Виробництво тепловізійний об'єктив. теплобачення

Чи потрібні додаткові об'єктиви для тепловізора?

При покупці тепловізора, це питання кожен задає собі сам і сам же відповідає на нього керуючись доступною інформацією. Зі свого боку спробуємо розширити кількість тієї самої інформації, щоб вибір покупця був більш обгрунтований.

Отже, навіщо потрібні додаткові лінзи / об'єктиви?
Якість знімка залежить від декількох параметрів, але в першу чергу від якості тепловізійної матриці її чутливості і розміру, а також від параметрів об'єктива.
В першу чергу саме технічні характеристикитепловізійної матриці і об'єктиву і визначають якість знімка. Як правило, змінити матрицю на велику не представляється можливим, тому залишаються тільки змінні або додаткові об'єктиви які підвищують якість знімка. Я з неабиякою часткою скепсису ставлюся до заяв про те, що недоліки матриці і об'єктиву можна вирішити за допомогою додаткової обробки, і тим самим отримати більшу, ніж це можливо виходячи з апаратних засобів.

Наприклад:
Матриця 384x288 з об'єктивом 20⁰ забезпечує просторову роздільну здатність: 0,91 мрад. Матриця 160х120 з таким же об'єктивом 20⁰ забезпечує дозвіл в 2,2 мрад.
Іншими словами на відстані 100 метрів тепловізор з матрицею 384х288 може розрізнити об'єкт розміром 9,1х9,1 см, в той час як для матриці 160х120 мінімальний об'єкт повинен мати розміри не менше ніж 22х22 см!
Дуже оптимістично звучить можливість домогтися дозволу 9x9 см, при тому, що якість вихідних, нехай навіть сотні знімків, чи не краще ніж 22х22 см.
Очевидно, що опція «сверхразрешеніе» може дещо поліпшити якість знімка, особливо в разі «природного» тремтіння рук, але можливість зробити чудо, збільшивши дозвіл в два рази, залишається як мінімум під сумнівом.

Таким чином залишається один природний шлях розширення ефективної дальності або області зйомки - додаткові об'єктиви. До стандартного об'єктиву пропонують опціонально два об'єктива - ширококутний і вузькокутової.

Ширококутовий об'єктив, Як правило, використовується в разі необхідності зйомки великий області з відносно невеликої відстані. Не настільки популярний як вузькокутової, так як завжди можна об'єднати серію стандартних знімків в панорамне зображення, тим більше що ширококутний об'єктив розширює область зйомки за рахунок зниження деталізації, а це влаштовує небагатьох.

Вузькокутової (телеоб'єктив) об'єктивзастосовують в тому випадку, коли важлива висока деталізація щодо невеликого об'єкта віддаленого на пристойну відстань. Тут ніякими програмними хитрощами можна вирішити задачу - потрібен спеціальний об'єктив. У моїй практиці був випадок, коли потрібно було провести зйомку труби ТЕЦ5 (висота over200м), в цьому випадку такий об'єктив був просто необхідний.

Вибір тепловізора часто зводиться до вибору дозволу сенсора і фокусної відстаніоб'єктива, щоб отримати ту чи іншу дальність виявлення мети. Наприклад, в технічних вимогахвказують: тепловізор з дозволом 640х480пікс і об'єктив 100мм.

Розглянемо реальну ситуацію вибору тепловізійної камери, коли всі пропоновані сенсори мають необхідний дозвіл 640х480пікс на основі технології аморфного кремнію (aSi), крок пікселя 17мкм і теплову чутливість (NETD) рівну 50мк - дані параметри є типовими для сучасних довгохвильових мікроболометрів. Також всі запропоновані об'єктиви мають фокусну відстань 100мм, але відрізняються по відносному отвору F. Параметри об'єктивів наступні:

З урахуванням зазначених параметрів світлосили і світлопропускання в ІК-діапазоні (від 8 до 12мкм), можна порахувати скільки відсотків світла пройде через об'єктив:

Освітленість на матриці з об'єктивом F1.6 і світлопропускання 88% = (1 / 1.6) 2 х 0.88 = 34%

Освітленість на матриці з об'єктивом F1.4 і світлопропускання 88% = (1 / 1.4) 2 х 0.88 = 49%

