Radiația infraroșie este cauzată de fluctuațiile sarcinilor electrice care alcătuiesc orice substanță care alcătuiește obiectele de natură animată și neînsuflețită, și anume electroni și ioni. Vibrațiile ionilor care alcătuiesc substanța corespund radiațiilor de joasă frecvență (radiații infraroșii) datorită masei semnificative a sarcinilor oscilante. Radiația rezultată din mișcarea electronilor poate avea și o frecvență înaltă, care creează radiații în regiunile vizibile și ultraviolete ale spectrului.

Electronii fac parte din atomi și sunt ținuți în apropierea poziției lor de echilibru (ca parte a moleculelor sau a rețelei cristaline) de forțe interne semnificative. Puși ​​în mișcare, experimentează frânări neregulate, iar radiația lor capătă caracter de impulsuri, adică. Se caracterizează printr-un spectru de lungimi de undă diferite, printre care se numără unde de joasă frecvență și anume radiația infraroșie.

Radiația infraroșie este radiația electromagnetică care ocupă regiunea spectrală dintre capătul regiunii roșii a luminii vizibile (cu o lungime de undă (λ) egală cu 0,74 μm și emisie radio cu microunde cu o lungime de undă de 1 ... 2 mm.

În domeniul infraroșu, există zone în care radiația infraroșie este absorbită intens de atmosferă datorită prezenței dioxidului de carbon, a ozonului și a vaporilor de apă în ea.

În același timp, există așa-numitele „ferestre de transparență” (gama de lungimi de undă ale radiației optice în care există o absorbție mai mică a radiației IR de către mediu în comparație cu alte intervale). Multe sisteme cu infraroșu (inclusiv unele dispozitive de vedere pe timp de noapte și camere termice) sunt eficiente tocmai datorită existenței unor astfel de „ferestre de transparență”. Iată câteva intervale (lungimile de undă sunt date în micrometri): 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.

Perturbațiile atmosferice (ceață, ceață, precum și opacitatea atmosferei din cauza fumului, smogului etc.) afectează radiația infraroșie în moduri diferite în părți diferite spectru, dar odată cu creșterea lungimii de undă, influența acestor interferențe scade. Acest lucru se datorează faptului că lungimea de undă devine comparabilă cu dimensiunea picăturilor de ceață și a particulelor de praf, astfel încât radiația care se propagă este împrăștiată într-o măsură mai mică de obstacole și le înconjoară datorită difracției. De exemplu, în regiunea spectrală de 8...13 µm, ceața nu creează interferențe serioase cu propagarea radiației.

Orice corp încălzit emite un flux de radiații infraroșii, adică radiații optice cu o lungime de undă care este mai mare decât lungimea de undă a radiației vizibile, dar mai mică decât lungimea de undă a radiației cu microunde.

Exemplu. Temperatura corpului uman este de 36,6°С, radiația sa spectrală este în intervalul 6...21 µm, o bară de metal încălzită la 300°С emite în intervalul de unde de la 2 la 6 µm. În același timp, o spirală dintr-un filament de wolfram încălzit la o temperatură de 2400°C are o emisie de 0,2...

1. microni, afectând astfel regiunea vizibilă a spectrului, care se manifestă ca o strălucire strălucitoare.

Sfere de aplicare civilă a imaginilor termice

Dispozitivele de termoviziune de uz civil sunt împărțite condiționat în două grupe mari - dispozitive de observare și dispozitive de măsurare. Primul include echipamente pentru sistemele de securitate și securitate la incendiu, sisteme de termoviziune pentru securitatea transporturilor, aparate și obiective de termoviziune de vânătoare, termoviziere utilizate în criminalistică etc. Termofotografiile de măsurare sunt utilizate în medicină, energie, inginerie mecanică și activități științifice.

