Termovizijska sočiva. IR sočiva

Razvoj, proračun i proizvodnja infracrvenih (IR) sočiva za termovizijske sisteme koji rade u opsegu 3…5 i 8…12 µm, kao i za optičke senzore koji rade u IR opsegu, važna su djelatnost kompanije. Kompanija dizajnira i proizvodi infracrvena (IR) sočiva (uključujući atermalna sočiva), serijski u standardnom dizajnu i prema specifikacijama kupca, kao i proračunava i proizvodi druge optičke sklopove za IR opremu, uključujući:

• termovizijska sočiva za nehlađene termovizijske kamere na bazi mikrobolometrijskih matrica u rasponu od 8…12 µm. Ovo je najčešći tip sistema, koji je zbog efektivnog spektralnog opsega za prenos termalne slike, optimalne praktičnosti matričnih prijemnika koji ne zahtevaju hlađenje i hladnu membranu, kao i relativno niske cene takvog uređaja. ;
• termovizijska sočiva za hlađene termovizijske kamere koje rade u rasponu od 3…5 µm. Na osnovu ovakvih sistema kreiraju se termovizori sa povećanom kombinacijom zahteva za karakteristikama i dizajnom. Ovo je najkompleksniji tip infracrvenih sistema, ali u isto vreme ima najbolje mogućnosti za detekciju i identifikaciju objekata posmatranja;
• IR sočiva za senzore sa jednim i više elemenata koji rade u srednjem i bliskom IR opsegu, uglavnom 3...5 µm. Obično su to jednostavni sistemi, koji uključuju jednostavnu IR optiku i senzor, čiji je glavni zadatak generiranje signala, a ne prijenos slike.

Infracrvena sočiva se koriste u termovizijskim sistemima različitih klasa:

• odbrana (prenosni i stacionarni termoviziri, termovizijski nišani, optičko-lokacijske stanice, uređaji za označavanje ciljeva i nišani zemaljske opreme);
• tehnološke (termokontrolni uređaji za tehnološke i građevinske svrhe, pirometri);
• za sigurnost (termovizijske kamere za kontrolu perimetra, granice, sistemi protivpožarne zaštite).

U zavisnosti od postavljenih zadataka razvijamo infracrvena (IR) sočiva svih navedenih klasa, među kojima se ističu atermalna IR sočiva. IC optika za termovizije srednjeg i dugog dometa ima svoje specifičnosti, izražene u karakteristikama termooptičkih karakteristika korišćenih optičkih materijala, kao što su monokristali germanijuma, silicija, polikristalni cink selenid i sulfid, monokristali metalnih fluorida. . U većini slučajeva, IR sočiva sadrže sočiva napravljena od germanijuma, koji ima visok i nelinearan temperaturni koeficijent prelamanja. S obzirom na to, IR optika je sklona defokusiranju s promjenama temperature, a jedno rješenje problema je termički kompenzovani dizajn koji pomiče sočivo ili grupu sočiva u odnosu na prijemnik u zavisnosti od temperature. Nekoliko kompanija nudi atermalna sočiva zbog potrebe za složenim dizajnom koji se često koristi u teškim mehaničkim i udarnim okruženjima. U skladu s vašim projektnim zadatkom, mi ćemo izračunati i razviti atermalno IR sočivo po narudžbi. Optika termovizira je dizajnirana i proizvedena u različitim verzijama sa ekstra tvrdim zaštitnim premazima, OEM verzija, sa laganom konstrukcijom.

Da li su mi potrebna dodatna sočiva za termovizir?

Prilikom kupovine termovizira, svako sebi postavlja ovo pitanje i sam na njega odgovara, vodeći se dostupnim informacijama. Sa svoje strane, nastojaćemo da proširimo količinu istih informacija kako bi izbor kupca bio razumniji.

Dakle, zašto su vam potrebna dodatna sočiva/sočiva?
Kvalitet slike zavisi od nekoliko parametara, ali prvenstveno od kvaliteta termovizijske matrice, njene osetljivosti i veličine, kao i od parametara sočiva.
Prije svega, tehničke karakteristike termovizijske matrice i sočiva određuju kvalitetu slike. U pravilu nije moguće promijeniti matricu u veliku, pa postoje samo izmjenjivi ili dodatni objektivi koji povećavaju kvalitetu slike. Prilično sam skeptičan prema tvrdnjama da se nedostaci senzora i sočiva mogu riješiti dodatnom softverskom obradom i tako dobiti više nego što je moguće od hardvera.

Na primjer:
Senzor 384x288 sa sočivom od 20⁰ pruža prostornu rezoluciju od 0,91 mrad. Matrica od 160x120 sa istim objektivom od 20⁰ daje rezoluciju od 2,2 mrad.
Drugim riječima, na udaljenosti od 100 metara termovizir sa matricom 384x288 može razlikovati objekat veličine 9,1x9,1 cm, dok za matricu 160x120 minimalni objekat mora imati dimenzije najmanje 22x22 cm!
Mogućnost postizanja rezolucije od 9x9 cm zvuči vrlo optimistično, uprkos činjenici da kvalitet originala, čak i stotine snimaka, nije ništa bolji od 22x22 cm.
Očigledno, opcija "super rezolucija" može donekle poboljšati kvalitet slike, posebno u slučaju "prirodnog" drhtanja ruku, ali mogućnost da se udvostručenje rezolucije napravi čudo ostaje u najmanju ruku pod sumnjom.

