Determination of range parameters of observation devices used in security systems

Parametry systemów obserwacyjnych można określać na podstawie: symulacji komputerowych, badań terenowych lub pomiarów laboratoryjnych. W artykule przedstawiono sposób wyznaczania parametrów zasięgowych kamer termowizyjnych oraz VIS na podstawie pomiarów laboratoryjnych z wykorzystaniem kryterium Johnsona, a także modelu TTP. Artykuł zawiera opis metod wyznaczania parametrów zasięgowych oraz stanowiska pomiarowego. W artykule zaprezentowano przykładowe wyniki pomiarów parametrów, dwóch kamer termowizyjnych oraz dwóch kamer VIS, niezbędne do wyznaczenia parametrów zasięgowych.Range parameters of observation devices can be determined on the basis of numerical simulations or on the basis of measured characteristics. Those measurements can be conducted in both, laboratory and field conditions. It is, however, difficult to carry on reliable field measurements of range parameters because they are strongly depended on atmospheric conditions. Thus, the laboratory measurements are more favourable option. The paper describes the measurement stand, measurement methodology and the procedure for determination of range parameters. The results for thermal and VIS cameras are also presented, and they are analyzed and compared with the results obtained from current methods, including the measurement uncertainty figures. Some suggestions on the methodology of measurements are also given

Determination of Range Parameters of Observation Devices on the Basis of Laboratory Measurements

W artykule przedstawiono dwie najbardziej wiarygodne metody wyznaczania parametrów zasięgowych urządzeń obserwacyjnych – kryterium Johnsona i model TTP. Kryterium Johnsona jest metodą wykorzystywaną w normach NATO do wyznaczania prawdopodobieństwa detekcji, rozpoznania i identyfikacji standardowych celi NATO. Model TTP jest najnowszym sposobem wyznaczania parametrów zasięgowych urządzeń obserwacyjnych wykorzystywanym i rozwijanym głównie przez wojskowe badawcze laboratoria amerykańskie. W artykule przedstawiono uproszczony opis metody wyznaczenia parametrów zasięgowych na podstawie pomiarów laboratoryjnych. Opisano metodykę pomiaru niezbędnych paramentów potrzebnych do wyznaczenia zasięgu detekcji, rozpoznania i identyfikacji zgodnie z kryterium Johnsona oraz modelem TTP. Przedstawiono przykładowe wyniki pomiaru zasięgów kamer termowizyjnych oraz krótką analizę modeli.The paper presents two most reliable methods used to determine the range performance of observation devices – Johnson criteria and the TTP model. Johnson criteria is used in NATO standards to determine the probability of detection, recognition and identification of standard NATO targets. TTP model is the latest concept to estimate the range parameters of observation devices, developed and used mainly by US military laboratories. The paper presents simplified description of a method applied to determine the range parameters on the basis of laboratory measurements. It provides the list of parameters and measurement methods required to estimate the detection, recognition and identification ranges according to both Johnson criteria and TTP model. Sample results obtained for thermal cameras and short model analysis are also presented

Miniature thermo image display

W artykule przedstawiono miniaturowy wyświetlacz o rozdzielczości 852x600 przeznaczony do kamer termowizyjnych. Układ optyczny składa się z trzech soczewek. Wykonano obliczenia aberracyjne. Aberracje typowe dla układów obserwacyjnych czyli krzywizna pola (<1mm) i dystorsja (<2%) są akceptowalne. Możliwa jest zmiana parametrów wyświetlania kontrastu i nasycenia. Wykonano dwie wersje przyrządu. Pierwsza dedykowana do celownika CTS-1, zasilana z celownika. Druga z własnym zasilaniem - autonomiczna.The paper presents a miniature, external display device for thermal cameras. It is built on an OLED panel of 852x600 pixels. The optical system consists of three lenses (Fig.3). The unwanted effect of user's face illumination was investigated. The results of calculations of aberrations carried out with the ZEMAX software are included. The typical aberrations as well as the field curvature and distortions achieved an acceptable level (Fig. 4). The sufficient resolution was obtained for intended applications of the presented device (Fig. 5). The &plusmn;2 D diopter adjustment is provided. The display is controlled by a microprocessor circuit which also controls the simple user and serial communication interface. The durable casing was designed to provide adequate protection against electromagnetic interference. There are two versions of microdisplay. One, intended to enhance the capabilities of CTS-1 thermal weapon sight, drives the power from it. The second, a standalone device can display video signals from various thermal cameras and has its own Li-Ion battery. The operating temperature range is from -20ºC to +60ºC. The basic technical specifications are presented in Table 1

Measurement system to control parameters of thermovision cameras that are used by Polish army

