doma » Poslovni načrti » Termovizijska leča. IR leče

Termovizijska leča. IR leče

Razvoj, izračun in proizvodnja infrardečih (IR) leč za termovizijske sisteme, ki delujejo v območjih 3…5 in 8…12 µm, ter za optične senzorje, ki delujejo v IR območju, so pomembna dejavnost podjetja. Podjetje načrtuje in izdeluje infrardeče (IR) leče (vključno z atermalnimi lečami), tako serijsko v standardni izvedbi kot po specifikacijah naročnika, ter izračuna in izdeluje druge optične sklope za IR opremo, vključno z:

termovizijske leče za nehlajene termovizijske kamere na osnovi mikrobolometričnih matrik v območju 8…12 µm. To je najpogostejši tip sistema, ki je posledica učinkovitega spektralnega razpona za prenos toplotne slike, optimalne praktičnosti matričnih sprejemnikov, ki ne potrebujejo hlajenja in hladne membrane, pa tudi relativno nizke cene takšne naprave. ;
termovizijske leče za hlajene termovizijske kamere, ki delujejo v območju 3…5 µm. Na podlagi tovrstnih sistemov so ustvarjeni termovizijski aparati s povečano kombinacijo zahtev glede lastnosti in dizajna. To je najkompleksnejši tip infrardečih sistemov, hkrati pa ima najboljše zmogljivosti za odkrivanje in prepoznavanje predmetov opazovanja;
IR leče za eno- in večelementne senzorje, ki delujejo v srednjem in bližnjem IR območju, predvsem 3...5 µm. Običajno so to preprosti sistemi, ki vključujejo preprosto IR optiko in senzor, katerega glavna naloga je ustvarjanje signala in ne prenos slike.

Infrardeče leče se uporabljajo v toplotnih slikovnih sistemih različnih razredov:

obramba (prenosni in stacionarni termovizijski prikazovalniki, termovizijski merilniki, optično-lokacijske postaje, naprave za označevanje ciljev in merniki za zemeljsko opremo);
tehnološke (naprave za termoregulacijo za tehnološke in gradbene namene, pirometri);
za varnost (termovizijske kamere za nadzor perimetra, meje, sistemi za zaščito pred požarom).

Glede na zastavljene naloge razvijamo infrardeče (IR) leče vseh navedenih razredov, med katerimi izstopajo atermalne IR leče. IR optika za toplotne posnetke srednjega in dolgega dosega ima svoje posebnosti, ki se izražajo v značilnostih termooptičnih lastnosti uporabljenih optičnih materialov, kot so monokristali germanija, silicija, polikristalni cinkov selenid in sulfid, monokristali kovinskih fluoridov. . V večini primerov IR leča vsebuje leče iz germanija, ki ima visok in nelinearen temperaturni lomni koeficient. Glede na to je IR optika nagnjena k defokusiranju zaradi temperaturnih sprememb, ena od rešitev problema pa je toplotno kompenzirana zasnova, ki premakne lečo ali skupino leč glede na sprejemnik glede na temperaturo. Nekaj podjetij ponuja atermične leče zaradi potrebe po razvoju kompleksnih modelov, ki se pogosto uporabljajo v težkih mehanskih in udarnih obremenitvah. V skladu z vašimi projektnimi nalogami bomo izračunali in razvili atermalno IR lečo po meri. Optika termovizij je zasnovana in izdelana v različnih različicah z uporabo ekstra trdih zaščitnih premazov, različica OEM, z lahkim dizajnom.

Ali potrebujem dodatne leče za termovizijo?

To vprašanje si ob nakupu termovizije zastavi vsak in si nanj odgovori sam, pri čemer ga vodijo razpoložljive informacije. S svoje strani bomo poskušali razširiti količino istih informacij, da bo izbira kupca bolj razumna.

Zakaj torej potrebujete dodatne leče/leče?
Kakovost slike je odvisna od več parametrov, predvsem pa od kakovosti termovizijske matrice, njene občutljivosti in velikosti ter od parametrov leče.
Najprej so tehnične značilnosti termovizijske matrice in leče tiste, ki določajo kakovost slike. Matrice praviloma ni mogoče spremeniti v veliko, zato obstajajo le izmenljivi ali dodatni objektivi, ki povečajo kakovost slike. Precej skeptičen sem glede trditev, da je mogoče pomanjkljivosti senzorja in leče rešiti z dodatno programsko obdelavo in tako dobiti več, kot je mogoče iz strojne opreme.

Na primer:
Senzor 384x288 z lečo 20⁰ zagotavlja prostorsko ločljivost 0,91 mrad. Matrica 160x120 z istim objektivom 20⁰ zagotavlja ločljivost 2,2 mrad.
Povedano drugače, na razdalji 100 metrov lahko termovizija z matriko 384x288 razloči predmet velikosti 9,1x9,1 cm, medtem ko mora biti pri matriki 160x120 minimalni predmet dimenzij najmanj 22x22 cm!
Možnost doseganja ločljivosti 9x9 cm zveni zelo optimistično, kljub temu, da kakovost originala, tudi na stotine posnetkov, ni nič boljša od 22x22 cm.
Očitno lahko možnost »super ločljivost« nekoliko izboljša kakovost slike, še posebej v primeru »naravnega« tresenja rok, a možnost, da bi s podvojitvijo ločljivosti naredili čudež, ostaja vsaj v dvomih.

