Lente termike të imazhit. lente IR

Zhvillimi, llogaritja dhe prodhimi i lenteve infra të kuqe (IR) për sistemet e imazhit termik që funksionojnë në intervalet 3…5 dhe 8…12 µm, si dhe për sensorët optikë që veprojnë në rangun IR, janë një aktivitet i rëndësishëm i kompanisë. Kompania projekton dhe prodhon lente infra të kuqe (IR) (përfshirë lentet termike), si në mënyrë serike në dizajn standard dhe sipas specifikimeve të klientit, si dhe llogarit dhe prodhon montime të tjera optike për pajisjet IR, duke përfshirë:

• Lentet e imazhit termik për kamerat e imazhit termik të paftohura të bazuara në matrica mikrobolometrike në intervalin 8…12 µm. Ky është lloji më i zakonshëm i sistemit, i cili është për shkak të diapazonit efektiv spektral për transmetimin e një imazhi termik, prakticitetit optimal të marrësve të matricës që nuk kërkojnë ftohje dhe një diafragmë të ftohtë, si dhe çmimit relativisht të ulët të një pajisjeje të tillë. ;
• Lentet e imazhit termik për kamerat me imazhe termike të ftohta që funksionojnë në intervalin 3…5 µm. Në bazë të sistemeve të tilla, krijohen imazhe termike me një kombinim të shtuar të kërkesave për karakteristikat dhe dizajnin. Ky është lloji më kompleks i sistemeve infra të kuqe, por në të njëjtën kohë ka aftësitë më të mira për zbulimin dhe identifikimin e objekteve të vëzhgimit;
• Lente IR për sensorë me një dhe me shumë elementë që funksionojnë në intervalin mesatar dhe afër IR, kryesisht 3...5 µm. Zakonisht këto janë sisteme të thjeshta, të cilat përfshijnë optikë të thjeshtë IR dhe një sensor, detyra kryesore e të cilave është gjenerimi i sinjalit, dhe jo transmetimi i imazhit.

Lentet infra të kuqe përdoren në sistemet e imazhit termik të klasave të ndryshme:

• mbrojtja (imazherët termikë portativë dhe të palëvizshëm, pamjet e imazhit termik, stacionet e vendndodhjes optike, pajisjet e përcaktimit të objektivit dhe pamjet e pajisjeve tokësore);
• teknologjike (pajisje të kontrollit termik për qëllime teknologjike dhe ndërtimore, pirometra);
• për sigurinë (kamera termike për kontrollin e perimetrit, kufijtë, sistemet e mbrojtjes nga zjarri).

Në varësi të detyrave të vendosura, ne zhvillojmë lente infra të kuqe (IR) të të gjitha klasave të specifikuara, ndër të cilat dallohen lentet termale IR. Optika IR për imazherët termikë të diapazonit të mesëm dhe të gjatë ka specifikat e veta, të shprehura në veçoritë e karakteristikave termooptike të materialeve optike të përdorura, të tilla si kristalet e vetme të germaniumit, silikonit, selenidit dhe sulfurit polikristalor të zinkut, kristalet e vetme të fluorideve metalike. . Në shumicën e rasteve, lentet IR përmbajnë lente të bëra nga germanium, i cili ka një koeficient të lartë dhe jolinear të temperaturës së thyerjes. Në funksion të kësaj, optika IR është e prirur të defokusohet me ndryshimet e temperaturës dhe një zgjidhje për problemin është një dizajn i kompensuar termikisht që lëviz lentet ose grupin e lenteve në lidhje me marrësin në varësi të temperaturës. Pak kompani ofrojnë lente termike për shkak të nevojës për të zhvilluar dizajne komplekse që përdoren shpesh në kushte të vështira ngarkimi mekanike dhe goditjesh. Sipas kushteve tuaja të referencës, ne do të llogarisim dhe zhvillojmë një lente termike IR të bërë me porosi. Optika e imazherit termik është projektuar dhe prodhuar në versione të ndryshme duke përdorur veshje mbrojtëse shtesë të forta, versioni OEM, me një dizajn të lehtë.

A kam nevojë për lente shtesë për imazherin termik?

Kur blejnë një imazher termik, të gjithë ia bëjnë vetes këtë pyetje dhe i përgjigjen vetë, duke u udhëhequr nga informacioni i disponueshëm. Nga ana jonë, ne do të përpiqemi të zgjerojmë sasinë e të njëjtit informacion në mënyrë që zgjedhja e blerësit të jetë më e arsyeshme.

Pra, pse keni nevojë për lente/thjerrëza shtesë?
Cilësia e imazhit varet nga disa parametra, por kryesisht nga cilësia e matricës së imazhit termik, ndjeshmëria dhe madhësia e saj, si dhe nga parametrat e lentës.
Para së gjithash, janë karakteristikat teknike të matricës së imazhit termik dhe lentet që përcaktojnë cilësinë e imazhit. Si rregull, nuk është e mundur të ndryshohet matrica në një të madhe, kështu që ekzistojnë vetëm lente të këmbyeshme ose shtesë që rrisin cilësinë e imazhit. Unë jam mjaft skeptik në lidhje me pretendimet se mangësitë e sensorëve dhe lenteve mund të zgjidhen me përpunim shtesë të softuerit, dhe kështu të marrim më shumë se sa është e mundur nga hardueri.

Për shembull:
Një sensor 384x288 me një lente 20⁰ siguron një rezolucion hapësinor prej 0,91 mrad. Një matricë 160x120 me të njëjtën lente 20⁰ siguron një rezolucion prej 2,2 mrad.
Me fjalë të tjera, në një distancë prej 100 metrash, një imazher termik me matricë 384x288 mund të dallojë një objekt me përmasa 9.1x9.1 cm, ndërsa për një matricë 160x120, objekti minimal duhet të ketë dimensione të paktën 22x22 cm!
Mundësia e arritjes së një rezolucioni prej 9x9 cm tingëllon shumë optimiste, pavarësisht se cilësia e origjinalit, qoftë edhe qindra shkrepje, nuk është më e mirë se 22x22 cm.
Natyrisht, opsioni "super rezolucion" mund të përmirësojë disi cilësinë e imazhit, veçanërisht në rastin e dridhjes "natyrale" të duarve, por mundësia për të bërë një mrekulli duke dyfishuar rezolucionin mbetet të paktën në dyshim.

