Termiskās attēlveidošanas lēcu ražošana. Termiskā attēlveidošana

Vai jums ir nepieciešami papildu objektīvi termovizoram?

Iegādājoties termovizoru, katrs uzdod sev šo jautājumu un pats uz to atbild, vadoties pēc pieejamās informācijas. Mēs no savas puses centīsimies paplašināt šīs pašas informācijas apjomu, lai pircēja izvēle būtu apzinātāka.

Tātad, kāpēc jums ir vajadzīgas papildu lēcas/lēcas?
Attēla kvalitāte ir atkarīga no vairākiem parametriem, bet galvenokārt no termiskās attēlveidošanas matricas kvalitātes, tās jutības un izmēra, kā arī no objektīva parametriem.
Pirmkārt, tas ir tehniskās specifikācijas termiskās attēlveidošanas matricu un objektīvu un nosaka attēla kvalitāti. Parasti matricu nav iespējams mainīt uz lielāku, tāpēc paliek tikai maināmi vai papildu objektīvi, kas uzlabo attēla kvalitāti. Es esmu diezgan skeptisks pret apgalvojumiem, ka matricas un objektīva nepilnības var novērst ar papildu programmatūras apstrādi un tādējādi sasniegt vairāk, nekā ir iespējams, pamatojoties uz aparatūru.

Piemēram:
384x288 matrica ar 20⁰ objektīvu nodrošina telpisko izšķirtspēju: 0,91 mrad. 160x120 matrica ar to pašu 20⁰ objektīvu nodrošina 2,2 mrad izšķirtspēju.
Citiem vārdiem sakot, 100 metru attālumā termovizors ar 384x288 matricu spēj atšķirt objektu, kura izmēri ir 9,1x9,1 cm, savukārt 160x120 matricai minimālā objekta izmēriem jābūt vismaz 22x22 cm!
Iespēja sasniegt 9x9 cm izšķirtspēju izklausās ļoti optimistiski, neskatoties uz to, ka oriģināla kvalitāte, pat simtiem fotogrāfiju, nav labāka par 22x22 cm.
Acīmredzot, opcija “superizšķirtspēja” var nedaudz uzlabot attēla kvalitāti, it īpaši “dabiska” rokas drebēšanas gadījumā, taču par spēju paveikt brīnumu, dubultojot izšķirtspēju, paliek vismaz šaubas.

Tas atstāj vienu dabisku veidu, kā paplašināt efektīvo diapazonu vai fotografēšanas zonu – papildu objektīvus. Standarta objektīvam tiek piedāvāti divi papildu objektīvi - platleņķa un šaura leņķa.

Platleņķa objektīvs, kā likums, tiek izmantots, ja nepieciešams fotografēt lielu platību no salīdzinoši neliela attāluma. Nav tik populārs kā šaura leņķa objektīvs, jo jūs vienmēr varat apvienot standarta uzņēmumu sēriju panorāmas attēlā, jo īpaši tāpēc, ka platleņķa objektīvs paplašina fotografēšanas laukumu, samazinot detaļas, un tas ir piemērots dažiem cilvēkiem.

Šaura leņķa (telefoto) objektīvs izmanto gadījumos, kad augsta detalizācija ir svarīga salīdzinoši mazam objektam, kas atrodas ievērojamā attālumā. Šeit neviens programmatūras triks nevar atrisināt problēmu - jums tas ir nepieciešams īpašs objektīvs. Manā praksē bija gadījums, kad vajadzēja fotografēt TEC5 cauruli (augstums virs 200m), šajā gadījumā šāds objektīvs bija vienkārši nepieciešams.

Termokameras izvēle bieži vien ir atkarīga no sensora izšķirtspējas un fokusa attālums objektīvu, lai iegūtu vienu vai otru mērķa noteikšanas diapazonu. Piemēram, iekšā tehniskajām prasībām norāda: termovizoru ar 640x480 pikseļu izšķirtspēju un 100 mm objektīvu.

Apskatīsim reālo situāciju, izvēloties termoattēlveidošanas kameru, kad visiem piedāvātajiem sensoriem ir vajadzīgā izšķirtspēja 640x480 pikseļi, pamatojoties uz amorfā silīcija (aSi) tehnoloģiju, pikseļu soli 17 μm un termiskā jutība (NETD) 50 mK - šie parametri ir raksturīgi mūsdienu gara viļņa garuma mikrobolometriem. Turklāt visu piedāvāto objektīvu fokusa attālums ir 100 mm, taču tie atšķiras ar relatīvo diafragmas atvērumu F. Objektīva parametri ir šādi:

Ņemot vērā norādītos diafragmas un gaismas caurlaidības parametrus IR diapazonā (no 8 līdz 12 μm), varat aprēķināt, cik procentu gaismas izies cauri objektīvam:

Apgaismojums uz matricas ar F1.6 objektīvu un gaismas caurlaidību 88% = (1/1.6)2 x 0.88 = 34%

Apgaismojums uz matricas ar F1.4 objektīvu un gaismas caurlaidību 88% = (1/1.4)2 x 0.88 = 49%