Tako ostaja en naraven način za razširitev učinkovitega dosega ali območja snemanja - dodatne leče. Standardni objektiv ponuja dva izbirna objektiva – širokokotni in ozkokotni.

širokokotni objektiv se običajno uporablja, ko želite zajeti veliko območje z relativno kratke razdalje. Ni tako priljubljen kot ozkokotni objektiv, saj lahko serijo standardnih posnetkov vedno združite v panoramsko sliko, še posebej, ker širokokotni objektiv razširi območje fotografiranja na račun detajlov, kar le redkim ustreza.

Ozki (telefoto) objektiv uporablja se v primeru, ko je visoka podrobnost pomembna za relativno majhen predmet, oddaljen na primerni razdalji. Tu težave ne morejo rešiti nobeni programski triki - potrebujete poseben objektiv. V moji praksi je bil primer, ko je bilo treba posneti cev TEC5 (višina nad 200m), v tem primeru je bil tak objektiv preprosto potreben.

Stavba

(razdalja cca 150 metrov)

Toplotni slikovni prikazovalnik Ti175

Termovizija Ti395

Termovizijska kamera Ti395 z matriko (384x288), ozkokotna leča 45mm

Streha

(razdalja cca 50 metrov)

Termovizija Ti175 z matriko (160x120), standardna leča

Termovizijska kamera Ti175 z matriko (160x120), ozkokotna leča 45mm

Termovizija Ti395 z matriko (384x288), standardna leča

Termovizijska kamera

Infrardeče sevanje povzročajo nihanja električnih nabojev, ki sestavljajo katero koli snov, ki sestavlja predmete žive in nežive narave, in sicer elektrone in ione. Vibracije ionov, ki sestavljajo snov, ustrezajo nizkofrekvenčnemu sevanju (infrardečemu sevanju) zaradi velike mase nihajnih nabojev. Sevanje, ki je posledica gibanja elektronov, ima lahko tudi visoko frekvenco, ki ustvarja sevanje v vidnem in ultravijoličnem območju spektra.

Elektroni so del atomov in jih držijo v bližini njihovega ravnotežnega položaja (kot del molekul ali kristalne mreže) s pomembnimi notranjimi silami. V gibanju doživijo nepravilno zaviranje, njihovo sevanje pa dobi značaj impulzov, t.j. Zanj je značilen spekter različnih valovnih dolžin, med katerimi so nizkofrekvenčni valovi, in sicer infrardeče sevanje.

Infrardeče sevanje je elektromagnetno sevanje, ki zavzema območje spektra med koncem rdečega območja vidne svetlobe (z valovno dolžino (λ) enako 0,74 μm in mikrovalovno radijsko emisijo z valovno dolžino 1 ... 2 mm).

V infrardečem območju so območja, kjer infrardeče sevanje intenzivno absorbira atmosfera zaradi prisotnosti ogljikovega dioksida, ozona in vodne pare v njej.

Hkrati obstajajo tako imenovana "transparentna okna" (območje valovnih dolžin optičnega sevanja, v katerem je medij manj absorpcije IR sevanja v primerjavi z drugimi območji). Številni infrardeči sistemi (vključno z nekaterimi napravami za nočno opazovanje in toplotnimi slikami) so učinkoviti prav zaradi obstoja takih »prosojnih oken«. Tukaj je nekaj razponov (valovne dolžine so podane v mikrometrih): 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 motnje (megla, meglica, pa tudi motnost ozračja zaradi dima, smoga ipd.) različno vplivajo na infrardeče sevanje v različnih delih spektra, z naraščanjem valovne dolžine pa se vpliv teh motenj zmanjšuje. To je posledica dejstva, da valovna dolžina postane primerljiva z velikostjo kapljic megle in prašnih delcev, zato se širitveno sevanje v manjši meri razprši po ovirah in jih zaradi difrakcije obkroži. Na primer, v spektralnem območju 8…13 µm megla ne povzroča resnih motenj pri širjenju sevanja.

Vsako segreto telo oddaja tok infrardečega sevanja, torej optičnega sevanja z valovno dolžino, ki je večja od valovne dolžine vidnega sevanja, vendar manjša od valovne dolžine mikrovalovnega sevanja.

Primer. Temperatura človeškega telesa je 36,6°C, njegovo spektralno sevanje je v območju 6…21 µm, kovinska palica, segreta na 300°C, oddaja v območju valov od 2 do 6 µm. Hkrati ima vijačnica volframove niti, segrete na temperaturo 2400°C, emisijo 0,2…

mikronov, s čimer vpliva na vidno področje spektra, ki se kaže kot svetel sij.

