8 osetljivost i reztelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/termovizijski... · 2014-05-07 ·...
TRANSCRIPT
![Page 1: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/1.jpg)
TERMOVIZIJSKI SENZORI
ODNOS SIGNAL ŠUMMINIMALNA TEMPERATURNA RAZLIKA
KONTRAST NA SLICIKONTRAST NA SLICIPROSTORNA REZOLUCIJA I MTF
Barbarić, MS1.TS 1
![Page 2: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/2.jpg)
Tipovi termovizijskih senzoraTipovi termovizijskih senzora• Registruju promene iradijanse, ne formiraju sliku:
1. Bolometar i čoper, čoper se koristi radi detekcijepromene.2. Pirometar i čoper, čoper se koristi radi detekcijepromene iradijanse.p j3. Fotonski detektor sa filtrima i čoperom
• Formiraju sliku na osnovu sopstvenog zračenja scene:• Formiraju sliku na osnovu sopstvenog zračenja scene:1. Jedan fotonski detektor dvoosni skaner,2. Detektorski niz i jednoosni skaner,3. Matrični detektor bez skanirajuće optike.
Barbarić, MS1.TS 2
j p
![Page 3: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/3.jpg)
Odnos signal šumOdnos signal-šum
• Proračun nivoa signala i nivoa sivog na slici,• Promena nivoa sivog na slici i kontrast,g• Nivo sivog pozadine ili okoline objekta,• Minimalni detektabilni kontrast• Minimalni detektabilni kontrast,• Minimalna detektabilna temperatura.
Barbarić, MS1.TS 3
![Page 4: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/4.jpg)
Odnos objekta i rezolucione ćelijeOdnos objekta i rezolucione ćelije
1. Objekat veći od rezolucione ćelije2. Objekat manji od rezolucione ćelijej j j
Detektor
ObjekatL j
Rezoluciona ćelija
Lλ
Barbarić, MS1.TS 4
Rezoluciona ćelija
![Page 5: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/5.jpg)
Spektralna radijansa rezolucione ćelijeSpektralna radijansa rezolucione ćelije
k l i dij d i i lj• Spektralna iradijansa od Sunca na površini Zemlje se može zanemariti u termovizijskim prozorima.
• Spektralna radijansa površine rezolucione ćelije, usledemisije, za difuzione radijatore je
1CTλλλ ε
π1)(TML CT=
Barbarić, MS1.TS 5
![Page 6: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/6.jpg)
Spektralna iradijansa na prijemnoj optici
• Spektralna iradijansa na prijemnoj optici, zaobjekat veći od rezolucione ćelije, je
gde je Ωd prostorni vidni ugao detektora.dLE Ω= λλ
gde je Ωd prostorni vidni ugao detektora.• Napomena prostorni vidni ugao Ωd i trenutni vidni
ugao po obe ose (α β)ugao po obe ose (α,β).• Spektralni fluks na površini detektora
oAEλλφ =
Barbarić, MS1.TS 6
![Page 7: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/7.jpg)
Spektralna iradijansa ekvivalentna šumu i spektralna detektabilnost
• Spektralna iradijansa ekvivalentna šumu ispektralna snaga ekvivalentna šumu
λλ ℜ
=o
n
Av
NEIλ
λ ℜ= nv
NEP
• Spektralna detektabilnost detektora ℜ
λ
n
dd
vfA
NEPfA
DΔ⋅ℜ
=Δ
= λ
λλ
*
Barbarić, MS1.TS 7
![Page 8: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/8.jpg)
Odnos signal-šum, objekat veći od rezolucione ćelije
• Odnos signal šum je dat relacijom
λ2
λλ
λ
λλ dLD
BAA
VV
NEPSNR
d
do
n
s ∗Ω==Φ=
2
gde je Ao površina prijemne optike, B ekvivalentnii i l l kt ki k li
λd1
propusni opseg signala u elektronskim kolimasenzora.
• Komentar u vezi parametara senzora.
