Керівництво покупця оптичних приладів - Частина 2

16.10.2019

<< Попередня сторінка     Наступна сторінка >>

Розділ ІІ. Тепловізійні системи

 

Роздільна здатність FPA

Тепловізійний датчик, інакше відомий як FPA (від англ. Focal plane array – матриця фокальної площини) або тепловий датчик, є справжнім серцем будь-якої тепловізійної системи. Тепловізор працює майже так само, як і Ваша цифрова камера. Різниця лише в тому, що цифрова камера сприймає видиме випромінювання, тоді як більшість тепловізорів працюють у діапазоні довжин 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 товщина людського волосся. Багато тисяч мікроболометрів представляють пікселі детектора і становлять матрицю, в якій кожен із цих крихітних елементів змінює свій електричний опір залежно 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, то чіткішим і детальнішим буде зображення, яке Ви побачите. Іншими словами, йдеться про роздільну здатність детектора.

Роздільна здатність FPA є ключовим показником ефективності, який безпосередньо відображає, наскільки далеко і чітко Ви зможете бачити за допомогою свого тепловізійного приладу. Типові значення роздільної здатності 320x240, 384x288 та 640x480. Нижче наведено порівняння ефективності термодетектора з різними показниками.

Порівняйте самі!

blog
640x480
 
blog
160x120

* Дешеві тепловізори з низькою роздільною здатністю укомплектовані низькоякісною оптикою та такими ж низькоякісними FPA, що призводить до зниження чутливості приладу та його загальної ефективності.

blog
 
 
blog
 

blogВисновок.

Роздільна здатність FPA має істотний вплив на ціну тепловізора. Очевидно, що моделі з високою роздільною здатністю забезпечують виняткову ефективність і високу якість зображення, але коштують вони значно дорожче, ніж моделі з нижчою роздільною здатністю. Вибирайте роздільну здатність FPA залежно від середовища, де буде використовуватися теплова одиниця, операційної відстані та 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 про покупку пристрою.

Отже, які параметри безпосередньо відповідають за якість зображення? їх чотири: число діафрагми об'єктива, роздільна здатність FPA, дисплей з оптимальною роздільною здатністю 800x600 пікселів і не в останню чергу термочутливість.

Термочутливість – це здатність теплового пристрою розрізняти перепади температур. Вона виявляється у мК - мілікельвінах (одна тисячна Кельвіна).

Його низьке чисельне значення (мК) вказує на високу чутливість, оскільки пристрій може розпізнати навіть невеликі відмінності в температурі. Типове значення чутливості FPA становить 50тК, тобто це означає, що детектор може розрізняти об'єкти, якщо різниця в температурах їх поверхонь становить 50тК або більше, наприклад, 11,5°С і 12°С. Тут спеціально зазначено «чутливість FPA», а не загальна чутливість. Пам'ятаєте, ми говорили про зв'язок між числом діафрагми передньої лінзи та чутливістю?

 

Загальна чутливість насправді є добутком чутливості FPA та числа діафрагми об'єктива:

Загальна чутливість = Чутливість детектора * Число діафрагми об'єктива

Деякі виробники тепловізійних приладів можуть приховувати загальну чутливість своїх систем, звертаючи увагу лише на високу чутливість їх детекторів, і спеціально не розкривають кількість діафрагми передніх лінз, якими оснащені пристрої.

Уявіть собі, що у вас є тепловізійний пристрій з чутливістю детектора 50тК і числом діафрагми об'єктива F/1,4, в такому випадку чутливість роботи пристрою в цілому становитиме 50x1.4 = 70тК. Результат означає, що теплове зображення буде на 40% менш різким та чітким, ніж з об'єктивом F/1,0. Таким чином, навіть пристрій з дуже чутливим тепловим детектором даватиме погані результати, якщо він супроводжується низькою якістю оптики.

 

 

blogВисновок.

Завжди дізнавайтеся про чутливість FPA та кількість діафрагми. Це єдиний спосіб оцінити, наскільки пристрій є дійсно ефективним.

Теплові детектори можуть бути надзвичайно чутливими, проте в реальних умовах це нічого не означає, якщо пристрій працює в парі з системою лінз низької якості.

 

 

Частота оновлення

Ефективність тепловізійної системи визначає ще один параметр: частота оновлення. Вона виявляється у герцах (або кадрах на секунду, FPS) і показує, скільки разів відео оновлюється за одну секунду. Така сама концепція застосовується до вашого домашнього телевізора або екрана комп'ютера.

Теплові детектори з частотою оновлення 25-30 Гц і вище забезпечують чудову реакцію, «плавне» та «живе» відео без будь-яких затримок. Це особливо важливо для успішного спостереження і виявлення будь-яких об'єктів, що рухаються. Детектори з нижчою частотою оновлення транслюють відео повільнішими темпами, що призводить до «рваної» передачі відео, що багатьом людям може здатися незручним, що вводить в оману або навіть неможливим для перегляду. Коли йдеться про ціну тепловізора, частота оновлення FPA не має жодного впливу.

