RU1786683C - Device for formation of infra-red images - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к телевидению и может быть использовано в системах неразрушающего контрол , созданных на базе пироэлектрического видикона. Цель изобретени  - повышение качества индуцируемого теплового изображени . Устройство содержит тепловизионную камеру 1, блок синхронизации 2. два коммутатора 3 и 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок пам ти 6. блок отображени  7. операционный усилитель 8 и цифроаналоговый преобразователь 9. Взаимовычитание аналоговых сигналов позитивного и негативного кадров позвол ет производить цифровое квантование не суммарного, а усиленного сигнала, и тем самым значительно улучшить качество изображени  тепловйзионной информации. 1 ил.,The invention relates to television and can be used in non-destructive testing systems based on a pyroelectric vidicon. The purpose of the invention is to improve the quality of the induced thermal image. The device comprises a thermal imaging camera 1, a synchronization unit 2. two switches 3 and 4, an analog-to-digital converter 5, a memory unit 6. a display unit 7. an operational amplifier 8 and a digital-to-analog converter 9. The mutual subtraction of analog signals of positive and negative frames allows digital quantization is not a total, but an amplified signal, and thereby significantly improve the image quality of thermal information. 1 ill.,

Description

ИAND

VJ 00Vj 00

о оoh oh

0000

ыs

&№.f& No..f

Изобретение относитс  к телевидению и может быть использовано в системах неразрушающего контрол , созданных на базе пироэлектрического видикона.The invention relates to television and can be used in non-destructive testing systems based on a pyroelectric vidicon.

Ближайшим по своей технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство , которое содержит тепловизионную камеру с синхрогенератором, соединенную через АЦП с сумматором, выход которого через второй блок пам ти соединен с видеопроцессором , вход сумматора соединен через второй коммутатор и первый блок пам ти с вторым входом сумматора и первым входом первого коммутатора, выход которого соединен с выдеопросмотровым блоком, а первый вход - с выходом второго блока пам ти. . .-. . ;- ,The closest in technical essence to the proposed one is a device that contains a thermal imaging camera with a sync generator, connected through an ADC to an adder, the output of which through a second memory unit is connected to a video processor, the adder input is connected through a second switch and the first memory unit with a second adder input and the first input of the first switch, the output of which is connected to the video review unit, and the first input is connected to the output of the second memory unit. . .-. . ; -,

Устройство-прототип обладает недостатком - неэффективным кодированием аналогового сигнала, так как мало число уровней квантовани , приход щихс  на полезный сигнал. Это обсто тельство снижает качество индицируемых тепловизионных изображений. . . .-.-- Цель изобретени  - повышение качества индицируемого теплового изображен.и .The prototype device has the disadvantage of inefficient coding of the analog signal, since the number of quantization levels per useful signal is small. This circumstance reduces the quality of displayed thermal images. . . .-.-- The purpose of the invention is to improve the quality of the displayed thermal image.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство формировани  тёпловизион- ного изображени , содержащее тепловизи- онную камеру, синхровход которой соединен с первым выходом блока синхронизации и управл ющим входом блока ото б р а ж е н и  , с к ото р ы м последов ател ь н о соединен первый коммутатор, второй ком- мутатор, АЦП и блок пам ти, введены операционный усилитель, суммирующий вход которого соединен с первым сигнальным входом второго коммутатора и сигнальным выходом камеры, и АЦП, выход которого соединен с выходом блока пам ти; информационный вход которого соединен с выходом АЦП, а выход ЦАП соединен с первым сигнальным входом первого коммутатора, управл ющий вход которого соединен с вы-, ходом состо ни , обтюратора камеры и с управл ющим входом первого коммутатора , второй сигнальный вход которого соединен с выходом второго коммутатора и сигнальным входом АЦП, тактовый вход которого соединен с синхронизирующим входом блока пам ти и вторым выходом блока синхронизации, третий выход которого соединен с упрвл ющим входом блока пам ти.This goal is achieved by the fact that the thermal imaging device comprising a thermal imaging camera, the synchro-input of which is connected to the first output of the synchronization unit and the control input of the unit is displayed the first switch, the second switch, the ADC and the memory block are connected, an operational amplifier is introduced, the summing input of which is connected to the first signal input of the second switch and the camera signal output, and the ADC, the output of which is connected to the output of the memory block; the information input of which is connected to the ADC output, and the DAC output is connected to the first signal input of the first switch, the control input of which is connected to the output, the status output, the camera obturator, and to the control input of the first switch, the second signal input of which is connected to the output of the second the switch and the ADC signal input, the clock input of which is connected to the synchronizing input of the memory unit and the second output of the synchronization unit, the third output of which is connected to the control input of the memory unit.

