РАЗДЕЛ ІІ. ТЕПЛОВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Раздел II. ТЕПЛОВИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ

 

Разрешение FРА

 

Тепловизионный датчик, иначе известный как FPA (от англ. Focal plane array – матрица фокальной плоскости) или тепловой датчик является настоящим сердцем любой тепловизионной системы. Тепловизор работает практически так же, как Ваша цифровая камера. Разница лишь в том, что цифровая камера воспринимает видимое излучение, в то время как большинство тепловизоров работают в диапазоне длины инфракрасных волн: он реагирует на температурные перепады, а не на свет.

Структурным элементом любого FPA является устройство под названием микроболометр. Он действительно «микро», поскольку его размер в 4 раза меньше, чем средняя толщина человеческого волоса. Многие тысячи микроболометров представляют пиксели детектора и составляют матрицу, в которой каждый из этих крошечных элементов изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от длины волны излучения, которую он получает. Затем изменение сопротивлений всех микроболометров обрабатывается электронными средствами и используется для генерации теплового изображения. Естественно, чем больше микроболометров содержит тепловой детектор, тем более четким и подробным будет изображение, которое Вы увидите. Другими словами, речь идет о разрешении детектора.

 

Разрешение FPA это ключевой показатель эффективности, непосредственно отражающий, насколько далеко и четко Вы сможете видеть с помощью своего тепловизионного прибора. Типовые значения разрешения 320х240, 384х288 и 640х480. Ниже мы приводим сравнение эффективности термодетектора с разными показателями.

 

Сравните сами!

 

  

*дешевые тепловизоры с низким разрешением укомплектованы низкокачественной оптикой и такими же низкокачественными ҒРА, что приводит к снижению чувствительности прибора и его общей эффективности.

 

  

 

                          Вывод.

Разрешение FPA оказывает существенное влияние на цену тепловизора. Очевидно, что модели с высоким разрешением обеспечивают исключительную эффективность и высокое качество изображения, но стоят они значительно дороже, чем модели с более низким разрешением. Выбирайте разрешение FPA в зависимости от среды, где будет использоваться тепловая единица, операционное расстояние и свой бюджет.

 

Термочувствительность

 

Не секрет, что качество изображения – это один из наиболее ощутимых параметров, создающих первое впечатление, и способных затем повлиять на ваше решение о приобретении устройства.

 

Итак, какие параметры напрямую отвечают за качество изображения? их четыре: число диафрагмы объектива, разрешение FРА, дисплей с оптимальным разрешением 800х600 пикселей и не в последнюю очередь термочувствительность.

 

Термочувствительность – это способность теплового устройства различать перепады температур. Она выражается в мк – милликельвинах (одна тысячная Кельвина). Его низкое численное значение (в мк) указывает на высокую чувствительность, так как устройство может распознать даже небольшие отличия в температуре. Типичное значение чувствительности FPA составляет 50mК, т.е. это означает, что детектор может различать объекты, если разница в температурах их поверхностей составляет 50mК или более, например, 11,5°С и 12°С. Здесь умышленно отмечена «чувствительность FPA», а не общая чувствительность. Помните, мы говорили о связи между числом диафрагмы передней линзы и чувствительностью?

 

Общая чувствительность на самом деле является произведением чувствительности FPA и числа диафрагмы объектива:

 

Общая чувствительность = Чувствительность детекторов число диафрагмы объектива

 

Некоторые производители тепловизионных приборов могут скрывать общую чувствительность своих систем, обращая внимание только на высокую чувствительность детекторов, и специально не раскрывают число диафрагмы передних линз, которыми оснащены устройства.

 

Представьте себе, что у вас есть тепловизионное устройство с чувствительностью детектора 50мк и числом диафрагмы объектива F/1,4, в таком случае чувствительность работы устройства в целом составит 50х1.4=70mК. Результат означает, что тепловое изображение будет на 40% менее резким и четким, чем с объективом F/1,0. Таким образом даже устройство с очень чувствительным тепловым детектором будет давать плохие результаты, если оно сопровождается низким качеством оптики.

 

 

Вывод.

Всегда узнавайте чувствительность FРА и число диафрагмы. Это единственный способ оценить, насколько устройство будет действительно эффективно. Тепловые сенсоры могут быть очень чувствительны, но в реальных критериях это ничего не значит, если устройство работает в паре с системой линз низкого свойства.

 

 

 

 

Частота обновления

 

Эффективность тепловизионной системы обрисовывает еще один параметр: частота обновления. Она выражается в герцах (или кадрах в секунду, FPS) и показывает, сколько раз видео обновляется за одну секунду. Та же концепция применима к вашему домашнему телевизору или экрану компьютера.

 

Тепловые детекторы с частотой обновления 25-30 Гц и выше обеспечивают отличную реакцию, «плавное» и «живое» видеоизображение без каких-либо задержек. Это особенно важно для успешного наблюдения и выявления любых движущихся объектов. Детекторы с более низкой частотой обновления транслируют видеоизображение более медленными темпами, что приводит к «рваной» передаче видеоизображения, что многим людям может показаться неудобным, вводящим в заблуждение или даже невозможным для просмотра. Когда речь идет о цене тепловизора, частота обновления FPA не имеет никакого влияния.

 

Тепловизор с частотой обновления 60 Гц обеспечивает видеоизображение в 8 раз более плавно, чем прибор с частотой 7,5 Гц.

