Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

РЕФЕРАТ

Название работы «Визуализация инфракрасного излучения», объем работы стр. 61, количество иллюстраций 21, таблиц 1, количество использованных источников 38.

Ключевые слова: ИК-излучение, видимый спектр, нелинейные оптические эффекты, цвет, колориметрическая модель.

Цель работы: визуализация изображения инфракрасного объекта.

СОДЕРЖАНИ

Введение 5

1 Преобразование инфракрасного излучения 7

1.1 Основные типы преобразователей ИК – изображения 7

1.1.1 Преобразователи, основанные на тепловом расширении 7

1.1.2 Преобразователи, основанные на испарении или удалении вещества 8

1.1.3 Преобразователи, основанные на ускорении химических 9

реакций при нагревании 9

1.1.4 Преобразователи, основанные на изменении электрических и магнитных свойств 10

1.1.5 Преобразователи, основанные на изменении интенсивности видимого излучения при нагревании 10

1.1.6 Преобразователи, основанные на нелинейных оптических эффектах 11

1.1.7 Способы регистрации излучения, основанные на дискретной выборке поля интерферирующих волн 12

1.2 Нелинейные процессы в оптике 13

1.2.1 Генерация оптических гармоник 13

1.2.2 Фазовый синхронизм 16

1.2.3 Преобразование широкополосного ИК-излучения в нелинейных 18

кристаллах 18

2 Физические основы цветового восприятия человека 21

2.1 Оптика глаза 21

2.2 Радиометрические и фотометрические единицы измерения света 23

2.3 Анализ существующих теорий цветового зрения 26

2.3.1 Трихроматическая теория 27

2.4 Колориметрические системы 31

2.4.1 Модель – RGB 33

2.4.2 Модель – CMY 34

2.4.3 Модель – HSV и HSL 35

2.5 Кодирование цвета. Палитра 37

3 Преобразование ИК–излучения в видимый спектр 40

3.1 Преобразование инфракрасного излучения с использованием 40

кристалла иодата лития 40

3.2 Графическое представление цвета по координатам RGB 49

3.2.1 Visual Studio 49

3.2.2 Qt Creator 50

3.2.3 Разработка приложения для отображения цветовых координат 52

Заключение 59

Список использованных источников 60

Введение

Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, длины которых заключены в диапазоне от 1 нм до 1 мм. Оптический диапазон длин волн ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами, а с другой – микроволновым диапазоном радиоизлучения. Такое ограничение условно и в значительной степени определяется общностью технических средств и методов исследования явлений. В указанном диапазоне длин волн используются средства и методы формирования оптических изображений предметов, основанные на волновых свойствах излучения, а также применяются приемники света, действие которых основано на квантовых свойствах излучения.

В настоящее время всё большое внимание уделяется применению инфракрасных (ИК) тепловизионных каналов и ИК (тепловизоров) приборов в составе многоспектральной аппаратуры [1-3]. Применение ИК–техники позволяет решить такие проблемы как «ночное видение», навигации в сложных метеоусловиях, обнаружения скрытых (в том числе заглубленных в грунт) объектов, выявить особенности внутренней структуры объектов наблюдения, включая возможные дефекты, и т.д. Во-первых, это объясняется тем, что ИК техника обладает рядом достоинств и присущих только ей возможностей, таких как обнаружение и распознавание удаленных теплоизлучающих объектов независимо от уровня естественной освещенности и, в определенной степени, от состояния метеорологической обстановки, включая естественные и техногенные помехи (дымку, туман, дым, дождь, снег, пыль и т.п.). Во-вторых, специфическое температурное распределение, которое приобретает поверхность физического тела в условиях естественного теплообмена, в значительной мере связано с его оптическими и теплофизическими свойствами, включая особенности внутренней структуры.

Однако ИК-излучение не может быть воспринято человеческим глазом, что ранее не позволяло использовать его в деятельности человека. Современные средства и технологии позволяют снять это ограничение посредством визуализации инфракрасного излучения (преобразование ИК-спектра в видимый спектр). Одна из задач визуализации ИК-излучения состоит в цветовом представлении преобразованных спектров излучения. Как известно, спектр излучения представляет собой зависимость интенсивности света от длины волны, а спектр излучения может быть соотнесен с соответствующим цветом.

Тепловидение как способ получения информации об окружающем мире завоевывает все новые области применения в технике, биологии и медицине. Инфракрасные приборы используются для улучшения ночного видения, для навигации, и могут иметь много гражданских и военных приложений.

В настоящее время преобразование оптических сигналов и изображений из инфракрасной области спектра в видимую область осуществляется нелинейно-оптическим и электронно-оптическим методами.

На основе выше изложенного можно сформулировать цель рабы: визуализация изображения инфракрасного объекта. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

• проанализировать существующие типы преобразователей инфракрасного излучения;

• рассмотреть физические основы преобразования инфракрасного излучения в видимый спектр;

• рассмотреть природу восприятия цвета человеческим глазом с целью адекватного представления ИК излучения в видимом спектре;

• рассмотреть существующие теории представления цвета в технике;

• провести эксперимент по преобразованию ИК-излучения в видимый спектр;

• разработать механизм преобразования получаемого видимого спектра в цвет.

