Терминология, используемая в оптико-электронных системах наблюдения

Термины, используемые в электрооптической технологии
Несмотря на относительно длительное существование электрооптической технологии, в мире до сих пор не приняты общие стандарты в используемой терминологии. Сейчас терминология стандартизирована только в области оптического излучения и детекторов этого излучения. Описание используемой терминологии приведено в Международном словаре посвященном освещению и опубликованного Международной комиссией по освещению (CIE) в 1987 году.
Международной электротехнической комиссии МЭБ в 1987 году. Однако в области электрооптической технологии подобная терминология не стандартизирована. В результате этого разные авторы используют свою собственную терминологию, используемую при описании бесконтактных пирометров в научных статьях, руководствах, каталогах и приводящих к затруднению их понимания рядовому пользователю. Имеется множество терминов, которые не определены точно или которые являются синонимами одной и той же системы. Особенно трудно разобраться в этой терминологии новичкам. Далее мы представим несколько примеров такой путаницы при описании электрооптической технологии.
Во-первых: в табл.1 показаны два разных определения термина «электрооптическая технология». Пожалуйста обратите внимание, что в этой статье мы используем первое определение и предполагаем, что «система электрооптической визуализации» означает как систему визуализации в видимом диапазоне, так и системы визуализации в инфракрасном диапазоне, в отличие от некоторых источников литературы, которые исключают инфракрасные системы визуализации из электрооптической технологии. Например: в популярной книге «Инфракрасные и электрооптические системы» SPIE 1993.
Таблица № 1. Различия в определении термина «электрооптическая технология».
1 |
Технология, использующая преобразование оптического излучения в электрический сигнал (в более широкой интерпретации). Эквивалентные термины: фотоника (популярный в США), оптоэлектроника (популярный в Европе), оптоника (популярный во Франции, Бельгии и Нидерландах). |
2 |
Технология, использующая преобразование видимого излучения в электрический сигнал (термин в более узкой интерпретации, имеющий исторические причины, поскольку первые электрооптические системы были системами со спектральной полосой, расположенной в видимом диапазоне). Эквивалентные термины: электрооптическая технология. |
Во-вторых: тепловизорные системы являются одной из наиболее важных частей электрооптической технологии. Тепловизорные системы визуализации могут генерировать изображения объектов используя тепловое излучение исходящее от этих объектов. Поскольку обычно объекты в основном излучают в спектральном диапазоне 3мкм — 15 мкм, то тепловизорные системы можно также называть системами инфракрасного видения. Однако в литературе можно найти большое количество разных, эквивалентных по значению, названий ранее описанных тепловизорных систем. Иногда существуют небольшие различия в смысле терминов, представленных в таблице № 2, но в основном эти термины обозначают одно и то же оборудование.
Таблица № 2. Синонимы в названии тепловизорных систем.
1 |
Тепловизоные системы |
7 |
Тепловизор |
2 |
Системы инфракрасного видения |
8 |
Тепловизорная камера |
3 |
Камера теплового видения |
9 |
Тепловизоный фотоаппарат |
4 |
FLIR (инверсная инфракрасная камера) |
10 |
Инфракрасный фотоаппарат |
5 |
Радиометрическая инфракрасная камера |
11 |
Фотосистема теплового видения |
6 |
Термограф |
12 |
Видеосистема теплового видения |
В-третьих, часто в литературе встречаются различные определения инфракрасного диапазона, видимого диапазона или различное деление инфракрасного диапазона. Важно помнить, что в соответствии с Международной терминологией «освещения», опубликованной Международной комиссией по освещению (CIE), а также Международной электротехнической комиссии, которые в свою очередь, основываются на терминологии международных первичных авторов в области радиометрии, электромагнитного излучения между радиоизлучением и радиацией называемой также оптическим излучением. Таким образом, оптическое излучение определяется как излучение с длиной волны выше чем 1 нм и ниже примерно 1 мм.