Kështu, mbetet një mënyrë e natyrshme për të zgjeruar gamën ose zonën efektive të xhirimit - lentet shtesë. Lentja standarde ofron dy lente opsionale - me kënd të gjerë dhe me kënd të ngushtë.

lente me kënd të gjerë zakonisht përdoret kur dëshironi të kapni një zonë të madhe nga një distancë relativisht e shkurtër. Jo aq popullor sa një lente me kënd të ngushtë, pasi gjithmonë mund të kombinoni një seri fotografish standarde në një imazh panoramik, veçanërisht pasi një lente me kënd të gjerë zgjeron zonën e shkrepjes në kurriz të detajeve, dhe kjo u përshtatet pakkujt.

Lente e ngushtë (telefoto). përdoret në rastin kur detajet e larta janë të rëndësishme për një objekt relativisht të vogël telekomandë në një distancë të mirë. Këtu, asnjë truk softuerësh nuk mund ta zgjidhë problemin - keni nevojë për një lente të veçantë. Në praktikën time, kishte një rast kur ishte e nevojshme të shkrepje një tub TEC5 (lartësia mbi 200 m), në këtë rast një lente e tillë ishte thjesht e nevojshme.

Ndërtesa (distanca rreth 150 metra)	Imazhi termik Ti175	Imazhi termik Ti175
	Imazhe termike Ti395	Imazhi termik Ti395 me një matricë (384x288), lente me kënd të ngushtë 45 mm
Çati (distanca rreth 50 metra)	Imazhi termik Ti175 me një matricë (160x120), lente standarde	Imazhi termik Ti175 me një matricë (160x120), lente me kënd të ngushtë 45 mm
	Imazhi termik Ti395 me një matricë (384x288), lente standarde	Imazhues termik

Rrezatimi infra i kuq shkaktohet nga luhatjet e ngarkesave elektrike që përbëjnë çdo substancë që përbën objekte të natyrës së gjallë dhe të pajetë, domethënë elektronet dhe jonet. Dridhjet e joneve që përbëjnë substancën korrespondojnë me rrezatimin me frekuencë të ulët (rrezatimin infra të kuq) për shkak të masës së konsiderueshme të ngarkesave lëkundëse. Rrezatimi që rezulton nga lëvizja e elektroneve mund të ketë gjithashtu një frekuencë të lartë, e cila krijon rrezatim në rajonet e dukshme dhe ultravjollcë të spektrit.

Elektronet janë pjesë e atomeve dhe mbahen pranë pozicionit të tyre të ekuilibrit (si pjesë e molekulave ose një rrjetë kristalore) nga forca të rëndësishme të brendshme. Të vënë në lëvizje përjetojnë frenim të parregullt dhe rrezatimi i tyre merr karakter impulsesh, d.m.th. Karakterizohet nga një spektër me gjatësi vale të ndryshme, ndër të cilat ka valë me frekuencë të ulët, përkatësisht rrezatim infra të kuq.

Rrezatimi infra i kuq është rrezatim elektromagnetik që zë rajonin spektral midis fundit të rajonit të kuq të dritës së dukshme (me një gjatësi vale (λ) të barabartë me 0,74 μm dhe emetim të radios me mikrovalë me një gjatësi vale prej 1 ... 2 mm.

Në rrezen infra të kuqe, ka zona ku rrezatimi infra i kuq absorbohet intensivisht nga atmosfera për shkak të pranisë së dioksidit të karbonit, ozonit dhe avullit të ujit në të.

Në të njëjtën kohë, ekzistojnë të ashtuquajturat "dritare të transparencës" (gama e gjatësive të valëve të rrezatimit optik në të cilën ka më pak përthithje të rrezatimit IR nga mediumi në krahasim me diapazonin e tjerë). Shumë sisteme infra të kuqe (duke përfshirë disa pajisje për shikimin e natës dhe imazhe termike) janë efektive pikërisht për shkak të ekzistencës së këtyre "dritareve të transparencës". Këtu janë disa intervale (gjatësitë e valëve janë dhënë në mikrometra): 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.

Ndërhyrja atmosferike (mjegulla, mjegulla dhe turbullira e atmosferës për shkak të tymit, smogut, etj.) ndikon ndryshe në rrezatimin infra të kuqe në pjesë të ndryshme të spektrit, por me rritjen e gjatësisë së valës, efekti i këtyre ndërhyrjeve zvogëlohet. Kjo për faktin se gjatësia e valës bëhet e krahasueshme me madhësinë e pikave të mjegullës dhe grimcave të pluhurit, kështu që rrezatimi përhapës shpërndahet në një masë më të vogël nga pengesat dhe shkon rreth tyre për shkak të difraksionit. Për shembull, në rajonin spektral prej 8…13 µm, mjegulla nuk krijon ndërhyrje serioze në përhapjen e rrezatimit.

Çdo trup i nxehtë lëshon një rrymë rrezatimi infra të kuqe, domethënë rrezatim optik me një gjatësi vale që është më e madhe se gjatësia e valës së rrezatimit të dukshëm, por më e vogël se gjatësia e valës së rrezatimit të mikrovalës.

Shembull. Temperatura e trupit të njeriut është 36.6°С, rrezatimi spektral i tij është në intervalin 6…21 µm, një shufër metalike e ngrohur në 300°С lëshon në intervalin e valëve nga 2 deri në 6 µm. Në të njëjtën kohë, një spirale e një filamenti tungsteni të ngrohur në një temperaturë prej 2400°C ka një emetim prej 0,2…

1. mikronë, duke ndikuar kështu në rajonin e dukshëm të spektrit, i cili manifestohet si një shkëlqim i ndritshëm.

