Termovízna šošovka. Termálne zobrazovanie

Potrebujete ďalšie šošovky do termokamery?

Túto otázku si pri kúpe termokamery každý položí a podľa dostupných informácií si na ňu odpovie sám. Z našej strany sa pokúsime rozšíriť množstvo rovnakých informácií, aby bol výber kupujúceho informovanejší.

Prečo teda potrebujete ďalšie šošovky/šošovky?
Kvalita obrazu závisí od viacerých parametrov, predovšetkým však od kvality termovíznej matrice, jej citlivosti a veľkosti, ako aj od parametrov objektívu.
V prvom rade sú to technické vlastnosti termovíznej matrice a šošovky, ktoré určujú kvalitu obrazu. Spravidla nie je možné zmeniť matricu na väčšiu, takže zostávajú iba výmenné alebo prídavné šošovky, ktoré zlepšujú kvalitu obrazu. Som dosť skeptický k tvrdeniam, že nedostatky matrice a šošovky je možné vyriešiť pomocou dodatočného softvérového spracovania a dosiahnuť tak viac, ako je možné na základe hardvéru.

Napríklad:
Matica 384 x 288 s 20⁰ šošovkou poskytuje priestorové rozlíšenie: 0,91 mrad. Matica 160 x 120 s rovnakým 20⁰ objektívom poskytuje rozlíšenie 2,2 mrad.
Inými slovami, na vzdialenosť 100 metrov dokáže termokamera s maticou 384x288 rozlíšiť objekt s rozmermi 9,1x9,1 cm, pričom pri matici 160x120 musí mať minimálny objekt rozmery aspoň 22x22 cm!
Možnosť dosiahnutia rozlíšenia 9x9 cm znie veľmi optimisticky, napriek tomu, že kvalita originálu, aj stoviek fotografií, nie je lepšia ako 22x22 cm.
Je zrejmé, že možnosť „super rozlíšenie“ môže mierne zlepšiť kvalitu obrazu, najmä v prípade „prirodzeného“ chvenia rúk, ale schopnosť urobiť zázrak zdvojnásobením rozlíšenia zostáva prinajmenšom na pochybách.

Zostáva tak jeden prirodzený spôsob rozšírenia efektívneho dosahu alebo oblasti snímania – prídavné šošovky. Pre štandardný objektív sú ponúkané dva voliteľné objektívy – širokouhlý a úzkouhlý.

Širokouhlý objektív, sa spravidla používa, keď je potrebné fotografovať veľkú plochu z relatívne krátkej vzdialenosti. Nie je tak populárny ako úzkouhlý objektív, pretože vždy môžete skombinovať sériu štandardných záberov do panoramatického obrazu, najmä preto, že širokouhlý objektív rozširuje oblasť snímania znížením detailov, a to vyhovuje málokomu.

Úzkouhlý (teleobjektív). používa sa v prípadoch, keď sú vysoké detaily dôležité pre relatívne malý objekt nachádzajúci sa v značnej vzdialenosti. Tu problém nevyriešia žiadne softvérové ​​triky - potrebujete špeciálna šošovka. V mojej praxi sa vyskytol prípad, keď bolo potrebné fotiť potrubie TEC5 (výška nad 200m), v tomto prípade bol takýto objektív jednoducho potrebný.

Budovanie (vzdialenosť cca 150 metrov)	Termokamera Ti175	Termokamera Ti175
	Termokamera Ti395	Termokamera Ti395 s matricou (384x288), úzkouhlý objektív 45mm
Strecha (vzdialenosť cca 50 metrov)	Termokamera Ti175 s matricou (160x120), štandardný objektív	Termokamera Ti175 s matricou (160x120), úzkouhlý objektív 45mm
	Termokamera Ti395 s matricou (384x288), štandardný objektív	Termokamera

Termovízna šošovka je vyrobená pomocou dvojšošovkového dizajnu s asférickými povrchmi. Dizajn šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Ohnisková vzdialenosť objektívu (20 mm) je pomerne malá a väčšina pozorovaných objektov pre objektív je v nekonečne. Tento objektív nevyžaduje úpravu ostrosti. Ostrosť založená na najlepších indikátoroch prenosovej funkcie je nastavená výrobcom a v budúcnosti sa nemení. Ostrosť sa nastavuje otáčaním šošovky pozdĺž závitu. Objektív sa sériovo vyrába od roku 2010.

Termovízna šošovka s vysokou clonou je vyrobená pomocou dvojšošovkového dizajnu s dvoma asférickými povrchmi. Konštrukcia šošovky počíta s možnosťou jej hermetického zabudovania do zariadenia pomocou príruby v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Objektív má veľkú clonu (0,8) a podľa toho aj veľký clonový pomer. Objektív je určený na detekciu a rozpoznávanie objektov s nízkym kontrastom. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Elektromotor je napájaný 7–12 V. Smer pohybu závisí od smeru pólov privedeného napätia. Objektív sa sériovo vyrába od roku 2010.

Termovízna motorizovaná šošovka

Termovízna šošovka s vysokou clonou je vyrobená pomocou dvojšošovkového dizajnu s dvoma asférickými povrchmi. Konštrukcia šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Objektív má veľkú clonu a podľa toho aj veľký clonový pomer. Objektív je určený na detekciu a rozpoznávanie objektov s nízkym kontrastom. Veľká clona zvyšuje množstvo energie, ktorú šošovka zbiera z objektov na veľké vzdialenosti. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Elektromotor je napájaný 7–12 V. Smer pohybu závisí od smeru pólov privedeného napätia. Objektív sa sériovo vyrába od roku 2010.

Termovízna motorizovaná šošovka

Termovízna šošovka s vysokou clonou je vyrobená pomocou dvojšošovkového dizajnu s dvoma asférickými povrchmi. Dizajn šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Objektív má veľkú clonu a podľa toho aj veľký clonový pomer. Objektív je určený na detekciu a rozpoznávanie objektov s nízkym kontrastom. Veľká clona zvyšuje množstvo energie, ktorú šošovka zbiera z objektov na veľké vzdialenosti. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Napájanie elektromotora je 7–12 V DC. Smer pohybu závisí od smeru pólov aplikovaného napätia. Objektív sa sériovo vyrába od roku 2009.

Termovízna motorizovaná šošovka

Termovízna šošovka s vysokou clonou je vyrobená pomocou dvojšošovkového dizajnu s dvoma asférickými povrchmi. Konštrukcia šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Objektív má veľkú clonu a podľa toho aj veľký clonový pomer. Objektív je určený na detekciu a rozpoznávanie objektov s nízkym kontrastom. Veľká clona zvyšuje množstvo energie, ktorú šošovka zbiera z objektov na veľké vzdialenosti. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Napájanie elektromotora je 7–12 V DC. Smer pohybu závisí od smeru pólov aplikovaného napätia. Objektív sa sériovo vyrába od roku 2011.