Dakle, ostaje jedan prirodan način za proširenje efektivnog dometa ili područja snimanja – dodatna sočiva. Standardni objektiv nudi dva opciona objektiva - širokokutni i uskokutni.

širokokutni objektiv se obično koristi kada želite da snimite veliko područje sa relativno kratke udaljenosti. Nije toliko popularan kao uskokutni objektiv, jer uvijek možete kombinirati seriju standardnih snimaka u panoramsku sliku, pogotovo zato što širokokutni objektiv proširuje područje snimanja na račun detalja, a ovo malo kome odgovara.

Uski (telefoto) objektiv koristi se u slučaju kada je visok detalj važan za relativno mali objekt udaljen na pristojnoj udaljenosti. Ovdje nikakvi softverski trikovi ne mogu riješiti problem - potreban vam je poseban objektiv. U mojoj praksi je bio slučaj kada je bilo potrebno snimiti TEC5 cijev (visine preko 200m), u ovom slučaju je takav objektiv jednostavno bio potreban.

Zgrada (udaljenost oko 150 metara)	Thermal Imager Ti175	Thermal Imager Ti175
	Ti395 termovizir	Termovizir Ti395 sa matricom (384x288), uskougaona sočiva 45mm
Krov (udaljenost oko 50 metara)	Termovizir Ti175 sa matricom (160x120), standardno sočivo	Termovizir Ti175 sa matricom (160x120), uskougaona sočiva 45mm
	Termovizir Ti395 sa matricom (384x288), standardno sočivo	Termovizir

Infracrveno zračenje je uzrokovano fluktuacijama električnih naboja koji čine bilo koju tvar koja čini objekte žive i nežive prirode, odnosno elektrone i ione. Vibracije iona koji čine tvar odgovaraju niskofrekventnom zračenju (infracrveno zračenje) zbog značajne mase oscilirajućih naboja. Zračenje koje je rezultat kretanja elektrona može imati i visoku frekvenciju, što stvara zračenje u vidljivom i ultraljubičastom području spektra.

Elektroni su dio atoma i drže se blizu svog ravnotežnog položaja (kao dio molekula ili kristalne rešetke) značajnim unutrašnjim silama. Pokrećući se, doživljavaju nepravilno kočenje, a njihovo zračenje poprima karakter impulsa, tj. Karakteriše ga spektar različitih talasnih dužina, među kojima su i talasi niske frekvencije, odnosno infracrveno zračenje.

Infracrveno zračenje je elektromagnetno zračenje koje zauzima područje spektra između kraja crvene regije vidljive svjetlosti (s talasnom dužinom (λ) jednakom 0,74 μm i mikrotalasnom radio emisijom talasne dužine od 1 ... 2 mm.

U infracrvenom opsegu postoje područja u kojima infracrveno zračenje intenzivno apsorbira atmosfera zbog prisustva ugljičnog dioksida, ozona i vodene pare u njoj.

Istovremeno, postoje i takozvani „prozori transparentnosti“ (opseg talasnih dužina optičkog zračenja u kojem je medij manje apsorpcije IR zračenja u odnosu na druge opsege). Mnogi infracrveni sistemi (uključujući neke uređaje za noćno osmatranje i termovizije) su efikasni upravo zbog postojanja ovakvih „providnih prozora“. Evo nekih opsega (talasne dužine su date u mikrometrima): 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.

Atmosferske smetnje (magla, izmaglica i neprozirnost atmosfere zbog dima, smoga itd.) različito utiču na infracrveno zračenje u različitim delovima spektra, ali sa povećanjem talasne dužine efekat ovih smetnji se smanjuje. To je zbog činjenice da valna dužina postaje usporediva s veličinom kapljica magle i čestica prašine, pa se zračenje koje se širi u manjoj mjeri raspršuje na preprekama i obilazi ih zbog difrakcije. Na primjer, u spektralnom području od 8…13 µm, magla ne stvara ozbiljne smetnje u širenju zračenja.

Svako zagrijano tijelo emituje mlaz infracrvenog zračenja, odnosno optičko zračenje čija je talasna dužina veća od talasne dužine vidljivog zračenja, ali manja od talasne dužine mikrotalasnog zračenja.

Primjer. Temperatura ljudskog tijela je 36,6°S, spektralno zračenje je u rasponu od 6…21 µm, metalna šipka zagrijana na 300°S emituje u opsegu talasa od 2 do 6 µm. Istovremeno, spirala volframove niti zagrijana na temperaturu od 2400°C ima emisiju od 0,2…

1. mikrona, čime se utiče na vidljivu oblast spektra, koja se manifestuje kao sjajan sjaj.

