priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-3-210-222pribor-93Research ArticleПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙINSTRUMENTS AND METHODS FOR MONITORING THE NATURAL ENVIRONMENT, SUBSTANCES, MATERIALS AND PRODUCTSТестирование ИК-сенсоров с использованием генератора эталонных тепловых сигналовTesting of IR Sensors Using a Reference Thermal Signal GeneratorЛаркинЕ. ВLarkinЕ. V.

Евгений Васильевич Ларкин - д-р техн. наук, профессор; кафедра робототехники и автоматизации производства; заведующий кафедрой

Тула

Evgeny V. Larkin - Dr. Sci., Professor; Department of Robotics and Automation; Head of the Department

Tula

elarkin@mail.ruТитовД. В.TitovD. V.

Дмитрий Витальевич Титов - д-р техн. наук, доцент; кафедра вычислительной техники; профессор

Курск

Dmitry V. Titov - Dr. Sci., Associate Professor; Department of Computer Engineering; Professo

Kursk

titov.swsu@gmail.comАкименкоТ. А.AkimenkoТ. А.

Татьяна Алексеевна Акименко - канд. техн. наук, доцент; кафедра робототехники и автоматизации производства

Тула

Tatiana A. Akimenko - PhD, Associate Professor; Department of Robotics and Automation

Tula

tantan72@mail.ruШирабакинаТ. А.ShirabakinaТ. А.

Тамара Александровна Ширабакина - канд. техн. наук, профессор; кафедра вычислительной техники; профессор

Курск

Tamara A. Shirabakina - PhD, Professor; Department of Computer Engineering; Professor

Kursk

tas_06@mail.ruТульский государственный университетTula State UniversityЮго-Западный государственный университетSouthwest State University202326112024663210222Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/93

Исследуются методы тестирования ИК-сенсоров, широко применяемых как источник информации об окружающей среде в различных отраслях народного хозяйства. Показано, что вследствие преобразования сенсором информативных параметров наблюдаемой сцены возможны потери информации на выходе прибора. Определены условия, при которых потерь информации не происходит, и три общих случая передачи информативных параметров с потерями. Разработана структура тестирующей системы, основным элементом которой является запатентованный генератор эталонных тестовых сигналов, позволяющий оценивать такие информативные параметры, как теплосигнальная характеристика, дисторсия, разрешающая способность. Теплосигнальная характеристика строится в результате сканирования нагреваемых пластин, статистической обработки результатов измерений и аппроксимации результатов статистической обработки линейной зависимостью. Дисторсия оценивается по результатам измерения координат ИК-светодиодов на сцене генератора эталонных тестовых сигналов. Разрешающая способность оценивается по результатам построения поверхности значений выходного сигнала ИК-сенсора при сканировании тепловыделяющих пластин. Для каждого случая предлагается соответствующая методика оценивания.

Methods for testing IR sensors, which are widely used as a source of information about the environment in various sectors of the national economy, are being investigated. It is shown that due to the transformation of the informative parameters of the observed scene by the sensor, information loss at the output of the device is possible. Conditions are derived under which there is no loss of information, and three general cases of transmission of informative parameters with losses are specified. The structure of the testing system is developed, the main element of which is a patented generator of reference test signals, which makes it possible to evaluate such informative parameters as a thermal signal characteristic, distortion, and resolution. The heat signal characteristic is built as a result of heated plates scanning, statistical processing of measurement data, and approximation of the results of statistical processing by a linear dependence. Distortion is inferred from results of measuring the IR LEDs coordinates in the scene created with the reference test signals generator. The resolution is estimated based on the results of constructing the surface of values of the output signal of the IR sensor when scanning the heat-generating plates. For each case, an appropriate assessment methodology is proposed.

