Termovizijska leća. IR leće

Razvoj, proračun i proizvodnja infracrvenih (IR) leća za termovizijske sustave koji rade u rasponima od 3…5 i 8…12 µm, kao i za optičke senzore koji rade u IR rasponu, važna su djelatnost tvrtke. Tvrtka projektira i proizvodi infracrvene (IR) leće (uključujući atermalne leće), serijski u standardnom dizajnu i prema specifikacijama kupca, a također izračunava i proizvodi druge optičke sklopove za IR opremu, uključujući:

• termovizijske leće za nehlađene termovizijske kamere na bazi mikrobolometrijskih matrica u rasponu od 8…12 µm. Ovo je najčešći tip sustava, koji je zbog učinkovitog spektralnog raspona za prijenos toplinske slike, optimalne praktičnosti matričnih prijemnika koji ne zahtijevaju hlađenje i hladnu membranu, kao i relativno niske cijene takvog uređaja. ;
• termovizijske leće za hlađene termovizijske kamere koje rade u rasponu od 3…5 µm. Na temelju takvih sustava stvaraju se termovizijski uređaji s povećanom kombinacijom zahtjeva za karakteristikama i dizajnom. Ovo je najkompleksniji tip infracrvenih sustava, ali u isto vrijeme ima najbolje mogućnosti za otkrivanje i prepoznavanje objekata promatranja;
• IR leće za senzore s jednim i više elemenata koji rade u srednjem i bliskom IR rasponu, uglavnom 3...5 µm. Obično su to jednostavni sustavi, koji uključuju jednostavnu IR optiku i senzor, čija je glavna zadaća generiranje signala, a ne prijenos slike.

Infracrvene leće koriste se u termovizijskim sustavima različitih klasa:

• obrana (prijenosni i stacionarni termovizijski uređaji, termovizijski nišani, optičko-lokacijske stanice, uređaji za označavanje ciljeva i nišani zemaljske opreme);
• tehnološki (termoregulacijski uređaji za tehnološke i građevinske namjene, pirometri);
• za sigurnost (termovizijske kamere za kontrolu perimetra, granice, protupožarni sustavi).

Ovisno o postavljenim zadacima razvijamo infracrvene (IR) leće svih navedenih klasa, među kojima se ističu atermalne IR leće. IR optika za termovizije srednjeg i velikog dometa ima svoje specifičnosti, izražene u karakteristikama termooptičkih karakteristika korištenih optičkih materijala, kao što su monokristali germanija, silicija, polikristalni cink selenid i sulfid, monokristali metalnih fluorida . U većini slučajeva IR leća sadrži leće od germanija, koji ima visok i nelinearan temperaturni koeficijent loma. S obzirom na to, IR optika je sklona defokusiranju s promjenama temperature, a jedno rješenje problema je termički kompenzirana konstrukcija koja pomiče leću ili skupinu leća u odnosu na prijemnik ovisno o temperaturi. Nekoliko tvrtki nudi atermalne leće zbog potrebe za razvojem složenih dizajna koji se često koriste u teškim mehaničkim i udarnim uvjetima. U skladu s vašim projektnim zadatkom, izračunat ćemo i razviti atermalnu IR leću po narudžbi. Optika termovizira dizajnirana je i proizvedena u različitim verzijama korištenjem ekstra tvrdih zaštitnih premaza, OEM verzija, s laganim dizajnom.

Trebam li dodatne leće za termovizir?

Pri kupnji termovizira svatko si postavlja ovo pitanje i sam na njega odgovara, vodeći se dostupnim informacijama. Sa svoje strane, nastojat ćemo proširiti količinu istih informacija kako bi izbor kupca bio razumniji.

Dakle, zašto su vam potrebne dodatne leće/leće?
Kvaliteta slike ovisi o nekoliko parametara, ali prvenstveno o kvaliteti termovizijske matrice, njezinoj osjetljivosti i veličini, kao i o parametrima leće.
Prije svega, tehničke karakteristike termovizijske matrice i leće 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 leća mogu riješiti dodatnom softverskom obradom, a time i dobiti više nego što je moguće od hardvera.

