РОЗДІЛ ІІ. ТЕПЛОВІЗІЙНІ СИСТЕМИ
Роздільна здатність FРА
Тепловізійний датчик, інакше відомий як FРА (від англ. Focal plane array - матриця фокальній площині) або тепловий датчик є справжнім серцем будь-якої тепловізійної системи. Тепловізор працює майже так само, як Ваша цифрова камера. Різниця лише в тому, що цифрова камера сприймає видиме випромінювання, в той час як більшість тепловізорів працюють в діапазоні довжини інфрачервоних хвиль: він реагує на температурні перепади, а не на світло.
Структурним елементом будь-якого FPA є пристрій під назвою мікроболометр. Він дійсно «мікро», оскільки його розмір в 4 рази менше, ніж середня товщиналюдської волосини. Багато тисяч мікроболометрів представляють пікселі детектора і складають матрицю, в якій кожен з цих крихітних елементів змінює свій електричний опір в залежності від довжини хвилі випромінювання, яку він отримує. Потім зміна опорів всіх мікроболометрів обробляється електронними засобами та використовується для генерації теплового зображення. Природно, що чим більше мікроболометрів містить тепловий детектор, тим більш чітким і детальним буде зображення, яке Ви побачите. Іншими словами, мова йде про роздільну здатність детектора.
Роздільна здатність FPA це ключовий показник ефективності, який безпосередньо відображає, наскільки далеко і чітко Ви зможете бачити за допомогою свого тепловізіонного приладу. Типові значення роздільної здатності 320х240, 384х288 i 640х480. Нижче ми наводимо порівняння ефективності термодетектора з різними показниками.
Порівняйте самі!
*дешеві тепловізори з низькою роздільною здатністю укомплектовані низькоякісною оптикою і такими ж низькоякісними ҒРА, що призводить до зниження чутливості приладу і його загальної ефективності.
Висновок.
Роздільна здатність FPA має істотний вплив на ціну тепловізора. Очевидно, що моделі з високою роздільною здатністю забезпечують виняткову ефективність і найвищу якість зображення, але коштують вони значно дорожче, ніж моделі з більш низькою роздільною здатністю. Вибирайте роздільну здатність FPA залежно від середовища, де буде використовуватися теплова одиниця, операційної відстані і свого бюджету.
Термочутливість
Не секрет, що якість зображення - це один з найбільш відчутних параметрів, що створюють перше враження, і здатних потім вплинути на ваше рішення щодо придбання пристрою.
Отже, які параметри безпосередньо відповідають за якість зображення? їх чотири: число діафрагми об'єктива, роздільна здатність FРА, дисплей з оптимальною роздільною здатністю 800х600 пікселів і не в останню чергу термочутливість.
Термочутливість - це здатність теплового пристрою розрізняти перепади температур. Вона виражається в мк - міллікельвінах (одна тисячна Кельвіна). Його низьке чисельне значення (в мк) вказує на високу чутливість, тому що пристрій може розпізнати навіть невеликі відмінності в температурі. Типове значення чутливості FPA становить 50mК, тобто це означає, що детектор може розрізняти об'єкти, якщо різниця в температурах їх поверхонь становить 50mК або більше, наприклад, 11,5°С і 12°С. Тут навмисне зазначено «чутливість FPA», а не загальна чутливість. Пам'ятаєте, ми говорили про зв'язок між числом діафрагми передньої лінзи і чутливістю?
Загальна чутливість насправді є добутком чутливості FPA і числа діафрагми об'єктива:
Загальна чутливість = Чутливість детекторах число діафрагми об'єктива
Деякі виробники тепловізійних приладів можуть приховувати загальну чутливість своїх систем, звертаючи увагу тільки на високу чутливість їх детекторів, і спеціально не розкривають число діафрагми передніх лінз, якими оснащені пристрої.
Уявіть собі, що у вас є тепловізійний пристрій з чутливістю детектора 50мк і числом діафрагми об'єктива F / 1,4, в такому випадку чутливість роботи пристрою в цілому складе 50х1.4 = 70mК. Результат означає, що теплове зображення буде на 40% менш різким і чітким, ніж з об'єктивом F / 1,0. Таким чином, навіть пристрій з дуже чутливим тепловим детектором буде давати погані результати, якщо воно супроводжується низькою якістю оптики.
Висновок.
Завжди дізнавайтеся чутливість FРА і число діафрагми. Це єдиний спосіб оцінити, наскільки пристрій буде дійсно ефективним. Теплові детектори можуть бути надзвичайно чутливі, проте в реальних умовах це нічого не означає, якщо пристрій працює в парі з системою лінз низької якості.
Частота оновлення
Ефективність тепловізійної системи описує ще один параметр: частота оновлення. Вона виражається в герцах (або кадрах в секунду, FPS) і показує, скільки разів відеозображення оновлюється за одну секунду. Та ж концепція застосовна до вашого домашнього телевізора або екрану комп'ютера.
Теплові детектори з частотою оновлення 25-30 Гц і вище забезпечують чудову реакцію, «плавне» і «живе» відеозображення без будь-яких затримок. Це особливо важливо для успішного спостереження та виявлення будь-яких рухомих об'єктів. Детектори з більш низькою частотою оновлення транслюють відеозображення більш повільними темпами, що призводить до «рваної» передачі відеозображення, що багатьом людям може здатися незручним, таким, що вводить в оману або навіть неможливим для перегляду. Коли мова йде про ціну тепловізора, частота оновлення FPA не має жодного впливу.
Тепловізор з частотою оновлення 60 Гц забезпечує відеозображення в 8 разів більш плавне, ніж прилад з частотою 7,5 Гц.