Sferat e aplikimit civil të imazheve termike

Pajisjet e imazhit termik për përdorim civil ndahen me kusht në dy grupe të mëdha - pajisjet e vëzhgimit dhe pajisjet matëse. E para përfshin pajisjet për sistemet e sigurisë dhe sigurinë nga zjarri, sistemet e imazhit termik për sigurinë e transportit, pajisjet e imazhit termik të gjuetisë dhe pamjet, imazherët termikë të përdorur në shkencën ligjore, etj. Imazhet termike matëse përdoren në mjekësi, energji, inxhinieri mekanike dhe aktivitete shkencore.

Disa shembuj. Sipas statistikave që janë të vlefshme për shumicën e rajoneve me një rrjet të zhvilluar transporti, më shumë se gjysma e aksidenteve me fatalitet ndodhin gjatë natës, ndërsa shumica e shoferëve përdorin një makinë gjatë ditës. Nuk është rastësi që vitet e fundit është bërë një praktikë e zakonshme pajisja e makinave me një aparat fotografik termik, i cili transmeton në një ekran të vendosur në kabinën e pasagjerëve një pamje të temperaturës të situatës së rrugës përpara makinës. Kështu, imazheri termik plotëson perceptimin e shoferit, i cili është i papërsosur për shumë arsye (errësira, mjegulla, fenerët e afërt) gjatë natës. Në të njëjtën mënyrë, kamerat me imazhe termike përdoren në video-mbikëqyrjen e sigurisë paralelisht me kamerat dixhitale të natës (sistemi hibrid i video survejancës), i cili jep një pamje shumë më të plotë të natyrës dhe sjelljes së objekteve në kuadër. Ministria e Situatave të Emergjencave përdor kamera termike në rast zjarri - në kushtet e tymit në dhomë, imazheri termik ndihmon në zbulimin e njerëzve dhe burimeve të djegies. Studimi i instalimeve elektrike ju lejon të zbuloni një defekt në lidhje. Skanimi termik i zonave pyjore nga ajri ndihmon në përcaktimin e burimit të zjarrit.

Më në fund, imazhet termike portative të veshur përdoren me sukses në gjueti (zbulimi i kafshëve, kërkimi efektiv për kafshë të plagosura pa qen), kur kryeni numërimin sasior të bagëtive, etj. Në të ardhmen do të merren në konsideratë imazhe termike nga grupi i pajisjeve vëzhguese kryesisht për gjueti.

Parimi i funksionimit të imazherit termik

Në praktikën inxhinierike, ekzistojnë koncepte të një objekti dhe një sfondi. Objekti është zakonisht objekte që duhet të zbulohen dhe konsiderohen (një person, automjete, kafshë, etj.), Sfondi është gjithçka tjetër që nuk zënë objektin e vëzhgimit, hapësira në fushën e shikimit të pajisjes (pyll, bari, ndërtesat, etj.)

Funksionimi i të gjitha sistemeve të imazhit termik bazohet në fiksimin e diferencës së temperaturës së çiftit "objekt / sfond" dhe në shndërrimin e informacionit të marrë në një imazh të dukshëm për syrin. Për shkak të faktit se të gjithë trupat përreth nxehen në mënyrë të pabarabartë, formohet një pamje e caktuar e shpërndarjes së rrezatimit infra të kuqe. Dhe sa më i madh të jetë ndryshimi në intensitetin e rrezatimit infra të kuqe të trupave të objektit dhe sfondit, aq më i dallueshëm, domethënë kontrasti, do të jetë imazhi i marrë nga kamera e imazhit termik. Pajisjet moderne të imazhit termik janë të afta të zbulojnë një kontrast të temperaturës prej 0,015 ... 0,07 gradë.

Ndërsa shumica dërrmuese e pajisjeve të shikimit të natës të bazuara në tubat e intensifikimit të imazhit ose CMOS / CCD kapin rrezatim infra të kuqe me një gjatësi vale në intervalin 0,78 ... 1 μm, e cila është vetëm pak më e lartë se ndjeshmëria e syrit të njeriut, diapazoni i funksionimit të pajisjeve të imazhit termik është 3…5,5 µm (infra të kuqe me valë të mesme, ose MWIR) dhe 8…14 µm (IR me valë të gjatë, ose LWIR). Është këtu që shtresat sipërfaqësore të atmosferës janë transparente ndaj rrezatimit infra të kuqe, dhe emetimi i objekteve të vëzhguara me temperatura nga -50 në +50ºС është maksimal.

Një imazher termik është një pajisje elektronike vëzhgimi që krijon një imazh të ndryshimit të temperaturës në rajonin e vëzhguar të hapësirës. Baza e çdo imazheri termik është një matricë bolometrike (sensori), çdo element (piksel) i së cilës mat temperaturën me saktësi të lartë.

Avantazhi i imazherëve termikë është se ata nuk kërkojnë burime të jashtme ndriçimi - sensori i imazherit termik është i ndjeshëm ndaj rrezatimit të vetë objekteve. Si rezultat, imazherët termikë punojnë njësoj mirë ditën dhe natën, duke përfshirë edhe errësirën absolute. Siç u përmend më lart, kushtet e këqija të motit (mjegull, shi) nuk krijojnë ndërhyrje të pakapërcyeshme me një pajisje termike të imazhit, ndërsa në të njëjtën kohë i bëjnë pajisjet e zakonshme të natës plotësisht të padobishme.

Në mënyrë të thjeshtë, parimi i funksionimit të të gjithë imazherëve termikë përshkruhet nga algoritmi i mëposhtëm:

• Lentet e imazherit termik formon në sensor një hartë të temperaturës (ose një hartë të ndryshimit të fuqisë së rrezatimit) të të gjithë zonës së vëzhguar në fushën e shikimit
• Mikroprocesori dhe komponentët e tjerë elektronikë të dizajnit lexojnë të dhënat nga matrica, i përpunojnë ato dhe formojnë një imazh në ekranin e pajisjes, i cili është një interpretim vizual i këtyre të dhënave, i cili shikohet drejtpërdrejt ose përmes okularit nga vëzhguesi.