Termovízna motorizovaná šošovka

Termovízna šošovka ASTRON-100F14 je vyrobená podľa dvojšošovkového dizajnu s dvomi asférickými plochami. Konštrukcia šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Objektív má veľkú clonu (1,4), a teda aj väčšiu clonu v porovnaní s bežne používanými. Objektív je určený na detekciu a rozpoznávanie objektov s nízkym kontrastom na veľké vzdialenosti. Veľká clona zvyšuje množstvo energie, ktorú objektív zbiera z objektov s nízkym kontrastom. Vďaka vysokej clone sa zvyšuje rozsah detekcie a rozpoznávania a zvyšujú sa kontrastné charakteristiky pozorovaných objektov. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Napájanie elektromotora je 7–12 V DC. Smer pohybu závisí od smeru pólov aplikovaného napätia. Objektív ASTRON-100F14 sa sériovo vyrába od roku 2009.

Termovízna motorizovaná šošovka

Termovízna šošovka ASTRON-120F14 je vyrobená s použitím dvojšošovkového dizajnu s dvoma asférickými povrchmi. Konštrukcia šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Objektív má veľkú clonu (1,4), a teda aj väčšiu clonu v porovnaní s bežne používanými. Objektív je určený na detekciu a rozpoznávanie objektov s nízkym kontrastom na veľké vzdialenosti. Veľká clona zvyšuje množstvo energie, ktorú objektív zbiera z objektov s nízkym kontrastom. Vďaka vysokej clone sa zvyšuje rozsah detekcie a rozpoznávania a zvyšujú sa kontrastné charakteristiky pozorovaných objektov. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Napájanie elektromotora je 7–12 V DC. Smer pohybu závisí od smeru pólov aplikovaného napätia. Objektív ASTRON-120F14 sa sériovo vyrába od roku 2009.

Termovízna motorizovaná šošovka

Vysokoapertúrna termovízna šošovka ASTRON-200F14 je vyrobená podľa trojšošovkového dizajnu s tromi asférickými plochami. Dizajn šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Šošovka je špeciálne navrhnutá tak, aby nahradila chladené termovízne systémy nechladenými na báze mikrobolometrových FPU. Umožňuje detekciu objektov typu RF na vzdialenosť viac ako 5 km a rozpoznávanie na vzdialenosť až 3 km s modulmi ASTRON-640V17. Väčšia clona zvyšuje množstvo energie, ktorú šošovka zbiera z objektov s nízkym kontrastom, a zvyšuje minimálny rozlíšiteľný teplotný rozdiel. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Napájanie motora je 7-12 V DC. Smer pohybu závisí od smeru pólov aplikovaného napätia. Objektív ASTRON-200F14 sa sériovo vyrába od roku 2016.

Termovízna motorizovaná šošovka

Termovízna šošovka ASTRON-275F14 s vysokou apertúrou je vyrobená podľa trojšošovkového dizajnu s tromi asférickými plochami. Konštrukcia šošovky umožňuje hermeticky uzavretú inštaláciu do zariadenia cez prírubu v strednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Výmena sedačky je možná podľa požiadavky zákazníka. Šošovka je špeciálne navrhnutá tak, aby nahradila chladené termovízne systémy nechladenými na báze mikrobolometrových FPU. Umožňuje detekciu objektov typu RF na vzdialenosť viac ako 10 km a rozpoznávanie na vzdialenosť až 5 km s modulmi ASTRON-640V17. S týmto objektívom bol dosiahnutý maximálny pozorovací dosah a je viac ako 34 km. Ostrosť sa nastavuje pomocou prevodového motora. Napájanie elektromotora je 7–12 V DC. Smer pohybu závisí od smeru pólov aplikovaného napätia. Objektív ASTRON-275F14 sa sériovo vyrába od roku 2017.

JSC OKB ASTRON je jediným podnikom v Rusku, ktorý má plný cyklus výroba termovíznej optiky od pestovania monokryštálov germánia až po kompletné optické systémy. Optika pre termovízne systémy je navrhnutá pre spektrálny rozsah s vlnovou dĺžkou 3–5 μm alebo 7–14 μm. V dlhovlnnom rozsahu elektromagnetického žiarenia je hlavným materiálom pre optiku monokryštál germánia. Monokryštály germánia sa pestujú Czochralského metódou. V Rusku majú technológiu na pestovanie týchto kryštálov iba dva podniky, ale iba náš podnik pestuje kryštály optickej kvality so stabilnými indikátormi optického indexu lomu. OKB ASTRON má tiež technológiu na pestovanie monokryštálov germánia so stabilnými indikátormi dN/dT, meniacimi index lomu germánia v závislosti od teploty okolia. Bez technologickej schopnosti pestovať germánium s týmito indikátormi nie je možné vyvinúť a vyrobiť atermálne šošovky, v ktorých ohnisková rovina nemení polohu pri zmene teploty v celom rozsahu prevádzkových teplôt.

Naša spoločnosť je jediným sériovým výrobcom termovíznych šošoviek pre civilné použitie v Rusku. Komerčná produkcia šošoviek s ohniskovou vzdialenosťou 100 mm a viac presahuje 1000–1200 jednotiek ročne.

Optická konštrukcia väčšiny šošoviek je vyrobená podľa tradičného dvojšošovkového dizajnu s použitím jednej alebo dvoch asférických plôch. Použitie asférických povrchov šošoviek umožňuje znížiť počet šošoviek v šošovke, zlepšiť výkon a odstrániť aberáciu a astigmatizmus.

JSC OKB ASTRON je jedným z mála podnikov v Rusku schopných vyrábať asférickú infračervenú optiku a má vlastnú automatizovanú linku od Optoteh GmbH.

Prezentované v sekcii termovízne šošovky sériovo vyrábané od roku 2010. Celkový objem šošoviek prezentovaných v tejto sekcii presahuje ku koncu roka 2018 11 tisíc.

Výber termokamery často závisí od výberu rozlíšenia snímača a ohniskovej vzdialenosti objektívu, aby ste získali konkrétny rozsah detekcie cieľa. Napríklad v technické požiadavky označujú: termokameru s rozlíšením 640x480 pixelov a 100mm objektívom.

Zoberme si reálnu situáciu pri výbere termovíznej kamery, keď všetky navrhované snímače majú požadované rozlíšenie 640x480 pixelov na báze technológie amorfného kremíka (aSi), rozstup pixelov 17 μm a tepelnú citlivosť (NETD) 50 mK - tieto parametre sú typické pre moderné dlhovlnné mikrobolometre. Tiež všetky navrhované šošovky majú ohniskovej vzdialenosti 100 mm, ale líšia sa relatívnou clonou F. Parametre objektívu sú nasledovné:

Berúc do úvahy špecifikované parametre clony a priepustnosti svetla v IR rozsahu (od 8 do 12 μm), môžete vypočítať, koľko percent svetla prejde cez šošovku:

Osvetlenie na matrici s objektívom F1,6 a priepustnosťou svetla 88 % = (1/1,6)2 x 0,88 = 34 %

Osvetlenie na matrici s objektívom F1,4 a priepustnosťou svetla 88 % = (1/1,4)2 x 0,88 = 49 %

Osvetlenie na matrici s objektívom F1,2 a priepustnosťou svetla 88 % = (1/1,2)2 x 0,88 = 61 %

Podľa toho je možné ukázať, že tepelná citlivosť systému termokamera + šošovka sa zmení z typového štítku 50 mK na

	Prenos IR svetla	NETD systémy
Objektív 1	34%	147 mK
Objektív 2	49%	102 mK
Objektív 3	61%	82 mK

Menovitá citlivosť termokamery 50 mK teda silne závisí od priepustnosti svetla objektívom a v našom príklade je to v najlepšom prípade 82 mK (objektív 3) a v najhoršom prípade – 147 mK (objektív 1). To znamená, že v dôsledku toho termokamera nebude schopná „vidieť teplotný rozdiel“ 0,05 stupňa, ale iba 0,08 ~ 0,15 stupňa, čo sa tiež zdá byť veľmi dobré.