Cateva exemple. Potrivit unor statistici corecte pentru majoritatea regiunilor cu o rețea de transport dezvoltată, mai mult de jumătate din accidentele mortale au loc noaptea, în timp ce majoritateașoferii folosesc mașina în timpul zilei. Nu întâmplător în anul trecut practica dotarea mașinilor cu o cameră termică devine obișnuită, difuzând o imagine de temperatură a situației rutiere din fața mașinii către un afișaj situat în habitaclu. Astfel, termocamera completează percepția șoferului, care este imperfectă din multe motive (întuneric, ceață, faruri care se apropie) pe timp de noapte. În același mod, camerele termice sunt folosite în CCTV în paralel cu camerele de noapte. camere digitale(sistem hibrid de supraveghere video), care oferă o imagine mult mai completă a naturii și comportamentului obiectelor din cadru. Ministerul Situațiilor de Urgență folosește camere termice în caz de incendiu - în condiții de fum în cameră, termocamera ajută la depistarea persoanelor și a surselor de ardere. Studiul cablajului electric vă permite să detectați un defect de conectare. Scanarea termică a zonelor forestiere din aer ajută la determinarea sursei incendiului.

În cele din urmă, camerele termice portabile sunt utilizate cu succes în vânătoare (detecția animalelor, căutarea eficientă a animalelor rănite fără câine), atunci când se efectuează numărări cantitative de animale etc. În viitor, vor fi luate în considerare camerele termice din grupul de dispozitive de observare, în principal pentru vânătoare.

Principiul de funcționare al camerei termice

În practica ingineriei, există concepte de obiect și fundal. Obiectul este de obicei obiecte care trebuie detectate și luate în considerare (o persoană, vehicule, animale etc.), fundalul este tot ce nu este ocupat de obiectul de observație, spațiul din câmpul vizual al dispozitivului (pădure, iarbă, clădiri etc.)

Funcționarea tuturor sistemelor de termoviziune se bazează pe fixarea diferenței de temperatură a perechii „obiect/fond” și pe transformarea informațiilor primite într-o imagine vizibilă pentru ochi. Datorită faptului că toate corpurile din jur sunt încălzite neuniform, se formează o anumită imagine a distribuției radiației infraroșii. Și cu cât diferența de intensitate a radiației infraroșii a corpurilor obiectului și a fundalului este mai mare, cu atât imaginea primită de camera termică va fi mai distinsă, adică contrastul. Dispozitivele moderne de termoviziune sunt capabile să detecteze un contrast de temperatură de 0,015 ... 0,07 grade.

În timp ce marea majoritate a dispozitivelor de vedere pe timp de noapte bazate pe tuburi intensificatoare de imagine (ICT) sau matrice CMOS / CCD captează radiația infraroșie cu o lungime de undă în intervalul de 0,78 ... 1 μm, care este doar puțin mai mare decât sensibilitatea ochiul uman, domeniul principal de funcționare al echipamentelor de termoviziune este de 3 ... 5,5 microni (infraroșu cu undă medie sau MWIR) și 8 ... 14 microni (infraroșu cu undă lungă sau LWIR). Aici straturile de suprafață ale atmosferei sunt transparente la radiația infraroșie, iar emisivitatea obiectelor observate cu temperaturi de la -50 la +50ºС este maximă.

O cameră termică este un dispozitiv electronic de observare care construiește o imagine a diferenței de temperatură în regiunea observată a spațiului. Baza oricărui aparat de termoviziune este o matrice bolometrică (senzor), fiecare element (pixel) al cărei măsurătoare măsoară temperatura cu mare precizie.

Avantajul camerelor termice este că nu necesită surse externe iluminare - senzorul camerei termice este sensibil la autoradierea obiectelor. Ca rezultat, camerele termice funcționează la fel de bine zi și noapte, inclusiv în întuneric absolut. După cum s-a menționat mai sus, condițiile meteorologice nefavorabile (ceață, ploaie) nu creează interferențe insurmontabile cu un dispozitiv de termoviziune, făcând, în același timp, dispozitivele obișnuite de noapte complet inutile.

