久久精品国产亚洲av瑜伽-日本理伦片午夜理伦片-大胆gogo高清在线观看-成熟人妻av无码专区

訊技光電公司首頁 最新公告:2024年訊技課程安排發(fā)布啦! 黌論教育網(wǎng)校|English|全站搜索|聯(lián)系我們
欄目列表
FRED
VirtualLab
Macleod
GLAD
OCAD
Optiwave
LASCAD
Litestar 4D
TechwizD和TX液晶顯示軟件
JCMSuite
EastWave
最新發(fā)布

天文光干涉儀

雙折射晶體偏振干涉效應(yīng)

顏色分析

FRED應(yīng)用:顏色分析

FRED應(yīng)用:數(shù)字化極坐標(biāo)數(shù)據(jù)

FRED應(yīng)用:波片模擬

FRED應(yīng)用:MTF的計(jì)算

FRED應(yīng)用:LED手電筒模擬

FRED應(yīng)用:模擬沃拉斯頓棱鏡

FRED應(yīng)用:準(zhǔn)直透鏡模擬與優(yōu)

當(dāng)前位置: 主頁 > 服務(wù)項(xiàng)目 > 案例分析 > FRED >
FRED紅外熱成像應(yīng)用說明
時(shí)間:2016-07-12 21:47來源:訊技光電作者: 技術(shù)部點(diǎn)擊:次打印

使用FRED的圖形用戶界面和它的內(nèi)置腳本語言,我們可以輕松地實(shí)現(xiàn)熱輻射和成像。盡管強(qiáng)力的光線追跡同樣是可能的,F(xiàn)RED使用了應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)工程算法的高效運(yùn)算器來實(shí)現(xiàn)熱成像和輻射計(jì)算。使用源自輻射度量學(xué)的技術(shù),用FRED追跡必要數(shù)量光線的可能需要的時(shí)間,我們可以高效并精確地完成熱成像、冷反射、雜散光、熱照明均勻性和熱自發(fā)輻射的計(jì)算。
 
1. 熱輻射和熱成像是什么?
 
熱成像定義為產(chǎn)生一個(gè)場景的可視化二維圖像的過程,該圖像依賴于從場景到達(dá)成像儀器孔徑的熱輻射或紅外輻射的差異。熱成像系統(tǒng)通常會(huì)減去背景來增強(qiáng)在紅外場景中變化的對比度。當(dāng)背景不均勻時(shí),由于冷反射的存在,可能產(chǎn)生雜散信號(hào)。對于國防和安全問題尤為重要,在其中我們可以發(fā)現(xiàn)具有不同熱溫度或輻射率的物體,此時(shí)可以從圖像場景的剩余部分區(qū)分出它們。對于這個(gè)問題的主要應(yīng)用是:探測、分類和追跡隱藏在個(gè)人身上、包裹中、車輛上或船運(yùn)集裝箱中的武器、人員、車輛、物品和材料。圖1是一個(gè)非常好的案例,當(dāng)在FRED中進(jìn)行仿真時(shí),一個(gè)日常用品:茶壺,通過一個(gè)具有熱探測儀的攝像頭成像。
 
熱輻射是從一個(gè)光學(xué)儀器周圍的環(huán)境或結(jié)構(gòu)中發(fā)出的能量,它會(huì)引起雜散光問題。冷反射是一個(gè)熱輻射問題,由于反射到探測器上的輻射,在一個(gè)紅外系統(tǒng)中的熱輻射表現(xiàn)為在一個(gè)顯示圖像中的黑色圓形區(qū)域。
 
通常,這些系統(tǒng)通過探測疊加在大的背景上的小信號(hào)工作。在室溫下,黑體輻射曲線的峰值大致在10μm處。因此世界在這個(gè)波長處“發(fā)光”,發(fā)光的微小變化表明了溫度或輻射率的變化。特別的,當(dāng)一個(gè)冷卻的探測器圖像反映了自身,那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)局部背景的缺失。這通常表現(xiàn)為在圖像中央的黑點(diǎn)。有人可能稱之為“雜散黑”,而不是雜散光。
 