Ako to ovplyvní výsledok pozorovania? Ak sú teplotné kontrasty veľké a pozorovaný objekt sa výrazne líši teplotou od pozadia, potom všetky kamery ukážu objekt rovnako dobre. Ak sa však situácia skomplikuje, výsledky sa začnú líšiť. Komplikáciu pozorovacej situácie možno chápať ako: nízky tepelný kontrast medzi cieľom a pozadím, atmosférické zrážky.

Vonkajší pohľad na zostavené testovacie nastavenie. Všetky objektívy s ohniskovou vzdialenosťou 100 mm, ale s iným F (objektívy zľava doprava): F1,2, F1,4, F1,6. Môžete vidieť, ako sa antireflexné/ochranné vrstvy na šošovkách líšia farbou odrazu.

Vykonanie testovania trvalo nejaký čas, kým sa zachytili rôzne poveternostné podmienky a vykonala sa zodpovedajúca streľba.

Pohľad na oblasť pozorovania vo viditeľnom spektre. Dážď. Zábery boli urobené v suchom, teplom počasí. Objektívy 100 mm, F1,6 – F1,4 – F1,2 resp.

Je vidieť, že vo všeobecnosti všetky šošovky poskytujú dostatočnú kvalitu obrazu na pozorovanie. Objektív F1,4 zároveň neposkytuje veľkú ostrosť v blízkom poli. Najpodrobnejší obrázok je s objektívom F1,2 - vidno to na detaile drôtov v pozadí a na detailoch na streche budovy v pozadí. V tejto situácii nie je rozdiel medzi šošovkami kritický.

Keď prší, obraz sa mení. Objektívy 100 mm, F1,6 – F1,4 – F1,2:

Keď prší, existujú dva negatívne vplyvy na pozorovanie v IR spektre. Po prvé, dážď vytvára „prekážku“ v ceste IR svetla a po druhé, voda porovnáva teplotu životné prostredie, čím sa zníži tepelný kontrast.

Môžete si všimnúť nasledovné:

• pri menšej relatívnej clone F1,6 sa výrazne zníži kontrast obrazu;
• objekty s nízkym tepelným kontrastom sú ťažko rozlíšiteľné - stĺpy na pozadia takmer neviditeľné;
• vizuálne je obraz pri F1,2 pre operátora jasnejší ako pri F1,6 alebo F1,4.
• obraz je výrazne horší ako za jasného počasia.

Iná perspektíva v suchom slnečnom počasí. Objektívy 100 mm, F1,6 – F1,4 – F1,2 resp.

V obraze je malý rozdiel, ale vo všeobecnosti to neovplyvňuje vnímanie a analýzu tepelného obrazu.

Na úplné znázornenie rozdielu medzi šošovkami nebol dostatočný odber vzoriek v rôznych poveternostných podmienkach.

Môžete to však urobiť nasledujúce závery:

• Citlivosť (NETD) termovíznej kamery je vždy nižšia ako citlivosť mikrobolometra;
• dostatočné teplotné kontrasty poskytujú vysokokvalitné snímky aj pri zmene relatívnej clony objektívu z F1,2 na F1,6;
• Tepelná kvalita obrazu je pri zlých poveternostných podmienkach výrazne znížená, ale objektív s veľkou clonou stále poskytuje lepší obraz v porovnaní s menšou clonou.

Dôležitou činnosťou je vývoj, dizajn a výroba infračervených (IR) šošoviek pre termovízne systémy pracujúce v rozsahu 3...5 a 8...12 mikrónov, ako aj pre optické senzory pracujúce v rozsahu IR. spoločnosti. Spoločnosť navrhuje a vyrába infračervené (IR) šošovky (vrátane atermálnych šošoviek), a to sériovo v štandardných verziách a technické špecifikácie zákazníka a taktiež vykonáva výpočty a výrobu iných optických zostáv pre IR zariadenia, vrátane:

• termovízne šošovky pre nechladené termovízne kamery založené na mikrobolometrických matriciach v rozsahu 8…12 µm. Ide o najbežnejší typ systému vzhľadom na spektrálny rozsah, ktorý je účinný na prenos termovízneho zobrazenia, optimálnu praktickosť maticových prijímačov, ktoré nevyžadujú chladenie a studenú membránu, ako aj relatívne nízku cenu takéhoto zariadenia;
• termovízne šošovky pre chladené termovízne kamery pracujúce v rozsahu 3…5 mikrónov. Na základe takýchto systémov vznikajú termokamery so zvýšenou kombináciou požiadaviek na vlastnosti a dizajn. Ide o najkomplexnejší typ infračervených systémov, ale zároveň má najlepšie príležitosti o zisťovaní a identifikácii objektov sledovania;
• IR šošovky pre jedno- a viacprvkové snímače pracujúce v strednom a blízkom IR rozsahu, hlavne 3...5 µm. Typicky ide o jednoduché systémy pozostávajúce z jednoduchej IR optiky a snímača, ktorých hlavnou úlohou je generovať signál a nie prenášať obraz.

Infračervené šošovky nachádzajú uplatnenie v termovíznych systémoch rôznych tried:

• obrana (prenosné a stacionárne termokamery, termovízne zameriavače, optické lokalizačné stanice, zariadenia na určovanie cieľov a zameriavače pre pozemné vozidlá);
• technologické (tepelné kontrolné zariadenia na technologické a stavebné účely, pyrometre);
• pre bezpečnosť (termovízne kamery na kontrolu perimetra, hraníc, protipožiarne systémy).

V závislosti od zadaných úloh vyvíjame infračervené (IR) šošovky všetkých špecifikovaných tried, medzi ktorými vynikajú atermálne IR šošovky. IR optika pre termokamery stredného a dlhého dosahu má svoje špecifiká, vyjadrené v termo-optických charakteristikách použitých optických materiálov, akými sú monokryštály germánia, kremíka, polykryštalický selenid a sulfid zinočnatý, monokryštály fluoridov kovov. Vo väčšine prípadov IR šošovka obsahuje šošovky vyrobené z germánia, ktoré má vysoký a nelineárny teplotný koeficient indexu lomu. Z tohto dôvodu je IR optika náchylná na rozostrenie pri zmene teploty a jedným riešením problému je teplotne kompenzovaný dizajn, ktorý pohybuje šošovkou alebo skupinou šošoviek vzhľadom na prijímač v závislosti od teploty. Len málo spoločností ponúka atermálne šošovky kvôli požadovanému zložitému dizajnu, ktorý sa často používa v drsnom mechanickom a nárazovom prostredí. Na základe vašich technických špecifikácií vypočítame a vyvinieme atermálnu IR šošovku na mieru. Optika pre termokamery je vyvíjaná a vyrábaná v rôznych prevedeniach s použitím obzvlášť tvrdých ochranné nátery, OEM verzia, s odľahčeným dizajnom.