Simplist, principiul de funcționare al tuturor camerelor termice este descris de următorul algoritm:

• Lentila camerei termice formează pe senzor o hartă a temperaturii (sau o hartă a diferenței de putere a radiației) a întregii zone observate în câmpul vizual
• Microprocesor și altele componente electronice structurile citesc datele din matrice, le procesează și formează o imagine pe afișajul dispozitivului, care este o interpretare vizuală a acestor date, care este vizualizată direct sau prin ocular de către observator.

Spre deosebire de dispozitivele de vedere pe timp de noapte bazate pe tuburi intensificatoare de imagine (să le numim analogice), termovizoarele, precum și dispozitivele digitale de vedere pe timp de noapte, fac posibilă implementarea unui număr mare de setarile utilizatorului si functii. De exemplu, reglarea luminozității, contrastul imaginii, schimbarea culorii imaginii, introducerea diverselor informații în câmpul vizual (ora curentă, indicația bateriei descărcate, pictogramele modurilor activate etc.), zoom digital suplimentar, „ funcția imagine în imagine” (permite într-o mică „fereastră” separată să afișeze în câmpul vizual o imagine suplimentară a întregului obiect sau a unei părți a acestuia, inclusiv a uneia mărite), oprirea temporară a afișajului (pentru a economisi energie și masca observatorul prin eliminarea strălucirii afișajului de lucru).

Pentru a fixa imaginea obiectelor observate, videorecorderele pot fi integrate în camerele termice. Puteți implementa funcții precum transmisia fără fir (canal radio, WI-FI) a informațiilor (foto, video) către receptoare externe sau controlul de la distanță al dispozitivului (de exemplu, de pe dispozitive mobile), integrarea cu telemetru laser (cu introducere de informații). de la telemetru în câmpul vizual al dispozitivului), senzori GPS (posibilitatea de a fixa coordonatele obiectului de observație), etc.

Obiectivele de imagine termică au, de asemenea, o serie de caracteristici distinctive în raport cu obiectivele de noapte „analogice” pentru vânătoare. Marca de țintire din ele este de obicei „digitală”, adică. imaginea marcajului în timpul procesării semnalului video este suprapusă peste imaginea observată pe afișaj și se mișcă electronic, ceea ce face posibilă excluderea din sfera de aplicare a componentelor mecanice pentru introducerea corecțiilor care fac parte din obiectivele optice de noapte sau de zi. și necesită o mare precizie în fabricarea pieselor și asamblarea acestor componente. În plus, acest lucru elimină un astfel de efect precum paralaxa, deoarece. imaginea obiectului de observație și imaginea reticulului sunt în același plan - planul afișajului.

În lunerile digitale și termice, stocarea unui număr mare de reticule de țintire cu diferite configurații și culori poate fi implementată în memorie, o repunere la zero convenabilă și rapidă folosind funcția „ochire cu o singură lovitură” sau „reducere la zero în modul Freeze”, intrare automată corecții la modificarea distanței de tragere, memorarea coordonatelor de zero pentru mai multe arme, indicarea înclinării (obstrucției) vederii și multe altele.

Dispozitiv de termoviziune.

Obiectiv. Cel mai comun, dar nu singurul material pentru fabricarea lentilelor pentru dispozitive de termoviziune este germaniul monocristal. Mai mult-mai puțin, debituluiîn gamele MWIR și LWIR au și safirul, seleniura de zinc, siliciul și polietilena. Ochelarii de calcogenă sunt, de asemenea, folosiți pentru fabricarea lentilelor pentru dispozitivele de termoviziune.

Germaniul optic are o capacitate mare de transmisie și, în consecință, un coeficient de absorbție scăzut în intervalul 2…15 µm. Merită să ne amintim că acest interval captează două „ferestre de transparență” atmosferice (3…5 și 8…12 µm). Majoritatea senzorilor utilizați în dispozitivele de termoviziune civile funcționează în același interval.