Диапазон оптического излучения разделен на 3 поддиапазона: инфракрасное излучение, видимое излучение и излучение в ультрафиолетовом диапазоне. Тепловое излучение может излучаться во всех трех поддиапазонах оптического излучения. Фактически оно также испускается и может быть обнаружено в одном из поддиапазонов излучения: микроволнового излучения. Однако для обычных температур, встречающихся на Земле, почти все тепловое излучение испускается в инфракрасном диапазоне. Поэтому, тепловое излучение часто называют также инфракрасным излучением, а инфракрасное излучение чато называют тепловым излучением. Эта ситуация довольно часто встречается в литературе и обычно вводит в заблуждение конечного пользователя.
В международных стандартах до сих пор не представлены точные пределы оптического излучения или пределы его поддиапазонов. В соответствии с Международной терминологией «освещения», CIEбыл составлен словарь, в котором было предложено разделение оптического излучения в качестве рекомендованного см. табл.№ 3. Кроме того, в случае видимого излучения, из-за субъективных факторов человеческого восприятия, этот диапазон является только приблизительным и имеет ряд ограничений. Следует учитывать, что рекомендации CIE не везде принимаются и не имеют «веса» во многих сообществах, работающих в областях оптического излучения часто из-за исторических причин.
Таблица № 3. Поддиапазоны оптического излучения, рекомендованные CIE
Обозначение |
Длина волны |
UV-C (ультрафиолетовый, С диапазона) |
от 0,1 мкм до 0,28 мкм |
UV-B (ультрафиолетовый, В диапазона) |
от 0,28 мкм до 0,315 мкм |
UV-A (ультрафиолетовый, А диапазона) |
от 0,315 мкм до 0,4 мкм |
VIS (видимый) |
от приблизительно 0,36...0,4 мкм до приблизительно 0,76...0,8 мкм |
IR-A (инфракрасный, А диапазона) |
от 0,78 мкм до 1,4 мкм |
IR-B (инфракрасный, В диапазона) |
от 1,4 мкм до 3 мкм |
IR-C (инфракрасный, С диапазона) |
от 3 мкм до 1000 мкм |
Перекрещение пограничных диапазонов, а особенно в видимом диапазоне с соседними диапазонами не позволят точно разграничить эти области. Поэтому существует несколько предложений о разделении инфракрасного диапазона, разделение и источник представлены в табл.№ 4.
Таблица № 4. Различные разделения инфракрасного диапазона, представленные в литературе
№ |
Источник |
Деление диапазонов |
1 |
Справочник Международной терминологии «освещения» |
IR-A: от 0,78 мкм до 1,4 мкм; IR-B: от 1,4 мкм до 3 мкм; IR-C: от 3 мкм до 1000 мкм |
2 |
Руководство по спектроскопии — каталог, Жобен Ивон, 1993 |
NearIR(ближняя инфракрасная): от 0,65 мкм до 1,5 мкм; MiddleIR(средняя инфракрасная): от 1,5 мкм до 5 мкм; FarIR(дальняя инфракрасная): более 5 мкм |
3 |
Справочный настенный график спектра фотоники, Спектр фотоники, 1995 |
NearIR: от 0,68 мкм до 3 мкм; MiddleIR: от 3 мкм до 30 мкм; FarIR: от 30 мкм до 1000 мкм. |
4 |
Разработка инфракрасных систем, Худсон Р.Д., Джон Вилей и сыновья, 1969 |
NearIR: от 0,76 мкм до 3 мкм; MiddleIR: от 3 мкм до 6 мкм; FarIR: от 6 мкм до 15 мкм; Extremely Far IR (сверх дальний): более 15 мкм. |
5 |
Энциклопедия физики Мак-Гроу-Хилла, изд. Сибил П. Паркер, 1993, стр. 570 |
IRradiation (инфракрасное излучение): от 1 мкм до 1000 мкм |
6 |
Энциклопедия физики, под ред. Роберт М. Безансон, изд. Компания Ван Ностранд Рейнхольд, 1974 |
IRradiation: от 0,7 мкм до 1000 мкм; NearIR: от 0,7 мкм до 1,5 мкм; IntermediateIR (средний): от 1,5 мкм до 20 мкм; FarIR: от 20 мкм до 1000 мкм. |
7 |
http://www.flightsafety.com/meas.html |
от 0,7 мкм до 100 мкм Часота инфракрасного диапазона разделяется на четыре меньших полосы, границы которых выбираются произвольно. Обычно они включают: |
8 |
http://www.flightsafety.com/glossary.html |
SWIR (коротковолновый ИК диапазон) от 0,7 мкм до 1,1 мкм; Тепловое излучение — электромагнитная энергия с естественной длиной волны от 0,7 мкм до 100 мкм |
Существующая терминология современных тепловизорных камер увеличивает путаницу в области деления инфракрасного диапазона. В настоящее время все тепловизорные камеры имеют свои спектральные диапазоны, оптимизированные в диапазоне от 3 мкм до 5 мкм или в диапазоне от 8 мкм до 12 мкм. Камеры спектрального диапазона от 8 мкм до 12 мкм обычно называются длинноволновыми инфракрасными камерами. Камеры спектрального диапазона от 3 мкм до 5 мкм правильно должны называться средневолновыми инфракрасными камерами. Однако часто такие камеры называют «коротковолновыми тепловизорными камерами», поскольку настоящие коротковолновые камеры почти не выпускаются и не используются.
