Tính toán thiết kế và chế tạo hệ quang trộn ảnh kết hợp khuếch đại ánh sáng yếu và ảnh nhiệt

Trong bài viết này, nhóm tác giả đã thực hiện tính toán thiết kế hệ quang chiếu ảnh tổng hợp chùm tia và chế thử mô đun trộn ảnh quang học giữa khuếch đại ánh sáng yếu và ảnh nhiệt. Qua quá trình thử nghiệm quan sát thực tế đã làm sáng tỏ tính ưu việt của khí tài trộn ảnh quang học và chứng minh tính khả thi trong việc tiến tới làm chủ công nghệ và thiết kế, chế tạo các khí tài trộn ảnh quang học ứng dụng trong quân đội.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán thiết kế và chế tạo hệ quang trộn ảnh kết hợp khuếch đại ánh sáng yếu và ảnh nhiệt Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ QUANG TRỘN ẢNH KẾT HỢP KHUẾCH ĐẠI ÁNH SÁNG YẾU VÀ ẢNH NHIỆT Nguyễn Anh Tuấn*, Nguyễn Vĩnh Sửu, Phạm Đình Quý, Hà Công Nguyên Tóm tắt: Trộn ảnh đang là xu thế phát triển nóng cho các thiết bị quang điện tử trong những năm gần đây trên thế giới, được dự báo đây sẽ là xu hướng chủ đạo trong những năm tới đây cho các khí tài quang điện tử ở nước ta. Thực hiện trộn ảnh để kết hợp tính năng ưu việt giữa khí tài ảnh nhiệt là khả năng phát hiện mục tiêu và khả năng phân biệt mục tiêu với phông nền tốt, với những ưu điểm của khí tài khuếch đại ánh sáng yếu là độ chi tiết hình ảnh cao sẽ cho kết quả quan sát trộn ảnh tổng hợp được các ưu điểm nêu trên. Trong bài báo này, nhóm tác giả đã thực hiện tính toán thiết kế hệ quang chiếu ảnh tổng hợp chùm tia và chế thử mô đun trộn ảnh quang học giữa khuếch đại ánh sáng yếu và ảnh nhiệt. Qua quá trình thử nghiệm quan sát thực tế đã làm sáng tỏ tính ưu việt của khí tài trộn ảnh quang học và chứng minh tính khả thi trong việc tiến tới làm chủ công nghệ và thiết kế, chế tạo các khí tài trộn ảnh quang học ứng dụng trong quân đội.Từ khóa: Trộn ảnh quang học; Tổng hợp chùm tia; Khuếch đại ánh sáng yếu; Ảnh nhiệt. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trộn ảnh - fusion imaging đang là một xu hướng phát triển nóng trong lĩnh vực quansát, ngắm bắn đêm hiện nay, nó đã và đang được nghiên cứu phát triển để trở thành tiêuchuẩn mới đối với các hoạt động tác chiến ban đêm [1, 2]. Với công nghệ trộn ảnh, cácthiết bị quan sát đêm đã đạt được những tính năng vượt trội trên cơ sở kết hợp khả năngphát hiện mục tiêu ở cự ly xa của công nghệ ảnh nhiệt với khả năng phân biệt, nhận dạngmục tiêu, độ chi tiết hình ảnh địa hình, địa vật của công nghệ khuếch đại ánh sáng yếu(KĐASY). Chính vì thế, các dòng thiết bị quan sát đêm này đã đáp ứng được yêu cầutrong các điều kiện tác chiến đêm hiện đại, đặc biệt phù hợp với điều kiện tác chiến trongthành phố, thị xã nơi có phông nền hỗn tạp nhiều bóng che, hay trong rừng rậm, rừng nhiệtđới nhiều sương mù như ở nước ta. Một số nhược điểm của KĐASY là chịu nhiều ảnh hưởng của điều kiện chiếu sáng từmôi trường, cũng như khó quan sát các mục tiêu bị bóng che, che khuất hay các mục tiêuhòa lẫn với phông nền (mục tiêu được ngụy trang). Những nhược điểm này lại hoàn toànkhông tồn tại với thiết bị ảnh nhiệt [2], như hình 1. a. Quan sát mục tiêu nguồn sáng mạnh. b. Quan sát mục tiêu bị bóng che. Hình 1. Sự khác biệt giữa KĐASY và ảnh nhiệt trong một số trường hợp. Có thể thấy rằng, những nhược điểm cơ bản của thiết bị KĐASY được thiết bị ảnhnhiệt khắc phục triệt để. Trên cơ sở công nghệ trộn ảnh fusion imaging, hai công nghệ nàysẽ bổ trợ bổ sung cho nhau, ưu điểm của công nghệ này sẽ bù đắp cho nhược điểm củacông nghệ kia tạo nên một thiết bị với nhiều tính năng ưu việt hơn. Một ví dụ về khả năng212 N. A. Tuấn, …, H. C. Nguyên, “Tính toán thiết kế … ánh sáng yếu và ảnh nhiệt.”Nghiên cứu khoa học công nghệquan sát của thiết bị trộn ảnh được thể hiện tại hình 2 khi so sánh với thiết bị khuếch đạiánh sáng yếu thông thường. a. Quan sát bằng kênh ảnh nhiệt. b. Quan sát bằng kênh KĐASY. c. Quan sát bằng kênh trộn ảnh. d. Quan sát kênh trộn ảnh (màu). Hình 2. So sánh hình ảnh quan sát giữa kênh trộn ảnh với KĐASY, ảnh nhiệt. Nói đến trộn ảnh, có thể chia làm hai phương pháp chính là trộn ảnh số và trộn ảnhquang học [2-5]. Trộn ảnh số là phương pháp tập trung chủ yếu việc can thiệp và xử lý hình ảnh số thuđược từ các cảm biến hình ảnh bằng một số thuật toán trộn ảnh trên nền tảng phần cứng đủmạnh để xử lý trộn ảnh theo thời gian thực [3]. Phương pháp trộn ảnh số được ứng dụngrộng rãi trên các thiết bị quan sát trộn ảnh giữa ảnh nhiệt và camera ngày hoặc camera độnhạy cao sử dụng cảm biến CCD hoặc CMOS, hoặc là các hệ thống chẩn đoán hình ảnhtrong y tế, hay các hệ thống quan sát hình ảnh vũ trụ, đánh giá môi trường, khí hậu,… Trộn ảnh quang học là phương pháp ghép chồng trực tiếp nhiều hình ảnh riêng biệtthu được từ các kênh quan sát độc lập và chồng ghép lên nhau bằng hệ quang-cơ khí phùhợp [4, 5]. Phương pháp trộn ảnh này không đòi hỏi quá nhiều về độ phức tạp của phầnmềm, cấu hình phần cứng, tuy nhiên đòi hỏi trình độ thiết kế gia công và chế tạo về quanghọc và cơ khí chính xác. Đặc biệt, phương pháp này rất phù hợp để thực hiện trộn ảnh giữaảnh nhiệt và KĐASY, có nghĩa là hình ảnh số của kênh ảnh nhiệt hiển thị trên màn hìnhMicro Oled và hình ảnh trực tiếp của kênh KĐASY trên màn huỳnh quang của Bộ biến đổiquang điện. Các thiết bị trộn ảnh quang học giữa ảnh nhiệt và KĐASY ứng dụng trongq ...