Способ мгновенной регистрации распределения интенсивности инфракрасного излучения биообъекта по пространственным координатам вокруг него Советский патент 1993 года по МПК A61B5/00 

(Л

С

Способ мгновенной регистрации распределения интенсивности инфракрасного излучения биологического объекта по пространственным координатам вокруг него, состоящий в регистрации распределения температуры, преобразовании его в телевизионное изображение с последующим его анализом, С целью повышения точности регистрации дополнительно регистрируют распределение температуры за пределами объекта, преобразуют его в телевизионное изображение распределения по объекту и в пространстве вокруг него, выделяют в полученном изображении строку телевизионного растра, на которой получают зависимость интенсивности сигнала изображения от пространственной координаты вдоль строки. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники.

: Целью настоящего изобретения является повышение точности регистрации распределения интенсивности ИК-излучения биологического объекта по пространственной коррдинате вокруг него.

На фиг.1а представлена блок-схема ус-, тановки, реализующей предложенный способ. ИК-излучение от объекта 1 а, а также ИК-излучение от точек пространства вокруг объекта фокусируются широкоугольной оптикой 2, прозрачной в ИК-диапазоне, в плоскость чувствительных элементов приемника ИК-изображения 3, откуда сигнал поступает на вход видеоконтрольного устройства (ВКУ) 4, где ИК-изображения объекта и пространства вокруг него преобразуются в телевизионное изображение.

Сигнал с ВКУ поступает на вход специального телевизионного осциллографа 5 типа С9-1 с блоком выделения строки. Поскольку осциллограф С9-1 выделяет любую выбранную строку телевизионного растра ВКУ, на экране С9-1 наблюдается распределение ИК-излучения по объекту и вне его (в окру- жающем пространстве) на выбранной строке растра. Таким образом, имеем квазимгновенное (за время, равное постоянной времени приемника изображения и электронной схемы считывания, порядка несколько микросекунд) распределение энергии ИК-излучения по объекту и вне его, т.е. точное распределение интенсивности ИК-излучения по полю объекта и в пространстве вокруг него (фиг. 1 б).

Способ был опробован при определении распределения интенсивности ИК-излучения от точечного . объекта

00

о

4 vj

СО

небиологического вида. В качестве объекта использовался металлический полый шарик диаметром 5 мм, подогреваемый изнутри молибденовой спиралью. К внешней (излучающей) поверхности шарика прикреплена термопара для контроля температуры объекта. Для создания условий, близких к реальным приi регистрации распределения интенсивности ПК-излучения по полю биологического объекта и в пространстве вокруг него, шарик нагревался до температуры 37°С, Изображения собственного нагретого объекта и нагретого пространства вокруг него проецировались при помощи германиевого объектива, просветленного на спектральную область 8-14 мкм, в плоскость чувствительной мишени пироэлектрического видикона ЛИ-476, Между объективом и пироэлектрическим видиконом помещался диск модулятора, модулирующий попадающее на вход видикона излучение с частотой 10 гц. На экране ВКУ поступающее.на вход ЛИ-476 ПК-изображение преобразовывалось в телевизионное, при этом осциллограмма на экране С9-1, подключенного к ВКУ, представляла собой зависимость интенсивности сигнала телевизионного изображения от пространственной координаты вдоль выбранной строки растра. Таким образом, на. участках, соответствующих пространству вне объекта, .указанная осциллограмма представляла собой мгновенное распределение интенсивности ИК-излучения объе.кта по пространственным координатам вокруг него,. .

При определении закона по способу- прототипу погрешность составляет порядка 20-25% при условии медленно меняющихся полей за время анализа изображения (порядка 2 мин), В том же случае, если за время анализа изображения ИК-поле объекта будет часто меняться, способ-прототип вообще малопригоден, поскольку он выдаст усредненную характеристику за время измерения и не отобразит динамику распределения излучения.

Экспериментально полученная осциллограмма на участках, соответствующих пространству вне объекта с погрешностью 5% была отождествлена с законом, при котором интенсивность излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния от объекта, что соответствует теоретическому закону распространения излучения точечных объектов и подтверждает правильность предложенного способа определения мгновенного распределения интенсивности ИК- излучения биологического объекта по пространственным координатам.

(1)

0

5

0

5

0

5

0

5

Облученность чувствительной мишени пировидикона по полю мишени описывается законом (Козелкин В.В., Усольцев И.О. Основы инфракрасной техники. М.: 1985, Машиностроение, с,17):

с egSo(T4-To)

с - ---- ----t,

ЯГ

где е - коэффициент теплового излучения объекта,

So - площадь объекта,

а- постоянная Стефана-Больцмана,

Т - температура объекта,

То - температура окружающей среды,

г- радиус-вектор чувствительной мишени пировидикона.

При преобразовании инфракрасного изображения объекта в тепловизионное с выделением строки растра на экране ВКУ выделяется разрешаемая строка изображения, т.е. в этом изображении анализируется элемент с площадью, равной площади разрешаемого элемента пировидикона. Тогда яркость свечения экрана вдоль выделяемой строки, соответствующая теоретической зависимости (1) и определяемая экспериментально по осциллографу С9-1 будет описываться выражением:

(2)

п

где АО - амплитуда сигнала осциллограммы На краю изображения объекта,

AI - амплитуда сигнала осциллограммы вне изображения объекта на расстоянии I от края изображения,

Зэ - площадь разрешаемого элемента пиров.идикона, S3 0,06 мм2.

На фиг.2 представлена осциллограмма сигнала тепловизионного изображения на выделенной строке растра, проходящей через геометрический центр, там же крестиками обозначено теоретическое распределение (2). Максимальное расхождение значений экспериментальных и теоретических не превышает 5% от значений теоретического распределения.

Формула изобретения Способ мгновенной регистрации распределения интенсивности инфракрасного излучения биообъекта по пространственным координатам вокруг него, заключающийся в регистрации распределения температуры, преобразовании его в телевизнойное изображение с последующим его анализом, отличающийся тем, что. с целью повышения точности регистрации, дополнительно регистрируют распределение температуры за пределами объекта, преобразуют в телевизионное изображение

распределения по объекту и в пространствекоторой получают зависимость интенсивно- вокруг него, выделяют в полученном изо-сти сигнала изображения от пространствен- бражении строку телевизионного растра, наной координаты вдоль строки.

ЭКРАН ОСЦЮ ЛОГ РАФА С 9 - I

распределение энергии Ж-излучения по объекту

Фиг.1

PUBЈ