Področja civilne uporabe toplotnega slikanja

Termovizijske naprave za civilno uporabo so pogojno razdeljene v dve veliki skupini - opazovalne naprave in merilne naprave. Prvi obsega opremo za varnostne sisteme in požarno varnost, termovizijske sisteme za varnost transporta, lovske termovizijske naprave in znamenitosti, termovizijske naprave, ki se uporabljajo v forenziki itd. Merilne termovizije se uporabljajo v medicini, energetiki, strojništvu in znanstveni dejavnosti.

Nekaj primerov. Po statističnih podatkih, ki veljajo za večino regij z razvito prometno mrežo, se več kot polovica nesreč s smrtnim izidom zgodi ponoči, večina voznikov pa se z avtomobilom uporablja podnevi. Ni naključje, da se je v zadnjih letih zelo razširila praksa opremljanja avtomobilov s termovizijsko kamero, ki na zaslon, ki se nahaja v potniški kabini, oddaja temperaturno sliko situacije na cesti pred avtomobilom. Tako termovizija dopolnjuje voznikovo zaznavo, ki je ponoči zaradi številnih razlogov (tema, megla, prihajajoči žarometi) nepopolno. Enako se pri varnostnem videonadzoru uporabljajo termovizijske kamere vzporedno z digitalnimi nočnimi kamerami (hibridni videonadzorni sistem), kar daje veliko bolj popolno sliko o naravi in obnašanju objektov v kadru. Ministrstvo za izredne razmere uporablja termovizijske kamere v primeru požarov – v razmerah dima v prostoru termovizija pomaga pri odkrivanju ljudi in virov zgorevanja. Študija električne napeljave vam omogoča odkrivanje napake v povezavi. Termovizijsko skeniranje gozdnih površin iz zraka pomaga ugotoviti vir požara.

Nazadnje se prenosne nosljive termovizije uspešno uporabljajo pri lovu (odkrivanje živali, učinkovito iskanje ranjenih živali brez psa), pri kvantitativnih štetjih živine ipd. V prihodnje bodo upoštevani termovizijski aparati iz skupine opazovalnih naprav predvsem za lov.

Načelo delovanja termovizije

V inženirski praksi obstajata koncepta predmeta in ozadja. Običajno so predmet predmeti, ki jih je treba zaznati in pregledati (oseba, vozila, živali ipd.), ozadje je vse ostalo, česar predmet opazovanja ne zaseda, prostor v vidnem polju naprave (gozd, trava, zgradbe itd.)

Delovanje vseh termovizijskih sistemov temelji na fiksiranju temperaturne razlike para "objekt / ozadje" in na pretvorbi prejetih informacij v očesu vidno sliko. Zaradi dejstva, da so vsa telesa okoli neenakomerno segreta, se oblikuje določena slika porazdelitve infrardečega sevanja. In večja kot je razlika v intenzivnosti infrardečega sevanja teles predmeta in ozadja, bolj razločljiva, torej kontrast, bo slika, ki jo prejme termovizijska kamera. Sodobne termovizijske naprave so sposobne zaznati temperaturni kontrast 0,015 ... 0,07 stopinj.

Medtem ko velika večina naprav za nočno gledanje, ki temeljijo na ojačevalnikih slike ali CMOS / CCD, zajemajo infrardeče sevanje z valovno dolžino v območju 0,78 ... 1 μm, kar je le nekoliko višje od občutljivosti človeškega očesa, Obseg delovanja termovizijske opreme je 3…5,5 µm (srednjevalovni infrardeči ali MWIR) in 8…14 µm (dolgovalovni IR ali LWIR). Tu so površinske plasti atmosfere prosojne za infrardeče sevanje, oddajnost opazovanih predmetov s temperaturami od -50 do +50ºС pa je največja.

Termovizijska kamera je elektronska opazovalna naprava, ki gradi sliko temperaturne razlike v opazovanem območju prostora. Osnova katerega koli termovidnika je bolometrična matrica (senzor), katere vsak element (piksel) meri temperaturo z visoko natančnostjo.

Prednost termovidnikov je, da ne potrebujejo zunanjih virov osvetlitve – senzor termovizije je občutljiv na lastno sevanje objektov. Zaradi tega termovizijski prikazovalniki delujejo enako dobro podnevi in ponoči, tudi v popolni temi. Kot je navedeno zgoraj, slabe vremenske razmere (megla, dež) ne povzročajo nepremostljive motnje termovizijske naprave, hkrati pa so običajne nočne naprave popolnoma neuporabne.

Poenostavljeno je načelo delovanja vseh termovidnikov opisano z naslednjim algoritmom:

Leča termovizije tvori na senzorju temperaturno karto (ali zemljevid razlike moči sevanja) celotnega območja, opaženega v vidnem polju
Mikroprocesor in druge elektronske komponente zasnove berejo podatke iz matrice, jih obdelujejo in tvorijo sliko na zaslonu naprave, ki je vizualna interpretacija teh podatkov, ki jo opazovalec gleda neposredno ali skozi okular.

