Рис. 2.12. Примеры термограмм для обработки в программе MIM Visualizer.

Для операции вычитания в программе должны быть открыты два изображения. Активным должно быть окошко с тем изображением, из которого предполагается вычесть второе изображение (рис. 2.13):

Рис. 2.13. Вид основного окна MIM Visualizer с открытыми термограммами

Далее необходимо выполнить команду меню Изображение / Операции / Вычесть… Или кликнуть на активном изображении правой кнопкой мыши, далее команды Операции / Вычесть… Появится окошко следующего вида (рис. 2.14):

Рис. 2.15. Окошко вычитания изображений

Под графой «Изображение» отображается список изображений, которые предполагается вычесть из исходного. Поскольку изображение в списке только одно, жмём OK.

Получается тепловизионное изображение, являющееся разницей в распределении температур между двумя изображениями (рис. 2.16):

Рис. 2.16. Результат применения функции «Вычитание»

Полученное изображение показывает, что окружающие объекты не поменяли температурной интенсивности, но заметна разница в отображении поднимающихся тепловых потоков из труб ТЭЦ-11. При обработке термограмм, снятых с большим интервалом времени (около часа или двух), результат вычитания будет более заметен, в том числе и на окружающих зданиях, поскольку температурная интенсивность за более долгое время может измениться.

2.4 Сравнительный анализ тепловизоров «ИРТИС» и «Скат»

«ИРТИС-2000» работает в диапазоне 3ч5 мкм, что позволяет наблюдать слабоконтрастные объекты, и на этот диапазон приходится максимум спектра излучения факелов пламени. ПМО к тепловизору позволяет измерять значения абсолютной температуры, строить термопрофили выбранной области термограммы, конвертировать термограммы в форматы, пригодные для обработки в другом ПО. Кроме того, данный термограф является полностью Российской разработкой.

Из недостатков тепловизора ИРТИС наиболее существенными оказались необходимость постоянной заливки жидкого азота для охлаждения приёмника излучения и ограничение непрерывной работы тепловизора. Время формирования кадра 1,5 с, что налагает существенные ограничения на непрерывный мониторинг. Тепловизор для защиты от внешних воздействий (улица) необходимо устанавливать в специально изготовленный термобокс. Эксперимент с тепловизором проводился около года, данные недостатки показали, что «ИРТИС-2000» не вполне пригоден для непрерывного круглосуточного мониторинга КС. Дальнейшие эксперименты с ним не проводились.

Преимущества тепловизора «Скат»: неохлаждаемая микроболометрическая матрица не требует заливки жидким азотом; частота развёртки кадров 25 Гц обеспечивает более высокое быстродействие тепловизионного канала; высокая надёжность и время непрерывной работы более 10000 часов. Диапазон 8ч13 мкм выигрывает на больших дистанциях, поскольку отношение сигнала к шуму в изображениях слабо нагретых тел выше, чем при диапазоне 3ч5 мкм. Программа MIM Visualizer, которой обрабатываются термограммы «Ската», имеет множество полезных функций, таких как наличие двух палитр отображения термограмм, отображение интенсивности температурной картины на теплоизображении; построение термопрофиля (сечения) изображения любой длины и направления в пределах кадра; функция вычитания одного кадра из другого, что позволяет наблюдать изменение температурной интенсивности с течением времени.

Из недостатков тепловизора «Скат» можно выделить посредственное качество термограмм при чересчур влажной атмосфере; при одинаковых площадях фоточувствительного элемента и одинаковых электрических полосах пропускания приемники 3ч5 мкм чувствительны к более слабым сигналам, чем приемники 8ч12 мкм. Также следует выделить тёмный ореол вокруг сильно нагретых объектов, возникающий из-за неточной настройки апертурной диафрагмы тепловизора.

В ходе экспериментальной эксплуатации тепловизор «Скат» показал себя с очень хорошей стороны. Стабильная работа, высокая частота кадров, защищённость прибора от дождя и ветра показали отличную пригодность «Ската» для круглосуточного мониторинга КС. Дальнейшие эксперименты на СП-1 проводились с тепловизором «Скат».

3. Экспериментальная отработка возможностей тепловизора «Скат»

В данной главе приводятся результаты экспериментальной отработки возможностей тепловизора «Скат» с помощью программы построения интенсивности теплового изображения MIM Visualizer. Приводятся примеры построения термопрофилей изображений с целью демонстрации возможностей тепловизора и программы MIM Visualizer. Приводятся примеры термограмм различных объектов, интересных с точки зрения мониторинга и поставленных задач, таких как: обнаружение аномально нагретых объектов и тепловых вулканов, обнаружение очагов возгорания, которых не видно невооружённым глазом, наблюдение теплового контраста изображений при различной метеорологической дальности видимости (МДВ), обнаружение очагов возгорания и пожаров (КС, ЧС).

3.1 Построение и анализ термопрофилей изображения

На рисунках 3.1 и 3.2 представлены термограммы, на которых изображён штатный тест-объект СП-1 - здание завода «Фрезер» и проведённые через его изображение сечения по горизонтали и вертикали. Это здание играет для СП-1 роль натуральной тепловизионной миры, по которой определяется разрешающая способность тепловизора. Судя по полученным изображениям термопрофилей, тепловизор в состоянии различить сетку окон здания и построить её контрастную картину.

На термограммах обозначены начало (1) и конец (2) линии сечения. На термопрофилях линия сечения по умолчанию идёт только слева направо. Далее по тексту третьей главы сохраняются такие же настройки программы.