Sfere civilne primjene termovizije

Termovizijski uređaji za civilnu upotrebu uslovno su podeljeni u dve velike grupe - uređaji za posmatranje i uređaji za merenje. Prvi uključuju opremu za sigurnosne sisteme i protivpožarnu sigurnost, termovizijske sisteme za sigurnost transporta, lovne termovizijske uređaje i nišane, termovizijske uređaje koji se koriste u forenzici itd. Mjerni termoviziri se koriste u medicini, energetici, mašinstvu i naučnim djelatnostima.

Neki primjeri. Prema statistikama koje važe za većinu regiona sa razvijenom saobraćajnom mrežom, više od polovine saobraćajnih nezgoda sa smrtnim ishodom dešava se noću, dok većina vozača koristi automobil danju. Nije slučajno što se posljednjih godina raširila praksa opremanja automobila termovizijskom kamerom koja na displej koji se nalazi u putničkom prostoru emituje temperaturnu sliku situacije na putu ispred automobila. Tako termovizir upotpunjuje percepciju vozača, koja je nesavršena iz mnogo razloga (mrak, magla, nadolazeća svjetla) noću. Na isti način, termovizijske kamere se koriste u sigurnosnom video nadzoru paralelno sa digitalnim noćnim kamerama (hibridni sistem video nadzora), što daje mnogo potpuniju sliku o prirodi i ponašanju objekata u kadru. Ministarstvo za vanredne situacije koristi termovizijske kamere u slučaju požara - u uslovima dima u prostoriji, termovizir pomaže u otkrivanju ljudi i izvora sagorevanja. Proučavanje električnog ožičenja omogućava vam da otkrijete nedostatak veze. Termovizijsko skeniranje šuma iz zraka pomaže u određivanju izvora požara.

Konačno, prijenosni nosivi termoviziri uspješno se koriste u lovu (detekcija životinja, efikasna potraga za ranjenim životinjama bez psa), pri kvantitativnom prebrojavanju stoke itd. U budućnosti će se razmatrati termoviziri iz grupe uređaja za posmatranje uglavnom za lov.

Princip rada termovizira

U inženjerskoj praksi postoje koncepti objekta i pozadine. Objekat su najčešće objekti koje treba otkriti i ispitati (osoba, vozila, životinje itd.), pozadinu čini sve ostalo što nije zauzeto objektom posmatranja, prostor u vidnom polju uređaja (šuma, trava, zgrade itd.)

Rad svih termovizijskih sistema zasniva se na fiksiranju temperaturne razlike para „objekt/pozadina“ i na pretvaranju primljenih informacija u sliku vidljivu oku. Zbog činjenice da se sva tijela okolo nejednako zagrijavaju, formira se određena slika raspodjele infracrvenog zračenja. A što je veća razlika u intenzitetu infracrvenog zračenja tijela objekta i pozadine, to će se bolje razlikovati, odnosno kontrast, slika koju prima termovizijska kamera. Moderni termovizijski uređaji su sposobni da detektuju temperaturni kontrast od 0,015 ... 0,07 stepeni.

Dok velika većina uređaja za noćno gledanje baziranih na cijevima za pojačavanje slike ili CMOS/CCD-ovima hvata infracrveno zračenje s talasnom dužinom u rasponu od 0,78...1 μm, što je tek nešto više od osjetljivosti ljudskog oka, glavni Radni opseg termovizijske opreme je 3…5,5 µm (srednjetalasna infracrvena, ili MWIR) i 8…14 µm (dugotalasna IR, ili LWIR). Tu su površinski slojevi atmosfere providni za infracrveno zračenje, a emisivnost posmatranih objekata sa temperaturama od -50 do +50ºS je maksimalna.

Termovizir je elektronski uređaj za posmatranje koji gradi sliku temperaturne razlike u posmatranoj oblasti prostora. Osnova svakog termovizira je bolometrijska matrica (senzor), čiji svaki element (piksel) mjeri temperaturu s velikom preciznošću.

Prednost termovizira je u tome što im nisu potrebni vanjski izvori osvjetljenja - senzor termovizira je osjetljiv na vlastito zračenje objekata. Kao rezultat toga, termoviziri rade podjednako dobro danju i noću, uključujući i u apsolutnom mraku. Kao što je gore navedeno, loši vremenski uslovi (magla, kiša) ne stvaraju nepremostive smetnje termovizijskom uređaju, dok u isto vrijeme čine obične noćne uređaje potpuno beskorisnim.

Pojednostavljeno, princip rada svih termovizira opisan je sljedećim algoritmom:

• Sočivo termovizira formira na senzoru temperaturnu kartu (ili kartu razlike u snazi ​​zračenja) čitavog područja posmatranog u vidnom polju
• Mikroprocesor i druge elektronske komponente dizajna čitaju podatke sa matrice, obrađuju ih i formiraju sliku na displeju uređaja, koja predstavlja vizuelnu interpretaciju ovih podataka, koju posmatrač posmatra direktno ili kroz okular.