1 Преобразование инфракрасного излучения

Спектр оптического излучения состоит из видимого излучения, воспринимаемое человеческим глазом, инфракрасного (ИК) излучения и ультрафиолетового (УФ) излучения. Однако из всего возможного спектра человеческое зрение способно воспринимать лишь небольшой диапазон длин волн от 400 нм до 800 нм, но благодаря техническому развитию возможности человека расширяются и современные средства позволяют человеку заглянуть за пределы видимого мира.

С помощью современной техники и технологий стало возможно использование ранее не видимого спектра в целях человека. Например, использование ИК-излучение позволило решить множество задач в различных областях, медицине, военном деле, спектроскопии, астрономии и т.д. Преобразование ИК-излучения в видимый спектр может быть осуществлено различными преобразователями, основанными на разных физических принципах, например: тепловом расширении, на испарении или удалении вещества, на ускорении химических реакций при нагревании, на изменении электрических и магнитных свойств, на изменении интенсивности видимого излучения при нагревании, преобразователи, на нелинейных оптических эффектах, на дискретной выборке поля интерферирующих волн.

1.1 Основные типы преобразователей ИК – изображения

1.1.1 Преобразователи, основанные на тепловом расширении

К преобразователям, основанным на использовании принципа теплового расширения, относятся жидкокристаллические слои и объёмные дифракционные решетки[4].

Действие жидкокристаллического преобразователя основано на изменении цветов плоской холестеричесной жидкокристаллической текстуры при её нагревании, приводящем к изменению расстояния между элементарными слоями этой текстуры, действующей на белый свет подобно объемной фазовой дифракционной решетке, то есть избирательно отражающей свет в узкой спектральной области и рассеивающей свет за пределами этой области. Максимум селективного отражения при возрастании температуры смещается в коротковолновую часть спектра.

Подобными свойствами обладают и объёмные амплитудные дифракционные решетки, полученные методом регистрации картины интерференции двух встречных плоских световых волн в фотографическом слое. При нагревании этих решёток расстояние между плоскостями почернения увеличивается, что приводит к изменению спектра их отражения. Была предложена также модификация последнего метода, основанная на предварительном увлажнении этих решёток и удалении влаги под действием инфракрасного излучения, что приводило к уменьшению расстояния между плоскостями почернения.

1.1.2 Преобразователи, основанные на испарении или удалении вещества

Среди преобразователей, основанных на испарении или удалении вещества, наиболее известен эвапорографический преобразователь, действие которого основано на испарении тончайшего слоя жидкости при нагревании и рассматривании образующегося жидкостного рельефа в интерференционных цветах. Вместо жидкости можно использовать сублимирующееся вещество, например нафталин, но чувствительность при этом оказывается ниже. Были предложены такие преобразователи, основанные на испарении тонкого слоя металла, нанесённого на подложку; эти преобразователи пригодны главным образом для визуализации пучков импульсных лазеров или создаваемых их излучением голограмм или же для записи информации бегущим сфокусированным лучом лазера. Полученные амплитудные голограммы могут быть превращены в фазовые путём химической обработки, переводящей металл в прозрачную соль, что приводит к повышению яркости реконструированного изображения и может быть использовано при голографической коррекции аберраций объективов. Возможно также испарение вещества с поверхности относительно толстого слоя его, приводящее к получению фазовой отражательной голограммы.

Известны также преобразователи, основанные на удалении не всего вещества, а наиболее летучего компонента его, например кристаллизационной воды из кристаллогидратов или воды из предварительно увлажнённого желатинового слоя.

1.1.3 Преобразователи, основанные на ускорении химических

реакций при нагревании

При помещении фотографического слоя, подвергнутого предварительной равномерной засветке и пропитанного охлаждённый проявителем, в поле теплового излучения слой нагревается и реакция проявления ускоряется. Это нагревание слоя однозначно связано с интенсивностью инфракрасного излучения в данной точке слоя.

Существуют чувствительные слои, содержащие химические соединения, менявшие цвет при фазовом переходе, например двойной йодид ртути и серебра и др.. Такие преобразователи обладают повышенным разрешением и были с успехом использованы для визуализации пучков излучения лазера на СО₂ и регистрации инфракрасных голограмм.

Для визуализации излучения инфракрасных лазеров может быть использован эффект рассасывания видимого почернения в фотохромных стёклах или плёнках при их нагревании. Такие стёкла должны быть предварительно подвергнуты ультрафиолетовому облучению.

Ускорение реакции проявления рассеивающего света пузырькового изображения в везикулярных диазослоях, предварительно подвергнутых ультрафиолетовому облучению, также было использовано для визуализации пучков инфракрасных лазеров.

1.1.4 Преобразователи, основанные на изменении электрических и магнитных свойств

Существуют многочисленные варианты тепловых телевизионных трубок, мишень которых под действием нагревания меняет свои проводимость или ёмкость.