Новыми существенными признаками предлагаемого устройства  вл ютс  введение операционного усилител , ЦАП и св зей , отражающих новую организацию взаимодействи  между элементами устройства/ ... : The new significant features of the proposed device are the introduction of an operational amplifier, DAC and communications, reflecting the new organization of interaction between the elements of the device / ...:

Нов  совокупность известных элементов позвол ет значительно увеличить эффективность кодировани  пиросигнала - как минимум вдвое дл  реального сигнала,The new set of known elements can significantly increase the coding efficiency of the pyrosignal - at least twice for a real signal,

и тем самым повысить качество индицируемого теплового изображени .and thereby improve the quality of the displayed thermal image.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - формирование результирующего кадра.In FIG. 1 shows a functional diagram of a device; in FIG. 2 - formation of the resulting frame.

Устройство содержит (фиг. тепловизионную камеру 1, блок 2 синхронизации, первый 3 и второй 4 коммутаторы, АЦП 5, блоки пам ти 6 и отображени  7, операционный усилитель 8 и ЦАП 9. . . The device comprises (Fig. Thermal imaging camera 1, synchronization unit 2, first 3 and second 4 switches, ADC 5, memory 6 and display units 7, operational amplifier 8 and DAC 9..

Синхровход тепловизионной камеры 1 соединен с первым выходом блока: 2 синхронизации и управл ющим входом блока 7 отображени , выход состо ни  обтюратораThe sync input of the thermal imaging camera 1 is connected to the first output of the block: 2 synchronization and the control input of the display unit 7, the status output of the shutter

- с управл ющими входами первого 3 и второго 4 коммутаторов, а сигнальный выхода с первым сигнальным входом коммутатора 4 и суммирующим входом операционного усилител  8, второй выход блока 2 подключен к синхровходам АЦП 5 и блока 6 пам ти,- with the control inputs of the first 3 and second 4 switches, and the signal output with the first signal input of the switch 4 and the summing input of the operational amplifier 8, the second output of block 2 is connected to the sync inputs of ADC 5 and memory block 6,

а третий - к управл ющему входу блока б. Выход коммутатора 3 соединен с сигнальным входом блока 7, первый сигнальный вход - с вычитающим входом усилител  8 и выходом ЦАП 9, а второй - с сигнальнымand the third - to the control input of block b. The output of the switch 3 is connected to the signal input of block 7, the first signal input to the subtracting input of amplifier 8 and the output of the DAC 9, and the second to signal

входом АЦП 5 и выходом коммутатора 4, второй сигнальный вход которого подключен к выходу усилител  8. Выход АЦП 5 соединен с информационным входом блока б, выход которого подключен ко входу ЦАП 9.the input of the ADC 5 and the output of the switch 4, the second signal input of which is connected to the output of the amplifier 8. The output of the ADC 5 is connected to the information input of block b, the output of which is connected to the input of the DAC 9.

На фиг. 2 обозначены:In FIG. 2 are indicated:

а - сигнал состо ни  обтюратора, своим уровнем 1 задающий поступление позитивного , а О - негативного кадров; .a - signal state of the shutter, its level 1 defines the receipt of positive, and O - negative frames; .

б-пиросигнал камеры 1, содержащий вb-pyrosignal camera 1, containing in

себе пьедестал Q, уровень О кадрового гашени  и информативные сигналы позитивного Р и негативного N кадров;a pedestal Q, level О of personnel blanking and informative signals of positive Р and negative N frames;

в - результат :взаимо.вычитани  позитивного и негативного кадров;c - result: mutual subtraction of positive and negative frames;

г-выход операционного усилител  8.g-output operational amplifier 8.

Реализованный вариант предлагаемого устройства предназначен дл  формировани  тепловизионного изображени  размерностью 256x256x8 бит и длительнбстьюThe implemented version of the proposed device is designed to form a thermal image with a dimension of 256x256x8 bits and durability

отображени  одного элемента разложени  150 не. Коммутаторы 3; 4 выполнены на аналоговом коммутаторе К590КНЗ. АЦП 5 выполнен на основе К1107ПВ2, усилитель 8 - на К154УД4, ЦАП 9 - на К1118ПА1. Блок 2displaying one decomposition element 150 not. Switches 3; 4 are made on the analog switch K590KNZ. ADC 5 is based on K1107PV2, amplifier 8 is on K154UD4, DAC 9 is on K1118PA1. Block 2

выполнен на основе серии К555. Блок 6 содержит узлы пам ти, выполненные на К565РУ5, и выходной регистр - на К555ТМ8. Устройство работает следующим образом ,made on the basis of the K555 series. Block 6 contains memory nodes made on K565RU5, and the output register on K555TM8. The device operates as follows,

Блок 2 синхронизации формирует сигналы развертки и дискретизации изображени , а также управлени  выборкой пам ти и синхронизации работы обтюратора. The synchronization unit 2 generates signals for scanning and sampling the image, as well as for controlling the memory sampling and synchronization of the shutter operation.

