Руководство покупателя оптических приборов - Часть 2
<< Предыдущая страница Следующая страница >>
Раздел II. Тепловизионные системы
Разрешение FPA
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 почти 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 длин 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 меняет свой 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, что чем больше микроболометров содержит тепловой детектор, тем более четким и детальным будет изображение, которое Вы увидите. Иными словами, речь идет о разрешении детектора.
Разрешение FPA это ключевой показатель эффективности, который непосредственно отражает, насколько далеко и четко Вы сможете видеть с помощью своего тепловизионного прибора. Типичные значения разрешения 320x240, 384x288 и 640x480. Ниже мы приводим сравнение эффективности термодетектора с различными показателями.
Сравните сами!
* Дешевые тепловизоры с низким разрешением укомплектованы низкокачественной оптикой и такими же низкокачественными FPA, что приводит к снижению чувствительности прибора и его общей эффективности.
Вывод.
Разрешение FPA имеет существенное влияние на цену тепловизора. Очевидно, что модели с высоким разрешением обеспечивают исключительную эффективность и высочайшее качество изображения, но стоят они значительно дороже, чем модели с более низким разрешением. Выбирайте разрешение FPA зависимости от среды, где будет использоваться тепловая единица, операционной расстояния и своего бюджета.
Термочувствительность
Не секрет, что качество изображения - это один из наиболее ощутимых параметров, создают первое впечатление, и способных затем повлиять на ваше решение о покупке устройства.
Итак, какие параметры непосредственно отвечают за качество изображения? их четыре: число диафрагмы объектива, разрешение FPA, дисплей с оптимальным разрешением 800x600 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 различия в температуре. Типичное значение чувствительности FPA составляет 50тК, то есть это означает, что детектор может различать объекты, если разница в температурах их поверхностей составляет 50тК или более, например, 11,5°С и 12°С. Здесь специально указано «чувствительность FPA», а не общая чувствительность. Помните, мы говорили о связи между числом диафрагмы передней линзы и чувствительностью?
Общая чувствительность самом деле является произведением чувствительности FPA и числа диафрагмы объектива:
Общая чувствительность = Чувствительность детектора * число диафрагмы объектива
Некоторые производители тепловизионных приборов могут скрывать общую чувствительность своих систем, обращая внимание только на высокую чувствительность их детекторов, и специально не раскрывают число диафрагмы передних линз, которыми оснащены устройства.
Представьте себе, что у вас есть тепловизионный устройство с чувствительностью детектора 50тК и числом диафрагмы объектива F/1,4, в таком случае чувствительность работы устройства в целом составит 50x1.4 = 70тК. 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 FPA и число диафрагмы. Это единственный способ оценить, насколько устройство действительно эффективным.
Тепловые детекторы могут быть чрезвычайно чувствительны, однако в реальных условиях это ничего не значит, если устройство работает в паре с системой линз низкого качества.
Частота обновления
Эффективность тепловизионной системы описывает еще один параметр: частота обновления. Она выражается в герцах (или кадрах в секунду, FPS) и показывает, сколько раз видеоизображения обновляется за одну секунду. Та же концепция применима к вашему домашнему телевизору или экрана компьютера.
Тепловые детекторы с частотой обновления 25-30 Гц и выше обеспечивают превосходную реакцию, «плавное» и «живое» видеоизображение без каких-либо задержек. Это особенно важно для успешного наблюдения и обнаружения любых движущихся объектов. Детекторы с более низкой частотой обновления транслируют видеоизображения более медленными темпами, что приводит к «рваной» передачи 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 60Гц обеспечивает видеоизображение в 8 раз более плавное, чем прибор с частотой 7,5Гц.
Поэтому выбирайте тепловизионный прибор с максимально возможной частотой обновления. При этом имейте в виду, что некоторые тепловизоры с частотой обновления более 9Гц бывает строго запрещено экспортировать из за экспортных ограничений. Всегда уточняйте у продавца подробную информацию по экспорту.
Вывод.
Теперь Вы видите, что эффективность тепловизора покоится 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 такие, которые передают 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 изменения 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!
|
Черно-белые |
Цветные |
|
Обеспечивает естественное восприятие видеоизображения. Черно-белая палитра не "агрессивная" для глаза и обеспечивает хорошее распознавание мелких деталей. |
Обеспечивает иллюстративный распределение температуры, но изображение «ошибочно - цветное». Иногда детали трудно различить. Яркая цветовая палитра может быть отвлекающим и утомительной для человеческого глаза. |
|
Хорошо подходит для: |
Хорошо подходит для: |
|
|
Кроме того, цветовая палитра в основном используется в недорогих массовых моделях тепловизоров. Одна из причин, почему они дешевые, заключается в том, что такие тепловизоры оснащены очень дешевыми линзами, которые не позволяют видеть очень далеко или очень четко - они лучше работают только на малых расстояниях. Это делается с целью заманить клиентов, так как они производят прекрасное 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-белому изображению, а пожарные и домашние инспекторы выбирают цветные системы.
Ручная регулировка усиления
Представьте себе, что Вы идете по лесу рано утром, как раз перед восходом солнца.
Прохладный воздух окутывает деревья, кусты и землю так, что среда имеет равномерную температуру. Еще достаточно темно, поэтому Вы решили передвигаться с помощью вашего нового тепловизора. Для безопасного продвижения Вам нужно будет увеличить чувствительность FPA (усиление) Вашего прибора, чтобы эффективно определять разницу 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 FPA, чтобы выровнять изображение и добиться лучшего восприятия картинки.
Эти два простых примера свидетельствуют о необходимости для тепловизора иметь возможность вручную управлять FPA усилением.
*Обратите внимание, что ручную регулировку усиления в тепловизионных приборах не надо путать с ручной регулировкой усиления в приборах ночного видения: это две совершенно разные функции
Сравните сами!
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 ручным регулированием усиления, потому что Вы никогда не знаете, когда Вы будете нуждаться в этом.
Обнаружения, Распознавание, Идентификация (ОРИ)
Угадайте, какой вопрос чаще всего задают люди, которые хотят купить тепловизионный прибор? Правильно: «Как далеко я могу видеть c его помощью?» Этот вопрос звучит просто, и кажется, что ответ должен быть просто расстояние. Но это не так.
Давайте посмотрим, что же представляют собой обнаружения / распознавания / идентификация (или ОРИ для краткости) и то, что принимается во внимание при их оценке. Во-первых, определение: Выявление - 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 гражданском или четырех дверный седан).
Факторы, влияющие на эти три характеристики расстоянии, делятся на две группы: внутренние и внешние.
|
Внутренние факторы |
Внешние факторы |
|
|
Сравните сами!
Вывод.
Значение ОРИ, приведенные в спецификации прибора, представляют максимальные значения, а иногда они искусственно (или ошибочно) завышены с целью привлечь Ваше внимание. Всегда сравнивайте по крайней мере 3-4 аналогичные продукты и имейте в виду факторы, влияющие на расстоянии ОРИ.