Для визуализации пучков излучения инфракрасных лазеров был использован также эффект изменения состояния намагниченной тонкой плёнки при изменении её температуры. Изменение состояния намагниченности может быть визуализировано путём наблюдения картины дифракции света такой плёнкой при нанесении на неё магнитного коллоида; возможны и другие, более сложные способы визуализации. Данный способ был использован для записи информации на бегущей магнитной плёнке при воздействии на неё сфокусированным лучом лазера.

1.1.5 Преобразователи, основанные на изменении интенсивности видимого излучения при нагревании

Для визуализации картин излучения лазера на СО₂ может быть использовано видимое тепловое свечение листов асбеста, графита или следы, вводимых в пучок излучения. Для повышения чувствительности применяется дополнительный нагрев листов до температуры несколько ниже точки красного каления.

Наблюдение пучков излучения лазера на СО₂ производилось также при помощи преобразователей, основанных на эффекте теплового тушения свечения некоторых люминофоров, возбуждаемых ультрафиолетовым облучением. В этом случае изображение более тёмное на светящемся фоне. Весьма схож с этим методом способ, основанный на использовании температурной зависимости квантового выхода хемилюминесценции.

1.1.6 Преобразователи, основанные на нелинейных оптических эффектах

Преобразователи, основанные на нелинейных оптических эффектах, резко отличаются от описанных в предыдущих разделах как по устройству, так и по принципу действия. Они основаны на эффектах параметрического взаимодействия двух пучков оптического излучения с частотами ν₁ и ν₂, в нелинейном кристалле с образованием излучения с разностной частотой ν₂- ν₁ и суммарной частотой ν₁+ ν₂ [4-7]. Так, например, при взаимодействии пучков излучения с длиной волны 694,3 нм (рубиновый лазер) и 10,6 мкм (лазер на СО₂) в кристалле прустита Ag₃AsS₃, возникает излучение с суммарной частотой, соответствующей длине волны 651,6 нм. Условием возникновения параметрического взаимодействия является обеспечение синхронизма (согласования фазовых условий распространения волн в кристалле), что достигается правильной ориентацией осей кристалла относительно коллинеарно направленных пучков излучения накачки (694,3 нм) и преобразуемого излучения (10,6 мкм). Хотя достигнутый в настоящее время коэффициент преобразования излучения по мощности невелик (порядка 10^-6), использование для накачки мощных импульсных лазеров с высокой частотой повторения импульсов делает способ достаточно перспективным и с практической точки зрения. Он может применяться к различным частотам; для его осуществления требуется подбор подходящих нелинейных кристаллов и мощных лазеров для накачки с разнообразными частотами излучения.

Одним из главных достоинств нелинейно-оптических преобразователей ИК изображений является высокое быстродействие, позволяющее изучать высокоскоростные оптические процессы в инфракрасной области спектра. Причиной тому является быстрый оптический нелинейный процесс, реализованный одновременно во всех областях кристалла; отсутствие сканирующей системы и полупроводниковых приемников ИК излучения, в том числе, которые необходимо охлаждать до достаточно низких температур[8].

1.1.7 Способы регистрации излучения, основанные на дискретной выборке поля интерферирующих волн

Для регистрации голограмм, создаваемых излучением инфракрасных лазеров, в принципе возможно использование метода, широко применяемого в акустической или радиоголографии, а именно: сканирование поля излучения точечным приемником излучения. Сигнал приемника управляет яркостью какого-либо источника света, например, светящегося пятна на экране электронно-лучевой трубки. При этом движение пятна по экрану трубки жёстко связано с движением приемника в поле рассеянного объектом излучения. Голограмма, отображаемая на экране, регистрируется на фотоприемнике, с неё изготовляется копия в масштабе, соответствующем отношению длин волн регистрируемого и реконструирующего излучений, и производится восстановление изображения. Возможно непосредственное введение сигнала приемника в ЭЦВМ, выполняющую восстановление изображения машинным способом, например, с использованием так называемого быстрого алгоритма Фурье-преобразования, разработанного Кули и Тьюки [9].

Этот метод обладает определёнными недостатками. Дискретная выборка поля голограммы приводит к потере информации и возникновению ложных изображений и нежелательной периодической структуры, наложенной на восстановленное изображение. Метод довольно трудоёмок, а операция сканирования обычно занимает длительное время.

К потенциальным достоинствам метода относится то обстоятельство, что пороговая чувствительность фотоэлектрических приемников, которые могут быть использованы в его практической реализации, существенно выше чувствительности неселективных тонкоплёночных преобразователей.

Таким образом, из описанных типов преобразователей рассмотрим преобразование ИК-излучения на основе нелинейных оптических эффектов в кристаллах, так как они имеют высокую степень быстродействия и данный метод преобразования не требует охлаждения приемников излучения.

1.2 Нелинейные процессы в оптике

1.2.1 Генерация оптических гармоник

Нелинейные оптические явления, такие как генерация второй гармоники, сложение частот света и д.р. наблюдаются при взаимодействии световых полей с веществами, у которых имеется нелинейная зависимость вектора поляризации от вектора напряженности электрического световой волны.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР