[열화상카메라] 영상품질(MTF, MRTD)

영상 품질(MTF, MRTD)

MRTD는 열화상 시스템과 관찰자가 디스플레이에 표시된 이미지 내에서 주기적인 막대 표적을 인식하는 능력을 측정합니다.

 

MRTD는 관찰자가 패턴을 감지할 수 있는 테스트 패턴과 흑체 배경 사이의 최소 온도 차이입니다. 이 값은 이미징 시스템의 NETD 및 공간 해상도(IFOV)에 의해 결정되지만 사용된 팔레트, 다양한 색상을 구별하는 관찰자의 능력 등과 같은 영향을 미치는 다른 변수에 크게 좌우됩니다.

 

MRTD는 표준 4개 막대 표적의 막대와 관찰자가 막대의 열화상을 확인하는 데 필요한 배경 사이의 최소 온도 차이를 결정하여 측정됩니다. 다양한 공간 해상도로 분석을 수행하는 데 다양한 막대 치수가 사용됩니다. 일반 4바 타겟은 공간 주파수(길이당 사이클 또는 밀리라디안당 사이클)를 특징으로 합니다.

 

바 타겟의 다양한 공간 주파수에 대해 측정된 열화상 대비는 카메라의 제한된 해상도(주어진 IFOV 및 제한된 광학 품질의 결과로 인한 SRF)로 인해 주파수가 증가하거나 라인 쌍이 좁아짐에 따라 감소합니다.

블랙 플레이트는 환경 챔버에서 60°C로 가열된 다음 4바 타겟 구조 뒤에 뜨거운 배경으로 배치되었습니다. 4바 타겟 구조 대 공간 주파수에서 측정된 함수 대비를 변조 전달 함수(MTF)라고 합니다. MTF의 표준 결정을 위해 측정 대상 신호가 사용됩니다.

 

MTF는 측정된 물체 신호 차이와 4바 타겟과 배경의 실제 물체 신호 차이의 비율에서 계산되었습니다.

 

 

 

MRTD 측정을 위해 동일한 장비가 사용되었습니다. 열화상 이미지(50 프레임/초)는 뜨거운 배경 플레이트를 실온으로 냉각하는 동안 저장되었습니다. 목표 및 배경 온도의 결정을 위해 그림 2.98에 표시된 영역의 평균 온도가 사용되었습니다. 배경을 60°C에서 실온으로 냉각하는 동안 이 두 온도 간의 온도 차이를 분석하여 시간 종속적 온도 차이에 대한 기능적 적합성을 찾을 수 있습니다. 이 적합을 통해 냉각 기간 동안 모든 이미지에 온도 차이를 할당할 수 있습니다. 이러한 절차는 측정된 온도 차이가 시스템 노이즈로 인해 온도 변동에 크게 영향을 받는 매우 낮은 온도 차이에 대한 정확한 값을 결정하는 데 필요합니다(그림 2.98).

 

다음 그림은 자동 조정 눈금과 철 팔레트를 사용하여 냉각 기간 동안 관찰된 일련의 이미지를 보여줍니다. 바 타겟과 배경 사이의 다른 온도 차이에서 이미지가 표시됩니다. 온도 차이가 감소함에 따라 더 낮은 대비의 세부 사항을 볼 수 없습니다.

 

MRTD는 객관적인 매개변수(NETD, IFOV)뿐만 아니라 많은 주관적인 매개변수(관측자가 다른 색상을 구별하는 능력, 디스플레이 품질 등)에 의해 결정되기 때문에 최적의 카메라 매개변수를 찾는 것이 중요합니다.

 

시간 해상도(Time Resolution)

볼로미터 카메라는 일반적으로 시간 상수가 1000배 이상 크기 때문에 광자 검출기와 달리 선택 가능한 노출 시간의 기능을 제공하지 않습니다.

볼로미터 FPA가 장착된 이미징 시스템의 데이터 시트에서 시간 해상도는 일반적으로 관련 카메라 매개변수인 프레임 속도로 특성화됩니다. 이 값은 일반적으로 영상 분석을 위한 시간 분해능과 관련이 있다고 가정합니다. 간단한 실험은 프레임 속도만으로는 카메라의 시간 해상도를 제공하지 못한다는 것을 보여줍니다.

 

이 실험을 위해 직경 3cm의 자유낙하 고무공을 사용하였다. 고무 볼을 약 70°C로 가열했습니다.

지면에서 1m 높이에서 시작하여 자유 낙하하는 공은 약 4m의 물체 거리에 대해 IR 카메라로 열화상으로 분석되었습니다. 50Hz의 프레임 속도로 작동하는 볼로미터 카메라와 광자 검출기 카메라를 사용하여 측정한 결과를 보여줍니다. 자유낙하 운동 중 공의 속도가 증가하면 공의 속도가 증가하기 때문에 볼로미터 카메라에서 본 공의 이미지가 흐려집니다.

 

 

볼이 움직이는 동안 측정된 볼 온도의 시간 의존성을 분석할 수 있습니다. 온도가 약 70°C인 공은 IR 이미지에서 항상 최대 온도를 나타냅니다. 볼이 움직이는 동안 측정된 볼 온도를 보여줍니다. 측정된 온도는 공이 지면에 닿을 때까지 공 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 지면에서 튀어오른 후 공의 속도는 감소하고 결정된 온도는 공이 정지해 있는 상단에서 측정된 실제 공 온도 정도까지 증가합니다. 측정된 온도 변화 과정은 튀는 공이 주기적으로 위아래로 움직이는 동안 반복됩니다. 올바른 볼 온도는 볼이 정지해 있을 때만 결정할 수 있습니다. 이러한 결과로부터 볼로미터 카메라용 움직이는 물체의 온도 또는 과도 열 과정을 분석하려면 열 감지기 시간 상수에 의해 주어진 카메라 한계에 대한 자세한 조사가 필요하다는 결론을 내릴 수 있습니다.