Na primjer:
Senzor 384x288 s lećom od 20⁰ pruža prostornu razlučivost od 0,91 mrad. Matrica od 160x120 s istim objektivom od 20⁰ daje rezoluciju od 2,2 mrad.
Drugim riječima, na udaljenosti od 100 metara termovizir s matricom 384x288 može razlikovati objekt veličine 9,1x9,1 cm, dok za matricu 160x120 minimalni objekt mora imati dimenzije najmanje 22x22 cm!
Mogućnost postizanja rezolucije od 9x9 cm zvuči vrlo optimistično, unatoč činjenici da kvaliteta originala, čak i stotine snimaka, nije ništa bolja od 22x22 cm.
Očito, opcija "super razlučivost" može donekle poboljšati kvalitetu slike, pogotovo u slučaju "prirodnog" drhtanja ruku, no mogućnost da se udvostručenjem rezolucije napravi čudo ostaje u najmanju ruku dvojbena.

Dakle, ostaje jedan prirodan način proširenja učinkovitog dometa ili područja snimanja - dodatne leće. Standardni objektiv nudi dvije opcione leće - širokokutni i uskokutni.

širokokutna leća se obično koristi kada želite snimiti veliko područje s relativno kratke udaljenosti. Nije toliko popularan kao uskokutni objektiv, jer uvijek možete kombinirati niz standardnih snimaka u panoramsku sliku, pogotovo jer širokokutni objektiv proširuje područje snimanja nauštrb detalja, a to malo tko odgovara.

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

Zgrada (udaljenost oko 150 metara)	Termoslika Ti175	Termoslika Ti175
	Termovizija Ti395	Termovizir Ti395 s matricom (384x288), uskokutna leća 45mm
Krov (udaljenost oko 50 metara)	Termovizir Ti175 s matricom (160x120), standardna leća	Termovizir Ti175 s matricom (160x120), uskokutna leća 45mm
	Termovizir Ti395 s matricom (384x288), standardna leća	Termoslika

Infracrveno zračenje uzrokovano je 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 proizlazi iz kretanja elektrona također može imati 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 unutarnjim silama. Pokrenuti, doživljavaju nepravilno kočenje, a njihovo zračenje poprima karakter impulsa, t.j. Karakterizira ga spektar različitih valnih duljina, među kojima su i valovi niske frekvencije, odnosno infracrveno zračenje.

Infracrveno zračenje je elektromagnetsko zračenje koje zauzima područje spektra između kraja crvene regije vidljive svjetlosti (s valnom duljinom (λ) jednakom 0,74 μm i mikrovalnom radio emisijom valne duljine od 1 ... 2 mm).

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

Istodobno postoje tzv. „prozori transparentnosti“ (područje valnih duljina optičkog zračenja u kojem je medij manje apsorpcije IR zračenja u odnosu na druge raspone). Mnogi infracrveni sustavi (uključujući neke uređaje za noćno gledanje i termovizije) učinkoviti su upravo zbog postojanja takvih "prozirnih prozora". Evo nekih raspona (valne duljine su dane 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, kao i neprozirnost atmosfere zbog dima, smoga i sl.) različito utječu na infracrveno zračenje u različitim dijelovima spektra, ali s povećanjem valne duljine utjecaj tih smetnji se smanjuje. To je zbog činjenice da valna duljina postaje usporediva s veličinom kapljica magle i čestica prašine, pa se zračenje koje se širi u manjoj mjeri raspršuje na preprekama i zaobilazi ih zbog difrakcije. Na primjer, u području spektra od 8…13 µm, magla ne stvara ozbiljne smetnje u širenju zračenja.

Svako zagrijano tijelo emitira struju infracrvenog zračenja, odnosno optičko zračenje valne duljine koja je veća od valne duljine vidljivog zračenja, ali manja od valne duljine mikrovalnog zračenja.

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

1. mikrona, čime se utječe na vidljivo područje spektra, što se očituje kao svijetli sjaj.

Sfere civilne primjene termovizije

Termovizijski uređaji za civilnu uporabu uvjetno su podijeljeni u dvije velike skupine - uređaji za promatranje i uređaji za mjerenje. Prvi uključuje opremu za sigurnosne sustave i protupožarnu sigurnost, termovizijske sustave za osiguranje transporta, lovne termovizijske uređaje i nišane, termovizijske uređaje koji se koriste u forenzici itd. Mjerne termovizije koriste se u medicini, energetici, strojarstvu i znanstvenoj djelatnosti.