Za razliko od naprav za nočno opazovanje, ki temeljijo na ojačevalnikih slike (poimenujmo jih analogne), vam termovizijski slikovni aparati, tako kot digitalne nočne naprave, omogočajo izvedbo velikega števila uporabniških nastavitev in funkcij. Na primer prilagajanje svetlosti, kontrasta slike, spreminjanje barve slike, vnos različnih informacij v vidno polje (trenutni čas, indikator prazne baterije, ikone aktiviranih načinov itd.), dodatni digitalni zoom, " funkcija slika v sliki (omogoča, da se v ločenem majhnem "oknu" v vidnem polju prikaže dodatna slika celotnega predmeta ali njegovega dela, vključno s povečanim), začasno izklop zaslona (za varčevanje z energijo in maskira opazovalca z odpravo sijaja delovnega zaslona).

Za fiksiranje slike opazovanih objektov je mogoče v termovizije vgraditi videorekorderje. Možno je izvajati funkcije, kot so brezžični (radijski kanal, WI-FI), prenos informacij (fotografije, video) na zunanje sprejemnike ali daljinsko upravljanje naprave (na primer iz mobilnih naprav), integracija z laserskimi daljinomeri (z vhodom). informacij od daljinomerov v vidnem polju naprave), GPS-senzorji (možnost fiksiranja koordinat opazovanega predmeta) itd.

Tudi termovizijski nameri imajo številne posebnosti v odnosu do "analognih" nočnih mer za lov. Ciljna oznaka v njih je običajno »digitalna«, t.j. slika oznake se med obdelavo video signala naslanja na opaženo sliko na zaslonu in se premika elektronsko, kar omogoča izključitev iz sestave pogleda mehanskih enot za vnos popravkov, ki so del nočnega analognega oz. dnevnih optičnih merilnikov in zahtevajo visoko natančnost pri izdelavi delov in montaži teh enot. Poleg tega to odpravlja učinek, kot je paralaksa, ker. slika predmeta opazovanja in slika namerilnega križa sta v isti ravnini – ravnini prikaza.

Pri digitalnih in termovizijskih merilnikih je mogoče v pomnilnik implementirati shranjevanje velikega števila namerilnih nameril z različnimi konfiguracijami in barvami, priročno in hitro ničelno nastavitev z uporabo »nameritve z enim strelom« ali »načeljanja v zamrzovalnem načinu«, funkcijo samodejnega popravljanja ko spreminjanje razdalje streljanja, shranjevanje koordinat za nuliranje za več orožij, indikacija naklona (oviranja) pogleda in še veliko več.

Naprava za toplotno slikanje.

Objektiv. Najpogostejši, a ne edini material za izdelavo leč za termovizijske naprave je monokristalni germanij. Do neke mere imajo tudi safir, cinkov selenid, silicij in polietilen pasovno širino v pasovih MWIR in LWIR. Halkogenidna očala se uporabljajo tudi za izdelavo leč za termovizijske naprave.

Optični germanij ima visoko prenosno zmogljivost in s tem nizek absorpcijski koeficient v območju 2…15 µm. Velja spomniti, da ta razpon zajema dve atmosferski »prosojni okni« (3…5 in 8…12 µm). Večina senzorjev, ki se uporabljajo v civilnih termovizijskih napravah, deluje v istem območju.

Germanij je drag material, zato poskušajo optične sisteme izdelati iz minimalne količine komponent germanija. Včasih se za znižanje stroškov zasnove leč uporabljajo ogledala s sferičnimi ali asferičnimi površinami. Za zaščito zunanjih optičnih površin pred zunanjimi vplivi se uporablja premaz na osnovi diamantu podobnega ogljika (DLC) ali analogov.

Klasično optično steklo se ne uporablja za izdelavo leč za termovizijske naprave, saj nima pasovne širine pri valovni dolžini več kot 4 mikrone.

Zasnova leče in njeni parametri pomembno vplivajo na zmogljivosti posamezne termovizijske naprave. torej goriščna razdalja leče neposredno vpliva na povečavo naprave (večja kot je ostrina, večja je pri ceteris paribus povečava), vidno polje (z naraščajočo ostrino se zmanjšuje) in doseg opazovanja. Relativna zaslonka objektiva, izračunan kot količnik premera leče do fokusa, označuje relativno količino energije, ki lahko preide skozi lečo. Indeks relativne zaslonke vpliva na občutljivost, pa tudi na temperaturno ločljivost termovizijske naprave.

Vizualni učinki, kot sta vinjetiranje in učinek Narcisa, so prav tako posledica zasnove leč in so do neke mere skupni vsem termovizijskim napravam.

Senzor. Fotoobčutljivi element termovizijske naprave je dvodimenzionalni večelementni niz fotodetektorjev (FPA), izdelan na osnovi različnih polprevodniških materialov. Obstaja veliko tehnologij za izdelavo infrardečih občutljivih elementov, vendar je v civilnih termovizijskih napravah mogoče opaziti izjemno premoč bolometrov (mikrobolometrov).