Ndryshe nga pajisjet e shikimit të natës të bazuara në tubat e intensifikimit të imazhit (le t'i quajmë ato analoge), imazhet termike, si pajisjet dixhitale të shikimit të natës, ju lejojnë të zbatoni një numër të madh cilësimesh dhe funksionesh të përdoruesit. Për shembull, rregullimi i ndriçimit, kontrasti i figurës, ndryshimi i ngjyrës së figurës, futja e informacioneve të ndryshme në fushën e shikimit (koha aktuale, treguesi i baterisë së ulët, ikonat e mënyrave të aktivizuara, etj.), zmadhimi dixhital shtesë, " Funksioni fotografia në foto” (lejon në një "dritare" të veçantë të shfaqë në fushën e shikimit një imazh shtesë të të gjithë objektit ose të një pjese të tij, duke përfshirë një të zmadhuar), duke fikur përkohësisht ekranin (për të kursyer energji dhe maskoni vëzhguesin duke eliminuar shkëlqimin e ekranit të punës).

Për të rregulluar imazhin e objekteve të vëzhguara, videoregjistruesit mund të integrohen në imazhe termike. Është e mundur të zbatohen funksione të tilla si transmetimi pa tel (kanali radio, WI-FI) i informacionit (foto, video) në marrës të jashtëm ose telekomandë e pajisjes (për shembull, nga pajisjet celulare), integrimi me matës të rrezeve lazer (me hyrje të informacionit nga distanca në fushën e shikimit të pajisjes), sensorë GPS (mundësia e fiksimit të koordinatave të objektit të vëzhgimit), etj.

Pamjet me imazhe termike kanë gjithashtu një sërë veçorish dalluese në lidhje me pamjet "analoge" të natës për gjueti. Shenja e synimit në to është zakonisht "dixhitale", d.m.th. imazhi i shenjës gjatë përpunimit të sinjalit video mbivendoset mbi imazhin e vëzhguar në ekran dhe lëviz në mënyrë elektronike, gjë që bën të mundur përjashtimin nga përbërja e pamjes së njësive mekanike për futjen e korrigjimeve që janë pjesë e analogut të natës ose pamjet optike gjatë ditës dhe kërkojnë saktësi të lartë në prodhimin e pjesëve dhe montimin e këtyre njësive. Për më tepër, kjo eliminon një efekt të tillë si paralaks, sepse. imazhi i objektit të vëzhgimit dhe imazhi i rrjetës janë në të njëjtin rrafsh - rrafshi i ekranit.

Në pamjet dixhitale dhe të imazhit termik, ruajtja e një numri të madh retikulash me konfigurime dhe ngjyra të ndryshme mund të zbatohet në memorie, duke zero të përshtatshme dhe të shpejtë duke përdorur "shikimin me një goditje" ose "zeroizimin në modalitetin e ngrirjes", funksionin e korrigjimit automatik kur ndryshimi i distancës së qitjes, ruajtja e koordinatave zero për disa armë, treguesi i prirjes (pengimit) të shikimit dhe shumë më tepër.

Pajisja e imazhit termik.

Lente. Materiali më i zakonshëm, por jo i vetmi për prodhimin e lenteve për pajisjet e imazhit termik është germaniumi me një kristal. Në një farë mase, safiri, selenidi i zinkut, silikoni dhe polietileni gjithashtu kanë gjerësi brezi në brezat MWIR dhe LWIR. Syzet kalkogjenide përdoren gjithashtu për prodhimin e lenteve për pajisjet e imazhit termik.

Germaniumi optik ka një kapacitet të lartë transmetimi dhe, në përputhje me rrethanat, një koeficient të ulët absorbimi në intervalin 2…15 µm. Vlen të kujtohet se kjo gamë kap dy "dritare transparence" atmosferike (3…5 dhe 8…12 µm). Shumica e sensorëve të përdorur në pajisjet civile të imazhit termik funksionojnë në të njëjtin gamë.

Germanium është një material i shtrenjtë, kështu që sistemet optike po përpiqen të bëhen nga sasia minimale e komponentëve të germaniumit. Ndonjëherë pasqyrat me sipërfaqe sferike ose asferike përdoren për të ulur koston e dizajnit të lenteve. Për të mbrojtur sipërfaqet e jashtme optike nga ndikimet e jashtme, përdoret një shtresë e bazuar në karbon të ngjashëm me diamantin (DLC) ose analoge.

Xhami optik klasik nuk përdoret për prodhimin e lenteve për pajisjet e imazhit termik, pasi nuk ka një gjerësi brezi në një gjatësi vale më shumë se 4 mikron.

Dizajni i lenteve dhe parametrat e tij kanë një ndikim të rëndësishëm në aftësitë e një pajisjeje të veçantë të imazhit termik. Kështu që, gjatësia fokale e lenteve ndikon drejtpërdrejt në zmadhimin e pajisjes (sa më i madh fokusi, aq më i madh, ceteris paribus, zmadhimi), fushën e shikimit (zvogëlohet me rritjen e fokusit) dhe diapazonin e vëzhgimit. Hapja relative e lenteve, i llogaritur si koeficient i diametrit të thjerrëzës në fokus, karakterizon sasinë relative të energjisë që mund të kalojë përmes thjerrëzës. Indeksi relativ i hapjes ndikon në ndjeshmërinë, si dhe në rezolucionin e temperaturës së pajisjes së imazhit termik.

Efektet vizuale të tilla si vigneting dhe efekti Narcissus janë gjithashtu për shkak të dizajnit të lenteve dhe janë të zakonshme për të gjitha pajisjet e imazhit termik në një farë mase.

Sensori. Elementi fotosensiv i një pajisjeje të imazhit termik është një grup fotodetektorësh me shumë elementë dydimensionale (FPA) i bërë në bazë të materialeve të ndryshme gjysmëpërçuese. Ekzistojnë mjaft teknologji për prodhimin e elementeve të ndjeshme infra të kuqe, megjithatë, në pajisjet e imazhit termik civil, mund të vërehet epërsia dërrmuese e bolometrave (mikrobolometrave).