Тому вибирайте тепловізійний прилад з максимально можливою частотою оновлення. При цьому майте на увазі, що деякі тепловізори з частотою оновлення понад 9 Гц буває суворо заборонено експортувати через експортні обмеження. Завжди уточнюйте у продавця детальну інформацію щодо експорту.
Висновок. Тепер Ви бачите, що ефективність тепловізора покоїться на трьох китах: роздільній здатності FPA, загальній чутливості і частоті оновлення.
Чорно-білі або кольорові?
Є дві основні групи тепловізійних систем, доступних на ринку сьогодні: прилади, що передають просте чорно-біле (ч/б) зображення й такі, які передають кольорове зображення.
Вибір людей в основному залежить від середовища і сфери застосування приладу в залежності від того чи буде він використовуватися для пошуку витоків тепла в будинках, далекого виявлення, чи, можливо, для будь-яких розважальних заходів.
Для відображення зміни сигналу кольорові тепловізійні прилади використовують зміни в кольорі, а не зміни в інтенсивності, як чорно-білі прилади. Люди мають набагато більший динамічний діапазон визначення інтенсивності кольору вцілому, через що чорно-білі зображення простіше і швидше обробляютьсямозком.
Порівняйте самі!
|
Чорно-білі |
Кольорові |
|
Забезпечує природне сприйняття відео. Чорно-біла палітра не "агресивна" для ока та забезпечує гарне розпізнавання дрібних деталей. |
Забезпечує ілюстративний розподіл температури, але зображення "помилково - кольорове". Іноді деталі важко розрізнити. Яскрава палітра кольорів може бути відволікаючим і стомлюючим для людського ока. |
|
Добре підходить для: |
Добре підходить для: |
|
|
Крім того, кольорова палітра в основному використовується в недорогих масових моделях тепловізорів. Одна з причин, чому вони дешеві, полягає в тому, що такі тепловізори оснащені дуже дешевими лінзами, які не дозволяють бачити дуже далеко або дуже чітко - вони найкраще працюють тільки на малих відстанях. Це робиться з метою заманити клієнтів, так як вони справляють чудове враження на презентаціях в магазинах або в Інтернеті. Тим не менш, в реальних умовах на великих відстанях людському оку стає все важче зосередитися на кольорових контрастних об'єктах.
Висновок.
Хоча на перший погляд кольорові тепловізори можуть виглядати привабливо, вибір між чорно-білим і кольоровим тепловізійним приладом повинен бути заснований виключно на діапазоні застосування. Професійні військові і співробітники органів правопорядку впевнено надають перевагу чорно-білому зображенню, а пожежники і домашні інспектори вибирають кольорові системи.
Ручне регулювання посилення
Уявіть собі, що ви йдете по лісі рано вранці, якраз перед сходом сонця. Прохолодне повітря огортає дерева, кущі та землю так, що навколишне середовище має рівномірну температуру. Ще досить темно, тому Ви вирішили пересуватися за допомогою вашого нового тепловізора. Для безпечного просування Вам потрібно буде збільшити чутливість FPA (посилення) Вашого приладу, щоб ефективно визначати різницю температур навколишніх об'єктів. Тепер Ви вийшли з лісу і опинилися в середовищі з великою кількістю об'єктів контрастних по температурі (дуже гарячі і дуже холодні), тут Вам необхідно зменшити чутливість FРА, щоб вирівняти зображення і домогтися кращого сприйняття картинки.
Ці два простих приклади свідчать про необхідність для тепловізора мати можливість вручну управляти FРА посиленням.
*Зверніть увагу, що ручне регулювання посилення в тепловізійних приладах не треба плутати з ручним регулюванням посилення в приладах нічного бачення: це дві абсолютно різні функції.
Порівняйте самі!
Низьке посилення FPA
Високе посилення FPA
Висновок.
Ручне регулювання посилення дозволяє Вам бути гнучкими в оптимізації ефективності роботи приладу в залежності від умов навколишнього середовища. В даний час в багатьох тепловізорах ця функція входить в стандартну комплектацію. Вибирайте ту модель, яка оснащена ручним регулюванням посилення, тому що Ви ніколи не знаєте, коли Ви будете мати потребу в цьому.
Виявлення, Розпізнавання, Ідентифікація (ВРІ)
Вгадайте, яке питання найчастіше задають люди, які хочуть купити тепловізійний прилад? Правильно: «Як далеко я можу бачити з його допомогою?» Це питання звучить просто, і здається, що відповідь має бути просто відстань. Але це не так. Давайте подивимося, що ж являють собою виявлення / розпізнавання / ідентифікація (або ВРІ для стислості) і те, що береться до уваги при їх оцінці. По- перше, визначення:
Виявлення - Ви можете відрізнити об'єкт від фону
Розпізнавання - Ви можете сказати, який це вид об'єкта це (наприклад, людина або автомобіль)
Ідентифікація: Ви можете описати об'єкт в деталях (наприклад, чоловік уцивільному чи чотирьохдверний седан).
Фактори, що впливають на ці три характеристики відстані, діляться на дві групи: внутрішні і зовнішні.
|
Внутрішні фактори |
Зовнішні фактори |
|
|
Порівняйте самі!
Виявлення:Ви бачите, що там щось є
Розпізнавання: Ви можете сказати, що це птах
Ідентифікація: Ви можете визначити, що це гусак
Висновок.
Значення ВРІ, наведені в специфікації приладу, представляють максимальні значення, а іноді вони штучно (або помилково) завищені з метою привернути Вашу увагу. Завжди порівнюйте принаймні 3-4 аналогічні продукти і майте на увазі фактори, що впливають на відстані