Mikrobolometer je IR sprejemnik energije, katerega delovanje temelji na spremembi električne prevodnosti občutljivega elementa, ko se segreje zaradi absorpcije sevanja. Mikrobolometri so razdeljeni v dva podrazreda, odvisno od tega, ali se uporablja material, občutljiv na IR, vanadijev oksid (VOx) ali amorfni silicij (α-Si).

Občutljivi material absorbira infrardeče sevanje, zaradi česar se v skladu z zakonom o ohranjanju energije segreje občutljivo območje piksla (en sam fotodetektor v matriki) mikrobolometra. Notranja električna prevodnost materiala se spremeni in te spremembe se zabeležijo. Končni rezultat je enobarvna ali barvna vizualizacija temperaturne slike na zaslonu naprave. Opozoriti je treba, da je barva, v kateri je temperaturni vzorec prikazan na zaslonu, v celoti odvisna od delovanja programskega dela termovizijske naprave.

na sliki: Ulis mikrobolometrična matrica (senzor)

Proizvodnja mikrobolometričnih matrik je znanstveno intenziven, visokotehnološki in drag proces. Na svetu je le nekaj podjetij in držav, ki si lahko privoščijo vzdrževanje takšne proizvodnje.

Proizvajalci termovizijskih senzorjev (mikrobolometrov) v svojih dokumentih, ki urejajo kakovost senzorjev, dovoljujejo prisotnost na senzorju tako posameznih slikovnih pik kot njihovih grozdov (grodov), ki imajo med normalnim delovanjem odstopanja izhodnega signala - tako imenovane "mrtve" ali "pokvarjenih" slikovnih pik. "Polomljene" slikovne pike so običajne za senzorje katerega koli proizvajalca. Njihova prisotnost je razložena z različnimi odstopanji, ki se lahko pojavijo pri izdelavi mikrobolometra, pa tudi s prisotnostjo tujih nečistoč v materialih, iz katerih so izdelani občutljivi elementi. Med delovanjem termovizijske naprave se notranja temperatura slikovnih pik dvigne in slikovne pike, ki so nestabilne na dvig temperature (»pokvarjene«), začnejo proizvajati signal, ki se lahko večkrat razlikuje od signala pravilno delujočih slikovnih pik. Na prikazovalniku termovizijske naprave se takšne slikovne pike lahko pojavijo kot bele ali črne pike (v primeru posameznih slikovnih pik) ali lise različnih konfiguracij, velikosti (v primeru grozdov) in svetlosti (zelo svetle ali zelo temne). Prisotnost takšnih slikovnih pik na noben način ne vpliva na vzdržljivost senzorja in ni razlog za poslabšanje njegovih parametrov, saj se bo uporabljal v prihodnosti. Pravzaprav je to le "kozmetična" napaka na sliki.

Proizvajalci termovizij uporabljajo različne algoritme programske opreme za obdelavo signala iz okvarjenih slikovnih pik, da zmanjšajo njihov vpliv na kakovost in vidljivost slike. Bistvo obdelave je zamenjava signala iz okvarjenega piksla s signalom iz sosednjega (najbližjega) normalno delujočega piksla ali povprečnim signalom iz več sosednjih pikslov. Zaradi takšne obdelave okvarjeni piksli praviloma postanejo na sliki skoraj nevidni.

Pod določenimi pogoji opazovanja je še vedno mogoče opaziti prisotnost popravljenih okvarjenih pikslov (zlasti grozdov), na primer, ko meja med toplimi in hladnimi predmeti vstopi v vidno polje termovizijske naprave in na ta način, ko ta meja natančno pade med skupino okvarjenih slikovnih pik in normalno delujočih slikovnih pik. Ko ti pogoji sovpadajo, je skupek okvarjenih slikovnih pik viden kot lisa, ki blešči v belih in temnih barvah, najbolj pa je podobna kapljici tekočine na sliki. Pomembno je omeniti, da prisotnost takšnega učinka ni znak okvare termovizijske naprave.

Blok elektronske obdelave. Običajno je elektronska procesna enota sestavljena iz ene ali več plošč (odvisno od postavitve naprave), na katerih so nameščena specializirana mikrovezja, ki obdelujejo signal, prebran s senzorja, in nato posredujejo signal na zaslon, kjer je slika se oblikuje temperaturna porazdelitev opazovanega območja. Glavni krmilniki naprave so nameščeni na ploščah, izvedeno pa je tudi napajalno vezje, tako za napravo kot celoto kot za posamezna vezja vezja.

Mikrozaslon in okular. Ker večina lovskih termovidnikov uporablja mikrodispleje, se za opazovanje slike uporablja okular, ki deluje kot povečevalno steklo in omogoča udoben ogled slike s povečavo.

Najpogosteje uporabljeni zasloni s tekočimi kristali (LCD) so transmisivni (zadnja stran zaslona je osvetljena s svetlobnim virom) ali zasloni OLED (ko prehaja električni tok, začne snov zaslona oddajati svetlobo).