Za razliku od uređaja za noćno osmatranje baziranih na cijevima za pojačavanje slike (nazovimo ih analognim), termovizijski uređaji, poput digitalnih uređaja za noćno gledanje, omogućavaju implementaciju velikog broja korisničkih postavki i funkcija. Na primjer, podešavanje svjetline, kontrasta slike, promjena boje slike, unos raznih informacija u vidno polje (trenutno vrijeme, indikacija slabe baterije, ikone aktiviranih modova itd.), dodatni digitalni zum, „ funkcija slika u slici” (omogućava u posebnom malom „prozoru” da se u vidno polje prikaže dodatna slika cijelog objekta ili nekog njegovog dijela, uključujući i uvećani), privremeno isključivanje ekrana (radi uštede energije i maskirati posmatrača eliminisanjem sjaja radnog displeja).

Da bi se fiksirala slika posmatranih objekata, video rekorderi se mogu integrisati u termovizije. Moguće je implementirati takve funkcije kao što su bežični (radio kanal, WI-FI) prijenos informacija (fotografija, video) do vanjskih prijemnika ili daljinsko upravljanje uređajem (na primjer, s mobilnih uređaja), integracija sa laserskim daljinomjerima (sa ulazom). informacija sa daljinomera u vidnom polju uređaja), GPS-senzori (mogućnost fiksiranja koordinata objekta posmatranja) itd.

Termovizijski nišani također imaju niz karakterističnih karakteristika u odnosu na "analogne" noćne nišane za lov. Nišanski znak u njima je obično "digitalni", tj. slika oznake u toku obrade video signala se superponira preko slike koja se posmatra na displeju i kreće se elektronski, što omogućava da se iz sastava nišana isključe mehaničke jedinice za unos korekcija koje su deo noćnog analognog ili dnevnih optičkih nišana i zahtijevaju visoku preciznost u izradi dijelova i montaži ovih jedinica. Osim toga, ovo eliminira takav efekat kao što je paralaksa, jer. slika objekta posmatranja i slika konca nalaze se u istoj ravni – ravni prikaza.

U digitalnim i termovizijskim nišanima moguće je pohraniti u memoriju veliki broj končanica različitih konfiguracija i boja, zgodno i brzo nuliranje korištenjem "nišanja jednim udarcem" ili "nuliranja u režimu zamrzavanja", funkcije automatskog unošenje korekcija pri promjeni udaljenosti gađanja, pohranjivanje koordinata nuliranja za nekoliko oružja, indikacija nagiba (opstrukcije) nišana i još mnogo toga.

Termovizijski uređaj.

Lens. Najčešći, ali ne i jedini materijal za proizvodnju sočiva za termovizijske uređaje je monokristalni germanij. U određenoj mjeri, safir, cink selenid, silicij i polietilen također imaju propusni opseg u MWIR i LWIR opsezima. Halkogenidna stakla se također koriste za proizvodnju sočiva za termovizijske uređaje.

Optički germanij ima visok kapacitet prijenosa i, shodno tome, nizak koeficijent apsorpcije u rasponu od 2…15 µm. Vrijedi podsjetiti da ovaj raspon obuhvata dva atmosferska „prozora transparentnosti“ (3…5 i 8…12 µm). Većina senzora koji se koriste u civilnim termovizijskim uređajima radi u istom opsegu.

Germanijum je skup materijal, pa se optički sistemi pokušavaju napraviti od minimalne količine germanijumskih komponenti. Ponekad se koriste ogledala sa sferičnim ili asferičnim površinama kako bi se smanjila cijena dizajna sočiva. Za zaštitu vanjskih optičkih površina od vanjskih utjecaja koristi se premaz na bazi ugljika nalik dijamantu (DLC) ili analoga.

Klasično optičko staklo se ne koristi za proizvodnju sočiva za termovizijske uređaje, jer nema propusni opseg na valnoj dužini većoj od 4 mikrona.

Dizajn sočiva i njegovi parametri imaju značajan uticaj na mogućnosti određenog termovizijskog uređaja. dakle, žižna daljina sočiva direktno utiče na uvećanje uređaja (što je veći fokus, to je veće, pri svim ostalim jednakim uslovima, uvećanje), vidno polje (smanjuje se sa povećanjem fokusa) i domet posmatranja. Relativni otvor blende, izračunat kao količnik prečnika sočiva i fokusa, karakteriše relativnu količinu energije koja može proći kroz sočivo. Indeks relativnog otvora blende utiče na osetljivost, kao i na temperaturnu rezoluciju uređaja za termoviziju.

Vizuelni efekti kao što su vinjetiranje i efekat Narcisa takođe su posledica dizajna sočiva i u izvesnoj meri su zajednički svim uređajima za termičko snimanje.