Infračervené žiarenie je spôsobené vibráciami elektrických nábojov, ktoré sú súčasťou akejkoľvek látky tvoriacej predmety živej a neživej prírody, teda elektrónov a iónov. Vibrácie iónov, ktoré tvoria látku, zodpovedajú nízkofrekvenčnému žiareniu (infračervenému žiareniu) v dôsledku značnej hmotnosti oscilujúcich nábojov. Žiarenie vyplývajúce z pohybu elektrónov môže mať tiež vysokú frekvenciu, ktorá vytvára žiarenie vo viditeľnej a ultrafialovej oblasti spektra.

Elektróny sú súčasťou atómov a sú držané v blízkosti ich rovnovážnej polohy (ako súčasť molekúl alebo kryštálovej mriežky) významnými vnútornými silami. Po uvedení do pohybu dochádza u nich k nepravidelnej inhibícii a ich vyžarovanie nadobúda charakter impulzov, t.j. charakterizované spektrom rôznych vlnových dĺžok, medzi ktorými sú nízkofrekvenčné vlny, a to infračervené žiarenie.

Infračervené žiarenie je elektromagnetické žiarenie, ktoré zaberá spektrálnu oblasť medzi koncom červenej oblasti viditeľného svetla (s vlnovou dĺžkou (λ) rovnou 0,74 μm a mikrovlnným rádiovým žiarením s vlnovou dĺžkou 1...2 mm.

V infračervenej oblasti sú oblasti, kde je infračervené žiarenie intenzívne absorbované atmosférou v dôsledku prítomnosti oxidu uhličitého, ozónu a vodnej pary.

Zároveň existujú takzvané „priehľadné okná“ (rozsah vlnových dĺžok optického žiarenia, v ktorom je v porovnaní s inými rozsahmi menšia absorpcia IR žiarenia médiom). veľa infračervené systémy(vrátane niektorých NVG a termokamier) sú účinné práve vďaka existencii takýchto „priehľadných okien“. Tu sú niektoré rozsahy (vlnové dĺžky sú uvedené v mikrometroch): 0,95...1,05, 1,2...1,3, 1,5...1,8, 2,1...2,4, 3,3...4,2, 4,5...5, 8. ..13.

Atmosférické rušenie (hmla, opar, ako aj nepriesvitnosť atmosféry v dôsledku dymu, smogu a pod.) ovplyvňuje infračervené žiarenie v rôznych častiach spektra rozdielne, ale s rastúcou vlnovou dĺžkou sa vplyv týchto rušení znižuje. Je to spôsobené tým, že vlnová dĺžka sa stáva porovnateľnou s veľkosťou kvapiek hmly a prachových častíc, takže šíriace sa žiarenie je menej rozptýlené prekážkami a ohýba sa okolo nich v dôsledku difrakcie. Napríklad v spektrálnej oblasti 8...13 mikrónov hmla nespôsobuje vážne rušenie šírenia žiarenia

Akékoľvek zahriate teleso vyžaruje prúd infračerveného žiarenia, teda optické žiarenie s vlnovou dĺžkou, ktorá je väčšia ako vlnová dĺžka viditeľného žiarenia, ale menšia ako vlnová dĺžka mikrovlnného žiarenia.

Príklad. Teplota ľudského tela je 36,6°C, jeho spektrálne žiarenie je v rozsahu 6...21 mikrónov, kovová tyč zohriata na 300°C vyžaruje v rozsahu vĺn od 2 do 6 mikrónov. Zároveň špirála volfrámového vlákna zahriata na teplotu 2400°C má vyžarovanie 0,2...

1. mikrónov, čím ovplyvňuje viditeľnú oblasť spektra, ktorá sa prejavuje ako jasná žiara.

Oblasti civilného využitia termovízie

Termovízne prístroje pre civilné použitie sa konvenčne delia do dvoch veľkých skupín – pozorovacie prístroje a meracie prístroje. Prvá zahŕňa vybavenie pre bezpečnostné systémy a podporu požiarna bezpečnosť, termovízne systémy pre zabezpečenie dopravy, lovecké termovízne prístroje a zameriavače, termovízne kamery používané v kriminalistike a pod. Meracie termokamery sa využívajú v medicíne, energetike, strojárstve a vedeckej činnosti.

Niekoľko príkladov. Podľa štatistík, ktoré sú platné pre väčšinu regiónov s rozvinutou dopravnou sieťou, temný čas dni predstavujú viac ako polovicu smrteľných nehôd, napriek tomu najviac vodiči používajú auto počas dňa. Nie je náhoda, že v posledných rokoch sa rozšírila prax vybavovania áut termovíznou kamerou, ktorá prenáša na displej umiestnený v kabíne teplotný obraz situácie na ceste pred autom. Termokamera tak dopĺňa vnímanie vodiča, ktoré nie je z mnohých dôvodov ideálne (tma, hmla, protiidúce svetlá) v nočných podmienkach. Rovnakým spôsobom sa termovízne kamery používajú v bezpečnostnom video dohľade súbežne s nocou digitálnych fotoaparátov(hybridný video monitorovací systém), ktorý poskytuje oveľa ucelenejší obraz o povahe a správaní objektov v zábere. Ministerstvo pre mimoriadne situácie využíva pri požiaroch termovízne kamery – v podmienkach zadymenia miestnosti pomáha termokamera pri detekcii osôb a zdrojov horenia. Preskúmanie elektrického vedenia umožňuje odhaliť poruchu pripojenia. Termovízne skenovanie lesov zo vzduchu pomáha určiť zdroj požiaru.

Napokon, prenosné nositeľné termokamery sa úspešne využívajú pri poľovníctve (detekcia zveri, efektívne vyhľadávanie zranených zvierat bez psa), pri vykonávaní kvantitatívnych sčítaní hospodárskych zvierat atď. Termokamery zo skupiny pozorovacích prístrojov budeme v budúcnosti uvažovať predovšetkým na lov.

Princíp činnosti termokamery

V inžinierskej praxi existujú pojmy objekt a pozadie. Objektom sú zvyčajne objekty, ktoré je potrebné zistiť a preskúmať (osoba, vozidlo, zviera a pod.), pozadím je všetko ostatné, čo nezaberá objekt pozorovania, priestor v zornom poli zariadenia (les, tráva, budovy atď.)

Fungovanie všetkých termovíznych systémov je založené na zaznamenávaní teplotného rozdielu medzi dvojicou „objekt/pozadie“ a konverzii prijatej informácie na obraz viditeľný okom. Vzhľadom na to, že všetky telesá naokolo sú zahrievané nerovnomerne, vzniká určitý obraz o rozložení infračerveného žiarenia. A čo väčší rozdiel Intenzita infračerveného žiarenia objektu a telies pozadia, tým bude obraz získaný termovíznou kamerou rozlíšiteľný, teda kontrastnejší. Moderné termovízne zariadenia sú schopné detekovať teplotné kontrasty 0,015…0,07 stupňov.