С сигнального выхода тепловизионной камеры 1 поступает полезный сигнал на уровне Q пьедестала, формируемого за вре- .м  обратного хода луча по строке в режиме эмиссии вторичных электронов, Амплитуда полезного сигнала значительно меньше сигнала пьедестала, При открытом обтюраторе (фиг. 2а) полезный сигнал Р имеет положительную пол рность относительно Q, при закрытом - полезный сигнал N имеет отрицательную пол рность (фиг. 26).From the signal output of the thermal imaging camera 1, a useful signal is received at the level Q of the pedestal, which is formed during the reverse beam along the line in the secondary electron emission mode, The amplitude of the useful signal is much smaller than the signal of the pedestal, When the shutter is open (Fig. 2a), the useful signal P has a positive polarity with respect to Q, when closed, the useful signal N has a negative polarity (Fig. 26).

В течение негативного кадра коммутатор 4 подключает к сигнальному входу АЦП 5 выход операционного усилител  8, а коммутатор 3 подключает к сигнальному входу блока 7 отображени  выход коммутатора 4. Пиросигнал негативного кадра поступает на суммирующий вход усилител  8. Одновременно из блока 6 считываетс  предыдущий позитивный кадр, который преобразуетс  в ЦАП 9 в аналоговую форму и Поступает на вычитающий вход усилител  8. Полученный разностный сигнал (фиг., 2в) усиливаетс  до величины, максимальное значение которой соответствует максимальному коду на выходе АЦП 5. откуда оцифрованный усиленный результирующий сигнал поступает на запись в блок 6 пам ти. Одновременно усиленный результирующий сигнал nocTynaef на индикацию в блок 7. Результат обработки пиросигнала в усилителе 8 (фиг..2г) может быть выражен, какDuring the negative frame, the switch 4 connects the output of the operational amplifier 8 to the signal input of the ADC 5, and the switch 3 connects the output of the switch 4 to the signal input of the display unit 7. The negative frame signal is fed to the summing input of the amplifier 8. At the same time, the previous positive frame is read from block 6. which is converted into an analog form in the DAC 9 and is supplied to the subtracting input of the amplifier 8. The received differential signal (Fig. 2c) is amplified to a value whose maximum value corresponds to the maximum th code output from the ADC 5. The resultant digitized amplified signal is supplied to an entry in the memory unit 6. At the same time, the amplified resulting signal nocTynaef is displayed in block 7. The result of processing the pyrosignal in amplifier 8 (Fig. 2d) can be expressed as

(Q - N) - (Q + Р)-К 2К Р(Q - N) - (Q + P) - K 2K P

Дл  получени  положительной пол р- , ности результирующего сигнала использу- .етс  инверсный выход усилител  8. Коэффициент К передачи усилител  8 подбираетс  оператором в зависимости от конкретного среднего значени  полезного сигнала. To obtain a positive polarity of the resulting signal, the inverse output of amplifier 8 is used. The transmission coefficient K of amplifier 8 is selected by the operator depending on the specific average value of the useful signal.

В течение следующего позитивного кадра коммутатор 3 подключает к сигнальному входу блока 7 выход ЦАП 9. Запомненный в блоке 6 в течение предыдущего негативного кадра усиленный результирующий сигнал считываетс  из блока 6 и, преобразованный в ЦАП 9 в аналоговую форму, индицируетс  в блоке 7. В блоке же 6 запоминаетс  сигнал текущего позитивного кадра ,During the next positive frame, the switch 3 connects the output of the DAC 9 to the signal input of block 7. The amplified resulting signal stored in block 6 during the previous negative frame is read from block 6 and, converted into analog DAC 9, is displayed in block 7. In block the same 6 remembers the signal of the current positive frame,

Таким образом осуществл етс  дискретизаци  во всем диапазоне АЦП и последующа  индикаци  полезной составл ющейThus, sampling is carried out in the entire range of the ADC and the subsequent indication of the useful component

пиросигнала, поступающего степловизион- ной камеры., ,the pyrosignal entering the thermal imaging camera.,,