Germaniul este un material scump, așa că încearcă să facă sisteme optice cantitate minima componente de germaniu. Uneori, oglinzile cu suprafețe sferice sau asferice sunt folosite pentru a reduce costul proiectării lentilelor. Pentru a proteja suprafețele optice exterioare de influențele externe, se utilizează o acoperire pe bază de carbon asemănător diamantului (DLC) sau analogi.

Sticla optică clasică nu este utilizată pentru fabricarea de lentile pentru dispozitive de termoviziune, deoarece nu are o lățime de bandă la o lungime de undă mai mare de 4 microni.

Designul lentilei și parametrii săi au un impact semnificativ asupra capacităților unui anumit dispozitiv de imagistică termică. Asa de, distanta focala a obiectivului afectează direct mărirea dispozitivului (cu cât focalizarea este mai mare, cu atât este mai mare, ceteris paribus, mărirea), câmpul vizual (scade cu creșterea focalizării) și intervalul de observare. Diafragma relativă a obiectivului, calculat ca raportul dintre diametrul lentilei și focalizarea, caracterizează cantitatea relativă de energie care poate trece prin lentilă. Indicele de deschidere relativ afectează sensibilitatea, precum și rezoluția temperaturii dispozitivului de termoviziune.

Efectele vizuale precum vignetarea și efectul Narcis se datorează, de asemenea, designului lentilelor și sunt comune tuturor dispozitivelor de termoviziune într-o oarecare măsură.

Senzor. Elementul fotosensibil al unui dispozitiv de imagistică termică este o matrice bidimensională cu mai multe elemente de fotodetectoare (FPA) realizată pe baza diferitelor materiale semiconductoare. Există destul de multe tehnologii pentru producerea de elemente sensibile la infraroșu, cu toate acestea, în dispozitivele civile de termoviziune, se poate remarca superioritatea covârșitoare a bolometrelor (microbolometre).

Microbolometrul este un receptor de energie IR, a cărui acțiune se bazează pe o modificare a conductivității electrice a elementului sensibil atunci când este încălzit datorită absorbției radiației. Microbolometrele sunt împărțite în două subclase, în funcție de utilizarea materialului sensibil la IR, oxid de vanadiu (VOx) sau siliciu amorf (α-Si).

Materialul sensibil absoarbe radiația infraroșie, drept urmare, conform legii conservării energiei, zona sensibilă a pixelului (fotodetector unic din matrice) a microbolometrului se încălzește. Conductivitatea electrică internă a materialului se modifică, iar aceste modificări sunt înregistrate. Rezultatul final este o vizualizare monocromă sau color a imaginii temperaturii pe afișajul dispozitivului. Trebuie remarcat faptul că culoarea în care este afișat modelul de temperatură pe afișaj depinde în întregime de funcționarea părții software a dispozitivului de termoviziune.

Pe imagine: matrice microbolometrică Ulis (senzor)

Producerea de matrici microbolometrice este un proces intensiv, de înaltă tehnologie și costisitor. Există doar câteva companii și țări în lume care își permit să mențină o astfel de producție.

Producătorii de senzori de imagine termică (microbolometre), în documentele lor care reglementează calitatea senzorilor, permit prezența pe senzor atât a pixelilor individuali, cât și a grupurilor lor (clustere) care au abateri în semnalul de ieșire în timpul funcționării normale - așa-numitul " pixeli morți” sau „spărți” . Pixelii „rupți” sunt comuni pentru senzorii de la orice producător. Prezența lor se explică prin diverse abateri care pot apărea în timpul fabricării unui microbolometru, precum și prezența impurităților străine în materialele din care sunt fabricate elementele sensibile. În timpul funcționării unui dispozitiv de imagistică termică, temperatura intrinsecă a pixelilor crește, iar pixelii care sunt instabili la creșterea temperaturii („spărți”) încep să producă un semnal care poate diferi de mai multe ori de semnalul pixelilor care funcționează corect. Pe afișajul unui dispozitiv de termoviziune, astfel de pixeli pot apărea ca puncte albe sau negre (în cazul pixelilor individuali) sau pete de diferite configurații, dimensiuni (în cazul clusterelor) și luminozitate (foarte luminoase sau foarte întunecate). Prezența unor astfel de pixeli nu afectează în niciun fel durabilitatea senzorului și nu este un motiv pentru deteriorarea parametrilor acestuia, deoarece este utilizat în viitor. De fapt, acesta este doar un defect „cosmetic” al imaginii.