Zatiaľ čo drvivá väčšina prístrojov nočného videnia pracujúcich na báze elektrooptických konvertorov (IOC) alebo CMOS/CCD matríc, zachytáva infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou v rozsahu 0,78...1 mikrónu, čo je len o málo viac ako citlivosť ľudského oka, hlavná Prevádzkový rozsah termovíznych zariadení je 3...5,5 mikrónov (stredovlnné infračervené alebo MWIR) a 8...14 mikrónov (dlhovlnné infračervené alebo LWIR). Práve tu sú povrchové vrstvy atmosféry transparentné pre infračervené žiarenie a emisivita pozorovaných objektov s teplotami od -50 do +50ºС je maximálna.

Termokamera je elektronické pozorovacie zariadenie, ktoré vytvára obraz rozdielu teplôt v pozorovanej oblasti vesmíru. Základom každej termokamery je bolometrická matica (senzor), ktorej každý prvok (pixel) meria teplotu s vysokou presnosťou.

Výhodou termokamier je, že nevyžadujú externých zdrojov osvetlenie - snímač termokamery je citlivý na vlastné žiarenie objektov. Výsledkom je, že termokamery fungujú rovnako dobre vo dne aj v noci, a to aj v úplnej tme. Ako bolo uvedené vyššie, zlé poveternostné podmienky (hmla, dážď) nevytvárajú neprekonateľné rušenie termovízneho zariadenia a zároveň robia bežné nočné zariadenia úplne zbytočnými.

Zjednodušene povedané, princíp činnosti všetkých termokamer je opísaný nasledujúcim algoritmom:

• Šošovka termokamery vytvára na snímači teplotnú mapu (alebo mapu rozdielu v sile žiarenia) celej oblasti pozorovanej v zornom poli
• Mikroprocesor a ďalšie elektronické komponenty konštrukcie čítajú dáta z matrice, spracovávajú ich a vytvárajú na displeji prístroja obraz, ktorý je vizuálnou interpretáciou týchto dát, ktoré pozorovateľ sleduje priamo alebo cez okulár.

Na rozdiel od prístrojov na nočné videnie založených na elektrónovo-optických prevodníkoch (nazvime ich analógové), termokamery, podobne ako digitálne prístroje nočného videnia, umožňujú realizovať veľké množstvo užívateľských nastavení a funkcií. Napríklad úprava jasu a kontrastu obrazu, zmena farby obrazu, zadávanie rôznych informácií do zorného poľa (aktuálny čas, indikácia slabej batérie, ikony aktivovaných režimov a pod.), doplnkový digitálny zoom, obraz- funkcia v obraze (umožňuje oddeliť malé „okno“, aby sa v zornom poli zobrazil ďalší obrázok celého objektu alebo jeho časti, vrátane zväčšeného), dočasné vypnutie displeja (pre úsporu energie a masky pozorovateľ odstránením žiary pracovného displeja).

Na snímanie obrázkov pozorovaných objektov je možné do termovízií integrovať videorekordéry. Môžete implementovať také funkcie ako bezdrôtový (rádiový kanál, WI-FI) prenos informácií (foto, video) do externých prijímačov alebo diaľkové ovládanie zariadenia (napr. mobilných zariadení), integrácia s laserovými diaľkomermi (so vstupom informácií z diaľkomerov do zorného poľa prístroja), GPS senzormi (možnosť fixácie súradníc pozorovaného objektu) atď.

Termovízne zameriavače majú tiež množstvo charakteristických vlastností vo vzťahu k „analógovým“ nočným zameriavačom na lov. Zameriavacia značka v nich býva „digitálna“, t.j. Obraz značky počas spracovania videosignálu sa prekrýva s obrazom pozorovaným na displeji a pohybuje sa elektronicky, čo umožňuje vylúčiť z dohľadu vstupné jednotky mechanickej korekcie, ktoré sú súčasťou nočného analógového alebo denného optické zameriavače a vyžadujúce vysokú presnosť pri výrobe dielov a montáži týchto jednotiek. Okrem toho to eliminuje taký efekt ako paralaxa, pretože obraz pozorovaného objektu a obraz zámerného kríža sú v rovnakej rovine - rovine zobrazenia.

Ukladanie pamäte môže byť implementované v digitálnych a termovíznych zameriavačoch veľké množstvo zameriavacie zameriavacie kríže s rôznymi konfiguráciami a farbami, pohodlné a rýchle nulovanie pomocou funkcií „jednorazové nulovanie“ alebo „nulovanie v režime zmrazenia“, funkcia automatickej korekcie pri zmene vzdialenosti streľby, uloženie nulovacích súradníc pre viacero zbraní, indikácia náklonu (náklonu) pohľad a oveľa viac.

Termovízne zariadenie.

Objektív. Najbežnejším, ale nie jediným materiálom na výrobu šošoviek pre termovízne zariadenia je monokryštalické germánium. V rôznej miere, priepustnosť Zafír, selenid zinku, kremík a polyetylén majú tiež vlastnosti v radoch MWIR a LWIR. Chalkogenidové sklá sa používajú aj na výrobu šošoviek pre termovízne zariadenia.

Optické germánium má vysokú priepustnosť a tým aj nízky absorpčný koeficient v rozsahu 2...15 mikrónov. Je potrebné pripomenúť, že tento rozsah pokrýva dve atmosférické „priehľadné okná“ (3...5 a 8...12 mikrónov). Väčšina snímačov používaných v civilných termovíznych zariadeniach pracuje v tomto rozsahu.

Germánium je drahý materiál, takže optické systémy snažia sa ich vyrobiť z minimálneho množstva zložiek germánia. Niekedy sa na zníženie nákladov na dizajn šošoviek používajú zrkadlá so sférickým alebo asférickým povrchom. Na ochranu vonkajších optických povrchov pred vonkajšími vplyvmi sa používa povlak na báze diamantu podobného uhlíka (DLC) alebo analógov.

Klasické optické sklo sa na výrobu šošoviek pre termovízne zariadenia nepoužíva, keďže nemá prenosovú kapacitu pri vlnovej dĺžke viac ako 4 mikróny.

Dizajn objektívu a jeho parametre majú výrazný vplyv na možnosti konkrétneho termovízneho zariadenia. takže, ohnisková vzdialenosť objektívu priamo ovplyvňuje zväčšenie prístroja (čím väčšie je ohnisko, tým väčšie je zväčšenie, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké), zorné pole (s rastúcim ohniskom sa zmenšuje) a rozsah pozorovania. Relatívna clona objektívu, vypočítaný ako podiel svetelného priemeru šošovky k ohnisku, charakterizuje relatívne množstvo energie, ktorá môže prejsť šošovkou. Index relatívnej apertúry ovplyvňuje citlivosť, ako aj teplotné rozlíšenie termovízneho zariadenia.

Vizuálne efekty, ako je vinetácia a efekt narcisu, sú tiež spôsobené dizajnom šošovky a sú v rôznej miere spoločné vo všetkých termovíznych zariadeniach.

Senzor. Fotocitlivým prvkom termovízneho zariadenia je dvojrozmerné viacprvkové pole fotodetektorov (FPA), vyrobené na základe rôznych polovodičových materiálov. Existuje pomerne veľa technológií na výrobu prvkov citlivých na infračervené žiarenie, ale v termovíznych zariadeniach pre civilné použitie je možné zaznamenať drvivú prevahu bolometrov (mikrobolometrov).