Neki primjeri. Prema statistikama koje vrijede za većinu regija s razvijenom prometnom mrežom, više od polovice nesreća sa smrtnim ishodom događa se noću, dok većina vozača koristi automobil danju. Nije slučajno da je posljednjih godina uobičajena praksa opremanje automobila termovizijskom kamerom, koja na zaslon smješten u putničkom prostoru prenosi temperaturnu sliku situacije na cesti ispred automobila. Tako termovizija nadopunjuje percepciju vozača, koja je nesavršena iz mnogo razloga (mrak, magla, nadolazeća svjetla) noću. Na isti se način termovizijske kamere koriste u sigurnosnom videonadzoru paralelno s digitalnim noćnim kamerama (hibridni videonadzorni sustav), što daje puno potpuniju sliku o prirodi i ponašanju objekata u kadru. Ministarstvo za izvanredne situacije koristi termovizijske kamere u slučaju požara – u uvjetima dima u prostoriji termovizir pomaže u otkrivanju ljudi i izvora izgaranja. Proučavanje električnog ožičenja omogućuje vam da otkrijete nedostatak veze. Termičko skeniranje šumskih područja iz zraka pomaže u određivanju izvora požara.

Konačno, prijenosne nosive termovizije uspješno se koriste u lovu (otkrivanje životinja, učinkovita potraga za ranjenim životinjama bez psa), pri provođenju kvantitativnog brojanja stoke i sl. U budućnosti će se razmišljati o termoviziji iz skupine uređaja za promatranje uglavnom za lov.

Princip rada termovizira

U inženjerskoj praksi postoje koncepti objekta i pozadine. Objekt su obično objekti koje je potrebno detektirati i razmotriti (osoba, vozila, životinje i sl.), pozadina je sve ostalo što nije zauzeto objektom promatranja, prostor u vidnom polju uređaja (šuma, trava, zgrade itd.)

Rad svih termovizijskih sustava temelji se na fiksiranju temperaturne razlike para “objekt/pozadina” i na pretvaranju primljenih informacija u sliku vidljivu oku. Zbog činjenice da se sva tijela oko sebe neravnomjerno zagrijavaju, formira se određena slika raspodjele infracrvenog zračenja. A što je veća razlika u intenzitetu infracrvenog zračenja tijela objekta i pozadine, to će se više razlikovati, odnosno kontrast, slika koju prima termovizijska kamera. Suvremeni termovizijski uređaji sposobni su detektirati temperaturni kontrast od 0,015 ... 0,07 stupnjeva.

Dok velika većina uređaja za noćno gledanje baziranih na cijevima za pojačavanje slike (ICT) ili CMOS / CCD nizovima hvata infracrveno zračenje valne duljine u rasponu od 0,78 ... 1 μm, što je tek neznatno veće od osjetljivosti ljudskog oka , glavni Radni raspon opreme za termoviziju je 3…5,5 µm (srednjevalni infracrveni, ili MWIR) i 8…14 µm (dugovalni IR, ili LWIR). Ovdje su površinski slojevi atmosfere prozirni za infracrveno zračenje, a emisivnost promatranih objekata s temperaturama od -50 do +50ºS je maksimalna.

Termovizijska kamera je elektronički uređaj za promatranje koji gradi sliku temperaturne razlike u promatranom području prostora. Osnova svakog termovizira je bolometrijska matrica (senzor), čiji svaki element (piksel) mjeri temperaturu s velikom točnošću.

Prednost termovizira je u tome što ne zahtijevaju vanjske izvore osvjetljenja – senzor termovizije je osjetljiv na vlastito zračenje objekata. Kao rezultat toga, termovizije rade jednako dobro danju i noću, uključujući i u apsolutnoj tami. Kao što je gore navedeno, loši vremenski uvjeti (magla, kiša) ne stvaraju nepremostive smetnje termovizijskom uređaju, a ujedno čine obične noćne uređaje potpuno beskorisnima.