Producătorii de camere termice utilizează diverși algoritmi software pentru procesarea semnalului de la pixeli defecte pentru a minimiza impactul acestora asupra calității și vizibilității imaginii. Esența procesării este înlocuirea semnalului de la un pixel defect cu un semnal de la un pixel învecinat (cel mai apropiat) funcțional normal sau un semnal mediu de la mai mulți pixeli vecini. Ca urmare a unei astfel de procesări, pixelii defecte, de regulă, devin aproape invizibili în imagine.

La anumite condiții observație, este încă posibil să se vadă prezența pixelilor defecte corectați (în special clustere), de exemplu, atunci când granița dintre obiectele calde și reci intră în câmpul vizual al unui dispozitiv de termoviziune și, în acest fel, când această limită exact se încadrează între un grup de pixeli defecte și pixeli care funcționează în mod normal. Când aceste condiții coincid, grupul de pixeli defecte este văzut ca o pată care strălucește în culori albe și închise și, mai ales, seamănă cu o picătură de lichid din imagine. Este important de menționat că prezența unui astfel de efect nu este un semn al unui dispozitiv de termoviziune defect.

Bloc de prelucrare electronică.În mod obișnuit, o unitate de procesare electronică constă din una sau mai multe plăci (în funcție de aspectul instrumentului), pe care sunt amplasate microcircuite specializate care procesează semnalul citit de la senzor și apoi transmit semnalul către afișaj, unde o imagine a distribuției temperaturii. din zona observată se formează. Principalele comenzi ale dispozitivului sunt amplasate pe plăci și este implementat și circuitul de alimentare, atât pentru dispozitivul în ansamblu, cât și pentru circuitele individuale ale circuitului.

Microdisplay și ocular. Datorită faptului că majoritatea aparatelor de termoviziune de vânătoare folosesc microdisplay-uri, pentru a observa imaginea se folosește un ocular, care funcționează ca o lupă și vă permite să vizualizați confortabil imaginea cu mărire.

Cele mai utilizate afișaje cu cristale lichide (LCD) sunt transmisive (partea din spate a afișajului este iluminată de o sursă de lumină) sau afișajele OLED (când sunt transmise). curent electric materialul de afișare începe să emită lumină).

Utilizarea afișajelor OLED are o serie de avantaje: capacitatea de a opera dispozitivul la temperaturi mai scăzute, luminozitate și contrast mai ridicate ale imaginii, un design mai simplu și mai fiabil (nu există nicio sursă pentru iluminarea de fundal a afișajului, ca în ecranele LCD). În plus față de afișajele LCD și OLED, pot fi utilizate microdisplay-urile LCOS (Liquid Crystal on Silicone), care sunt un tip de afișaje cu cristale lichide de tip reflectorizant.

PARAMETRI PRINCIPALI AI DISPOZITIVELOR DE IMAGINE TERMICĂ

CREȘTE.Caracteristica arata de cate ori imaginea obiectului observat in aparat este mai mare in comparatie cu observarea obiectului cu ochiul liber. Unitate de măsură - multiplă (desemnare„x”, de exemplu, „2x” - „de două ori”).

