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 γ Promieniowanie widzialne Ultrafiolet Promieniowanie X Podczerwień Zakres fal radiowych EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF 0,01 nm 0,1 nm 1 nm 10 nm 0,1 µm 1 µm 10 µm 100 µm 0,1 cm 1 cm 10 cm 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km Długość fali Zakres pomiarowy podczerwieni 0,4 0,75 1,0 1,5 2 3 5 8 10 20 30 Długość fali [ m] µ 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 100 Bliska podczerwień Średnia podczerwień Daleka podczerwień Przepuszczalność [%] 80 60 40 20 0 LWIR SWIR MWIR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Długość fali [ µ m] O 2 CO 2 H 2 O CO 2 O 3 H 2 O CO 2 O 3 H 2 O CO 2 CO 2 H 2 O 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 Epsilon (Francja) MCT 384x288 Falkon (Izrael) InSb 640 x 512 Scorpio (Francja) MCT 640x512 Hawk (Włochy) MCT 640x512 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 20 µm 3 5µm wave band 30 µm 25 µm 15 µm 20 µm 8 12 µm wave band 17 µm 12 µm 15 µm 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 Widok kamery od strony obiektywu Widok kamery od strony złącz Podstawowe parametry techniczne 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 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) 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