Uporaba zaslonov OLED ima številne prednosti: možnost delovanja naprave pri nižjih temperaturah, večjo svetlost in kontrast slike, enostavnejšo in zanesljivejšo zasnovo (ni vira za osvetlitev zaslona, kot pri LCD zaslonih). Poleg zaslonov LCD in OLED se lahko uporabljajo mikrozasloni LCOS (Liquid Crystal on Silicone), ki so vrsta odsevnih zaslonov s tekočimi kristali.

GLAVNI PARAMETRI TERMIČNIH SLIKOV

PORAST.Karakteristika kaže, kolikokrat je slika opazovanega predmeta v napravi večja v primerjavi z opazovanjem predmeta s prostim očesom. Merska enota - večkratnik (oznaka"x", na primer "2x" - "dvakrat").

Za termovizijske naprave so značilne povečave med 1x in 5x, kot Glavna naloga nočnih naprav je zaznavanje in prepoznavanje predmetov pri šibki svetlobi in slabih vremenskih razmerah. Povečanje povečave v termovizijskih napravah povzroči znatno zmanjšanje celotne zaslonke naprave, zaradi česar bo slika predmeta manj kontrastna glede na ozadje kot pri podobni napravi z manjšo povečavo. Padec razmerja zaslonke z naraščajočo povečavo je mogoče kompenzirati s povečanjem svetlobnega premera leče, vendar bo to posledično povzročilo povečanje skupnih dimenzij in teže naprave, kar oteži optiko, kar zmanjša splošno uporabnost prenosnih naprav in občutno podraži termovizijsko napravo. To je še posebej pomembno pri daljnogledih, saj morajo uporabniki dodatno držati orožje v rokah. Pri veliki povečavi je tudi težko najti in slediti objektu opazovanja, še posebej, če je predmet v gibanju, saj se s povečanjem povečave vidno polje zmanjšuje.

Povečava je določena z goriščnimi razdaljami leče in okularja ter s faktorjem povečave (K), ki je enak razmerju fizičnih dimenzij (diagonal) zaslona in senzorja:

kje:

fpribližno- goriščna razdalja leče

fv redu- goriščna razdalja okularja

Lod- velikost diagonale senzorja

Ld- velikost diagonale zaslona.

ODVISNOSTI:

Daljša kot je goriščna razdalja objektiva, velikost zaslona, več povečave.

Večja kot je goriščna razdalja okularja, velikost senzorja, povečanje je manjše.

VIDNEM POLJU. Označuje velikost prostora, ki ga je mogoče istočasno gledati skozi napravo. Običajno je vidno polje v parametrih naprav označeno v stopinjah (kot vidnega polja na spodnji sliki je označen kot 2Ѡ) ali v metrih za določeno razdaljo (L) do predmeta opazovanja (linearni vidno polje na sliki je označeno z A).

Vidno polje digitalnih naprav za nočno opazovanje in termovizijskih naprav je določeno s fokusom leče (fob) in fizično velikostjo senzorja (B). Običajno se širina (horizontalna velikost) vzame kot velikost senzorja pri izračunu vidnega polja, tako se dobi vodoravno kotno vidno polje:

Če poznamo velikost senzorja navpično (višino) in diagonalno, je mogoče izračunati tudi kotno vidno polje naprave navpično ali diagonalno.

odvisnost:

Večja kot je velikost senzorja ali manjša je fokus leče,več vidnega polja.

Večje kot je vidno polje naprave, bolj udobno je opazovati predmete - naprave ni treba nenehno premikati za ogled območja zanimanja.

Pomembno je razumeti, da je vidno polje obratno sorazmerno s povečanjem - ko se poveča povečava naprave, se njeno vidno polje zmanjša. To je tudi eden od razlogov, zakaj se infrardeči sistemi (predvsem toplotni posnetki) ne proizvajajo z veliko povečavo. Hkrati morate razumeti, da se bo s povečanjem vidnega polja razdalja zaznavanja in prepoznavanja zmanjšala.

STOPA OSVEŽENJA OKVIRA. Ena glavnih tehničnih značilnosti termovizijske naprave je hitrost osveževanja okvirja. Z vidika uporabnika je to število sličic, prikazanih na zaslonu v eni sekundi. Višja kot je hitrost osveževanja kadra, manj je opazen učinek "zamika" slike, ki jo ustvari termovizijska naprava, glede na realno sceno. Torej, ko opazujete dinamične prizore z napravo s hitrostjo osveževanja 9 sličic na sekundo, se lahko slika zdi zamegljena, premiki premikajočih se predmetov pa so lahko zakasnjeni z "suki". Nasprotno, višja kot je hitrost osveževanja sličic, bolj gladek bo prikaz dinamičnih prizorov.

DOVOLJENJE. DEJAVNIKI, KI Vplivajo na ločljivost.

Ločljivost je določena s parametri optičnih elementov naprave, senzorja, zaslona, kakovostjo rešitev vezja, implementiranih v napravi, kot tudi uporabljenimi algoritmi za obdelavo signalov. Ločljivost termovizijske naprave (ločljivost) je kompleksen indikator, katerega sestavini sta temperatura in prostorska ločljivost. Razmislimo o vsaki od teh komponent posebej.