Senzor. Fotoosetljivi element termovizijskog uređaja je dvodimenzionalni višeelementni niz fotodetektora (FPA) napravljen na bazi različitih poluprovodničkih materijala. Postoji dosta tehnologija za proizvodnju infracrvenih osjetljivih elemenata, međutim, u termovizijskim uređajima za civilnu upotrebu može se primijetiti ogromna superiornost bolometara (mikrobolometara).

Mikrobolometar je prijemnik IR energije, čije se djelovanje temelji na promjeni električne provodljivosti osjetljivog elementa kada se zagrije zbog apsorpcije zračenja. Mikrobolometri su podijeljeni u dvije podklase, ovisno o tome da li se koristi materijal osjetljiv na IR, vanadij oksid (VOx) ili amorfni silicijum (α-Si).

Osjetljivi materijal apsorbira infracrveno zračenje, zbog čega se, prema zakonu očuvanja energije, zagrijava osjetljivo područje piksela (jedan fotodetektor u matrici) mikrobolometra. Unutrašnja električna provodljivost materijala se mijenja i te promjene se bilježe. Krajnji rezultat je jednobojna ili kolor vizualizacija slike temperature na displeju uređaja. Treba napomenuti da boja u kojoj se temperaturni obrazac prikazuje na displeju u potpunosti zavisi od rada softverskog dela termovizijskog uređaja.

na slici: Ulis mikrobolometrijski niz (senzor)

Proizvodnja mikrobolometrijskih matrica je znanstveno intenzivan, visokotehnološki i skup proces. U svijetu, nekoliko kompanija i država može sebi priuštiti održavanje takve proizvodnje.

Proizvođači termovizijskih senzora (mikrobolometara), u svojim dokumentima koji regulišu kvalitet senzora, dozvoljavaju prisustvo na senzoru kako pojedinačnih piksela tako i njihovih klastera (klastera) koji imaju devijacije izlaznog signala tokom normalnog rada – tzv. ili "polomljeni" pikseli. "Polomljeni" pikseli su uobičajeni za senzore bilo kojeg proizvođača. Njihovo prisustvo objašnjava se različitim odstupanjima koja mogu nastati prilikom izrade mikrobolometra, kao i prisustvom stranih nečistoća u materijalima od kojih su napravljeni osjetljivi elementi. Tokom rada termovizijskog uređaja, unutarnja temperatura piksela raste, a pikseli koji su nestabilni na povećanje temperature („slomljeni“) počinju proizvoditi signal koji se može nekoliko puta razlikovati od signala ispravno funkcionalnih piksela. Na ekranu termovizijskog uređaja, takvi pikseli se mogu pojaviti kao bijele ili crne tačke (u slučaju pojedinačnih piksela) ili mrlje različitih konfiguracija, veličina (u slučaju klastera) i svjetline (veoma svijetle ili vrlo tamne). Prisutnost ovakvih piksela ni na koji način ne utiče na trajnost senzora i nije razlog za pogoršanje njegovih parametara budući da se koristi u budućnosti. Zapravo, ovo je samo "kozmetički" nedostatak na slici.

Proizvođači termovizira koriste različite softverske algoritme za obradu signala od neispravnih piksela kako bi minimizirali njihov utjecaj na kvalitetu i vidljivost slike. Suština obrade je da se signal iz neispravnog piksela zamijeni signalom iz susjednog (najbližeg) normalno funkcionalnog piksela ili prosječnim signalom iz nekoliko susjednih piksela. Kao rezultat ove obrade, defektni pikseli po pravilu postaju gotovo nevidljivi na slici.

U određenim uslovima posmatranja još uvek je moguće uočiti prisustvo ispravljenih neispravnih piksela (posebno klastera), na primer, kada granica između toplih i hladnih objekata uđe u vidno polje termovizijskog uređaja, i na taj način, kada ova granica tačno pada između grupe neispravnih piksela i piksela koji normalno rade. Ako se ovi uvjeti poklope, skup neispravnih piksela se vidi kao mrlja koja svjetluca bijelim i tamnim bojama, a najviše podsjeća na kap tečnosti na slici. Važno je napomenuti da prisustvo takvog efekta nije znak neispravnog termovizijskog uređaja.

Blok elektronske obrade. Obično se elektronička procesorska jedinica sastoji od jedne ili više ploča (ovisno o rasporedu uređaja), na kojima su smještena specijalizirana mikro kola koja obrađuju očitani signal sa senzora i zatim ga prenose na zaslon, gdje se prikazuje slika raspodjele temperature. posmatranog područja se formira. Glavne komande uređaja nalaze se na pločama, a implementiran je i krug napajanja, kako za uređaj u cjelini, tako i za pojedinačna kola kola.

Mikrodisplej i okular. Zbog činjenice da većina lovačkih termovizira koristi mikrodispleje, za posmatranje slike koristi se okular koji radi kao lupa i omogućava vam udoban pregled slike sa uvećanjem.

Najčešće korišćeni displeji sa tečnim kristalima (LCD) su transmisivni (stražnja strana ekrana je osvetljena izvorom svetlosti) ili OLED displeji (kada se prođe električna struja, supstanca ekrana počinje da emituje svetlost).