Pojednostavljeno, princip rada svih termovizira opisan je sljedećim algoritmom:

• Leća termovizira formira na senzoru temperaturnu kartu (ili kartu razlike snage zračenja) cijelog područja promatranog u vidnom polju
• Mikroprocesor i druge elektroničke komponente dizajna očitavaju podatke iz matrice, obrađuju ih i formiraju sliku na zaslonu uređaja, što je vizualna interpretacija tih podataka, koju promatrač promatra izravno ili kroz okular.

Za razliku od uređaja za noćno gledanje koji se temelje na cijevima za pojačavanje slike (nazovimo ih analognim), termovizijski uređaji, poput digitalnih uređaja za noćno gledanje, omogućuju 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 načina itd.), dodatno digitalno zumiranje, „ funkcija slika u slici” (omogućuje u posebnom malom "prozoru" prikaz u vidnom polju dodatne slike cijelog objekta ili nekog njegovog dijela, uključujući i uvećanu), privremeno isključivanje zaslona (radi uštede energije te maskirati promatrača uklanjanjem sjaja radnog zaslona).

Za fiksiranje slike promatranih objekata, videorekorderi se mogu integrirati u termovizije. Možete implementirati takve funkcije kao što su bežični (radio kanal, WI-FI) prijenos informacija (fotografija, video) na vanjske prijemnike ili daljinsko upravljanje uređajem (na primjer, s mobilnih uređaja), integracija s laserskim daljinomjerima (s unosom informacija od daljinomjera u vidnom polju uređaja), GPS-senzori (mogućnost fiksiranja koordinata objekta promatranja) itd.

Termovizijski nišani također imaju niz posebnosti u odnosu na "analogne" noćne nišane za lov. Nišanska oznaka u njima je obično "digitalna", t.j. slika oznake tijekom obrade video signala se prekriva preko slike promatrane na zaslonu i kreće se elektronički, što omogućuje izuzimanje iz opsega mehaničkih komponenti za unos korekcija koje su dio noćnih analognih ili dnevnih optičkih nišana i zahtijevaju visoku preciznost u izradi dijelova i montaži ovih komponenti. Osim toga, to eliminira takav učinak kao što je paralaksa, jer. slika predmeta promatranja i slika konca nalaze se u istoj ravnini – ravnini prikaza.

U digitalnim i termovizijskim nišanima moguće je pohraniti u memoriju veliki broj končanica s različitim konfiguracijama i bojama, praktično i brzo nuliranje korištenjem “singing in with one shot” ili “nulting in Freeze mode”, funkcija automatskog unos korekcija pri promjeni udaljenosti gađanja, pohranjivanje koordinata nuliranja za nekoliko oružja, indikacija nagiba (zapreke) nišana i još mnogo toga.

Uređaj za termoviziju.

Leće. Najčešći, ali ne i jedini materijal za izradu leća za termovizijske uređaje je monokristalni germanij. Do određene mjere, safir, cink selenid, silicij i polietilen također imaju širinu pojasa u MWIR i LWIR pojasevima. Kalkogenidna naočala također se koriste za proizvodnju leća za termovizijske uređaje.

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

Germanij je skup materijal, pa se optički sustavi pokušavaju izraditi od minimalne količine germanijevih komponenti. Ponekad se zrcala sa sferičnim ili asferičnim površinama koriste za smanjenje troškova dizajna leća. Za zaštitu vanjskih optičkih površina od vanjskih utjecaja koristi se premaz na bazi ugljika nalik dijamantu (DLC) ili analoga.

Klasično optičko staklo ne koristi se za proizvodnju leća za termovizijske uređaje, jer nema širinu pojasa na valnoj duljini većoj od 4 mikrona.

Dizajn leće i njeni parametri imaju značajan utjecaj na mogućnosti pojedinog termovizijskog uređaja. Tako, žarišna duljina leće izravno utječe na povećanje uređaja (što je veći fokus, to je veće, ceteris paribus, povećanje), vidno polje (smanjuje se s povećanjem fokusa) i domet promatranja. Relativni otvor blende, izračunat kao kvocijent promjera leće i fokusa, karakterizira relativnu količinu energije koja može proći kroz leću. Indeks relativnog otvora blende utječe na osjetljivost, kao i na temperaturnu razlučivost uređaja za termoviziju.

Vizualni efekti poput vinjetiranja i efekta Narcisa također su posljedica dizajna leća i u određenoj su mjeri zajednički svim uređajima za termičku sliku.