Barbarić, MS1.TS 8
![Page 9: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/9.jpg)
Objekt je manji od rezolucione ćelijeObjekt je manji od rezolucione ćelije
• Kada je objekt manji od rezolucione ćelije on je tačkasti radijator pa je spektralna iradijansa
2RI
E λλ =
gde je R rastojanje od sensora do površine objekta.S kt l i i t it t ši dif bj kt• Spektralni intenzitet površine difuznog objekta površine Aob je
obALI λλ =
Barbarić, MS1.TS 9
![Page 10: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/10.jpg)
Odnos signal-šum, objekat manji od rezolucione ćelije
• Spektralni fluks je
bAL
AAE λλλφ ==
• Spektralna snaga ekvivalentna šumu je
oboo AR
AAE 2λλφ
• Spektralna snaga ekvivalentna šumu je
=λBA
NEP d
• Odnos signal-šum postaje ∗λ
λ DNEP
λλ
λ
λ dLDABAR
AVV
NEPSNR ob
os ∗==Φ=2
2
Barbarić, MS1.TS 10λBARVNEP dn
1
![Page 11: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/11.jpg)
Ekvivalentni propusni opseg, senzora slike
• Ekvivalentni propusni opseg B je funkcija brojadetektora.
sΩ• Broj rezolucionh ćelija na terenu je• Vreme formiranja slike Ts pa je vreme odziva sa
d
srcn
Ω=
Vreme formiranja slike Ts pa je vreme odziva sajedne rezolucione ćelije
gde je n broj detektoras
ds T
nnT
ΩΩ==τ
gde je n broj detektora• Konačno ekvivalentni propusni opseg, za fs=1/Ts, je
srcn Ω
Ω1s
d
s fn
BΩΩ
==τ1
Barbarić, MS1.TS 11
![Page 12: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/12.jpg)
Detektabilnost detektoraDetektabilnost detektora
• Detektabilnost detektora se dogovorno definiše za300K, za hlađene detektore detektore sa ograničenimbegraundom, teoretski detektabilnost je oko 100 putaveća.
• Specifična detektabilnost D* je normalizovana naAd=1cm2 i B=1Hz.d
• Dakle D*(300K,1Hz, 1cm2)• D* je funkcija talasne dužine pa se koristi D*• D je funkcija talasne dužine pa se koristi D λ
spektralna specifična detektabilnost
Barbarić, MS1.TS 12
![Page 13: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/13.jpg)
Uticaj atmosfereUticaj atmosfere
• Odnos signal šum u uslovima atmosferskog slabljenjaopada zbog slabljenja zračenja kroz atmosferu.
• Odnos signal šum je dat relacijama:1. Objekat veći od rezolucione ćelije1. Objekat veći od rezolucione ćelije
λτ λ
λ
λλ dLDBA
AVV
NEPSNR dos ∗Ω
==Φ=2
2. Objekat manji od rezolucione ćelijeλBAVNEP dn
1
λτ λ
λ
λλλ dLDA
BARA
VV
NEPSNR ob
d
o
n
s ∗==Φ=2
2
Barbarić, MS1.TS 13
λBAR dn1
![Page 14: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/14.jpg)
Osetljivost na promene radijanseOsetljivost na promene radijanse• Na slici se ne posmatra intenzitet nivoa sivog negop g g
razlika nivoa sivog.• Odnos signal–šum se značajno menja sa promenomOdnos signal šum se značajno menja sa promenom
radijanse.• Radijansa se menja od tačke do tačke zbog promene• Radijansa se menja od tačke do tačke zbog promene
temperature, emisivnosti i refleksivnosti površine terena.Za izvedena dva slučaja imamoZa izvedena dva slučaja imamo
λτ λ
λ
λλ dLDBA
AVV
NEPdos Δ
Ω=
Δ=ΔΦ
∗2
λτ λ
λ
λλ dLDAA
VV
NEP obos Δ=
Δ=ΔΦ
∗2
2
λBAVNEP dn
1
Barbarić, MS1.TS 14
λλ
λλBARVNEP ob
dn
1
2
![Page 15: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/15.jpg)
Poređenje senzora po osetljivostiPoređenje senzora po osetljivosti
• Osetljivost infracrvenih senzora se određuje naosnovu minimalne temperaturne razlike koja se možedetektovati.
• Pored toga na slikama termovizijskog senzora jeg j g jvažan kontrast između objekta i okoline.
• Ova tradicinalna podela se danas na slici svodi naOva tradicinalna podela se danas na slici svodi naminimalnu promenu radijanse objekta i okoline a dase objekat može detektovati.se objekat može detektovati.