Temperaturna ločljivost(občutljivost; minimalna zaznavna temperaturna razlika) je mejno razmerje signala opazovanega predmeta in signala ozadja, ob upoštevanju šuma občutljivega elementa (senzorja) termovizijske kamere. Visoka temperaturna ločljivost pomeni, da bo termovizijska naprava sposobna prikazati predmet določene temperature na ozadju s podobno temperaturo in manjša kot je razlika med temperaturama predmeta in ozadja, višja je temperaturna ločljivost.

Prostorska ločljivost označuje zmožnost naprave, da ločeno prikaže dve tesno razmaknjeni točki ali črti. V tehničnih značilnostih naprave lahko ta parameter zapišemo kot "ločljivost", "meja ločljivosti", "največja ločljivost", kar je načeloma isto.

Najpogosteje ločljivost naprave označuje prostorsko ločljivost mikrobolometra, saj imajo optične komponente naprave običajno mejo ločljivosti.

Ločljivost je praviloma navedena v potezah (črte) na milimeter, lahko pa tudi v kotnih enotah (sekundah ali minutah).

Višja kot je vrednost ločljivosti v potezah (črtah) na milimeter in nižja kot je kotna vrednost, višja je ločljivost. Višja kot je ločljivost naprave, jasnejšo sliko vidi opazovalec.

Za merjenje ločljivosti toplotnih posnetkov se uporablja posebna oprema - kolimator, ki ustvari imitacijo posebnega testnega predmeta - črtkanega toplotnega sveta. Če pogledamo sliko testnega predmeta skozi napravo, se presoja ločljivost termovizije – manjše poteze svetov se jasno vidijo ločeno drug od drugega, višja je ločljivost naprave.

slika: Različne možnosti za termalni svet (pogled v termovizijski napravi)

Ločljivost instrumenta je odvisna od ločljivosti objektiva in okularja. Objektiv tvori sliko opazovanega predmeta v ravnini senzorja, v primeru nezadostne ločljivosti leče pa je nadaljnje izboljšanje ločljivosti naprave nemogoče. Na enak način lahko okular slabe kakovosti "pokvari" najbolj jasno sliko, ki jo tvorijo komponente instrumenta na zaslonu.

Ločljivost naprave je odvisna tudi od parametrov zaslona, na katerem se slika oblikuje. Tako kot pri senzorju je odločilnega pomena ločljivost zaslona (število slikovnih pik) in njihova velikost. Za gostoto slikovnih pik na zaslonu je značilen indikator, kot je PPI (okrajšava za angleško "pikslov na palec") - to je indikator, ki označuje število slikovnih pik na palec površine.

V primeru neposrednega prenosa slike (brez skaliranja) s senzorja na zaslon morata biti ločljivosti obeh enaki. V tem primeru je izključeno zmanjšanje ločljivosti naprave (če je ločljivost zaslona manjša od ločljivosti senzorja) ali neupravičena uporaba dragega zaslona (če je ločljivost zaslona višja od ločljivosti senzorja).

Parametri senzorja imajo velik vpliv na ločljivost naprave. Najprej je to ločljivost bolometra - skupno število slikovnih pik (običajno označeno kot zmnožek slikovnih pik v vrstici in stolpcu) in velikost slikovnih pik. Ta dva merila zagotavljata glavno oceno ločljivosti.

ODVISNOST:

Večje kot je število slikovnih pik in manjša kot je njihova velikost, višja jeresolucija.

Ta izjava velja za isto fizično velikostsenzorji. Senzor, ki ima gostoto slikovnih pik na enoto površinevečji, ima višjo ločljivost.

Naprave za toplotno slikanje lahko uporabljajo tudi različne algoritme za obdelavo signalov, ki lahko vplivajo na celotno ločljivost naprave. Najprej govorimo o "digitalnem povečanju", ko se slika, ki jo tvori matrika, digitalno obdela in "prenese" na zaslon z nekaj povečanja. V tem primeru se splošna ločljivost naprave zmanjša. Podoben učinek lahko opazimo pri digitalnih fotoaparatih pri uporabi funkcije "digitalni zoom".

Poleg zgoraj omenjenih dejavnikov obstaja še nekaj drugih dejavnikov, ki lahko zmanjšajo ločljivost naprave. Najprej so to različne vrste "šumov", ki izkrivljajo uporaben signal in na koncu poslabšajo kakovost slike. Razlikujemo lahko naslednje vrste hrupa:

Temni signalni šum. Glavni razlog za ta hrup je termoionska emisija elektronov (spontana emisija elektronov kot posledica segrevanja materiala senzorja). Nižja kot je temperatura, nižji je temni signal, t.j. manj hrupa, se za odpravo tega hrupa uporablja zaklop (šotor) in kalibracija mikrobolometra.