Точное разделение диапазона инфракрасного излучения важно для нас при разборе электрооптической технологии, поскольку инфракрасная технология является ядром электрооптической технологии. Именно по этому точное разделение излучения инфракрасного диапазона показано в табл.№ 5. и будет использоваться нами далее.
Разделение диапазона показано в табл. 5 и основано на границах спектральных полос, широко используемых в инфракрасных детекторах. Длина волны 1 мкм является пределом чувствительности популярных «Si» детекторов. Аналогично, длина волны 3 мкм — это длинноволновый предел чувствительности «PbS» и «InGaAs» детекторов. Длина волны 6 мкм — пограничная чувствительность «InSb», «PbSe», «PtSi» детекторов и детекторов «HgCdTe», оптимизированных для использования в окне прозрачности атмосферы с длиной волны от 3 мкм до 5 мкм. Длина волны 15 мкм является пределом для «HgCdTe» детекторов, оптимизированных для окна прозрачности атмосферы с длиной волны от 8 мкм до 12 мкм.
Таблица № 5. Разделение инфракрасного диапазона, используемое нами
Наименование диапазона |
Длина волны |
ближний инфракрасный NIR |
от 0,78 мкм до 1 мкм |
коротковолновый инфракрасный SWIR |
от 1 мкм до 3 мкм |
средневолновый инфракрасный MWIR |
от 3 мкм до 6 мкм |
длинноволновый инфракрасный LWIR |
от 6 мкм до 15 мкм |
сверх длинный инфракрасный VLWIR |
от 15 мкм до 1000 мкм |
В-четвертых, если предположить, что инфракрасные системы визуализации представляют собой системы формирования изображений, в спектральной полосе, расположенной по меньшей мере частично в инфракрасном диапазоне, тогда как системы тепловизорного изображения, системы изображений на основе ЭОПов, системы на усиленных ПЗС матрицах, системы монохромных камер на основе ПЗС и КМОП матриц, являющихся инфракрасными системами визуализации.
Однако спектральная полоса ЭОПов, усиленных камеры на основе ПЗС-матриц, систем монохромных камер ПЗС и КМОП матриц только частично расположена в инфракрасном диапазоне, поэтому термин «инфракрасная система визуализации» обычно ограничена системами тепловидения.
В-пятых, непонятно, что на самом деле «устройство ночного видения». Системы тепловидения позволяющие осуществлять наблюдение в ночных условиях должны рассматриваться как приборы ночного видения (ПНВ). Однако первые ПНВ конструктивно являлись системами усиления изображения и теперь значение термина «прибор ночного видения» обычно ограничено системой усиления изображения, а иногда и камерой на основе усиленной ПЗС матрицы.
Ознакомиться с полным каталогом оборудования
Для консультации связывайтесь с нашими специалистами по телефону 8(499) 75-096-75 или отправляйте запрос на электронную почту sales@rospribor.com