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

Mikrobolometar je prijamnik IR energije čije se djelovanje temelji na promjeni električne vodljivosti osjetljivog elementa kada se zagrijava uslijed apsorpcije zračenja. Mikrobolometri se dijele u dvije podklase, ovisno o tome koristi li se materijal osjetljiv na IR, vanadijev oksid (VOx) ili amorfni silicij (α-Si).

Osjetljivi materijal apsorbira infracrveno zračenje, zbog čega se, prema zakonu očuvanja energije, zagrijava osjetljivo područje piksela (jedan fotodetektor u matrici) mikrobolometra. Unutarnja električna vodljivost materijala se mijenja i te promjene se bilježe. Krajnji rezultat je jednobojna ili kolor vizualizacija slike temperature na zaslonu uređaja. Treba napomenuti da boja u kojoj se temperaturni uzorak prikazuje na zaslonu u potpunosti ovisi o radu softverskog dijela termovizijske naprave.

na slici: Ulis mikrobolometrijska matrica (senzor)

Proizvodnja mikrobolometrijskih matrica znanstveno je intenzivan, visokotehnološki i skup proces. U svijetu postoji samo nekoliko tvrtki i zemalja koje si mogu priuštiti održavanje takve proizvodnje.

Proizvođači termovizijskih senzora (mikrobolometara) u svojim dokumentima koji reguliraju kvalitetu senzora dopuštaju prisutnost na senzoru kako pojedinačnih piksela tako i njihovih klastera (klastera) koji tijekom normalnog rada imaju odstupanja u izlaznom signalu – tzv. mrtvi" ili "slomljeni" pikseli . "Polomljeni" pikseli uobičajeni su za senzore bilo kojeg proizvođača. Njihova prisutnost objašnjava se raznim odstupanjima koja se mogu pojaviti tijekom izrade mikrobolometra, kao i prisutnošću stranih nečistoća u materijalima od kojih su izrađeni osjetljivi elementi. Tijekom 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 radnih piksela. Na zaslonu termovizijskog uređaja takvi se pikseli mogu pojaviti kao bijele ili crne točke (u slučaju pojedinačnih piksela) ili mrlje različitih konfiguracija, veličina (u slučaju klastera) i svjetline (vrlo svijetle ili vrlo tamne). Prisutnost takvih piksela ni na koji način ne utječe 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. Bit obrade je zamijeniti signal iz neispravnog piksela signalom iz susjednog (najbližeg) normalno funkcionalnog piksela ili prosječnim signalom iz nekoliko susjednih piksela. Kao rezultat takve obrade, neispravni pikseli u pravilu postaju gotovo nevidljivi na slici.

U određenim uvjetima promatranja još uvijek je moguće uočiti prisutnost ispravljenih neispravnih piksela (posebno klastera), na primjer, kada granica između toplih i hladnih objekata uđe u vidno polje termovizijskog uređaja, i na taj način, kada ova granica točno pada između skupine neispravnih piksela i piksela koji normalno rade. Kada se ti uvjeti poklope, skup neispravnih piksela se vidi kao mrlja koja svjetluca bijelim i tamnim bojama, a najviše podsjeća na kap tekućine na slici. Važno je napomenuti da prisutnost takvog učinka nije znak neispravnog termovizijskog uređaja.

Blok elektronske obrade. Obično se elektronička procesorska jedinica sastoji od jedne ili više ploča (ovisno o rasporedu instrumenta), na kojima su smješteni specijalizirani mikrosklopovi koji obrađuju očitani signal sa senzora i zatim prenose signal na zaslon, gdje se prikazuje slika raspodjele temperature. promatranog područja nastaje. Glavne komande uređaja nalaze se na pločama, a implementiran je i strujni krug, kako za uređaj u cjelini tako i za pojedinačne krugove kruga.

Mikrodisplej i okular. Zbog činjenice da većina lovačkih termovizira koristi mikrozaslone, za promatranje slike koristi se okular koji radi poput povećala i omogućuje udoban pregled slike uz povećanje.

Najčešće korišteni zasloni s tekućim kristalima (LCD) su transmisivni (stražnja strana zaslona je osvijetljena izvorom svjetlosti) ili OLED zasloni (kada se propušta električna struja, tvar zaslona počinje emitirati svjetlost).