Рис. 3.1. Термограмма «Фрезера» и термопрофиль, проведённый

На рисунке 3.3 представлена термограмма с изображением ещё одного штатного тест-объекта - ТЭЦ-11 с проведённым сечением через всё изображение по горизонтали. Окошко термопрофиля растянуто в соответствии с изображением. Согласно полученной картинке, программа отлично распознаёт контрастные профили труб (два высоких пика в центре термопрофиля), а также менее контрастные профили тепловых потоков, поднимающихся из труб (1 и 2).

Сечение 2 проведено через участок неба, близкий к горизонту, при этом оно затрагивает слабоконтрастный шлейф от трубы котельной, расположенной от СП-1 примерно в 5 км. На термопрофиле 2 виден ясно отчётливый пик, образованный большей температурной интенсивностью этого шлейфа. Пик обозначен на термопрофиле буквой S. Программа позволяет обнаруживать на термограммах слабоконтрастные объекты.

3.2 Обнаружение аномально нагретых объектов

Обнаружение аномально нагретых объектов - одна из основных задач мониторинга СП-1 системы АСДМ «Лидар». Аномально нагретые объекты характеризуются высоким температурным контрастом на термограмме по отношению к окружающим объектам. Данные термограммы позволяют судить о некой нештатной ситуации на объекте наблюдения. В ряде случаев анализ изображений сразу после съёмки позволяет судить об аномальном тепловом выбросе или о начинающемся пожаре.

В этой части главы представлены серии из изображений визирующей телевизионной камеры и тепловизора «Скат» в одинаковом ракурсе. Изображения сняты с интервалом в несколько секунд, чтобы изображения как можно более соответствовали друг другу.

На тепловизионной картинке видны сильно нагретые трансформаторы на крыше электропоезда, а также нагретые от трения колёсные пары вагонов. По данной картинке можно судить, что электропоезд находится в движении достаточно долгое время. Если поезд совсем недавно вышел из депо, колёсные пары не успевают достаточно нагреться, и на тепловизоре их контрастного изображения видно не будет.

На территории расположен небольшой бункер, где практически постоянно сжигают мусор. На изображении он обведён белым прямоугольником.

На тепловизионном изображении, снятом секундой позже в том же ракурсе, на месте бункера видно резко контрастирующее с окружающими предметами яркое пятно, обозначающее источник сильного нагрева. Благодаря таким изображениям, можно с высокой степенью достоверности обнаруживать источники открытого огня.

Темный ореол вокруг сильно нагретого источника обусловлен неточной настройкой апертурной диафрагмы тепловизора; в идеале тёмного ореола не должно быть вообще, а остальная картинка по сравнению с нагретым участком должна несколько бледнеть, чтобы скомпенсировать распределение интенсивности.

На термопрофиле отчетливо виден пик интенсивности, приходящийся на наиболее нагретую область изображения. При анализе подобных изображений нужно прежде всего обращать внимание на максимумы интенсивности температуры на термопрофилях.

Рис. 3.9. Термопрофиль изображения 3.8. Виден максимум интенсивности

3.3 Обнаружение «тепловых вулканов»

На рис. 3.10 изображено близлежащее здание, снятое телевизионной камерой. На рис. 3.11 изображение того же здания, снятое тепловизором. На тепловизионной картинке явно заметны выбросы тепла, вырывающегося из здания. Это связано с тем, что на последних двух этажах кое-где открыты нижние фрамуги окон (1), и заметен выброс тепла из технической шахты (2). В ряде случаев такие выбросы предшествуют возгораниям, поэтому необходимо вести за ними пристальное наблюдение.

Заключение

Разработанный в данной дипломной работе тепловизионный канал СП-1 АСДМ «Лидар» представляет собой современный технический продукт, полностью отвечающий задачам мониторинга КС.

В ходе работы над дипломным проектом были проведены эксперименты, в ходе которых выявлены явные преимущества и недостатки каждого тепловизора. Сопоставив их, была выбрана тепловизионная камера «Скат», удовлетворяющая условиям всех задач мониторинга. Высокая надежность, длительное время непрерывной работы, всепогодность, возможность снимать контрастные тепловые изображения днём и ночью при различной МДВ, делают тепловизор «Скат» незаменимым инструментом мониторинга. Программа MIM Visualizer позволяет строить сечения тепловых изображений «Ската» с целью визуализации профилей интенсивности теплового излучения от наблюдаемого объекта.

Сочетание выбранного тепловизора и описанного программного обеспечения гарантирует надежную и безотказную работу тепловизионного канала в течение всего срока службы.

Также в данной дипломной работе проведены организация и планирование работ по теме, составлена смета затрат на тему, дана экономическая оценка результатов проведённой работы.

В ходе работ над дипломным проектом спроектированы оптимальные условия труда инженера-разработчика.

Список использованной литературы

1. Ж. Госсорг. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение. Москва, «Мир» 1988 г.

2. Л.З. Криксунов. Справочник по основам инфракрасной техники. Москва, «Советское радио» 1978 г.

3. В.П. Вавилов, А.Н. Александров. Инфракрасная термографическая диагностика в строительстве и энергетике. Москва, НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик» 2003 г.

4. Методические указания по Организационно-экономической части дипломных проектов. 1990 г.

5. Методические указания по дипломному проектированию раздела Охрана труда и окружающей среды. 1980 г.

6. B.C. Розанов, А.В. Рязанов. Безопасность жизнедеятельности. 1994 г.

7. ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ, СанПиН 2.2.2.542-96.

Размещено на Allbest.ru