 

Тепловізор із частотою оновлення 60Гц забезпечує відеозображення у 8 разів більш плавне, ніж прилад із частотою 7,5Гц.

blog

Тому вибирайте тепловізійний прилад із максимально можливою частотою оновлення. При цьому майте на увазі, що деякі тепловізори з частотою оновлення більше 9Гц буває суворо заборонено експортувати через експортні обмеження. Завжди уточнюйте у продавця детальну інформацію щодо експорту.

 

blogВисновок.

Тепер Ви бачите, що ефективність тепловізора лежить на трьох китах: роздільній здатності FPA, загальної чутливості та частоті оновлення.

 

Чорно-білі чи кольорові?

Є дві основні групи тепловізійних систем, доступних на ринку сьогодні: прилади, що передають просте чорно-біле (ч/б) зображення та такі, що передають кольорове зображення.

Вибір людей в основному залежить від середовища та сфери застосування приладу в залежності від того, чи буде він використовуватися для пошуку витоків тепла в будинках, дальнього виявлення, або, можливо, для будь-яких розважальних заходів.

Для відображення зміни сигналу кольорові тепловізійні прилади використовують зміни кольору, а не зміни в інтенсивності, як чорно-білі прилади. Люди мають набагато більший динамічний діапазон визначення інтенсивності кольору в цілому, через що чорно-білі зображення простіше та швидше обробляються мозком.

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:

  • Стрільби / полювання
  • Розвідки
  • Прикордонного контролю
  • Пошукових та рятувальних операцій
  • Оцінки витоку тепла
  • Пожежних операцій
  • Виявлення проблем на лініях електропередач

 

 

Крім того, палітра кольорів 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 чи дуже чітко – вони краще працюють лише на малих відстанях. Це робиться з метою заманити клієнтів, оскільки вони справляють чудове враження на презентаціях у магазинах чи в Інтернеті. Тим не менш, у реальних умовах на великих відстанях людському оку стає все важче зосередитись на кольорових контрастних об'єктах.

blogВисновок.

Хоча на перший погляд кольорові тепловізори можуть виглядати привабливо, вибір між чорно-білим та кольоровим тепловізійним приладом має бути заснований виключно на діапазоні застосування.

Професійні військові та співробітники органів правопорядку впевнено віддають перевагу чорно-білому зображенню, а пожежні та домашні інспектори обирають кольорові системи.

 

Ручне регулювання посилення

Уявіть собі, що Ви йдете лісом рано вранці, якраз перед сходом сонця.

Прохолодне повітря огортає дерева, кущі та землю так, що середовище має рівномірну температуру. Ще досить темно, тому Ви вирішили пересуватися за допомогою 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 контрастних об'єктів за температурою (дуже гарячі і дуже холодні), тут Вам необхідно зменшити чутливість FPA, щоб вирівняти зображення і досягти кращого сприйняття картинки.

Ці два прості приклади свідчать про необхідність тепловізора мати можливість вручну керувати FPA посиленням.

* Зверніть увагу, що ручне регулювання посилення в тепловізійних приладах не треба плутати з ручним регулюванням посилення в приладах нічного бачення: це дві різні функції

Порівняйте самі!

blog
Низьке посилення FPA
 
blog
Високе посилення FPA

blogВисновок.

Ручне регулювання посилення дозволяє Вам бути гнучкими в оптимізації ефективності роботи приладу залежно від умов довкілля. В даний час у багатьох тепловізорах ця функція входить до стандартної комплектації. Вибирайте ту модель, яка оснащена ручним регулюванням посилення, тому що Ви ніколи не знаєте, коли Ви потребуватимете цього.

 

Виявлення, Розпізнавання, Ідентифікація (ВРІ)

Вгадайте, яке питання найчастіше ставлять 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 є 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, людина в цивільному або чотирьох дверний седан ).

Фактори, що впливають на ці три характеристики відстані, поділяються на дві групи: внутрішні та зовнішні.

 

Внутрішні фактори

Зовнішні фактори

  • Чутливість детектора
  • Фокусна відстань об'єктива
  • Роздільна здатність FPA
  • Роздільна здатність екрану
  • Тип екрану (OLED, LCD ...)
  • Розмір об'єкту
  • Умови зовнішнього середовища
  • Погодні умови
  • Різниця в температурі між об'єктом та тлом

 

Порівняйте самі!

blog
Виявлення: Ви бачите, що там є щось
 
blog
Розпізнавання: Ви можете сказати, що це птах
 
blog
Ідентифікація: Ви можете визначити, що це гусак

blogВисновок.

Значення ВРІ, наведені у специфікації приладу, є максимальними значеннями, а іноді вони штучно (або помилково) завищені з метою привернути Вашу увагу. Завжди порівнюйте принаймні 3-4 аналогічні продукти та майте на увазі фактори, що впливають на відстані ВРІ.

 

<< Попередня сторінка     Наступна сторінка >>

 

icon_callback icon_teleg icon_viber