Korištenje OLED zaslona ima niz prednosti: mogućnost rada uređaja na nižim temperaturama, veća svjetlina i kontrast slike, jednostavniji i pouzdaniji dizajn (nema izvora za pozadinsko osvjetljenje zaslona, ​​kao u LCD zaslonima). Uz LCD i OLED zaslone, mogu se koristiti LCOS (Liquid Crystal on Silicone) mikrozasloni, koji su vrsta reflektirajućih zaslona s tekućim kristalima.

GLAVNI PARAMETRI UREĐAJA TERMIČKE SLIKE

POVEĆATI.Karakteristika pokazuje koliko je puta slika objekta promatranog u uređaju veća u odnosu na promatranje predmeta 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 u sličnom uređaju s manjim povećanjem. Pad omjera otvora blende s povećanjem povećanja može se kompenzirati povećanjem svjetlosnog promjera leće, ali to će zauzvrat dovesti do povećanja ukupnih dimenzija i težine uređaja, komplicirajući optiku, što smanjuje ukupnu iskoristivost prijenosnih uređaja i značajno povećava cijenu termovizijskog uređaja. To je posebno važno za nišane, jer korisnici dodatno moraju držati oružje u rukama. Pri velikom povećanju također je teško pronaći i pratiti objekt promatranja, osobito ako je objekt u pokretu, budući da se povećanjem povećanja vidno polje smanjuje.

Povećanje je određeno žarišnim duljinama leće i okulara, kao i faktorom zumiranja (K), koji je jednak omjeru fizičkih dimenzija (dijagonala) zaslona i senzora:

gdje:

foko- žarišna duljina objektiva

fu redu- žarišna duljina okulara

LS- veličina dijagonale senzora

Ld- veličina dijagonale zaslona.

OVISNOSTI:

Što je veća žarišna duljina objektiva, veličina zaslona, više povećanja.

Što je veća žarišna duljina okulara, veličina senzora je veća povećanje je manje.

VIDNO POLJE. Karakterizira veličinu prostora koji se može istovremeno promatrati kroz uređaj. Obično je vidno polje u parametrima uređaja naznačeno u stupnjevima (kut vidnog polja na donjoj slici je označen kao 2Ѡ) ili u metrima za određenu udaljenost (L) do objekta promatranja (linearni vidno polje na slici je označeno kao A).

Vidno polje digitalnih uređaja za noćno gledanje i termovizijskih uređaja određeno je fokusom leće (fob) i fizičkom veličinom senzora (B). Obično se širina (horizontalna veličina) uzima kao veličina senzora pri izračunavanju vidnog polja, kao rezultat, dobiva se horizontalno kutno vidno polje:

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

Ovisnost:

Što je veća veličina senzora ili manji fokus leće,više vidnog polja.

Što je veće vidno polje uređaja, udobnije je promatrati objekte - nema potrebe stalno pomicati uređaj da biste vidjeli područje od interesa.

Važno je razumjeti da je vidno polje obrnuto proporcionalno povećanju – kako se povećanje uređaja povećava, njegovo se vidno polje smanjuje. To je također jedan od razloga zašto se infracrveni sustavi (osobito toplinski snimači) ne proizvode s velikim povećanjem. Istodobno, morate razumjeti da će se s povećanjem vidnog polja udaljenost otkrivanja i prepoznavanja smanjiti.

BRZINA OSVJEŽAVANJA OKVIRA. Jedna od glavnih tehničkih karakteristika uređaja za termoviziju je brzina osvježavanja kadra. Iz korisničke točke gledišta, ovo je broj okvira prikazanih na zaslonu u jednoj sekundi. Što je veća stopa osvježavanja kadra, manje je uočljiv učinak "kašnjenja" slike koju stvara termovizijski uređaj u odnosu na stvarnu scenu. Dakle, pri promatranju dinamičnih scena s uređajem s brzinom osvježavanja od 9 sličica u sekundi, slika može izgledati mutno, a pokreti pokretnih objekata mogu biti odgođeni, s "trzajima". S druge strane, što je veća stopa osvježavanja kadrova, to će prikaz dinamičkih scena biti glatkiji.