在測量絕對輻射而不是相對信號(hào)的紅外輻射儀中,任何背景輻射是不可接受的。在這樣一個(gè)儀器中,冷卻整個(gè)儀器到低溫度來消除由于自輻射導(dǎo)致的雜散光是必須的。
 

 
圖1 此圖演示了一個(gè)在茶壺表面具有不同輻射系數(shù)和溫度分布的暖茶壺的簡單問題。然后茶壺通過單透鏡成像,探測器放置在單透鏡后面。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)輻射到了探測器上類型的問題,可以在許多引起熱問題的紅外系統(tǒng)中找到。
 
最近,已經(jīng)開始致力于紅外遙感應(yīng)用中,包括溫度的測量和繪圖、森林火勢的感知和控制、監(jiān)督和多光譜地表成像等。
 
這些應(yīng)用種有許多是經(jīng)過長距離完成的,透過大氣,在大氣中IR能量的吸收是這些系統(tǒng)性能的一個(gè)影響因素。軍事的和基于空間的應(yīng)用一般來說可以通過探測器處理,探測器的工作波長落在8.0-15微米之間,在這個(gè)波段內(nèi)大氣的吸收是最小的。其他的應(yīng)用的波帶較寬,為0.9-300微米。
 
2. FRED如何進(jìn)行光線追跡和顯現(xiàn)熱輻射和成像?
 
在FRED中追跡熱輻射有幾個(gè)方法。第一種方法是創(chuàng)建一個(gè)光源,然后在光學(xué)系統(tǒng)中對它進(jìn)行強(qiáng)力光線追跡。第二種方法是通過光學(xué)系統(tǒng)從探測器后端進(jìn)行光線追跡,這需要較少的光線。在兩種方法中,能夠顯現(xiàn)二維和三維圖的熱成像是非常重要的。
 
事實(shí)上這里有兩個(gè)問題:計(jì)算時(shí)間和精度。在一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中,如果分析者嘗試去了解設(shè)計(jì)中遞增量的影響,并且想要實(shí)時(shí)這樣做,光線追跡時(shí)間可能會(huì)特別長。反向光線追跡能夠使計(jì)算變得幾乎是交互式的。另外,由于冪指數(shù)收斂比均勻性快,即使每個(gè)微分區(qū)域只有幾束光線到達(dá)熱源,分析者幾乎可以肯定保證精確的結(jié)果。
 

 
圖2 兩個(gè)輻照度計(jì)算的比較:一個(gè)是使用前向光線追跡,另一個(gè)是使用后向光線追跡。后者需要比前者少1/53倍的光線達(dá)到同樣的準(zhǔn)確度。
 
熱自發(fā)輻射可以簡單描述:每個(gè)光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)像朗伯輻射體一樣輻射能量,輻射出的能量是自身溫度和輻射系數(shù)的函數(shù)。通過追跡光線來模擬發(fā)射出的能量;在傳播過程中發(fā)生透射和反射時(shí),它們遵循幾何光學(xué)的規(guī)律。這些光線(它們表示熱能)累積到了FPA上。
 
根據(jù)這個(gè)計(jì)算,大多數(shù)軟件會(huì)讓用戶設(shè)置物體的溫度和輻射系數(shù)。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來看,這樣做完全是錯(cuò)誤的!在大多數(shù)“真實(shí)”的系統(tǒng)中,相對于光學(xué)和機(jī)械元件,F(xiàn)PA朝向一個(gè)非常小的固體角,因此當(dāng)大量光線被追跡時(shí),如果有的話,到達(dá)FPA的光線很少(圖3)。結(jié)果是熱自發(fā)輻射的錯(cuò)誤的估計(jì)。
 