Mikrobolometer je prijímač energie IR žiarenia, ktorého pôsobenie je založené na zmene elektrickej vodivosti citlivého prvku pri jeho zahrievaní v dôsledku absorpcie žiarenia. Mikrobolometre sú rozdelené do dvoch podtried v závislosti od toho, ktorý materiál citlivý na IR, oxid vanádu (VOx) alebo amorfný kremík (α-Si), sa používa.

Citlivý materiál absorbuje infračervené žiarenie, v dôsledku čoho sa podľa zákona o zachovaní energie citlivá oblasť pixelu (jediný fotodetektor v matrici) mikrobolometra zahrieva. Vnútorná elektrická vodivosť materiálu sa mení a tieto zmeny sa zaznamenávajú. Konečným výsledkom je monochromatická alebo farebná vizualizácia zobrazenia teploty na displeji zariadenia. Stojí za zmienku, že farba, v ktorej je zobrazený teplotný obrázok na displeji, úplne závisí od činnosti softvérovej časti termovízneho zariadenia.

Na fotke: mikrobolometrová matrica (senzor) od spoločnosti Ulis

Výroba mikrobolometrových matríc je proces náročný na znalosti, high-tech a nákladný proces. Na svete je len málo spoločností a krajín, ktoré si môžu dovoliť udržať takúto produkciu.

Výrobcovia termovíznych snímačov (mikrobolometrov) vo svojich dokumentoch upravujúcich kvalitu snímačov pripúšťajú prítomnosť na snímači ako jednotlivých pixelov, tak aj ich akumulácií (zhlukov), ktoré majú pri bežnej prevádzke odchýlky vo výstupnom signáli – tzv. „mŕtve“ alebo „zlomené“ pixely. „Mŕtve“ pixely sú spoločné pre snímače od akéhokoľvek výrobcu. Ich prítomnosť sa vysvetľuje rôznymi odchýlkami, ktoré sa môžu vyskytnúť pri výrobe mikrobolometra, ako aj prítomnosťou cudzích nečistôt v materiáloch, z ktorých sú citlivé prvky vyrobené. Keď je termovízne zariadenie v prevádzke, vlastná teplota pixelov stúpa a pixely, ktoré sú nestabilné voči zvyšovaniu teploty („zlomené“), začnú produkovať signál, ktorý sa môže výrazne líšiť od signálu správne fungujúcich pixelov. Na displeji termovízneho zariadenia sa takéto pixely môžu objaviť ako biele alebo čierne bodky (v prípade jednotlivých pixelov) alebo škvrny rôznych konfigurácií, veľkostí (v prípade zhlukov) a jasu (veľmi svetlé alebo veľmi tmavé). Prítomnosť takýchto pixelov nijako neovplyvňuje odolnosť snímača a nie je dôvodom na zhoršenie jeho parametrov tak, ako sa v budúcnosti používa. V skutočnosti je to len „kozmetická“ chyba na obrázku.

Výrobcovia termovízií používajú rôzne softvérové ​​algoritmy na spracovanie signálu z chybných pixelov, čo im umožňuje minimalizovať ich vplyv na kvalitu obrazu a viditeľnosť. Podstatou spracovania je nahradenie signálu z chybného pixelu signálom zo susedného (najbližšieho) normálne fungujúceho pixelu alebo spriemerovaným signálom z niekoľkých susedných pixelov. V dôsledku tohto spracovania sa chybné pixely spravidla stanú v obraze takmer neviditeľnými.

Za určitých podmienok pozorovania je stále možné vidieť prítomnosť opravených chybných pixelov (najmä zhlukov), napríklad keď hranica medzi teplými a studenými predmetmi spadne do zorného poľa termovízneho zariadenia, a teda keď táto hranica presne spadá medzi zhluk chybných pixelov a normálne fungujúce pixely. Keď sa tieto podmienky zhodujú, zhluk chybných pixelov je viditeľný ako bod, ktorý sa leskne bielou a tmavou farbou a najviac sa podobá kvapke tekutiny na obrázku. Je dôležité poznamenať, že prítomnosť takéhoto účinku nie je znakom chybného termovízneho zariadenia.

Elektronická procesorová jednotka. Elektronická procesorová jednotka sa zvyčajne skladá z jednej alebo niekoľkých dosiek (v závislosti od usporiadania zariadenia), na ktorých sú umiestnené špecializované mikroobvody, ktoré spracovávajú signál načítaný zo snímača a ďalej prenášajú signál na displej, kde sa zobrazuje obraz vytvára sa teplotné rozloženie pozorovanej oblasti. Na doskách sú umiestnené hlavné ovládacie prvky zariadenia a implementovaný je aj napájací obvod ako pre zariadenie ako celok, tak aj pre jednotlivé obvody obvodu.

Mikrodisplej a okulár. Vzhľadom na to, že väčšina poľovníckych termovízií využíva mikrodispleje, na pozorovanie obrazu sa používa okulár, ktorý funguje ako lupa a umožňuje pohodlné prezeranie obrazu so zväčšením.

Najčastejšie používané displeje z tekutých kryštálov (LCD) sú priesvitného typu (zadná strana displeja je osvetlená zdrojom svetla) alebo OLED displeje (pri prenose elektrický prúd materiál displeja začne vyžarovať svetlo).

Použitie OLED displejov má množstvo výhod: možnosť prevádzky zariadenia pri nižších teplotách, vyšší jas a kontrast obrazu, jednoduchšia a spoľahlivejšia konštrukcia (chýba zdroj pre podsvietenie displeja ako pri LCD displejoch) . Okrem LCD a OLED displejov je možné použiť mikrodispleje LCOS (Liquid Crystal on Silicone), čo je typ reflexných displejov z tekutých kryštálov.

HLAVNÉ PARAMETRE TERMOZOBRAZOVACÍCH PRÍSTROJOV

ZVÝŠENIE.Charakteristika ukazuje, koľkokrát je obraz objektu pozorovaného v zariadení väčší v porovnaní s pozorovaním objektu voľným okom. Jednotka merania - násobok (označenie„x“, napríklad „2x“ - „dvakrát“).

Pre termovízne zariadenia sa typické hodnoty zväčšenia pohybujú od 1x do 5x, pretože Hlavnou úlohou nočných zariadení je detekovať a rozpoznávať objekty pri slabom osvetlení a zlých poveternostných podmienkach. Zvýšenie zväčšenia v termovíznych zariadeniach vedie k výraznému zníženiu celkovej clony zariadenia, v dôsledku čoho bude obraz objektu menej kontrastný vzhľadom na pozadie ako v podobnom zariadení s menším zväčšením. Pokles clonového pomeru so zvyšujúcim sa zväčšením možno kompenzovať zväčšením svetelného priemeru šošovky, čo však zase povedie k zvýšeniu celkových rozmerov a hmotnosti zariadenia a komplikovanejšej optike, ktorá znižuje celkovú jednoduchosť používania nositeľných zariadení a výrazne zvyšuje cenu termovízneho zariadenia. Toto je obzvlášť dôležité pre ďalekohľady, pretože používatelia musia navyše držať zbraň v rukách. Pri veľkom zväčšení vznikajú ťažkosti aj pri hľadaní a sledovaní objektu pozorovania, najmä ak je objekt v pohybe, keďže so zvyšujúcim sa zväčšením sa zorné pole zmenšuje.