Apgaismojums uz matricas ar F1.2 objektīvu un gaismas caurlaidību 88% = (1/1.2)2 x 0.88 = 61%

Attiecīgi var parādīt, ka termovizora + lēcu sistēmas termiskā jutība mainīsies no datu plāksnītes 50mK uz

Tādējādi 50mK termovizora nominālā jutība stipri ir atkarīga no objektīva gaismas caurlaidības, un mūsu piemērā tā ir labākajā gadījumā 82mK (objektīvs 3) un sliktākajā gadījumā – 147mK (objektīvs 1). Tas ir, rezultātā termovizors nevarēs “redzēt temperatūras atšķirību” par 0,05 grādiem, bet tikai par 0,08 ~ 0,15 grādiem, kas arī šķiet ļoti labi.

Kā tas ietekmēs novērošanas rezultātu? Ja temperatūras kontrasti ir lieli un novērotā objekta temperatūra būtiski atšķiras no fona, tad visas kameras objektu parādīs vienlīdz labi. Bet, ja situācija kļūst sarežģītāka, rezultāti sāks atšķirties. Novērošanas situācijas sarežģītību var saprast: zems termiskais kontrasts starp mērķi un fonu, atmosfēras nokrišņi.

Samontētās testēšanas iestatījuma ārējais skats. Visi objektīvi ar fokusa attālumu 100 mm, bet ar atšķirīgu F (no kreisās puses uz labo objektīviem): F1.2, F1.4, F1.6. Var redzēt, kā lēcu pretatstarojošie/aizsargājošie pārklājumi atšķiras pēc atstarošanas krāsas.

Lai veiktu testēšanu, pagāja zināms laiks, lai noķertu dažādus laikapstākļus un veiktu atbilstošu šaušanu.

Skats uz novērošanas apgabalu redzamajā spektrā. Lietus. Attēli uzņemti sausā, siltā laikā. Objektīvi attiecīgi 100mm, F1.6 – F1.4 – F1.2.

Redzams, ka kopumā visi objektīvi nodrošina pietiekamu attēla kvalitāti novērošanai. Tajā pašā laikā objektīvs F1.4 nenodrošina lielu asumu tuvajā laukā. Detalizētākā bilde ir ar F1.2 objektīvu - tas redzams gan vadu detaļās fonā, gan detaļās uz ēkas jumta fonā. Šajā situācijā atšķirība starp lēcām nav kritiska.

Kad līst, aina mainās. Objektīvi 100 mm, F1.6 – F1.4 – F1.2:

Lietus laikā IR spektrā novērojumiem ir divi negatīvi efekti. Pirmkārt, lietus rada "šķēršļus" IR gaismas ceļā, un, otrkārt, ūdens salīdzina temperatūru vidi, tādējādi samazinot termisko kontrastu.

Jūs varat pamanīt tālāk norādīto.

• ar mazāku relatīvo diafragmas atvērumu F1.6, attēla kontrasts ir ievērojami samazināts;
• objektus ar zemu termisko kontrastu ir grūti atšķirt - balsti uz fons gandrīz neredzams;
• vizuāli attēls pie F1.2 operatoram ir skaidrāks nekā F1.6 vai F1.4.
• attēls ir ievērojami sliktāks nekā skaidrā laikā.

Vēl viena perspektīva sausā saulainā laikā. Objektīvi attiecīgi 100 mm, F1.6 – F1.4 – F1.2:

Attēlā ir neliela atšķirība, taču kopumā tas neietekmē termiskā attēla uztveri un analīzi.

Lai pilnībā atspoguļotu atšķirību starp objektīviem, nebija pietiekami daudz paraugu ņemšanas dažādos laika apstākļos.

Tomēr jūs varat darīt šādus secinājumus:

• Termiskās attēlveidošanas kameras jutība (NETD) vienmēr ir zemāka par mikrobolometra jutību;
• pietiekami temperatūras kontrasti nodrošina augstas kvalitātes attēlus pat tad, ja relatīvā objektīva apertūra mainās no F1.2 uz F1.6;
• Siltuma attēla kvalitāte sliktos laikapstākļos ievērojami pasliktinās, taču objektīvs ar lielu diafragmas atvērumu tomēr nodrošina labāku attēlu, salīdzinot ar mazāku diafragmas atvērumu.

Svarīga darbība ir infrasarkano (IR) lēcu izstrāde, projektēšana un ražošana termoattēlveidošanas sistēmām, kas darbojas diapazonā no 3...5 un 8...12 mikronu, kā arī optiskajiem sensoriem, kas darbojas IR diapazonā. no uzņēmuma. Uzņēmums projektē un ražo infrasarkanās (IR) lēcas (ieskaitot atermālās lēcas) gan sērijveidā standarta versijās, gan tehniskās specifikācijas klientam, kā arī veic aprēķinus un citu IR iekārtu optisko mezglu izgatavošanu, tai skaitā:

