOE WAT, PIT S.A., PCO S.A.) 2010-2013

Model kamery MWIR z obiektywem F#5.5

Detektor podczerwieni PELICAN (SCD Izrael) 640x512 (15 µm)

Obiektywy dla zakresu MWIR (F#4, F#5,5)

Zdjęcie wykonanej kamery MWIR

Kamera termowizyjna LWIR (8÷12 µm) Projekt O R00 0164 12 (IOE WAT, PIT S.A., PCO S.A.) 2010-2013

Projekt i zdjęcie kamery LWIR

Detektor LWIR 640x512 (15 µm) firmy AIM F#2.05

Zintegrowane w jednej obudowie kamery MWIR, LWIR, VIS oraz zespoły transmisji danych Projekt O R00 0164 12 (IOE WAT, PIT S.A., PCO S.A.) 2010-2013

Zdjęcia zespołu z kamerami termowizyjnymi, kamerą VIS oraz zespołem transmisji danych (2013) Projekt O R00 0164 12 (IOE WAT, PIT S.A., PCO S.A.) 2010-2013

20

Poglądowy schemat rozmieszczenia elementów systemu na lotnisku

21

Widok samolotów, które były obserwowane przez wykonany system oraz termogramy przesłane do stanowiska dowodzenia

Samoloty ORLIK (po lewej) oraz BRYZA

22

Dalszy cel wspólnych badań – uzyskanie obrazów termowizyjnych jak na poniŜszych obrazach

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 23