Zväčšenie je určené ohniskovou vzdialenosťou objektívu a okuláru, ako aj faktorom mierky (K), ktorý sa rovná pomeru fyzických rozmerov (uhlopriečok) displeja a snímača:

kde:

fo- ohnisková vzdialenosť objektívu

fOK- ohnisková vzdialenosť okuláru

Ls- veľkosť uhlopriečky snímača

Ld- veľkosť uhlopriečky displeja.

ZÁVISLOSTI:

Čím väčšia je ohnisková vzdialenosť objektívu, tým väčšia je veľkosť displeja ďalšie zvýšenie.

Čím väčšia je ohnisková vzdialenosť okuláru, tým väčšia je veľkosť snímača nárast je menší.

ZORNÉ POLE. Charakterizuje veľkosť priestoru, ktorý je možné súčasne prezerať cez zariadenie. Zvyčajne je zorné pole v parametroch zariadení uvedené v stupňoch (uhol zorného poľa na obrázku nižšie je označený ako 2Ѡ) alebo v metroch pre konkrétnu vzdialenosť (L) od objektu pozorovania (lineárna zorné pole na obrázku je označené ako A).

Zorné pole digitálnych prístrojov nočného videnia a termovíznych prístrojov je určené ohniskom šošovky (fob) a fyzickou veľkosťou snímača (B). Pri výpočte zorného poľa sa zvyčajne berie šírka (horizontálna veľkosť) ako veľkosť snímača, výsledkom čoho je horizontálne uhlové zorné pole:

Keď poznáte veľkosť snímača vertikálne (výška) a diagonálne, môžete tiež vypočítať uhlové zorné pole zariadenia vertikálne alebo diagonálne.

Závislosť:

Čím väčšia je veľkosť snímača alebo čím menšie je ohnisko objektívu, týmväčšie zorné pole.

Čím väčšie je zorné pole zariadenia, tým pohodlnejšie je pozorovanie predmetov - nie je potrebné neustále posúvať zariadenie, aby ste videli časť priestoru, ktorý vás zaujíma.

Je dôležité pochopiť, že zorné pole je nepriamo úmerné zväčšeniu – so zvyšujúcim sa zväčšením zariadenia sa jeho zorné pole zmenšuje. Aj to je jeden z dôvodov, prečo sa nevyrábajú infračervené systémy (najmä termokamery) s veľkým zväčšením. Zároveň musíte pochopiť, že so zväčšujúcim sa zorným poľom sa vzdialenosť detekcie a rozpoznávania zmenšuje.

RÝCHLOSŤ AKTUALIZÁCIE RÁMU. Jednou z hlavných technických charakteristík termovízneho zariadenia je rýchlosť aktualizácie snímok. Z pohľadu používateľa ide o počet snímok zobrazených na displeji v priebehu jednej sekundy. Čím vyššia je obnovovacia frekvencia snímky, tým menej badateľný je efekt „oneskorenia“ obrazu generovaného termovíznym zariadením vo vzťahu k skutočnej scéne. Pri pozorovaní dynamických scén pomocou zariadenia s obnovovacou frekvenciou 9 snímok za sekundu sa teda obraz môže zdať rozmazaný a pohyby pohybujúcich sa objektov sa môžu javiť ako oneskorené, s „trhaním“. Naopak, čím vyššia je obnovovacia frekvencia snímok, tým plynulejšie bude zobrazenie dynamických scén.

POVOLENIE. FAKTORY OVPLYVŇUJÚCE ROZLÍŠENIE.

Rozlíšenie je určené parametrami optických prvkov zariadenia, snímača, displeja, kvalitou obvodových riešení implementovaných v zariadení, ako aj použitými algoritmami spracovania signálu. Rozlíšenie termovízneho zariadenia (rozlíšenie) je komplexný ukazovateľ, ktorého zložkami sú teplota a priestorové rozlíšenie. Pozrime sa na každú z týchto zložiek samostatne.

Teplotné rozlíšenie(citlivosť; minimálny zistiteľný teplotný rozdiel) je hraničný pomer signálu objektu pozorovania k signálu pozadia s prihliadnutím na šum citlivého prvku (snímača) termovíznej kamery. Vysoké teplotné rozlíšenie znamená, že termovízne zariadenie bude schopné zobraziť objekt určitej teploty na pozadí s podobnou teplotou a čím menší je rozdiel medzi teplotami objektu a pozadia, tým vyššie bude teplotné rozlíšenie.

Priestorové rozlíšenie charakterizuje schopnosť zariadenia zobraziť oddelene dva blízko seba vzdialené body alebo čiary. IN technické špecifikácie zariadenie možno tento parameter zapísať ako „rozlíšenie“, „limit rozlíšenia“, „maximálne rozlíšenie“, čo je v zásade to isté.

Rozlíšenie zariadenia je najčastejšie charakterizované priestorovým rozlíšením mikrobolometra, pretože optické komponenty zariadenia majú zvyčajne hranicu rozlíšenia.

Rozlíšenie sa zvyčajne uvádza v ťahoch (čiarach) na milimeter, ale môže byť špecifikované aj v uhlových jednotkách (sekundy alebo minúty).

Čím vyššia je hodnota rozlíšenia v ťahoch (čiarach) na milimeter a čím nižšie je rozlíšenie v uhlových hodnotách, tým vyššie je rozlíšenie. Čím vyššie je rozlíšenie zariadenia, tým jasnejší je obraz, ktorý pozorovateľ vidí.

Na meranie rozlíšenia termokamier sa používa špeciálne zariadenie - kolimátor, ktorý vytvára simulovaný obraz špeciálneho testovacieho objektu - čiarového termo terča. Skúmaním obrazu testovaného objektu cez zariadenie sa posudzuje rozlíšenie termokamery – čím menšie ťahy sveta sú zreteľne viditeľné oddelene od seba, tým vyššie je rozlíšenie zariadenia.

Obrázok: Rôzne možnosti termálny svet (pohľad cez termovízne zariadenie)

Rozlíšenie prístroja závisí od rozlíšenia objektívu a okuláru. Objektív vytvára obraz pozorovaného objektu v rovine snímača a pri nedostatočnom rozlíšení objektívu je ďalšie zlepšenie rozlíšenia prístroja nemožné. Rovnako aj nekvalitný okulár dokáže na displeji „pokaziť“ najčistejší obraz tvorený komponentmi prístroja.

Rozlíšenie zariadenia závisí aj od parametrov displeja, na ktorom sa obraz tvorí. Rovnako ako pri snímači je určujúcim faktorom rozlíšenie displeja (počet pixelov) a ich veľkosť. Hustota pixelov na displeji je charakterizovaná takým indikátorom ako PPI (skratka pre "pixely na palec") - ide o indikátor označujúci počet pixelov na palec plochy.

V prípade priameho prenosu obrazu (bez zmeny mierky) zo snímača na displej musia byť rozlíšenia oboch rovnaké. V tomto prípade odpadá zníženie rozlíšenia zariadenia (ak je rozlíšenie displeja nižšie ako rozlíšenie snímača) alebo neopodstatnené používanie drahého displeja (ak je rozlíšenie displeja vyššie ako rozlíšenie snímača).