Upotreba OLED displeja ima niz prednosti: mogućnost rada uređaja na nižim temperaturama, veća svjetlina i kontrast slike, jednostavniji i pouzdaniji dizajn (nema izvora za pozadinsko osvjetljenje displeja, kao kod LCD displeja). Pored LCD i OLED displeja, mogu se koristiti LCOS (tečni kristal na silikonu) mikrodispleji, koji su vrsta reflektujućih displeja sa tečnim kristalima.

GLAVNI PARAMETRI UREĐAJA TERMIČKE SLIKE

POVEĆATI.Karakteristika pokazuje koliko je puta slika objekta posmatranog u uređaju veća u odnosu na posmatranje objekta golim okom. Jedinica mjere - višestruka (oznaka"x", na primjer, "2x" - "dva puta").

Za termovizijske uređaje, tipična povećanja su između 1x i 5x, kao Glavni zadatak noćnih uređaja je otkrivanje i prepoznavanje objekata pri slabom osvjetljenju i lošim vremenskim uvjetima. Povećanje povećanja u termovizijskim uređajima dovodi do značajnog smanjenja ukupnog otvora blende uređaja, zbog čega će slika objekta biti manje kontrastna u odnosu na pozadinu nego kod sličnog uređaja sa manjim povećanjem. Pad omjera otvora blende s povećanjem povećanja može se kompenzirati povećanjem svjetlosnog promjera sočiva, ali to će zauzvrat dovesti do povećanja ukupnih dimenzija i težine uređaja, komplicirajući optiku, što smanjuje ukupnu upotrebljivost prijenosnih uređaja i značajno povećava cijenu termovizijskog uređaja. Ovo je posebno važno za niske, jer korisnici dodatno moraju držati oružje u rukama. Pri velikom povećanju također postoje poteškoće u pronalaženju i praćenju objekta promatranja, posebno ako je objekt u pokretu, jer se povećanjem povećanja vidno polje smanjuje.

Uvećanje je određeno žižnim daljinama sočiva i okulara, kao i faktorom zumiranja (K), koji je jednak omjeru fizičkih dimenzija (dijagonala) ekrana i senzora:

gdje:

fo- žižna daljina sočiva

furedu- žižna daljina okulara

LWith- veličina dijagonale senzora

Ld- veličina dijagonale ekrana.

ZAVISNOSTI:

Što je veća žižna daljina objektiva, veličina ekrana, više uvećanja.

Što je veća žižna daljina okulara, veličina senzora je veća povećanje je manje.

LINIJA VIDANJA. Karakterizira veličinu prostora koji se može istovremeno gledati kroz uređaj. Obično je vidno polje u parametrima uređaja naznačeno u stepenima (ugao vidnog polja na donjoj slici je označen sa 2 ) ili u metrima za određenu udaljenost (L) do objekta posmatranja (linearni vidno polje na slici je označeno kao A).

Vidno polje digitalnih uređaja za noćno osmatranje i termovizijskih uređaja određeno je fokusom sočiva (fob) i fizičkom veličinom senzora (B). Obično se širina (horizontalna veličina) uzima kao veličina senzora prilikom izračunavanja vidnog polja, kao rezultat toga se dobija horizontalno kutno vidno polje:

Poznavajući veličinu senzora vertikalno (visinu) i dijagonalno, moguće je izračunati i kutno vidno polje uređaja vertikalno ili dijagonalno.

Ovisnost:

Što je veća veličina senzora ili manji fokus sočiva, to jeviše vidnog polja.

Što je veće vidno polje uređaja, udobnije je posmatrati objekte - nema potrebe da stalno pomerate uređaj da biste videli oblast od interesa.

Važno je shvatiti da je vidno polje obrnuto proporcionalno povećanju - kako se uvećanje uređaja povećava, njegovo vidno polje se smanjuje. Ovo je takođe jedan od razloga zašto se infracrveni sistemi (posebno termovizijski aparati) ne proizvode sa velikim uvećanjem. Istovremeno, morate razumjeti da će se s povećanjem vidnog polja smanjiti udaljenost detekcije i prepoznavanja.

BRZINA OSVEŽAVANJA OKVIRA. Jedna od glavnih tehničkih karakteristika uređaja za termoviziju je brzina osvježavanja kadra. Sa tačke gledišta korisnika, ovo je broj kadrova prikazanih na displeju u jednoj sekundi. Što je veća brzina osvježavanja kadra, to je manje primjetan efekat "kašnjenja" slike koju generiše termovizijski uređaj u odnosu na stvarnu scenu. Dakle, kada posmatrate dinamičke scene sa uređajem sa brzinom osvježavanja od 9 kadrova u sekundi, slika može djelovati mutno, a pokreti pokretnih objekata mogu biti odloženi, uz „trzaje“. Suprotno tome, što je veća brzina osvježavanja kadrova, to će biti glatkiji prikaz dinamičkih scena.

DOZVOLA. FAKTORI KOJI UTIČU NA REZOLUCIJU.