 

Поэтому выбирайте тепловизионный прибор с максимально возможной частотой обновления. При этом учтите, что некоторые тепловизоры с частотой обновления свыше 9 Гц бывает строго запрещено экспортировать из-за экспортных ограничений. Всегда уточняйте у продавца подробную информацию об экспорте.

 

 

Вывод. Теперь Вы видите, что эффективность тепловизора лежит на трех китах: разрешении FPA, общей чувствительности и частоте обновления.

 

 

 

 

Черно-белые или цветные?

 

Есть две основные группы тепловизионных систем, доступных на рынке сегодня: приборы, передающие простое черно-белое (ч/б) изображение и передающие цветное изображение.

 

Выбор людей в основном зависит от среды и сферы применения прибора в зависимости от того будет ли он использоваться для поиска утечек тепла в домах, дальнего обнаружения или, возможно, для любых развлекательных мероприятий.

 

Для отображения изменения сигнала цветные тепловизионные приборы используют изменения в цвете, а не в интенсивности, как черно-белые приборы. Люди имеют гораздо больший динамический диапазон определения интенсивности цвета в целом, из-за чего черно-белые изображения проще и быстрее обрабатываются мозгом.

 

 

 

Сравните сами!

 

 

 

 

Кроме того, цветовая палитра в основном используется в недорогих массовых моделях тепловизоров. Одна из причин, почему они дешевы, состоит в том, что такие тепловизоры оснащены очень дешевыми линзами, которые не позволяют видеть слишком далеко или очень четко – они лучше работают только на малых расстояниях. Это делается с целью привлечь клиентов, так как они производят отличное впечатление на презентациях в магазинах или в Интернете. Тем не менее, в реальных условиях на больших расстояниях человеческому глазу становится все труднее сосредоточиться на цветных контрастных объектах.

 

Вывод.
 Хотя на первый взгляд цветные тепловизоры могут выглядеть привлекательно, выбор между черно-белым и цветным тепловизионным прибором должен быть основан исключительно на диапазоне применения. Профессиональные военные и сотрудники органов правопорядка уверенно предпочитают черно-белое изображение, а пожарные и домашние инспекторы выбирают цветные системы.

 

 

Ручная регулировка усиления

 

Представьте себе, что вы идете по лесу ранним утром, как раз перед восходом солнца. Прохладный воздух окутывает деревья, кусты и землю так, что окружающая среда имеет равномерную температуру. Еще довольно темно, потому Вы решили передвигаться с помощью вашего нового тепловизора. Для безопасного продвижения Вам нужно будет увеличить чувствительность FPA (усиление) Вашего прибора, чтобы эффективно определять разность температур окружающих объектов. Теперь Вы вышли из леса и оказались в среде с большим количеством объектов контрастных по температуре (очень горячие и очень холодные), здесь Вам необходимо уменьшить чувствительность FРА, чтобы выровнять изображение и добиться лучшего восприятия картинки.

 

Эти два простых примера свидетельствуют о необходимости для тепловика иметь возможность вручную управлять FРА усилением.

 

*Обратите внимание, что ручную регулировку усиления в тепловизионных приборах не нужно путать с ручной регулировкой усиления в приборах ночного видения: это две совершенно разные функции.

 

 

Сравните сами!

 

 
Низкое усилениеFPA

Высокое усилениеFPA

Вывод.

Ручная регулировка усиления позволяет Вам быть гибкими в оптимизации эффективности работы прибора в зависимости от условий окружающей среды. В настоящее время во многих тепловизорах эта функция входит в стандартную комплектацию. Выбирайте ту модель, которая оснащена ручной регулировкой усиления, потому что Вы никогда не знаете, когда Вы будете нуждаться в этом.

 

 

Выявление, Распознавание, Идентификация (ОРИ)

 

Угадайте, какой вопрос чаще всего задают люди, желающие купить тепловизионный прибор? Правильно: "Как далеко я могу видеть с его помощью?" Этот вопрос звучит просто, и кажется, что ответ должен быть просто расстояние. Но это не так. Давайте посмотрим, что же представляют собой обнаружение/распознавание/идентификация (или ОРИ для краткости) и то, что принимается во внимание при их оценке. Во-первых, определение:

Обнаружение - Вы можете отличить объект от фона

Распознавание - Вы можете сказать, какой это вид объекта это (например, человек или автомобиль)

Идентификация: Вы можете описать объект в деталях (например, человек в штатском или четырехдверный седан).

Факторы, влияющие на три характеристики расстояния, делятся на две группы: внутренние и внешние.

 

 

 

 

Внутренние факторы	Внешние факторы
Чувствительность детектора Фокусное расстояние объектива Разрешение FPA Разрешение экрана Тип экрана (OLED, LCD…)	Размер объекта Условия внешней среды Погодные условия Разница в температуре между объектом и фоном

Сравните сами!

 

Обнаружение: Вы видите, что там что-то есть

 

Распознавание: Вы можете сказать, что это птица

 

Идентификация: Вы можете определить, что это гусь

 

 

 

Вывод.

Значения ОРИ, приведенные в спецификации прибора, представляют максимальные значения, а иногда они завышены искусственно (или ошибочно) с целью привлечь Ваше внимание. Всегда сравнивайте по крайней мере 3-4 аналогичных продукта и имейте в виду факторы, влияющие на расстоянии