Barbarić, MS1.TS 15
![Page 16: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/16.jpg)
Minimalna temperaturna razlikaMinimalna temperaturna razlika
• Minimalna temperaturna razlika ΔT koja se možedetektovati izvodi se iz izraza
λτ λλ
λλ TdTL
DBA
AVV
NEPdos Δ
∂∂Ω
=Δ
=ΔΦ= ∗2
1
• Minimalna temperaturna razlika ekvivalentna šumuNETD je
λTBAVNEP dn ∂
1
NETD je
SNRNETDTBA
NETD d ⋅=ΔΩ
= ,1λ
dTLD
A d
∂∂Ω
∗
,20
λτ λλ
λλλ
Barbarić, MS1.TS 16
1λ
![Page 17: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/17.jpg)
Minimalni kontrast koji se detektuje na slici
Ni i li i j i l i l• Nivo sivog na slici je proporcionalan naponu signala vs, pa je Is=Gvs.N li i i j lik i i j• Na slici nas interesuje razlika nivoa sivog pa je
∗Δ2λ
λλλ λτ dLD
∗
Δ
=Δ2
1
λλ
λλλ
λ
λτ
dLD
dLD
II
B
• Od definicije odnos signal šum zavisi prag
∗
1λλ λdLD B
• Od definicije odnos signal-šum zavisi pragdetekcije i verovatnaoća detekcije objekta.
Barbarić, MS1.TS 17
![Page 18: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/18.jpg)
Prostorna rezolucijaProstorna rezolucija
• Prostorna rezolucija predstavlja najmanju fizičkudimenziju objekta koji se može detektovati na slici.
• Pored detekcije definiše se orjentacija, identifikacija iprepoznavanje.prepoznavanje.
• Za detekciju 1 par linija (par piksela).Z id ifik ij 4 j 6 i ik l• Za identifikaciju 4, a prepoznavanje 6 pari piksela.
Barbarić, MS1.TS 18
![Page 19: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/19.jpg)
Broj pari linijaBroj pari linija
Barbarić, MS1.TS 19
![Page 20: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/20.jpg)
Funkcija prenosa jednog detektoraFunkcija prenosa jednog detektora• Detektor integrali incidentni fluks po površini ab• Detektor integrali incidentni fluks po površini ab
y ab
xY b
xX
• Izlazni signal I(X,Y) je konvolucija fluksa Φ(x,y) it (X/ Y/b) f k ijrect (X/a,Y/b) funkcije.
Barbarić, MS1.TS 20
![Page 21: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/21.jpg)
Funkcija prenosa matričnog detektoraFunkcija prenosa matričnog detektora
• Za matrični detektora dimenzija a i b na udaljenostelementarnih detektora c i d nivo sivog jeproporcionalan sa
),(),(),(),(),( yxrectyxcombyxrectyxyxI
∗Φ= ),(),(),(),(),(
hwrect
dccomb
barectyxyxI
Φ
chd
wBarbarić, MS1.TS 21
![Page 22: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/22.jpg)
Modulaciona transfer funkcija detektoraModulaciona transfer funkcija detektora
• Raspodela nivoa sivog u prostorno frekvencijskomdomenu je
( )[ ])(sin
),(),(sin),(),(ηζ
ηζηζηζφηζhwcwh
dccdcombbacabI ∗∗=
M d l i t f f k ij ij ič i h
),(sin ηζ hwcwh
• Modulaciona transfer funkcija nije ograničena po w i h(w je puno veći od a, b, i h je puno veće od b i d) pa je
( )[ ]),(),(sin),( ηζηζηζ dccdcombbacabMTF ∗=
Barbarić, MS1.TS 22
![Page 23: 8 OSETLJIVOST I REZtelekomunikacije.etf.rs/predmeti/ms1ts/Termovizijski... · 2014-05-07 · •Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzima odmerke u 1/c,2/c itd. •Graničnu](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041518/5e2cd0ac9b73c26ac30b1a18/html5/thumbnails/23.jpg)
Granične frekvencije i MTF senzoraGranične frekvencije i MTF senzora
• Prva nula sinc funkcije je 1/a a comb funkcija uzimaodmerke u 1/c, 2/c itd.
• Graničnu frkvenciju detektora određuju dimenzije jednogelementa. Sa druge strane, odnos c i a, kao i b i d segbiraju tako da se dobiju maksimalna prostorna rezolucija.
• Napomena a=αf i b=βf, a granična frekvencija optike jeNapomena a αf i b βf, a granična frekvencija optike jeD/λf.
• Ukupna modulaciona funkcija senzora je• Ukupna modulaciona funkcija senzora je
DOS MTFMTFMTF =
Barbarić, MS1.TS 23