Pentru dispozitivele de termoviziune, măririle tipice sunt între 1x și 5x, așa cum Sarcina principală a dispozitivelor de noapte este să detecteze și să recunoască obiectele în condiții de lumină scăzută și vreme nefavorabilă. O creștere a măririi dispozitivelor de imagistică termică duce la o scădere semnificativă a deschiderii totale a dispozitivului, drept urmare imaginea obiectului va fi mai puțin contrastantă față de fundal decât într-un dispozitiv similar cu o mărire mai mică. Scăderea raportului de deschidere odată cu creșterea măririi poate fi compensată printr-o creștere a diametrului luminii lentilei, dar aceasta, la rândul său, va duce la o creștere a dimensiunile per totalși greutatea dispozitivului, complexitatea opticii, care reduce capacitatea generală de utilizare a dispozitivelor portabile și crește semnificativ prețul unui dispozitiv de termoviziune. Acest lucru este deosebit de important pentru lunete, deoarece utilizatorii trebuie să țină în plus arma în mâini. La o mărire mare, este, de asemenea, dificil să găsiți și să urmăriți obiectul de observație, mai ales dacă obiectul este în mișcare, deoarece odată cu creșterea măririi, câmpul vizual scade.

Mărirea este determinată de distanțele focale ale obiectivului și ale ocularului, precum și de factorul de zoom (K), egal cu raportul dimensiunilor fizice (diagonalele) afișajului și senzorului:

Unde:

fdespre- distanta focala a obiectivului

fBine- distanta focala a ocularului

LCu- dimensiunea diagonalei senzorului

Ld- dimensiunea diagonalei afisajului.

DEPENDENȚE:

Cu cât distanța focală a obiectivului este mai mare, dimensiunea afișajului, cu atât mărire mai mare.

Cu cât distanța focală a ocularului este mai mare, dimensiunea senzorului, cu atât cresterea este mai mica.

LINIA DE VEDERE. Caracterizează dimensiunea spațiului care poate fi vizualizat simultan prin intermediul dispozitivului. De obicei, câmpul vizual în parametrii dispozitivelor este indicat în grade (unghiul câmpului vizual din figura de mai jos este indicat ca 2Ѡ) sau în metri pentru o anumită distanță (L) până la obiectul de observație (liniar câmpul vizual din figură este indicat ca A).

Câmpul vizual al dispozitivelor digitale de vedere pe timp de noapte și al dispozitivelor de termoviziune este determinat de focalizarea lentilei (fob) și de dimensiunea fizică a senzorului (B). De obicei, lățimea (dimensiunea orizontală) este luată ca dimensiune a senzorului atunci când se calculează câmpul vizual, ca urmare, se obține câmpul vizual unghiular orizontal:

Cunoscând dimensiunea senzorului pe verticală (înălțime) și pe diagonală, este posibil să se calculeze și câmpul vizual unghiular al dispozitivului pe verticală sau în diagonală.

Dependenta:

Cu cât dimensiunea senzorului este mai mare sau focalizarea obiectivului este mai mică, cu atâtmai mult câmp vizual.

Cu cât câmpul vizual al dispozitivului este mai mare, cu atât este mai confortabil să observați obiectele - nu este nevoie să mutați în mod constant dispozitivul pentru a vizualiza zona de interes.

Este important să înțelegeți că câmpul vizual este invers proporțional cu creșterea - pe măsură ce mărirea dispozitivului crește, câmpul său vizual scade. Acesta este, de asemenea, unul dintre motivele pentru care sistemele cu infraroșu (în special camerele termice) nu sunt produse cu o mărire mare. În același timp, trebuie să înțelegeți că odată cu creșterea câmpului vizual, distanța de detectare și recunoaștere va scădea.

RATA DE REîmprospătare a cadrului. Una dintre principalele caracteristici tehnice ale unui dispozitiv de termoviziune este rata de reîmprospătare a cadrului. Din punctul de vedere al utilizatorului, acesta este numărul de cadre afișat pe afișaj într-o secundă. Cu cât rata de reîmprospătare a cadrelor este mai mare, cu atât efectul de „lag” al imaginii generate de dispozitivul de termoviziune este mai puțin vizibil în raport cu scena reală. Deci, la observarea scenelor dinamice cu un dispozitiv cu o rată de reîmprospătare de 9 cadre pe secundă, imaginea poate părea neclară, iar mișcările obiectelor în mișcare pot fi întârziate, cu „smucituri”. În schimb, cu cât este mai mare rata de reîmprospătare a cadrelor, cu atât va fi mai lină afișarea scenelor dinamice.