DOZVOLA. ČIMBENICI KOJI UTJEČE NA RJEŠENJE.

Rezolucija je određena parametrima optičkih elemenata uređaja, senzora, zaslona, ​​kvalitetom sklopovskih rješenja implementiranih u uređaju, kao i primijenjenim algoritmima za obradu signala. Razlučivost termovizijskog uređaja (razlučivost) složen je pokazatelj 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 razlučivost 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 temperaturna rezolucija veća.

Prostorna rezolucija karakterizira sposobnost uređaja da odvojeno prikazuje dvije blisko razmaknute točke ili crte. U tehničkim karakteristikama uređaja, ovaj se parametar može napisati kao "razlučivost", "granica razlučivosti", "maksimalna razlučivost", što je, u principu, ista stvar.

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

U pravilu, rezolucija je naznačena u potezima (linijama) po milimetru, ali može biti naznačena i u kutnim jedinicama (sekundama ili minutama).

Što je viša vrijednost razlučivosti u potezima (linijama) po milimetru i što je niža u kutnim terminima, to je veća rezolucija. Što je razlučivost uređaja veća, to promatrač vidi sliku jasniju.

Za mjerenje razlučivosti termovizira koristi se posebna oprema - kolimator, koji stvara imitaciju slike posebnog ispitnog objekta - isprekidanog toplinskog svijeta. Gledajući sliku ispitnog objekta kroz uređaj, ocjenjuje se razlučivost 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)

Razlučivost instrumenta ovisi o razlučivosti objektiva i okulara. Leća formira sliku objekta koji se promatra u ravnini senzora, a u slučaju nedovoljne razlučivosti leće daljnje poboljšanje razlučivosti uređaja je nemoguće. Na isti način, nekvalitetan okular može "pokvariti" najjasniju sliku koju čine komponente instrumenta na zaslonu.

Razlučivost uređaja ovisi i o parametrima zaslona na kojem se slika formira. Kao i u slučaju senzora, rezolucija zaslona (broj piksela) i njihova veličina su od presudne važnosti. Gustoću piksela na zaslonu karakterizira takav pokazatelj kao što je PPI (skraćeno za engleski "pixels per inch") - ovo je pokazatelj koji označava broj piksela po inču površine.

U slučaju izravnog prijenosa slike (bez skaliranja) sa senzora na zaslon, razlučivosti obje trebaju biti iste. U tom slučaju isključeno je smanjenje razlučivosti uređaja (ako je razlučivost zaslona manja od razlučivosti senzora) ili neopravdana uporaba skupog zaslona (ako je razlučivost zaslona veća od razlučivosti senzora).

Parametri senzora imaju veliki utjecaj na razlučivost uređaja. Prije svega, ovo je razlučivost bolometra - ukupan broj piksela (obično se označava kao umnožak piksela u retku i stupcu) i veličina piksela. Ova dva kriterija daju glavni rezultat rezolucije.

OVISNOST:

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

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

Termovizijski uređaji također mogu koristiti različite algoritme za obradu signala koji mogu utjecati na ukupnu razlučivost uređaja. Prije svega, govorimo o "digitalnom zumiranju", kada se slika koju formira matrica digitalno obrađuje i "prenosi" na zaslon s određenim povećanjem. U tom se slučaju smanjuje ukupna razlučivost uređaja. Sličan učinak može se primijetiti u digitalnim fotoaparatima kada se koristi funkcija "digitalni zoom".

Uz gore navedene čimbenike, postoji nekoliko drugih čimbenika koji mogu smanjiti razlučivost uređaja. Prije svega, to su razne vrste “šuma” koje iskrivljuju korisni signal, a u konačnici i pogoršavaju kvalitetu slike. Mogu se razlikovati sljedeće vrste buke:

Tamni signalni šum. Glavni razlog za ovaj šum je termoionska emisija elektrona (spontana emisija elektrona kao posljedica zagrijavanja materijala senzora). Što je temperatura niža, tamni je signal niži, t.j. manje buke, kako bi se eliminirao taj šum, koristi se zatvarač (šator) i kalibracija mikrobolometra.