Mikrobolometri është një marrës i energjisë IR, veprimi i të cilit bazohet në një ndryshim në përçueshmërinë elektrike të elementit të ndjeshëm kur ai nxehet për shkak të përthithjes së rrezatimit. Mikrobolometrat ndahen në dy nënklasa, në varësi të faktit nëse përdoret materiali i ndjeshëm ndaj IR, oksidi i vanadiumit (VOx) ose silikoni amorf (α-Si).

Materiali i ndjeshëm thith rrezatimin infra të kuq, si rezultat i të cilit, sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, zona e ndjeshme e pikselit (fotodetektor i vetëm në matricë) të mikrobolometrit nxehet. Përçueshmëria e brendshme elektrike e materialit ndryshon dhe këto ndryshime regjistrohen. Rezultati përfundimtar është një vizualizimi monokrom ose me ngjyra i figurës së temperaturës në ekranin e pajisjes. Duhet të theksohet se ngjyra në të cilën shfaqet modeli i temperaturës në ekran varet tërësisht nga funksionimi i pjesës së softuerit të pajisjes së imazhit termik.

Në foto: Matrica mikrobolometrike Ulis (sensori)

Prodhimi i matricave mikrobolometrike është një proces intensiv shkencor, i teknologjisë së lartë dhe i shtrenjtë. Ka vetëm pak kompani dhe vende në botë që mund të përballojnë të mbajnë një prodhim të tillë.

Prodhuesit e sensorëve të imazhit termik (mikrobolometra), në dokumentet e tyre që rregullojnë cilësinë e sensorëve, lejojnë praninë në sensor të të dy pikselëve individualë dhe grupeve të tyre (grupeve) që kanë devijime të sinjalit në dalje gjatë funksionimit normal - të ashtuquajturat "të vdekur". ose pikselë "të thyer". Piksele "të thyera" janë të zakonshme për sensorët e çdo prodhuesi. Prania e tyre shpjegohet me devijime të ndryshme që mund të ndodhin gjatë prodhimit të një mikrobolometri, si dhe prania e papastërtive të huaja në materialet nga të cilat janë bërë elementët e ndjeshëm. Gjatë funksionimit të një pajisjeje të imazhit termik, temperatura e brendshme e pikselëve rritet dhe pikselët që janë të paqëndrueshëm ndaj rritjes së temperaturës ("të thyera") fillojnë të prodhojnë një sinjal që mund të ndryshojë disa herë nga sinjali i pikselëve që funksionojnë saktë. Në ekranin e një pajisjeje të imazhit termik, pikselë të tillë mund të shfaqen si pika të bardha ose të zeza (në rastin e pikselëve individualë) ose pika të konfigurimeve, madhësive (në rastin e grupimeve) dhe shkëlqimit (shumë të shndritshëm ose shumë të errët). Prania e pikselëve të tillë nuk ndikon në asnjë mënyrë në qëndrueshmërinë e sensorit dhe nuk është arsye për përkeqësimin e parametrave të tij pasi përdoret në të ardhmen. Në fakt, ky është vetëm një defekt "kozmetik" në imazh.

Prodhuesit e imazherëve termikë përdorin algoritme të ndryshme softuerësh për përpunimin e sinjalit nga pikselët me defekt për të minimizuar ndikimin e tyre në cilësinë dhe dukshmërinë e imazhit. Thelbi i përpunimit është zëvendësimi i sinjalit nga një piksel i dëmtuar me një sinjal nga një piksel fqinj (më i afërt) që funksionon normalisht ose një sinjal mesatar nga disa piksel fqinjë. Si rezultat i një përpunimi të tillë, pikselët me defekt, si rregull, bëhen pothuajse të padukshëm në imazh.

Në kushte të caktuara vëzhgimi, është ende e mundur të shihet prania e pikselëve me defekt të korrigjuar (veçanërisht grupeve), për shembull, kur kufiri midis objekteve të ngrohta dhe të ftohta hyn në fushën e shikimit të një pajisjeje të imazhit termik, dhe në këtë mënyrë, kur ky kufi bie saktësisht midis një grupi pikselësh me defekt dhe pikselëve që funksionojnë normalisht. Kur këto kushte përkojnë, grupi i pikselëve të dëmtuar shihet si një pikë që shkëlqen në ngjyra të bardha dhe të errëta dhe mbi të gjitha i ngjan një pikë lëngu në imazh. Është e rëndësishme të theksohet se prania e një efekti të tillë nuk është shenjë e një pajisjeje të defektit të imazhit termik.

Blloku i përpunimit elektronik. Në mënyrë tipike, një njësi përpunimi elektronik përbëhet nga një ose më shumë tabela (në varësi të paraqitjes së pajisjes), në të cilat ndodhen mikroqarqe të specializuara që përpunojnë sinjalin e lexuar nga sensori dhe më pas transmetojnë sinjalin në ekran, ku shfaqet një imazh i formohet shpërndarja e temperaturës së zonës së vëzhguar. Kontrollet kryesore të pajisjes janë të vendosura në dërrasa, dhe qarku i furnizimit me energji është zbatuar gjithashtu, si për pajisjen në tërësi, ashtu edhe për qarqet individuale të qarkut.

Mikroekran dhe okular. Për shkak të faktit se shumica e imazherëve termikë të gjuetisë përdorin mikroekran, një okular përdoret për të vëzhguar imazhin, i cili funksionon si një xham zmadhues dhe ju lejon të shikoni me lehtësi imazhin me zmadhim.

Ekranet më të përdorura me kristal të lëngshëm (LCD) janë transmetues (ana e pasme e ekranit ndriçohet nga një burim drite) ose ekranet OLED (kur kalon një rrymë elektrike, substanca e ekranit fillon të lëshojë dritë).

Përdorimi i ekraneve OLED ka një sërë avantazhesh: aftësinë për të përdorur pajisjen në temperatura më të ulëta, ndriçim dhe kontrast më të lartë të imazhit, një dizajn më të thjeshtë dhe më të besueshëm (nuk ka asnjë burim për ndriçimin e ekranit, si në ekranet LCD). Përveç ekraneve LCD dhe OLED, mund të përdoren edhe mikroekranet LCOS (Liquid Crystal on Silicone), të cilat janë një lloj ekrani me kristal të lëngshëm reflektues.