инфракрасный сенсоргенератор тепловых сигналовинформативные параметрыпотери информациитеплосигнальная характеристикадисторсияразрешающая способностьinfrared sensorthermal signal generatorinformative parametersinformation lossheat signal characteristicdistortionresolutionReferencesАлеев P. M., Иванов В. П., Овсянников В. А. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2000. 252 с.Aleev P.M., Ivanov V.P., Ovsyannikov V.A. Osnovy teorii analiza i sinteza vozdushnoy teplovizionnoy apparatury (Fundamentals of the Theory of Analysis and Synthesis of Airborne Thermal Imaging Equipment), Kazan, 2000, 252 р. (in Russ.)Основы инфракрасной термографии / А. В. Афонин, Р. К. Ньюпорт и др.; Под ред. Р. К. Ньюпорта, А. И. Таджибаева. СПб: Изд-во ПЭИПК, 2004. 240 с.Afonin A.V., Newport R.K. et al. Osnovy infrakrasnoy termografii (Fundamentals of Infrared Thermography), St. Petersburg, 2004, 240 р. (in Russ.)Бугаенко А. Г., Белозеров А. Ф., Митряйкин В. И. Опытный учебно-тренировочный и научный центр по тепловидению // Оптич. вестн.: Бюл. оптического общества им. Д. С. Рождественского. 2002. № 105. С. 8-11.Bugayenko A.G., Belozerov A.F., Mitryaykin V.I. Opticheskiy vestnik, D.S. Rozhdestvensky Optical Society, 2002, no. 105, pp. 8-11. (in Russ.)Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Инфракрасные системы „смотрящего“ типа. М.: Логос, 2004. 444 с.Tarasov V.V., Yakushenkov Yu.G. Infrakrasnyye sistemy "smotryashchego" tipa (Infrared Systems of "Looking" Type), Moscow, 2004, 444 р. (in Russ.)Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов / В. П. Иванов, В. И. Курт, В. А. Овсянников, B. JI. Филиппов. Казань: Отечество, 2006. 594 с.Ivanov V.P., Kurt V.I., Ovsyannikov V.A., Filippov V.L. Modelirovaniye i otsenka sovremennykh teplovizionnykh priborov (Modeling and Evaluation of Modern Thermal Imaging Devices), Kazan, 2006, 594 р. (in Russ.)Балоев В. А., Курт В. И., Щипунов А. Н. Направления совершенствования отраслевой системы метрологического обеспечения инфракрасных оптико-электронных приборов // Оптич. журн. 2007. Т. 74, № 3. С. 5-13.Baloev V.A., Kurt V.I., Shchipunov A.N. Journal of Optical Technology, 2007, no. 3(74), pp. 152-158.Пат. 191285 РФ. Устройство тестирования разрешения тепловизоров по контрасту / Т. А. Акименко, Е. В. Ларкин, О. А. Лучанский, Е. В. Филиппова. Опубл. 01.08.2019. Бюл. № 22.Patent RU 191285, Ustroystvo testirovaniya razresheniya teplovizorov po kontrastu (Device for Testing the Resolution of Thermal Imagers by Contrast), T.A. Akimenko, E.V. Larkin, O.A. Luchansky, E.V. Filippova, Published 01.08.2019, Bulletin 22. (in Russ.)Акименко Т. А., Филиппова Е. В. Исследование статических характеристик и пространственной динамики тепловизионной системы наблюдения // Изв. ТулГУ. Сер. Технические науки. 2018. № 9. С. 497-500.Akimenko Т.A., Filippova E.V. News of the Tula State University. Technical sciences, 2018, no. 9, pp. 497-500. (in Russ.)Испытательные таблицы для измерения качества цифрового и аналогового телевизионного вещания // Журн. „625“. 1999. № 8. С. 36-42.Dvorkovich A.V., Dvorkovich V.P., Makarov D.G., Novinsky N.B., Sokolov A.Yu. 625, 1999, no. 8, pp. 36−42. (in Russ.)Boiangiu C. A., Dvornic A. I. Methods of bitonal image conversion for modern and classic documents // WSEAS Trans. on Computers. 