Na wyposażeniu Wojska Polskiego znajduje się duża ilość różnych typów kamer termowizyjnych. Są one głównie częścią składową systemów obserwacyjnych i kierowania ogniem. Każdy sprzęt wojskowy podlega okresowym przeglądom i remontom. Przy każdej takiej operacji należy sprawdzać parametry urządzeń obserwacyjnych. Należy także pamiętać, że w trakcie użytkowania parametry urządzeń obserwacyjnych ulegają pogorszeniu. Obecnie na wyposażeniu WP nie znajduje się stanowisko pomiarowe mogące zweryfikować podstawowe parametry kamer termowizyjnych. Prezentowane stanowisko pomiarowe ma za zadanie pomiar wszystkich parametrów kamer termowizyjnych mających wpływ na jakość generowanego obrazu.Many thermal camera of different types are used by the Polish Armed Forces. These cameras are parts of observation and fire control systems. As any other kind of military equipment, the cameras must undergo service and maintenance procedures. At that time, their basic parameters have to be checked, as they usually deteriorate with time. The presented test stand is designed to measure all the parameters of thermal cameras that influence the quality of an output image

Measurement parameters of blackbody used to determine correction coefficients of FPA

Wzorce promieniowania podczerwonego mają szerokie zastosowanie w systemach optoelektronicznych. Jednym z takich zastosowań jest korekcja parametrów matryc detektorów. Do korekcji parametrów matryc detektorów używa się wzorców powierzchniowych. Muszą się one charakteryzować parametrami temperaturowymi znacznie lepszymi od parametrów mierzonej matrycy. W artykule przedstawiono metodykę pomiaru oraz wyniki badań wzorców promieniowania wykorzystywanych w stanowiskach pomiarowych do wyznaczania współczynników korekcji parametrów matryc detektorów.Low temperature blackbodies are widely used in optoelectronics systems as standard IR sources. They are applied in all measurement and calibration systems for IR devices. Nowadays the calibration blackbodies must meet very strict requirements because the spatial and spectral resolution of modern thermal cameras have been significantly improved. Especially, very accurate black bodies are needed to calculate the offsets and the gain FPA. In this paper the requirements for a blackbody used for calculating the FPA coefficient as well as the methods for measuring their important parameters are given The paper describes the measurement methods and presents the measurement results. It consist of 5 sections. In Section 1 the basic knowledge on problems concerning FPA calibration is given. In Section 2 there is described the method for measuring the black body accuracy with use of a very accurate thermometer. Section 3 focuses on measuring the short and long stability with use of thermal cameras. Section 4 deals with measurements of the black body uniformity. Measurements of the emissivity with use of a spectroradiometer are presented in Section 5. The measurement results of the black body manufactured by the Institute of Optoelectronics, Military Academy of Technology are collected in Table 4

The emission spectrum determination of flammable substance with infrared spectroradiometer use

Spektroradiometria podczerwieni powstała wraz z rozwojem spektroskopowych technik analitycznych. Umożliwia ona określenie składu chemicznego substancji na podstawie widm emisyjnych. W artykule omówiono podstawy teoretyczne spektroskopii podczerwieni oraz przedstawiono wyniki badań widm promieniowania substancji łatwopalnych. Badania miały na celu wyznaczenie widma oraz opis ilościowy pasm emisyjnych w zakresie podczerwieni w celu opracowania algorytmów identyfikacji promieniowania płomieni najczęściej spotykanych substancji łatwopalnych w celu opracowania nowych inteligentnych czujników przeciwpożarowych.Infrared spectroradiometry emerged as spectroscopic techniques were developed. It makes it possible to determine the chemical composition of a given material on the basis of its emission bands. The paper presents the measurements of such emissive properties of combustible substances, which were carried out at Combustion Laboratory of Polon-Alfa company. The aim of the experiment was to determine the optimal detection bands of intelligent fire detectors. Such detectors are mainly used in inflammable material depots. The fundamentals of IR spectroradiometry are presented in chapter one. Chapter two contains the description of the measurement setup, SPR 314 spectroradiometer and data acquisition, and data processing software. The measurement methodology and sample data are pre-sented in chapter three. The data analysis methods are discussed in chapter four, and a brief summary is given in chapter five

The accurate black body with Peltier modules

Ciała czarne mają szerokie zastosowanie jako wzorcowe źródła promieniowania termicznego. Są stosowane we wszystkich systemach pomiarowych i kalibracyjnych urządzeń termowizyjnych. Ze względu na znaczną poprawę rozdzielczości termicznej i przestrzennej nowoczesnych pomiarowych i obserwacyjnych kamer termowizyjnych wzrosły wymagania na parametry ciał czarnych, które mogą być stosowane do testowania takich urządzeń. W artykule przedstawiono wymagania dotyczące parametrów ciał czarnych, matematyczny model ciała czarnego, podstawy algorytmów regulacji oraz wyniki pomiarów ciała czarnego wykonanego w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.Low temperature blackbodies are widely used as IR radiation standards. They are utilized in all measurement and calibration systems for thermal imaging devices. Significant improvement in both thermal and spatial resolutions of modern thermal cameras caused much higher requirements for blackbodies for the testing of such devices. In chapter one the requirements for low temperature blackbodies are outlined, to enable the testing of modern thermal cameras. Chapter two presents the mathematical model of a blackbody, with particular emphasis put on energy conversions in the device. In chapter three the shortened algorithm is presented for the control of a blackbody. The construction of a blackbody control unit designed at Institute of Optoelectronics, MUT is described in chapter four. The description contains the design guidelines for such a devices that require precise temperature regulation and stabilization. Chapter five contains the results of test measurements for the designed low temperature blackbody and control unit. The measurements were performed using FLIR Silver SC5600-M thermal camera and DP251 temperature meter by OMEGA. Summary of the test results is presented in chapter six