• termiskās attēlveidošanas lēcas neatdzesētām termoattēlveidošanas kamerām, kuru pamatā ir mikrobolometriskās matricas 8–12 µm diapazonā. Šis ir visizplatītākais sistēmas veids, pateicoties spektrālajam diapazonam, kas ir efektīvs termoattēlu pārraidei, optimālajam matricas uztvērēju praktiskumam, kuriem nav nepieciešama dzesēšana un aukstā diafragma, kā arī šādas ierīces salīdzinoši zemajai cenai;
• termoattēlveidošanas lēcas atdzesētām termoattēlveidošanas kamerām, kas darbojas 3–5 mikronu diapazonā. Pamatojoties uz šādām sistēmām, tiek izveidoti termovizori ar paaugstinātām īpašībām un dizaina prasībām. Šis ir vissarežģītākais veids infrasarkanās sistēmas, bet tajā pašā laikā piemītošs labākās iespējas par novērošanas objektu atklāšanu un identificēšanu;
• IR objektīvi viena un vairāku elementu sensoriem, kas darbojas vidējā un tuvu IR diapazonā, galvenokārt 3...5 µm. Parasti tās ir vienkāršas sistēmas, kas sastāv no vienkāršas IR optikas un sensora, kuru galvenais uzdevums ir ģenerēt signālu, nevis pārraidīt attēlu.

Infrasarkanās lēcas tiek izmantotas dažādu klašu termiskās attēlveidošanas sistēmās:

• aizsardzība (pārnēsājami un stacionāri termovizori, termoattēlveidošanas tēmēkļi, optiskās atrašanās vietas stacijas, mērķa apzīmēšanas ierīces un sauszemes transportlīdzekļu tēmēkļi);
• tehnoloģiskās (termiskās kontroles ierīces tehnoloģiskiem un celtniecības nolūkiem, pirometri);
• drošībai (termokameras perimetra kontrolei, apmales, ugunsdrošības sistēmas).

Atkarībā no uzticētajiem uzdevumiem mēs izstrādājam visu norādīto klašu infrasarkanās (IR) lēcas, starp kurām izceļas atermālās IR lēcas. Vidēja un liela attāluma termovizoru IR optikai ir sava specifika, kas izpaužas izmantoto optisko materiālu, piemēram, germānija, silīcija, polikristāliskā selenīda un cinka sulfīda monokristālu, metālu fluorīdu monokristālu, termooptiskajās īpašībās. Vairumā gadījumu IR objektīvs satur lēcas, kas izgatavotas no germānija, kam ir augsts un nelineārs refrakcijas koeficienta temperatūras koeficients. Šī iemesla dēļ IR optika ir jutīga pret defokusēšanu, mainoties temperatūrai, un viens problēmas risinājums ir ar temperatūru kompensēta konstrukcija, kas atkarībā no temperatūras pārvieto objektīvu vai lēcu grupu attiecībā pret uztvērēju. Tikai daži uzņēmumi piedāvā atermālās lēcas sarežģītā dizaina dēļ, ko bieži izmanto skarbā mehāniskā un trieciena vidē. Pamatojoties uz jūsu tehniskajām specifikācijām, mēs aprēķināsim un izstrādāsim pēc pasūtījuma izgatavotu atermālo IR objektīvu. Termokameras optika tiek izstrādāta un izgatavota dažādos dizainos, izmantojot īpaši stingru aizsargpārklājumi, OEM versija, ar vieglu dizainu.

F50 termoattēlveidošanas objektīvs

Termiskās attēlveidošanas objektīvs F50 ir vislielākā diapazona maināmais objektīvs, kas paredzēts uzstādīšanai uz Pulsar Helion XP28 un Pulsar Helion XP38 termoattēlveidošanas monokulāriem. 50 mm fokusa attālums nodrošina tehnisku iespēju ērtiem novērojumiem lielos attālumos. Izmantojot šo konkrēto objektīvu, 1,7 metrus garu mērķi (briežu vai cilvēku) varēsiet atpazīt 1800 metru attālumā, kas ārkārtīgi sliktas redzamības apstākļos ir nenoliedzama priekšrocība salīdzinājumā ar citām optiskajām ierīcēm.

Optiskā tālummaiņa Pulsar Helion XP termovizors, izmantojot F50 objektīvu, ir 2,5x, bet izmanto vienmērīgu digitālā tālummaiņa 2x-8x robežās varat sasniegt maksimālo ierīces palielinājumu 20x. Skata lauks 100 metru attālumā ir 21 metrs. Maināmu lēcu izmantošana vienā termiskās attēlveidošanas ierīce ievērojami paplašina ierīces funkcionalitāti. Tātad, ja jums ātri jāatrod termisks objekts lielā platībā nelielā attālumā, labāk ir izmantot īsu fokusu maināms objektīvs, un, meklējot mērķus ievērojamā attālumā, F50 objektīvs atklās visu savu valdzinājumu.

Uzmanību! Pēc objektīva fiziskas nomaiņas, lai termovizors darbotos pareizi, ierīces izvēlnē ir jāizvēlas atbilstošā vērtība “50”. Tagad jūsu termoattēlveidošanas monokulārs darbosies pareizi, un tālu objektu attēls būs kvalitatīvs.