Pročitajte Buku. Kada se signal akumuliran u pikselu senzora izlazi iz senzora, pretvara u napon i pojačava, u svakom se elementu pojavljuje dodatni šum, koji se naziva šum očitanja. 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 pogrešaka u rasporedu uređaja (međusobni raspored tiskanih ploča i spojnih žica, kabela unutar uređaja) ili zbog grešaka u usmjeravanju PCB-a (međusobni raspored vodljivih staza, prisutnost i kvaliteta zaštitnih slojeva). Također, smetnje mogu uzrokovati i pogreške u električnom krugu uređaja, nepravilan odabir radio elemenata za implementaciju različitih filtara, napajanje električnih krugova uređaja unutar kruga. Stoga su razvoj električnih sklopova, pisanje softvera za obradu signala, usmjeravanje ploča važni i složeni zadaci u projektiranju termovizijskih uređaja.

DOMET PROMATRANJA.

Opseg promatranja objekta pomoću termovizijskog uređaja ovisi o kombinaciji velikog broja unutarnjih čimbenika (parametara senzora, optičkih i elektroničkih dijelova uređaja) i vanjskih uvjeta (različite karakteristike promatranog objekta, pozadine, čistoća atmosfere i tako dalje).

Najprimjenjiviji pristup opisivanju raspona promatranja je njegova podjela na raspone detekcije, prepoznavanja i identifikacije, detaljno opisane u raznim izvorima, prema pravilima definiranim tzv. Johnsonov kriterij, prema kojem je raspon promatranja izravno povezan s temperaturom i prostornom razlučivosti uređaja za termičko snimanje.

Za daljnji razvoj teme potrebno je uvesti pojam kritične veličine objekta promatranja. Kritičnom veličinom smatra se veličina duž koje se slika objekta analizira kako bi se identificirale njezine karakteristične geometrijske značajke. 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.

Raspon u kojem kritična veličina određenog objekta promatranja stane u 2 ili više piksela senzora termovizijske slike smatra se raspon detekcije. Činjenica detekcije jednostavno pokazuje prisutnost ovog objekta na određenoj udaljenosti, ali ne daje ideju o njegovim karakteristikama (ne dopušta vam da kažete o kakvom se objektu radi).

Činjenica priznanje objekta, prepoznaje se sposobnost određivanja vrste objekta. To znači da je promatrač sposoban razlikovati ono što trenutno promatra – 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 stajališta primjene u lovu, najveća je praktična korisnost raspon identifikacije. Pod identifikacijom se podrazumijeva da promatrač može procijeniti ne samo vrstu objekta, već i razumjeti njegove karakteristične značajke (na primjer, mužjak divlje svinje dug 1,2 m i visok 0,7 m). Da bi se ispunio ovaj uvjet, potrebno je da kritičnu veličinu objekta pokriva najmanje 12 piksela senzora.

Važno je razumjeti da u svim tim slučajevima govorimo o 50% vjerojatnosti otkrivanja, prepoznavanja ili identificiranja objekta određene razine. Što više piksela preklapa kritičnu veličinu objekta, veća je vjerojatnost otkrivanja, prepoznavanja ili identifikacije.

IZLAZNO UKLANJANJE ZJENICA- to je udaljenost od vanjske površine posljednje leće okulara do ravnine zjenice oka promatrača, na kojoj će promatrana slika biti najoptimalnija (maksimalno vidno polje, minimalno izobličenje). Ovaj parametar je najvažniji za nišane, u kojima bi uklanjanje izlazne zjenice trebalo biti najmanje 50 mm (optimalno - 80-100 mm). Tako veliko uklanjanje izlazne zjenice potrebno je kako bi se spriječilo ozljeđivanje strijelca okularom nišana tijekom trzaja. U pravilu, za uređaje za noćno gledanje i termovizije, udaljenost izlazne zjenice jednaka je duljini okulara, što je potrebno za maskiranje sjaja zaslona noću.

KALIBRACIJA TERMIČKOG OSJETNIKA VIZA

Kalibracija termovizijskog uređaja dijeli se na tvorničku i korisničku kalibraciju. Proces proizvodnje termovizijskih uređaja na bazi nehlađenih senzora predviđa tvorničku kalibraciju uređaja (par "leća - senzor") uz pomoć posebne opreme.

Možete se upoznati s novim modelima PULSAR termovizira i napraviti informirani odabir.