Освітленість на матриці з об'єктивом F1.2 і світлопропускання 88% = (1 / 1.2) 2 х 0.88 = 61%

Відповідно, можна показати, що теплова чутливість системи тепловізор + об'єктив зміниться з паспортних 50мк до

Таким чином паспортна чутливість тепловізора 50мк сильно залежить від світлопропускання об'єктива, і в нашому прикладі, в кращому випадку становить 82МК (об'єктив 3) і в гіршому випадку - 147мК (об'єктив 1). Тобто в результаті тепловізор не зможе «побачити температурну різницю» в 0.05 градуса, а лише 0.08 ~ 0.15 градуса, що теж, здається, дуже непогано.

Як це вплине на результат спостереження? Якщо температурні контрасти великі, і спостережуваний об'єкт по температурі значно відрізняється від фону, то все камери однаково добре покажуть об'єкт. Але якщо ситуація ускладнюється, то результати почнуть відрізнятися. Під ускладненням ситуації спостереження можна розуміти: низький тепловий контраст мети і фону, атмосферні опади.

Зовнішній вигляд зібраної установки для тестування. Всі об'єктиви з фокусною відстанню 100 мм, але з відмінним F (зліва направо об'єктиви): F1.2, F1.4, F1.6. Можна помітити, як за кольором відображення розрізняються просвітлюючі / захисні покриття об'єктивів.

Для проведення тестування потрібно якийсь час, щоб застати різні погодні умови і провести відповідні зйомки.

Вид області спостереження у видимому діапазоні. Дощ. Зображення отримані в суху теплу погоду. Об'єктиви 100мм, F1.6 - F1.4 - F1.2 відповідно.

Можна помітити, що в цілому все об'єктиви забезпечують достатню якість зображення, щоб вести спостереження. При цьому об'єктив F1.4 не забезпечує великий різкості на ближньому плані. Найбільш деталізована картинка з об'єктивом F1.2 - це можна помітити по деталізації проводів на задньому плані і по деталях на даху будівлі на ближньому плані. У даній ситуації різниця між об'єктивами не є критичною.

У дощ картина змінюється. Об'єктиви 100мм, F1.6 - F1.4 - F1.2:

У дощ виникає два негативних ефекту для спостереження в ІК-діапазоні. По-перше, дощ створює «перешкода» на шляху проходження ІК-світла, а по-друге, вода порівнює температуру довкілля, Тим самим зменшуючи тепловий контраст.

Можна помітити наступне:

• при меншому відносному отворі F1.6 значно знижується контраст зображення;
• об'єкти з низьким тепловим контрастом погано помітні - стовпів на задньому фоні майже не видно;
• візуально зображення при F1.2 більш зрозуміло для оператора, ніж F1.6 або F1.4.
• зображення значно гірше, ніж в ясну погоду.

Інший ракурс в суху сонячну погоду. Об'єктиви 100мм, F1.6 - F1.4 - F1.2 відповідно:

Є незначна різниця в зображенні, але в цілому це не впливає на сприйняття і аналіз тепловізійного зображення.

Для повноти уявлення різниці між об'єктивами не вистачило вибірки в різну погоду.

Проте, можна зробити наступні висновки:

• чутливість (NETD) тепловізійної камери завжди нижче, ніж чутливість мікроболометр;
• достатні температурні контрасти забезпечують якісну картинку навіть при зміні відносного отвору об'єктива від F1.2 до F1.6;
• якість тепловізійного зображення значно знижується в поганих погодних умовах, при цьому об'єктив з великим відносним отвором все ж забезпечує кращу картинку в порівнянні з меншим відносним отвором.

Розробка, розрахунок і виробництво інфрачервоних (ІК) об'єктивів для тепловізійних систем, що працюють в діапазонах 3 ... 5 і 8 ... 12 мкм, а також для оптичних датчиків, що працюють в ІК діапазоні, є важливим напрямком діяльності компанії. Підприємство проектує і виготовляє інфрачервоні (ІЧ) об'єктиви (в тому числі атермальние об'єктиви), як серійно в стандартному виконанні, так і по технічним завданнямзамовника, а також здійснює розрахунок і виготовлення інших оптичних збірок для ІК техніки, серед яких:

• тепловізійні об'єктиви для неохолоджуваних тепловізійних камер на основі мікроболометричних матриць діапазону 8 ... 12 мкм. Це найбільш поширений тип систем, що зумовлено ефективним для передачі тепловізійного зображення спектральним діапазоном, оптимальної практичністю матричних приймачів, які не потребують охолодження і холодної діафрагми, а також відносно невисоким рівнем ціни такого пристрою;
• тепловізійні об'єктиви для охолоджуваних тепловізійних камер, що працюють в діапазоні 3 ... 5 мкм. На основі подібних систем створюються тепловізори з підвищеним поєднанням вимог до характеристик і конструктивним виконанням. Це найбільш складний тип інфрачервоних систем, Але разом з тим володіє найкращими можливостямипо виявленню та ідентифікації об'єктів спостереження;
• ІК об'єктиви для одно- і кілька-елементних сенсорів, що працюють в середньому і ближньому ІЧ діапазонах, в основному 3 ... 5 мкм. Зазвичай це прості системи, в складі яких нескладна ІК оптика і датчик, основним завданням якого є формування сигналу, а не передача зображення.

Інфрачервоні об'єктиви знаходять своє застосування в тепловізійних системах різного класу:

• оборонні (носяться і стаціонарні тепловізори, тепловізійні приціли, оптико-локаційні станції, прилади цілевказівки та приціли наземної техніки);
• технологічні (прилади теплового контролю технологічного і будівельного призначення, пірометри);
• для забезпечення безпеки (тепловізійні камери контролю периметра, кордони, протипожежні системи).

Залежно від поставлених завдань ми розробляємо інфрачервоні (ІЧ) об'єктиви всіх зазначених класів, серед яких особливо виділяються атермальние ІК об'єктиви. ІК оптика для тепловізорів середнього і далекого діапазонів має свою специфіку, що виражається в особливостях термооптичних характеристик використовуваних оптичних матеріалів, таких як монокристали германію, кремнію, полікристалічні селенид і сульфід цинку, монокристали фторидів металів. У більшості випадків ІК об'єктив містить лінзи з германію, що володіє високим і нелінійним температурним коефіцієнтом показника заломлення. Зважаючи на це, ІК оптика схильна расфокусировке при зміні температури, і одне з рішень проблеми - термокомпенсірованний конструкція, що переміщає лінзу або групу лінз щодо приймача в залежності від температури. Небагато компаній пропонують атермальние об'єктиви через необхідність розробляти складну конструкцію, найчастіше використовувану в суворих умовах механічних і ударних навантажень. За Вашим технічним завданням ми зробимо розрахунок і розробку атермальне ІК об'єктива на замовлення. Оптика для тепловізора розробляється і виготовляється в різних виконаннях із застосуванням особливо твердих захисних покриттів, OEM-виконанні, з полегшеною по масі конструкцією.

Тепловізійний об'єктив F50

Тепловізійний об'єктив F50 - самий далекобійний змінний об'єктив, призначений для установки на тепловізійні монокуляри Pulsar Helion XP28 і Pulsar Helion XP38. Довжина фокусної відстані в 50 мм забезпечує технічну можливість для комфортних спостережень на далеких дистанціях. При використанні саме цього об'єктива ви зможете розпізнати мета зростанням 1,7 метра (олень або людина) на дистанції 1800 метрів, що в умови вкрай погану видимість є незаперечною перевагою перед іншими оптичними приладами.

Оптичне збільшення тепловізора Pulsar Helion XP за допомогою об'єктива F50 становить 2,5 х, але, застосовуючи плавний цифровий зумв межах 2х-8х, можна домогтися максимального збільшення приладу на рівні 20 крат. Поле зору на відстані в 100 метрів становить 21 метр. Використання змінних об'єктивів на одному тепловізійному приладі значно розширює функціональні можливості приладу. Так при необхідності швидко відшукати теплової об'єкт на великій площі при невеликій відстані краще скористатися короткофокусним змінним об'єктивом, А при пошуку цілей на значній відстані всю красу розкриє об'єктив F50.

Увага!Після фізичної зміни об'єктиву для коректної роботи тепловізора вам необхідно в меню приладу вибрати відповідне значення «50». Тепер ваш тепловізійний монокуляр буде працювати коректно, зображення віддалених об'єктів буде високої якості.