A test stand for measuring nonuniformity correction coefficients of microbolometer detectors

Korekcja niejednorodności kamer detektorów matryc mikrobolometrycznych to problem z którym borykają się konstruktorzy współczesnych kamer termowizyjnych. Stanowisko pomiarowe oparte na zintegrowanym dwupowierzchniowym ciele doskonale czarnym pozwala na wyznaczanie współczynników korekcji niejednorodności. Przedstawiona konstrukcja oraz wyniki badań ciała doskonale czarnego pozwoliły na uzyskanie wyników jednorodności rozkładu temperatury na jego powierzchni na poziomie ±0.0110.015ºC. Przeprowadzone pomiary współczynników niejednorodności detektorów matrycy mikrobolometrycznej potwierdzają poprawność koncepcji działania stanowiska pomiarowego.Modern microbolometer array detectors commonly used to sense infrared radiation in 8 - 12 µm range exhibit a non-uniform response of particular array pixels for the same incident power. As a result of this non-uniformity an image degradation called the fixed pattern noise (FPN) occurs. It introduces an additional error component in the thermal representation of the observed scene, thus worsening the performance of an IR camera. In order to compensate this non-uniformity, several correction methods can be employed. Those methods usually base on laboratory measurements on specialized test stands, in which precise blackbody radiation sources are key metrological elements. The presented dual emitter blackbody set meets the high requirements of a standard blackbody for metrological applications. The design of emitters and the applied method of temperature stabilization ensure high uniformity and stability of the temperature distribution over the entire blackbody surface, which was positively verified during laboratory measurements. As a result, the presented blackbody can be used to perform non-uniformity correction of microbolometer focal plane arrays

Black body used to calibration thermovision systems

Wzorce promieniowania cieplnego są nieodłączną częścią wszystkich systemów pomiarowych i kalibracyjnych urządzeń termowizyjnych. Szczególne znaczenie mają one w systemach kalibracyjnych nowoczesnych pomiarowych kamer termowizyjnych oraz radiometrów obrazujących podczerwieni, ponieważ urządzenia te charakteryzują się bardzo dobrą rozdzielczością termiczną. W artykule przedstawiono zasadę działania oraz podstawowe parametry wzorców promieniowania stosowanych do kalibracji kamer termowizyjnych wytwarzanych w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.The black bodies are widely used as standard IR sources. They are applied in all measurement and calibration systems for IR devices. Nowadays, the calibration black bodies must meet very strict requirements because the spatial and spectral resolution of modern thermals cameras and spectroradiometers have been significantly improved. In this paper, the requirements for a black body are described as well as mathematical models, algorithms for temperature control and measurement results of a black body designed and manufactured at the Institute of Optoelectronics, Military Academy of Technology

Multisector IR surface emitter

W pracy zaprezentowano wielosektorowy, promiennik podczerwieni, który może być wykorzystany przy badaniach rozdzielczości temperaturowej kamer termowizyjnych. Powierzchnia promieniująca zawiera sekto-ry o różnych współczynnikach emisyjności wykonane z mikrownęk. Umieszczenie wielosektorowego promiennika podczerwieni w odpowied-nio zaprojektowanej osłonie termicznej umożliwia przestrajanie kontrastu sąsiadujących ze sobą sektorów z rozdzielczością bliską 100mK.The paper presents a multi-sector, highly stable IR source that can be used for (MRTD) testing thermal cameras. The proposed solution is based on a single, monolithic multi-sector IR source with areas of different emissivity. As a result of the emissivity difference, the particular sectors are imaged by thermal camera as areas of different temperatures. The sectors exhibit the radiative properties of a gray body. They are manufactured as micro-cavity structures in a solid metal plate. The desired value of emissivity is achieved by adjusting the geometric parameters of microstructure. The thermal contrast between adjacent sectors is obtained by selecting different effective emissivity values for particular sectors. By placing the multi-sector source inside a thermally insulated case it is possible to tune the thermal contrast between the adjacent sectors with 100 mK resolution. The emissivity of microstructure comb patterns was measured by a thermal camera. The temperature characteristics as well as the relation between the effective emissivity and the shape coefficient of a microstructure were determined. The designed IR source has the uniform radiative temperature distribution across its surface