Preberite Noise. Ko se signal, nakopičen v slikovni piki senzorja, odda iz senzorja, pretvori v napetost in ojača, se v vsakem elementu pojavi dodaten šum, imenovan šum pri odčitavanju. Za boj proti hrupu se uporabljajo različni algoritmi programske opreme za obdelavo slik, ki jih pogosto imenujemo algoritmi za zmanjšanje šuma.

Poleg hrupa lahko ločljivost bistveno zmanjšajo motnje zaradi napak pri postavitvi naprave (medsebojna razporeditev tiskanih vezij in povezovalnih žic, kablov v notranjosti naprave) ali zaradi napak pri usmerjanju PCB (medsebojna razporeditev prevodnih tirov, prisotnost in kakovost zaščitnih plasti). Motnje lahko povzročijo tudi napake v električnem tokokrogu naprave, nepravilna izbira radijskih elementov za izvedbo različnih filtrov, vmesno napajanje električnih tokokrogov naprave. Zato so razvoj električnih vezij, pisanje programske opreme za obdelavo signalov, usmerjanje plošč pomembne in kompleksne naloge pri načrtovanju termovizijskih naprav.

OBMOČJE OPAZOVANJA.

Obseg opazovanja predmeta s termovizijsko napravo je odvisen od kombinacije velikega števila notranjih dejavnikov (parametrov senzorja, optičnih in elektronskih delov naprave) in zunanjih pogojev (različne značilnosti opazovanega predmeta, ozadja, čistost ozračja itd.).

Najbolj uporaben pristop k opisu obsega opazovanja je njegova delitev na obsege zaznavanja, prepoznavanja in identifikacije, podrobno opisane v različnih virih, po pravilih, ki jih opredeljuje t.i. Johnsonov kriterij, po katerem je območje opazovanja neposredno povezano s temperaturo in prostorsko ločljivostjo termovizijske naprave.

Za nadaljnji razvoj teme je potrebno uvesti koncept kritične velikosti predmeta opazovanja. Za kritično velikost se šteje velikost, vzdolž katere se analizira slika predmeta, da se ugotovijo njene značilne geometrijske značilnosti. Pogosto se za kritično vzame najmanjša vidna velikost predmeta, vzdolž katerega se izvaja analiza. Na primer, za divjega prašiča ali srnjaka se višina telesa lahko šteje za kritično velikost, za osebo - višino.

Razpon, pri katerem se kritična velikost določenega predmeta opazovanja prilega 2 ali več slikovnim pikam senzorja termovizije, se šteje za območje zaznavanja. Dejstvo zaznavanja preprosto kaže prisotnost tega predmeta na določeni razdalji, vendar ne daje pojma o njegovih značilnostih (ne omogoča, da bi rekli, za kakšen predmet gre).

dejstvo priznanje objekta, je prepoznana zmožnost določitve vrste predmeta. To pomeni, da je opazovalec sposoben razlikovati, kaj v tem trenutku opazuje – osebo, žival, avto itd. Splošno sprejeto je, da je prepoznavanje možno pod pogojem, da kritična velikost predmeta ustreza vsaj 6 slikovnim pikam senzorja.

Z vidika lovske uporabe je največja praktična uporabnost razpon identifikacije. Z identifikacijo se razume, da je opazovalec sposoben oceniti ne samo vrsto predmeta, ampak tudi razumeti njegove značilne lastnosti (na primer samca divjega prašiča dolžine 1,2 m in višine 0,7 m). Za izpolnitev tega pogoja je potrebno, da kritično velikost predmeta pokriva vsaj 12 slikovnih pik senzorja.

Pomembno je razumeti, da v vseh teh primerih govorimo o 50-odstotni verjetnosti odkrivanja, prepoznavanja ali identifikacije predmeta določene ravni. Več pikslov prekriva kritično velikost predmeta, večja je verjetnost zaznavanja, prepoznavanja ali identifikacije.

IZHODNA ODSTRANITEV zenice- to je razdalja od zunanje površine zadnje leče okularja do ravnine zenice opazovalčevega očesa, na kateri bo opazovana slika najbolj optimalna (največje vidno polje, minimalno popačenje). Ta parameter je najpomembnejši za merilnike, pri katerih mora biti odstranitev izstopne zenice najmanj 50 mm (optimalno - 80-100 mm). Tako velika odstranitev izstopne zenice je nujna, da preprečimo poškodbe strelca z okularjem nišala med odmikom. Praviloma je pri napravah za nočno opazovanje in toplotnih slikalnikih razdalja izstopne zenice enaka dolžini okularja, ki je potrebna za prikrivanje sijaja zaslona ponoči.

KALIBRACIJA TERMIČNEGA VIZIJA

Kalibracija termovizijske naprave je razdeljena na tovarniško in uporabniško kalibracijo. Proizvodni proces termovizijskih naprav na osnovi nehlajenih senzorjev predvideva tovarniško kalibracijo naprave (par "leča - senzor") z uporabo posebne opreme.

Lahko se seznanite z novimi modeli termovidnikov PULSAR in se informirano odločite.