Parametre snímača majú veľký vplyv na rozlíšenie zariadenia. V prvom rade je to rozlíšenie bolometra – celkový počet pixelov (zvyčajne sa uvádza ako súčin pixelov v termíne a v stĺpci) a veľkosť pixelov. Tieto dve kritériá poskytujú základné hodnotenie riešenia.

ZÁVISLOSŤ:

Čím väčší je počet pixelov a čím menšia je ich veľkosť, tým vyššierozlíšenie.

Toto tvrdenie platí pre rovnakú fyzickú veľkosťsenzory. Senzor s hustotou pixelov na jednotku plochyviac, má aj väčšie rozlíšenie.

Termovízne zariadenia môžu tiež využívať rôzne algoritmy na spracovanie užitočného signálu, čo môže ovplyvniť celkové rozlíšenie zariadenia. V prvom rade hovoríme o „digitálnom priblížení“, keď je obraz vytvorený maticou vystavený digitálne spracovanie a „prenesené“ na displej s určitým zväčšením. V tomto prípade sa celkové rozlíšenie zariadenia zníži. Podobný efekt možno pozorovať aj v digitálnych fotoaparátov pri používaní funkcie digitálneho priblíženia.

Spolu s vyššie uvedenými faktormi je potrebné spomenúť ešte niekoľko, ktoré môžu znížiť rozlíšenie zariadenia. V prvom rade ide o rôzne druhy „šumu“, ktoré skresľujú užitočný signál a v konečnom dôsledku zhoršujú kvalitu obrazu. Rozlišujú sa tieto typy hluku:

Tmavý šum signálu. Hlavným dôvodom tohto šumu je termionická emisia elektrónov (spontánna emisia elektrónov v dôsledku zahrievania materiálu senzora). Čím nižšia teplota, tým nižší tmavý signál, t.j. menšia hlučnosť sa používa na elimináciu tohto hluku clona (stan) a kalibrácia mikrobolometra;

Čítať šum. Keď je signál uložený v pixeli snímača na výstupe zo snímača, prevedený na napätie a zosilnený, do každého prvku sa zavedie dodatočný šum, nazývaný čítací šum. Na boj proti šumu sa používajú rôzne softvérové ​​algoritmy na spracovanie obrazu, ktoré sa často nazývajú algoritmy redukcie šumu.

Okrem šumu môže byť rozlíšenie výrazne znížené rušením vznikajúcim v dôsledku chýb v usporiadaní zariadenia (relatívna poloha dosky plošných spojov a spojovacích vodičov, káblov vo vnútri zariadenia) alebo v dôsledku chýb pri vedení dosiek plošných spojov (vzájomné usporiadanie vodivých ciest, prítomnosť a kvalita tieniacich vrstiev). Tiež chyby v elektrickom obvode zariadenia, nesprávny výber rádiových prvkov na implementáciu rôznych filtrov a napájanie elektrických obvodov zariadenia v obvode môžu spôsobiť rušenie. Preto ten vývoj elektrické schémy, písanie softvér spracovanie signálu, smerovanie dosky sú dôležité a zložité úlohy pri navrhovaní termovíznych zariadení.

ROZSAH POZOROVANIA.

Dosah pozorovania objektu pomocou termovízneho zariadenia závisí od kombinácie veľkého počtu vnútorné faktory(parametre snímača, optická a elektronická časť zariadenia) a vonkajšie podmienky (rôzne charakteristiky pozorovaného objektu, pozadie, čistota atmosféry a pod).

Najvhodnejším prístupom k popisu pozorovacieho rozsahu je jeho rozdelenie, podrobne popísané v rôznych zdrojoch, na detekčné, rozpoznávacie a identifikačné rozsahy podľa pravidiel definovaných tzv. Johnsonovo kritérium, podľa ktorého rozsah pozorovania priamo súvisí s teplotou a priestorovým rozlíšením termovízneho zariadenia.

Pre ďalší rozvoj si vyžaduje zaviesť koncept kritickej veľkosti pozorovaného objektu. Veľkosť, pozdĺž ktorej sa obraz objektu analyzuje, aby sa identifikovali jeho charakteristické geometrické vlastnosti, sa považuje za kritickú. Minimálna viditeľná veľkosť objektu, pozdĺž ktorého sa analýza vykonáva, sa často považuje za kritickú. Napríklad pre diviaka alebo srnca možno za kritickú veľkosť považovať výšku tela, pre osobu výšku.

Rozsah, v ktorom sa kritická veľkosť určitého pozorovaného objektu zmestí do 2 alebo viacerých pixelov snímača termokamery, sa považuje za rozsah detekcie. Skutočnosť detekcie jednoducho ukazuje prítomnosť tohto objektu v určitom rozsahu, ale nedáva predstavu o jeho vlastnostiach (neumožňuje povedať, o aký druh objektu ide).

Fakt uznanie objekt, rozpoznáva sa schopnosť určiť typ objektu. To znamená, že pozorovateľ je schopný rozlíšiť, čo pozoruje momentálne- osoba, zviera, auto a pod. Všeobecne sa uznáva, že rozpoznanie je možné za predpokladu, že kritická veľkosť objektu sa zmestí aspoň na 6 pixelov snímača.

Z hľadiska poľovníckeho využitia je najväčšia praktická užitočnosť identifikačný rozsah. Identifikácia znamená, že pozorovateľ je schopný vyhodnotiť nielen typ objektu, ale aj pochopiť jeho charakteristické znaky (napríklad kančí samec dlhý 1,2 m a vysoký 0,7 m). Na splnenie tejto podmienky musí byť kritická veľkosť objektu prekrytá aspoň 12 pixelmi snímača.

Je dôležité pochopiť, že vo všetkých týchto prípadoch hovoríme o 50% pravdepodobnosti detekcie, rozpoznania alebo identifikácie objektu danej úrovne. Ako veľké množstvo pixely prekrývajú kritickú veľkosť objektu, tým vyššia je pravdepodobnosť detekcie, rozpoznania alebo identifikácie.

VÝSTUPNÉ ODSTRÁNENIE ŽIAKA- je to vzdialenosť od vonkajšieho povrchu poslednej šošovky okulára k rovine zrenice oka pozorovateľa, pri ktorej bude pozorovaný obraz najoptimálnejší (maximálne zorné pole, minimálne skreslenie). Tento parameter je najdôležitejší pre ďalekohľady, v ktorých musí byť reliéf oka minimálne 50 mm (optimálne 80-100 mm). Takýto veľký očný reliéf je potrebný, aby sa predišlo zraneniu strelca o okulár ďalekohľadu pri spätnom ráze. Pri NVG a termokamerách sa spravidla očný reliéf rovná dĺžke očnice, ktorá je potrebná na maskovanie žiaru displeja v noci.

KALIBRÁCIA SNÍMAČA TERMOZOBRAZOVACÍCH ZARIADENÍ

Kalibrácia termovízneho zariadenia sa delí na výrobnú a užívateľskú kalibráciu. Výrobný proces termovízne zariadenia na nechladených snímačoch si vyžadujú továrenskú kalibráciu zariadenia (pár šošovka-snímač) pomocou špeciálneho zariadenia.

Môžete sa zoznámiť s novými modelmi termokamier PULSAR a urobiť informovaný výber.