Rezolucija je određena parametrima optičkih elemenata uređaja, senzora, displeja, kvalitetom rešenja kola implementiranih u uređaju, kao i primenjenim algoritmima za obradu signala. Rezolucija termovizijskog uređaja (rezolucija) je složen indikator čije su komponente temperatura i prostorna rezolucija. Razmotrimo svaku od ovih komponenti zasebno.

Temperaturna rezolucija(osjetljivost; minimalna detektiva temperaturna razlika) je granični omjer signala objekta promatranja prema pozadinskom signalu, uzimajući u obzir šum osjetljivog elementa (senzora) termovizijske kamere. Visoka temperaturna rezolucija znači da će termovizijski uređaj moći prikazati objekt određene temperature na pozadini sa sličnom temperaturom, a što je manja razlika između temperatura objekta i pozadine, to je veća temperaturna rezolucija.

Prostorna rezolucija karakterizira sposobnost uređaja da odvojeno prikaže dvije blisko razmaknute tačke ili linije. U tehničkim karakteristikama uređaja, ovaj parametar se može napisati kao "rezolucija", "granica rezolucije", "maksimalna rezolucija", što je, u principu, ista stvar.

Najčešće rezolucija uređaja karakterizira prostornu rezoluciju mikrobolometra, budući da optičke komponente uređaja obično imaju marginu rezolucije.

U pravilu, rezolucija je prikazana u potezima (linijama) po milimetru, ali može biti naznačena i u ugaonim jedinicama (sekunde ili minute).

Što je veća vrijednost rezolucije u potezima (linijama) po milimetru i što je niža u kutnim terminima, to je veća rezolucija. Što je veća rezolucija uređaja, to je slika jasnija od strane posmatrača.

Za mjerenje rezolucije termovizira koristi se posebna oprema - kolimator, koji stvara imitaciju slike posebnog test objekta - isprekidanog termalnog svijeta. Gledajući sliku testnog objekta kroz uređaj, ocjenjuje se rezolucija termovizira - što se manji potezi svjetova mogu jasno vidjeti odvojeno jedan od drugog, to je veća rezolucija uređaja.

slika: Različite opcije za termalni svijet (pogledajte u termovizijskom uređaju)

Rezolucija instrumenta zavisi od rezolucije objektiva i okulara. Objektiv formira sliku objekta posmatranja u ravni senzora, a u slučaju nedovoljne rezolucije sočiva, dalje poboljšanje rezolucije uređaja je nemoguće. Na isti način, okular lošeg kvaliteta može "pokvariti" najjasniju sliku koju formiraju komponente instrumenta na displeju.

Rezolucija uređaja zavisi i od parametara ekrana na kojem se slika formira. Kao iu slučaju senzora, rezolucija ekrana (broj piksela) i njihova veličina su od odlučujućeg značaja. Gustoću piksela na ekranu karakterizira takav indikator kao što je PPI (skraćeno od engleskog "piksela po inču") - ovo je indikator koji označava broj piksela po inču površine.

U slučaju direktnog prijenosa slike (bez skaliranja) sa senzora na displej, rezolucije oba bi trebale biti iste. U tom slučaju se isključuje smanjenje rezolucije uređaja (ako je rezolucija ekrana manja od rezolucije senzora) ili neopravdano korištenje skupog zaslona (ako je rezolucija zaslona veća od rezolucije senzora).

Parametri senzora imaju veliki uticaj na rezoluciju uređaja. Prije svega, ovo je rezolucija bolometra - ukupan broj piksela (obično se označava kao proizvod piksela u liniji i koloni) i veličine piksela. Ova dva kriterijuma daju glavni rezultat rezolucije.

OVISNOST:

Što je veći broj piksela i što je njihova veličina manja, to je većarezoluciju.

Ova izjava vrijedi za istu fizičku veličinusenzori. Senzor koji ima gustinu piksela po jedinici površineveći, ima veću rezoluciju.

Termovizijski uređaji također mogu koristiti različite algoritme za obradu signala koji mogu utjecati na ukupnu rezoluciju uređaja. Prije svega, riječ je o "digitalnom zumiranju", kada se slika koju formira matrica digitalno obrađuje i "prenosi" na ekran uz određeno povećanje. U ovom slučaju, ukupna rezolucija uređaja je smanjena. Sličan efekat se može uočiti i kod digitalnih fotoaparata kada se koristi funkcija "digitalni zum".

Uz navedene faktore, treba spomenuti još nekoliko koji mogu smanjiti rezoluciju uređaja. Prije svega, to su razne vrste “šuma” koje iskrivljuju korisni signal i na kraju degradiraju kvalitet slike. Mogu se razlikovati sljedeće vrste buke:

Tamni šum signala. Glavni razlog za ovaj šum je termoionska emisija elektrona (spontana emisija elektrona kao rezultat zagrijavanja materijala senzora). Što je temperatura niža to je tamni signal niži, tj. manje buke, za eliminaciju ove buke koristi se zatvarač (šator) i kalibracija mikrobolometra.

