|
Matryca detektorów może składać się nawet z kilkuset tysięcy pojedynczych detektorów (pikseli). Każdy z nich posiada indywidualną charakterystykę przetwarzania natężenia promieniowania Mj na sygnał wyjściowy uj j – tego detektora. Wielkość różnicy między przebiegiem poszczególnych charakterystyk, tj. wielkość ich rozrzutu, zależy od typu detektora. Po włączeniu kamery ,detektory nie są skalibrowane. Aby można było przeprowadzić pomiary termowizyjne, wymagane jest skalibrowanie wszystkich detektorów, tak aby posiadały jednakową charakterystykę przetwarzania.
Proces kalibracji odbywa się automatycznie po każdym załączeniu kamery i przebiega w trzech etapach:
• etap I – dopasowanie zakresu zmian charakterystyk statycznych przetwarzania detek-torów do zakresu zastosowanego w kamerze przetwornika A/C układu odczytowego ROIC; zwykle zakres ten obejmuje 12 ÷ 16 bitów,
• etap II – ujednolicenie współczynnika nachylenia poszczególnych charakterystyk,
• etap III – skorygowanie wszystkich charakterystyk statycznych przetwarzania detekto¬rów do jednej wspólnej, tak aby środek danego zakresu pomiarowego kamery, odpo¬wiadał środkowi zakresu pomiarowego przetwornika A/C.
Kalibrację detektorów matrycy potocznie nazywa się też mapowaniem matrycy. Jest to związane z faktem, że w literaturze angielskiej opisaną procedurę określa się terminem „mapping".
Kamera termowizyjna przelicza wartość sygnału ze skalibrowanej matrycy detektorów na temperaturę T według modelu pomiarowego. W tym celu, indywidualnie dla każdego egzemplarza, w procesie wzorcowania wyznaczane są stale wzorcowania R, B, F kamery. Jednocześnie wartość zmierzonego natężenia promieniowania M, proporcjonalna do sygnału i, z detektorów matrycy, jest zamieniana za pomocą przetworników A/C w macierz cyfr, które poprzez zdefiniowanie tablicy kolorowania zamienia się na kolor pikseli. Piksele tworzą obraz – termogram, który powstaje na monitorze kamery, komputera.
Na rysunku poniżej przedstawiono powiększony obraz z czteroelementowej matrycy detektorów w rożnych skalach kolorowania. W pomniejszeniu piksele zlewają się, tworząc wrażenie obrazu ciągłego. Manipulowanie tablicami kolorów daje duże możliwości. Można stworzyć obrazy będące rejestracją promieniowania innego niż widzialne, np. ultrafioletowe, magnetyczne, podczerwone czy rentgenowskie, choć nie daje to rzeczywistego wyniku. Kolorowanie takie nazywa się pseudokolorowaniem, gdyż nie istnieje, postrzegany przez człowieka, realny system kolorów związany z daną wielkością.
Rys. Powiększony obraz cyfrowy w róznych skalach kolorowania: a) skala szarości, b) kolory zimne,
c) kolory cieple, d) HSI (ang. Hue Saturation Intensity - intensywność nasycenia barwy), e) kolory wiosny,
f) kolory lata, g) kolory jesieni, h) kolory zimy
Metodę pseudokolorowania można wyjaśnić na przykładzie tworzenia palety kolorów RGB (Red - czerwony, Green - zielony, Blue - niebieski), która powstaje jako mieszanina trzech barw: czerwonej, zielonej i niebieskiej z uwzględnieniem wagi.
Określony kolor K uzyskiwany jest zgodnie ze wzorem:
gdzie:
r, g, b – wagi kolorów podstawowych R, G, B.
W celu opisu obrazu zgodnie z tym systemem potrzebne są trzy macierze wartości przechowujące wagi r, g, b. Wagi to przyjmują wartości od 0 do 1, a ich suma również musi się mieścić w tym przedziale. W systemach komputerowych łatwiej jest przechowywać wartości całkowite, dlatego dla reprezentacji danej wagi przyjmuje się 1 bajt, czyli 8 bitów. Umożliwia to opisanie 28 = 256 odcieni danego koloru. Ogólnie, w tzw. 24-bitowym systemie RGB możliwych do uzyskania jest (28)3 = 256 • 256 • 256 = 16 777 216 kolorów – są także 32 – bitowe systemy kolorowania RGB. W skali szarości, w której waga każdego koloru jest jednakowa: r = g = b, możliwe jest uzyskanie tylko 256 odcieni szarości, czyli 8 bitów.
Większość oprogramowania do obróbki termogramów umożliwia tworzenie własnych palet kolorowania. Dobór tablic kolorowania musi uwzględniać fakt, ze na termogramie niektóre kolory mają pewne dodatkowe znaczenie, np. czerwony - ostrzeżenie. Dlatego należy wprowadzić rozróżnienie między obrazem, będącym graficzną prezentacją palety kolorów lub odcieni szarości, a termogramem, powstałym z macierzy wartości sygnałów z poszczególnych pikseli matrycy detektorów.
W termografii obok skali szarości stosuje sic także, ściśle określone, inne tablice kolorowania, np. rainbow (tęcza), rainbow 10, iron (żelazo) iron 10. Cyfra 10 oznacza, że oprogramowanie na termogramie wyznacza tylko 10 odcieni dla zastosowanej tablicy kolorowania.
Interesującą formą jakościowej oceny procesów cieplnych można uzyskać w oparciu o trójwymiarową prezentacje termogramów. Trzecim wymiarem może być wartość temperatury proporcjonalna do wysokości piksela, który w tym przypadku będzie miał postać słupka. Dlatego odpowiednikiem piksela na termogramie trójwymiarowym jest woksel (ang. volume element – voxel). Dodatkowym wymiarem może być także czas. Jest to przydatne, gdy zmiany w}'stqpuj4 szybko i trudno jest je prześledzić w dużej ilości termogramów uzyskanych w danej sekwencji pomiarowej.
Termogramy mają często rozmiary większe niż to wynika z rozmiaru oryginalnej macierzy. Jest to osiągane przez procesy interpolacji, generujące większe macierze, lub metody „obróbki" podpikselowej z uwzględnieniem przykrawędziowego modelu spiętrzenia temperatury.
Materiał został opracowany na podstawie monografii:
Minkina W.: „Pomiary termowizyjne – przyrządy i metody”
Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, ISBN 83-7193-237-5,
243 str. |
|
Termowizja & Termografia