2008. Vol. 7, N 7. P. 1081-1090.Boiangiu C.A., Dvornic A.I. WSEAS Transactions on Computers, 2008, no. 7(7), pp. 1081-1090.ISO 12653-1:2000. Electronic imaging - Test target for the black-and-white scanning of office documents. Part 1: Characteristics.ISO 12653-1:2000, Electronic imaging - Test target for the black-and-white scanning of office documents. Part 1: Characteristics.ISO 12653-2:2000. Electronic imaging - Test target for the black-and-white scanning of office documents. Part 2: Method of use.ISO 12653-2:2000, Electronic imaging - Test target for the black-and-white scanning of office documents. Part 2: Method of use.ISO 12653-3:2014. Electronic imaging - Test target for scanning of office documents. Part 3: Test target for use in lower resolution applications.ISO 12653-3:2014, Electronic imaging - Test target for scanning of office documents. Part 3: Test target for use in lower resolution applications.Testing Image Synthesis for Skanners Verification / E. Larkin, V. Kotov, N. Kotova, A. Privalov // 2nd Intern. Ural Conf. on Measurements (URALCON). Chelyabinsk, Russia: South Ural State University, 2017. P. 221-226.Larkin E., Kotov V., Kotova N., Privalov A. 2nd International Ural Conference on Measurements (URALCON), South Ural State University, Chelyabinsk, 2017, pp. 221-226.Larkin E. V., Kotov V. V., Kotova N. A., Privalov A. N. Method of Estimation of Scanning System Quality // 10th Intern. Conf. on Machine Vision (ICMV): Proc. of SPIE. 2018. Vol. 10696. Article Number: UNSP 106962N.Larkin E., Kotov V., Kotova N., Privalov A. 10th International Conference on Machine Vision (ICMV), Proceedings of SPIE, 2018, vol. 10696, article number UNSP 106962N.Gray R. M. Entropy and Information Theory. Springer. 2011. 409 p.Gray R.M. Entropy and Information Theory, Springer, 2011, 409 p.Jaynes E. T. Probability Theory: The Logic of Science / Ed. G. L. Bretthorst. Cambridge Univ. Press, 2003. 753 p.Jaynes E.T. Probability theory: The logic of science, Cambridge University Press, 2003, 753 p.Maronna R. M., Victor J., Yohai V. J. Robust functional linear regression based on splines // Computational Statistics & Data Analysis. 2013. Vol. 65. P. 46-55.Maronna R.M., Victor J., Yohai V.J. Computational Statistics & Data Analysis, 2013, vol. 65, pp. 46-55. 19. Muler N., Yohai V.J. Computational Statistics & Data Analysis, 2013, vol. 65, pp. 68-79.Muler N., Yohai V. J. Robust estimation for vector autoregressive models // Computational Statistics & Data Analysis. 2013. Vol. 65. P. 68-79.Gonzalez R.C., Woods R.E. Digital Image Processing, Prentice Hall, 2002, 1040 p.Gonzalez R. C., Woods R. E. Digital Image Processing. Prentice Hall Publ., 2002. 1040 p.Gashnikov M.V., Glumov N.I., Ilyasova N.Yu. et al. Metody komp'yuternoy obrabotki izobrazheniy (Computer Image Processing Methods), Moscow, 2003, 784 р. (in Russ.)Методы компьютерной обработки изображений / Под ред. В. А. Сойфера. М.: Физматлит, 2003. 784 с.Papoulis A. Systems and transforms with applications in optics, NY,McGraw-Hill Book Co., 1968, 474 p.Papoulis A. Systems and Transforms with Applications in Optics. NY: McGraw-Hill Book Co., 1968. 474 p.Papoulis A. Systems and Transforms with Applications in Optics. NY: McGraw-Hill Book Co., 1968. 474 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.