PARAMETRAT KRYESOR TË PAJISJEVE TË IMAZHIVE TERMAKE

RRIT.Karakteristika tregon se sa herë imazhi i objektit të vëzhguar në pajisje është më i madh në krahasim me vëzhgimin e objektit me sy të lirë. Njësia matëse - e shumëfishtë (përcaktimi"x", për shembull, "2x" - "dy herë").

Për pajisjet e imazhit termik, zmadhimet tipike janë midis 1x dhe 5x, si Detyra kryesore e pajisjeve të natës është zbulimi dhe njohja e objekteve në dritë të ulët dhe kushte të këqija të motit. Një rritje e zmadhimit në pajisjet e imazhit termik çon në një rënie të ndjeshme të hapjes së përgjithshme të pajisjes, si rezultat i së cilës imazhi i objektit do të jetë më pak kontrast në lidhje me sfondin sesa në një pajisje të ngjashme me një zmadhim më të ulët. Rënia e raportit të hapjes me zmadhimin në rritje mund të kompensohet nga një rritje në diametrin e dritës së lenteve, por kjo, nga ana tjetër, do të çojë në një rritje të përmasave të përgjithshme dhe peshës së pajisjes, duke komplikuar optikën, gjë që redukton përdorshmëria e përgjithshme e pajisjeve portative dhe rrit ndjeshëm çmimin e një pajisjeje të imazhit termik. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për qëllimet, pasi përdoruesit gjithashtu duhet ta mbajnë armën në duar. Me zmadhim të lartë, është gjithashtu e vështirë të gjesh dhe gjurmosh objektin e vëzhgimit, veçanërisht nëse objekti është në lëvizje, pasi me një rritje të zmadhimit, fusha e shikimit zvogëlohet.

Zmadhimi përcaktohet nga gjatësia fokale e thjerrëzës dhe okularit, si dhe faktori i zmadhimit (K), i barabartë me raportin e dimensioneve fizike (diagonalet) të ekranit dhe sensorit:

ku:

frreth- gjatësia fokale e lenteve

fNe rregull- gjatësia fokale e okularit

LMe- madhësia diagonale e sensorit

Ld- shfaq madhësinë diagonale.

MBARËSITË:

Sa më e madhe të jetë gjatësia fokale e lenteve, madhësia e ekranit, aq më shumë zmadhim.

Sa më e madhe të jetë gjatësia fokale e okularit, madhësia e sensorit, aq rritja është më e vogël.

LINJA E PAMJES. Karakterizon madhësinë e hapësirës që mund të shikohet njëkohësisht përmes pajisjes. Zakonisht, fusha e shikimit në parametrat e pajisjeve tregohet në gradë (këndi i fushës së shikimit në figurën më poshtë tregohet si 2Ѡ) ose në metra për një distancë specifike (L) me objektin e vëzhgimit (lineare fusha e shikimit në figurë tregohet si A).

Fusha e shikimit të pajisjeve dixhitale të shikimit të natës dhe pajisjeve të imazhit termik përcaktohet nga fokusi i thjerrëzës (fob) dhe madhësia fizike e sensorit (B). Zakonisht, gjerësia (madhësia horizontale) merret si madhësia e sensorit gjatë llogaritjes së fushës së shikimit, si rezultat, fitohet fusha e shikimit horizontale këndore:

Duke ditur madhësinë e sensorit vertikalisht (lartësia) dhe diagonalisht, është gjithashtu e mundur të llogaritet fusha këndore e shikimit të pajisjes vertikalisht ose diagonalisht.

Varësia:

Sa më e madhe të jetë madhësia e sensorit ose sa më i vogël të jetë fokusi i lenteve, aqmë shumë fushëpamje.

Sa më e madhe të jetë fusha e shikimit të pajisjes, aq më e rehatshme është të vëzhgosh objektet - nuk ka nevojë të lëvizësh vazhdimisht pajisjen për të parë zonën e interesit.

Është e rëndësishme të kuptohet se fusha e shikimit është në përpjesëtim të kundërt me rritjen - me rritjen e zmadhimit të pajisjes, fusha e saj e shikimit zvogëlohet. Kjo është gjithashtu një nga arsyet pse sistemet infra të kuqe (në veçanti imazherët termikë) nuk prodhohen me zmadhim të lartë. Në të njëjtën kohë, duhet të kuptoni se me një rritje në fushën e shikimit, distanca e zbulimit dhe njohjes do të ulet.

Shpejtësia e rifreskimit të kuadrit. Një nga karakteristikat kryesore teknike të një pajisjeje të imazhit termik është shpejtësia e rifreskimit të kornizës. Nga këndvështrimi i përdoruesit, ky është numri i kornizave të shfaqura në ekran në një sekondë. Sa më i lartë të jetë shpejtësia e rifreskimit të kornizës, aq më pak i dukshëm është efekti i "vonesës" së imazhit të krijuar nga pajisja e imazhit termik në lidhje me skenën reale. Pra, kur vëzhgoni skena dinamike me një pajisje me një shpejtësi rifreskimi prej 9 kornizash për sekondë, imazhi mund të duket i paqartë dhe lëvizjet e objekteve në lëvizje mund të vonohen, me "dridhje". Anasjelltas, sa më e lartë të jetë shkalla e rifreskimit të kuadrove, aq më e qetë do të jetë shfaqja e skenave dinamike.

LEJE. FAKTORËT QË NDIKOJNË NË ZGJIDHJE.

Rezolucioni përcaktohet nga parametrat e elementeve optike të pajisjes, sensorit, ekranit, cilësia e zgjidhjeve të qarkut të zbatuara në pajisje, si dhe algoritmet e aplikuara të përpunimit të sinjalit. Rezolucioni i një pajisjeje të imazhit termik (rezolucion) është një tregues kompleks, përbërësit e të cilit janë temperatura dhe rezolucioni hapësinor. Le të shqyrtojmë secilin prej këtyre komponentëve veç e veç.