Buka čitanja. Kada se signal akumuliran u pikselu senzora izlazi iz senzora, pretvara u napon i pojačava, u svakom elementu se pojavljuje dodatni šum, koji se naziva šum očitavanja. Za borbu protiv buke koriste se različiti softverski algoritmi za obradu slike, koji se često nazivaju algoritmi za smanjenje šuma.

Osim šuma, rezolucija se može značajno smanjiti i smetnjama zbog grešaka u rasporedu uređaja (međusobni raspored štampanih ploča i spojnih žica, kablova unutar uređaja) ili zbog grešaka u usmjeravanju PCB-a (međusobni raspored provodnih staza, prisutnost i kvaliteta zaštitnih slojeva). Također, smetnje mogu uzrokovati i greške u električnom kolu uređaja, nepravilan odabir radio elemenata za implementaciju raznih filtera, te unutarkolotno napajanje električnih kola uređaja. Stoga su razvoj električnih kola, pisanje softvera za obradu signala, usmjeravanje ploča važni i složeni zadaci u dizajnu termovizijskih uređaja.

OPASOVANJE.

Opseg posmatranja objekta pomoću termovizijskog uređaja zavisi od kombinacije velikog broja unutrašnjih faktora (parametara senzora, optičkih i elektronskih delova uređaja) i spoljašnjih uslova (različite karakteristike posmatranog objekta, pozadine, čistoća atmosfere i tako dalje).

Najprimenljiviji pristup opisivanju opsega posmatranja je njegova podela na opsege detekcije, prepoznavanja i identifikacije, detaljno opisane u različitim izvorima, prema pravilima definisanim tzv. Džonsonov kriterijum, prema kojem je opseg posmatranja direktno povezan sa temperaturom i prostornom rezolucijom uređaja za termoviziju.

Za dalji razvoj teme potrebno je uvesti pojam kritične veličine objekta posmatranja. Kritična veličina se smatra veličinom duž koje se slika objekta analizira kako bi se identifikovale njene karakteristične geometrijske karakteristike. Često se kao kritična uzima minimalna vidljiva veličina objekta duž kojeg se vrši analiza. Na primjer, za divlju svinju ili srnu, visina tijela može se smatrati kritičnom veličinom, za osobu - visinom.

Opseg u kojem se kritična veličina određenog objekta posmatranja uklapa u 2 ili više piksela senzora termovizije smatra se domet detekcije. Činjenica detekcije jednostavno pokazuje prisutnost ovog objekta na određenoj udaljenosti, ali ne daje predstavu o njegovim karakteristikama (ne dopušta vam da kažete o kakvom se objektu radi).

Činjenica prepoznavanje objekta, prepoznaje se sposobnost određivanja tipa objekta. To znači da je posmatrač u stanju da razlikuje ono što posmatra u ovom trenutku – osobu, životinju, automobil i tako dalje. Općenito je prihvaćeno da je prepoznavanje moguće pod uvjetom da kritična veličina objekta odgovara najmanje 6 piksela senzora.

Sa stanovišta lovačke primjene, najveća praktična korist je opseg identifikacije. Pod identifikacijom se podrazumijeva da posmatrač može procijeniti ne samo vrstu objekta, već i razumjeti njegove karakteristične karakteristike (na primjer, mužjak divlje svinje dužine 1,2 m i visine 0,7 m). Da bi se ispunio ovaj uslov, potrebno je da kritična veličina objekta bude pokrivena sa najmanje 12 piksela senzora.

Važno je shvatiti da je u svim ovim slučajevima riječ o 50% vjerovatnoći otkrivanja, prepoznavanja ili identifikacije objekta određenog nivoa. Što više piksela preklapa kritičnu veličinu objekta, veća je vjerovatnoća otkrivanja, prepoznavanja ili identifikacije.

IZLAZNO UKLANJANJE ZJENICA- ovo je udaljenost od vanjske površine posljednje leće okulara do ravni zjenice oka posmatrača, na kojoj će posmatrana slika biti najoptimalnija (maksimalno vidno polje, minimalno izobličenje). Ovaj parametar je najvažniji za nišane kod kojih bi uklanjanje izlazne zjenice trebalo biti najmanje 50 mm (optimalno - 80-100 mm). Ovako veliko uklanjanje izlazne zjenice neophodno je da bi se spriječilo ozljeđivanje strijelca okularom nišana pri trzanju. U pravilu, za uređaje za noćno gledanje i termovizije, udaljenost izlazne zenice jednaka je dužini okulara, što je potrebno da se noću maskira sjaj ekrana.

KALIBRACIJA SENZORA TERMIČKE VIZIJE

Kalibracija termovizijskog uređaja podijeljena je na tvorničku i korisničku kalibraciju. Proces proizvodnje termovizijskih uređaja baziranih na nehlađenim senzorima omogućava fabričku kalibraciju uređaja (par "sočivo - senzor") upotrebom posebne opreme.

Možete se upoznati sa novim modelima PULSAR termovizira i napraviti informirani izbor.