有一種更加高效但是非最佳的方法。直接或者間接,大多數(shù)軟件允許用戶指定一個(gè)優(yōu)先的輻射方向;這在文獻(xiàn)中被稱為“重點(diǎn)采樣”。使用該方法,用戶為每一個(gè)光學(xué)和機(jī)械元件指定了一個(gè)重點(diǎn)采樣。在光線追跡的過程中,光線散射到了這些優(yōu)先的方向,這在引導(dǎo)光線到達(dá)FPA方面十分高效(圖4)。這極大的改善了統(tǒng)計(jì)結(jié)果,并且產(chǎn)生了熱自發(fā)輻射的一個(gè)準(zhǔn)確評估。然而,在一個(gè)具有許多結(jié)構(gòu)性元件的復(fù)雜、“真實(shí)生活”的系統(tǒng),這樣做單調(diào)乏味且耗時(shí),特別是如果分析者需要設(shè)定溫度和輻射系數(shù)。
 
 
圖3 熱發(fā)射主機(jī)筒的強(qiáng)力光線追跡。在這個(gè)例子中,入射光線沒有到達(dá)FPA。
 
圖4 發(fā)射朝向一個(gè)重要方向,計(jì)算更加高效,但是設(shè)置麻煩。
 
處理這個(gè)計(jì)算最好的方法是采用熱輻射度量學(xué)的數(shù)學(xué)方法。計(jì)算熱自發(fā)輻射(TSE)基本上是該形式的總和
 
因?yàn)闊彷椛涫抢什,我們可以用由熱出射度推?dǎo)出的等值表達(dá)式替換L
 
其中ε是輻射系數(shù),f是黑體積分,σ是斯特藩-玻爾茲曼常數(shù),T是溫度(K)。問題是如何高效的計(jì)算Aobject和Ωdetector。
 
反轉(zhuǎn)光源和收集器的作用(使用方程3),我們可以寫成
 
 
注意到探測器的面積Adetector是一個(gè)定量,為了高效的計(jì)算每個(gè)發(fā)射物體的立體角,我們在輻射方程中引用了對稱性概念。
 
從方程4中,我們注意到如果我們從探測器(L=1/πAdetector)發(fā)射光線,入射到物體上的功率數(shù)值上將等于它的投影立體角(回想投影立體角等于Ω/π)。發(fā)射的探測器功率因此等于
 
(事實(shí)上只有探測器輻射到了一個(gè)圓錐體中,這個(gè)公式才是正確的。如果我們希望輻射到一個(gè)矩形體中,正確的探測器功率是4/π因子)
 
知道如何高效的計(jì)算投影立體角是該方法的核心;這是第二個(gè)“高超的技巧”。由于立體角是常數(shù),它們只需要計(jì)算一次。
 

 
圖5 從FPA反向光線追跡來獲得精確的投影立體角。在大多數(shù)例子中,杜爾窗口是相對于探測器最靠近的通光孔徑,因此我們一般將光線發(fā)射到它的立體角內(nèi)。熱自發(fā)輻射的計(jì)算由方程6獲得,這很容易的應(yīng)用到一個(gè)表格中(圖6)。出于完整性,熱自發(fā)輻射的方程由下式給出:
 
其中表達(dá)式(Ω/π)是由光線追跡計(jì)算出的投影立體角。
圖6 計(jì)算熱自發(fā)輻射使用的表格,如Exceltm。列“Incident Power”實(shí)際上是投射立體角,列“Contribution”實(shí)現(xiàn)了用方程6實(shí)現(xiàn)。
 
熱自發(fā)輻射的計(jì)算使用反向光線追跡的好處有很多,包括
1. 立體角的精度由從探測器追跡的光線數(shù)目決定
2. 為了“切合實(shí)際”,溫度和輻射系數(shù)在表格中可以很容易的改變。
3. 這里沒有冗長的設(shè)置時(shí)間,設(shè)置時(shí)間不再是模型復(fù)雜性的函數(shù)。
4. 通過把探測器劃分為微分區(qū)域,光線追跡并將每個(gè)區(qū)域求和,我們可以獲得在探測器上熱自發(fā)輻射的圖像。
 