Rezolucioni i temperaturës(ndjeshmëria; diferenca minimale e temperaturës së dallueshme) është raporti kufitar i sinjalit të objektit të vëzhgimit me sinjalin e sfondit, duke marrë parasysh zhurmën e elementit të ndjeshëm (sensorit) të kamerës së imazhit termik. Rezolucioni i temperaturës së lartë do të thotë që një pajisje e imazhit termik do të jetë në gjendje të shfaqë një objekt me një temperaturë të caktuar në një sfond me një temperaturë të ngjashme dhe sa më i vogël të jetë diferenca midis temperaturave të objektit dhe sfondit, aq më e lartë është rezolucioni i temperaturës.

Rezolucioni hapësinor karakterizon aftësinë e pajisjes për të shfaqur veçmas dy pika ose vija të ndara ngushtë. Në karakteristikat teknike të pajisjes, ky parametër mund të shkruhet si "rezolucion", "kufi i rezolucionit", "rezolucion maksimal", i cili, në parim, është e njëjta gjë.

Më shpesh, rezolucioni i pajisjes karakterizon rezolucionin hapësinor të mikrobolometrit, pasi përbërësit optikë të pajisjes zakonisht kanë një diferencë rezolucioni.

Si rregull, rezolucioni tregohet në goditje (linja) për milimetër, por gjithashtu mund të tregohet në njësi këndore (sekonda ose minuta).

Sa më e lartë të jetë vlera e rezolucionit në goditje (vija) për milimetër dhe sa më e ulët të jetë në terma këndorë, aq më e lartë është rezolucioni. Sa më e lartë të jetë rezolucioni i pajisjes, aq më e qartë është imazhi nga vëzhguesi.

Për të matur rezolucionin e imazherëve termikë, përdoren pajisje speciale - një kolimator, i cili krijon një imazh imitues të një objekti të veçantë testimi - një botë termike të thyer. Duke parë imazhin e objektit të provës përmes pajisjes, gjykohet rezolucioni i imazherit termik - sa më të vogla të shihen qartë goditjet e botëve veçmas nga njëra-tjetra, aq më e lartë është rezolucioni i pajisjes.

Imazhi: Opsione të ndryshme për botën termike (pamje në një pajisje të imazhit termik)

Rezolucioni i instrumentit varet nga rezolucioni i objektivit dhe okularit. Lente formon një imazh të objektit nën vëzhgim në rrafshin e sensorit, dhe në rast të rezolucionit të pamjaftueshëm të lentës, përmirësimi i mëtejshëm i rezolucionit të pajisjes është i pamundur. Në të njëjtën mënyrë, një okular me cilësi të ulët mund të "prishë" imazhin më të qartë të formuar nga përbërësit e instrumentit në ekran.

Rezolucioni i pajisjes varet gjithashtu nga parametrat e ekranit në të cilin është formuar imazhi. Ashtu si në rastin e sensorit, rezolucioni i ekranit (numri i pikselëve) dhe madhësia e tyre janë të një rëndësie vendimtare. Dendësia e pikselit në një ekran karakterizohet nga një tregues i tillë si PPI (shkurt për anglisht "piksel për inç") - ky është një tregues që tregon numrin e pikselëve për inç të zonës.

Në rastin e transferimit të drejtpërdrejtë të imazhit (pa shkallëzim) nga sensori në ekran, rezolucionet e të dyve duhet të jenë të njëjta. Në këtë rast, ulja e rezolucionit të pajisjes (nëse rezolucioni i ekranit është më i vogël se rezolucioni i sensorit) ose përdorimi i pajustifikuar i një ekrani të shtrenjtë (nëse rezolucioni i ekranit është më i lartë se ai i sensorit) përjashtohet.

Parametrat e sensorit kanë një ndikim të madh në rezolucionin e pajisjes. Para së gjithash, kjo është rezolucioni i bolometrit - numri i përgjithshëm i pikselëve (zakonisht tregohet si produkt i pikselëve në rresht dhe në kolonë) dhe madhësia e pikselit. Këto dy kritere japin rezultatin kryesor të rezolucionit.

VARSIA:

Sa më i madh të jetë numri i pikselëve dhe sa më i vogël të jetë madhësia e tyre, aq më i lartërezolucioni.

Kjo deklaratë është e vërtetë për të njëjtën madhësi fizikesensorë. Një sensor që ka një densitet piksel për njësi sipërfaqemë i madh, ka një rezolucion më të lartë.

Pajisjet e imazhit termik mund të përdorin gjithashtu algoritme të ndryshme të përpunimit të sinjalit që mund të ndikojnë në rezolucionin e përgjithshëm të pajisjes. Para së gjithash, ne po flasim për "zmadhim dixhital", kur imazhi i formuar nga matrica përpunohet në mënyrë dixhitale dhe "transferohet" në ekran me një farë rritjeje. Në këtë rast, rezolucioni i përgjithshëm i pajisjes zvogëlohet. Një efekt i ngjashëm mund të vërehet në kamerat dixhitale kur përdorni funksionin "zoom dixhital".

Së bashku me faktorët e përmendur më lart, ka disa faktorë të tjerë që mund të zvogëlojnë rezolucionin e pajisjes. Para së gjithash, këto janë lloje të ndryshme të "zhurmës" që shtrembërojnë sinjalin e dobishëm dhe në fund të fundit degradojnë cilësinë e imazhit. Llojet e mëposhtme të zhurmës mund të dallohen:

Zhurma e sinjalit të errët. Arsyeja kryesore për këtë zhurmë është emetimi termionik i elektroneve (emetimi spontan i elektroneve si rezultat i ngrohjes së materialit sensor). Sa më e ulët të jetë temperatura, aq më i ulët është sinjali i errët, d.m.th. më pak zhurmë, është për të eliminuar këtë zhurmë që përdoret një grilë (çadër) dhe kalibrim mikrobolometri.