В известных устройствах суммарный аналоговый сигнал, содержащий составл - 5 ющие Р, N, Q, преобразуетс  с помощью АЦП в цифровой код, который подвергаетс  цифровой же обработке - покадровому вычитанию на сумматоре. Вычитание цифрового сигнала негативного кадра из сигнала пози10 тивногр кадра приводит к взаимному вычитанию сигналов пьедестала большой амплитуды и сложению относительно небольших полезных сигналов обоих кадров. Результирующий цифровой сигнал, преоб5 разованный затем в аналоговую форму, со- ста 0л  ет л и ш ь. нёз нач ител ь ную часть суммарнрго аналогЬвого сигнала. Зто снижает качество., индицируемого теплового изображени  объекта., ...In known devices, the total analog signal containing the components P, N, Q is converted by the ADC into a digital code, which is digitally processed by frame-by-frame subtraction on the adder. Subtraction of the digital signal of the negative frame from the signal of the positive frame leads to the mutual subtraction of the signals of the pedestal of large amplitude and the addition of relatively small useful signals of both frames. The resulting digital signal, then converted into an analog form, is zero. The first part of the total analogue signal is not started. This reduces the quality of the. Displayed thermal image of the object., ...

0 В данном устройстве взаимовычитание а налОгоВДН сТЙгШлШ пЫитйшогб и нега- тивнОГй кадро в позв бл  ет производить цифровое квантование не суммарного, а усилейногй разностнбгб сигнала и тем са 5 мым значительно улучшить качество отображени  те пло1вЩио в ной информации. ., V Учитыва , что в реальном лиросигнале сред неё /значение; полезного сигнала составл ет; примерно 0,25 значени  сигнала0 In this device, the mutual subtraction of a tax-efficient and negative frame allows you to digitally quantize not the total, but the amplified difference-GBGB signal, and thereby significantly improve the quality of the display of real positive information. ., V Taking into account that in a real lyrosignal average / value; the useful signal is; approximately 0.25 signal values

0 пьедестала, представление тепловизионно- то изображени  в описанном устройстве улучшаетс  в сравнении с прототип ом, как минимум, в 2 раза. , .0 pedestal, the representation of the thermal image in the described device is improved in comparison with the prototype, at least 2 times. ,.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  FORMULA AND SECTION

5 Устройство формировани  тепловизионного изображени , содержащее теплови .. знойную, камеру, синхровход которой5 Thermal imaging device comprising a heat-sensing, camera whose synchro-input

соединен с первым выходом блока синхро . низации и управл ющим входом блока ото0- бражени , последовательно соединенные первый коммутатор и блок отображени , второй коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок пам ти, о т л и ч а-ю щ е е с   тем, что, с целью повышени connected to the first output of the sync block. the lowering and the control input of the display unit, the first switch and the display unit, the second switch, the analog-to-digital converter (ADC) and the memory unit connected in series with purpose of increasing

5 качества индуцируемого теплового изображени , в него введены операционный усилитель , суммирующий вход которого соединен с первым сигнальным входом второго коммутатора, и сигнальным выходом5 of the quality of the induced thermal image, an operational amplifier is introduced into it, the summing input of which is connected to the first signal input of the second switch, and the signal output

0 телевизионной камеры, и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), вход которого соединен с выходом блока пам ти, информационный вход которого соединен с выходом АЦП, а выход ЦАП соединен с первым сиг5 нальным входом первого коммутатора и вычитающим входом операционного усилител , выход которого соединен с вторым сигнальным входом второго коммутатора , управл ющий вход которого соединен с выходом состо ни  обтюратора телевизионной камеры и с управл ющим входом первого коммутатора, второй сигнальный вход которого соединен с выходом второго крм- мутатора и сигнальным входом АЦП, такто- вый вход которого соединен с 0 of the television camera, and a digital-to-analog converter (DAC), the input of which is connected to the output of the memory unit, the information input of which is connected to the ADC output, and the DAC output is connected to the first signal input of the first switch and the subtracting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the second the signal input of the second switch, the control input of which is connected to the state output of the obturator of the television camera and the control input of the first switch, the second signal input of which is connected to the output of W of the other Karma mutator and the ADC signal input, the clock input of which is connected to

v Ыv s

О ----ABOUT ----

Фиг. 2FIG. 2

синхронизирующим входом блока пам ти и вторым выходом блока синхронизации, третий выход которого соединен с управл ющим входом блока пам ти.the synchronizing input of the memory unit and the second output of the synchronization unit, the third output of which is connected to the control input of the memory unit.