現(xiàn)代光學(xué)軟件十分強(qiáng)大且適應(yīng)性廣,通過點(diǎn)擊工具條上的按鈕,為有經(jīng)驗(yàn)和沒有經(jīng)驗(yàn)的用戶提供了來完成許多復(fù)雜的任務(wù)的方法。然而,有許多地方用戶需要以軟件預(yù)定義的方式執(zhí)行計(jì)算。應(yīng)用“高超的技巧”常常是唯一的辦法,在合理的期限內(nèi)執(zhí)行這些運(yùn)算并到達(dá)所需要的精確度水平。
 
3. FRED對于熱分析如何創(chuàng)建幾何結(jié)構(gòu)?
 
我們可以在FRED中使用圖形用戶界面直接創(chuàng)建系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu),或者從IGES或STEP CAD格式和光學(xué)設(shè)計(jì)程序?qū)搿3绦蛴泻芏噙x項(xiàng)來創(chuàng)建表面,包括標(biāo)準(zhǔn)的平面、圓錐面、圓柱面、橢球面、雙曲面、圓環(huán)面、多項(xiàng)式表面、Zernike、Nurb、Meshed、旋轉(zhuǎn)曲面、擠壓面、復(fù)合曲線、樣條曲線和用戶定義的表面。
 
由于FRED具有多文件用戶界面,可以在文件之間剪切、復(fù)制和粘貼元件。實(shí)體可根據(jù)邏輯關(guān)系安排到對應(yīng)于系統(tǒng)物理布局的裝配體、組件和元件等的分類中。任何表面可能會(huì)被隱式表面或者下面定義的孔徑集曲線裁剪。
 
任何表面可以根據(jù)溫度和輻射系數(shù)定義。另外,把每個(gè)表面定義為熱輻射源來傳播熱能和并創(chuàng)建熱成像圖。
 
4. FRED如何記錄熱輻射路徑?
 
FRED具有進(jìn)行高級(jí)光線追跡的能力,并且記錄所有在系統(tǒng)中追跡光線的所有路徑,圖7表示的是一個(gè)茶壺?zé)岢上竦墓饩路徑的列表,這是使用從探測器通過透鏡然后到圖1中所示茶壺的后向光線追跡形成的。
 
該光線歷史是每個(gè)路徑功率、沿著該路徑的光線數(shù)、它們?nèi)绾蔚竭_(dá)最后一個(gè)實(shí)體和它們通過了多少表面(事件計(jì)數(shù))的一個(gè)完整報(bào)告。使用任何光線追跡路徑并把它們復(fù)制到用戶定義的路徑列表中(選擇該路徑,點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,選擇復(fù)制該路徑到用戶定義路徑列表的選項(xiàng))是可能的。該路徑現(xiàn)在將會(huì)作為在高級(jí)光線追跡的可選路徑和可使用的光線方法之一出現(xiàn)。然后在僅有的路徑上,繪制點(diǎn)列圖或輻照度分布函數(shù)是可行的。
關(guān)于我們
公司介紹
專家團(tuán)隊(duì)
人才招聘
訊技風(fēng)采
員工專區(qū)
服務(wù)項(xiàng)目
產(chǎn)品銷售
課程中心
專業(yè)書籍
項(xiàng)目開發(fā)
技術(shù)咨詢
聯(lián)系方式
地址:上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號(hào)中暨大廈18樓1805室    郵編:201802
電話:86-21-64860708/64860576/64860572  傳真:86-21-64860709
課程:course@infotek.com.cn
業(yè)務(wù):sales@infotek.com.cn
技術(shù):support@infotek.com.cn
官方微信
掃一掃,關(guān)注訊技光電的微信訂閱號(hào)!
Copyright © 2014-2024 訊技光電科技(上海)有限公司, All Rights Reserved. 滬ICP備10008742號(hào)-1