Lexoni Zhurmë. Kur sinjali i grumbulluar në pikselin e sensorit del nga sensori, konvertohet në tension dhe përforcohet, në secilin element shfaqet zhurmë shtesë, e quajtur zhurma e leximit. Për të luftuar zhurmën, përdoren algoritme të ndryshme softuerësh të përpunimit të imazhit, të cilët shpesh quhen algoritme për reduktimin e zhurmës.

Përveç zhurmës, rezolucioni mund të reduktohet ndjeshëm nga ndërhyrja për shkak të gabimeve të paraqitjes së pajisjes (rregullimi i ndërsjellë i bordeve të qarkut të printuar dhe telave lidhës, kabllove brenda pajisjes) ose për shkak të gabimeve në drejtimin e PCB-ve (rregullimi i ndërsjellë i gjurmëve përcjellëse, prania dhe cilësia e shtresave mbrojtëse). Gjithashtu, gabimet në qarkun elektrik të pajisjes, përzgjedhja e gabuar e elementeve të radios për zbatimin e filtrave të ndryshëm, furnizimi me energji në qark i qarqeve elektrike të pajisjes gjithashtu mund të shkaktojnë ndërhyrje. Prandaj, zhvillimi i qarqeve elektrike, shkrimi i softuerit për përpunimin e sinjalit, drejtimi i tabelës janë detyra të rëndësishme dhe komplekse në projektimin e pajisjeve të imazhit termik.

FUSHA E VËZHGIMIT.

Gama e vëzhgimit të një objekti duke përdorur një pajisje të imazhit termik varet nga një kombinim i një numri të madh faktorësh të brendshëm (parametrat e sensorit, pjesët optike dhe elektronike të pajisjes) dhe kushtet e jashtme (karakteristikat e ndryshme të objektit të vëzhguar, sfondi, pastërtia e atmosferës, e kështu me radhë).

Qasja më e zbatueshme për përshkrimin e diapazonit të vëzhgimit është ndarja e tij në diapazonin e zbulimit, njohjes dhe identifikimit, të përshkruara në detaje në burime të ndryshme, sipas rregullave të përcaktuara nga të ashtuquajturat. kriteri Johnson, sipas të cilit diapazoni i vëzhgimit lidhet drejtpërdrejt me temperaturën dhe rezolucionin hapësinor të një pajisjeje të imazhit termik.

Për zhvillimin e mëtejshëm të temës, kërkohet të prezantohet koncepti i madhësisë kritike të objektit të vëzhgimit. Madhësia kritike konsiderohet të jetë madhësia përgjatë së cilës imazhi i objektit analizohet për të identifikuar tiparet e tij karakteristike gjeometrike. Shpesh, madhësia minimale e dukshme e objektit përgjatë të cilit kryhet analiza merret si kritike. Për shembull, për një derr të egër ose kaprol, lartësia e trupit mund të konsiderohet një madhësi kritike, për një person - lartësia.

Gama në të cilën madhësia kritike e një objekti të caktuar vëzhgimi përshtatet në 2 ose më shumë piksel të sensorit të imazherit termik konsiderohet të jetë diapazoni i zbulimit. Fakti i zbulimit thjesht tregon praninë e këtij objekti në një distancë të caktuar, por nuk jep një ide për karakteristikat e tij (nuk ju lejon të thoni se çfarë lloj objekti është).

Fakt njohje objekti, njihet aftësia për të përcaktuar llojin e objektit. Kjo do të thotë që vëzhguesi është në gjendje të dallojë atë që po vëzhgon në këtë moment - një person, një kafshë, një makinë, etj. Në përgjithësi pranohet se njohja është e mundur me kusht që madhësia kritike e objektit të përshtatet të paktën 6 pikselë të sensorit.

Nga pikëpamja e aplikimit të gjuetisë, dobia më e madhe praktike është diapazoni i identifikimit. Me identifikim kuptohet se vëzhguesi është në gjendje të vlerësojë jo vetëm llojin e objektit, por edhe të kuptojë tiparet karakteristike të tij (për shembull, një derr i egër mashkull 1,2 m i gjatë dhe 0,7 m i lartë). Për të përmbushur këtë kusht, është e nevojshme që madhësia kritike e objektit të mbulohet nga të paktën 12 piksele të sensorit.

Është e rëndësishme të kuptohet se në të gjitha këto raste bëhet fjalë për një probabilitet prej 50% për të zbuluar, njohur ose identifikuar një objekt të një niveli të caktuar. Sa më shumë piksel të mbivendosen në madhësinë kritike të një objekti, aq më e lartë është probabiliteti i zbulimit, njohjes ose identifikimit.

DALJA HEQJA E NXHQËSVE- kjo është distanca nga sipërfaqja e jashtme e thjerrëzës së fundit të okularit deri në rrafshin e bebëzës së syrit të vëzhguesit, në të cilën imazhi i vëzhguar do të jetë më optimali (fusha maksimale e shikimit, shtrembërimi minimal). Ky parametër është më i rëndësishmi për pamjet, në të cilat heqja e bebëzës së daljes duhet të jetë së paku 50 mm (në mënyrë optimale - 80-100 mm). Një heqje kaq e madhe e bebëzës së daljes është e nevojshme për të parandaluar dëmtimin e gjuajtësit nga okulari i pamjes gjatë zmbrapsjes. Si rregull, për pajisjet e shikimit të natës dhe imazherët termikë, distanca e bebëzës së daljes është e barabartë me gjatësinë e syrit, e cila është e nevojshme për të maskuar shkëlqimin e ekranit gjatë natës.

KALIBRIMI I SENSORIT TË VIZIONIT TERMAK

Kalibrimi i një pajisjeje të imazhit termik ndahet në kalibrimin e fabrikës dhe të përdoruesit. Procesi i prodhimit të pajisjeve të imazhit termik bazuar në sensorë të paftohur parashikon kalibrimin në fabrikë të pajisjes (një palë "lente - sensor") duke përdorur pajisje speciale.

Mund të njiheni me modelet e reja të imazherëve termikë PULSAR dhe të bëni një zgjedhje të informuar.