PERMISIUNE. FACTORI CARE AFECTEAZĂ REZOLUȚIA.

Rezoluția este determinată de parametrii elementelor optice ale dispozitivului, senzor, afișaj, calitatea soluțiilor de circuit implementate în dispozitiv, precum și algoritmii de procesare a semnalului aplicați. Rezoluția unui dispozitiv de imagistică termică (rezoluția) este un indicator complex, ale cărui componente sunt temperatura și rezoluția spațială. Să luăm în considerare fiecare dintre aceste componente separat.

Rezoluția temperaturii(sensibilitate; diferență de temperatură minimă detectabilă) este raportul de limită dintre semnalul obiectului de observație și semnalul de fundal, ținând cont de zgomotul elementului sensibil (senzor) al camerei termice. Rezoluția la temperatură ridicată înseamnă că un dispozitiv de termoviziune va putea afișa un obiect cu o anumită temperatură pe un fundal cu o temperatură similară, iar cu cât diferența dintre temperaturile obiectului și fundal este mai mică, cu atât rezoluția temperaturii este mai mare.

Rezolutie spatiala caracterizează capacitatea dispozitivului de a afișa separat două puncte sau linii apropiate. ÎN specificatii tehnice dispozitiv, acest parametru poate fi scris ca „rezoluție”, „limită de rezoluție”, „rezoluție maximă”, care, în principiu, este aceeași.

Cel mai adesea, rezoluția dispozitivului caracterizează rezoluția spațială a microbolometrului, deoarece componentele optice ale dispozitivului au de obicei o marjă de rezoluție.

De regulă, rezoluția este indicată în linii (linii) pe milimetru, dar poate fi indicată și în unități unghiulare (secunde sau minute).

Cu cât este mai mare valoarea rezoluției în linii (linii) pe milimetru și cu cât este mai mică în termeni unghiulari, cu atât rezoluția este mai mare. Cu cât rezoluția dispozitivului este mai mare, cu atât imaginea este mai clară de către observator.

Pentru a măsura rezoluția camerelor termice, se utilizează un echipament special - un colimator, care creează o imagine de imitație a unui obiect special de testare - o lume termică întreruptă. Privind imaginea obiectului de testat prin intermediul dispozitivului, se apreciază rezoluția camerei termice - cu cât liniile lumilor pot fi văzute clar separat una de cealaltă, cu atât rezoluția dispozitivului este mai mare.

Imagine: Diverse opțiuni pentru lumea termică (vizualizare într-un dispozitiv de termoviziune)

Rezoluția instrumentului depinde de rezoluția obiectivului și a ocularului. Lentila formează o imagine a obiectului sub observație în planul senzorului, iar în cazul unei rezoluții insuficiente a lentilei, îmbunătățirea în continuare a rezoluției dispozitivului este imposibilă. În același mod, un ocular de calitate scăzută poate „strica” cea mai clară imagine formată de componentele instrumentului de pe afișaj.

Rezoluția dispozitivului depinde și de parametrii afișajului pe care se formează imaginea. Ca și în cazul senzorului, rezoluția afișajului (numărul de pixeli) și dimensiunea acestora sunt de o importanță decisivă. Densitatea pixelilor într-un afișaj este caracterizată de un astfel de indicator precum PPI (prescurtare de la engleză „pixels per inch”) - acesta este un indicator care indică numărul de pixeli pe inch de zonă.

În cazul transferului direct al imaginii (fără scalare) de la senzor la afișaj, rezoluțiile ambelor ar trebui să fie aceleași. În acest caz, este exclusă scăderea rezoluției dispozitivului (dacă rezoluția afișajului este mai mică decât rezoluția senzorului) sau utilizarea nejustificată a unui afișaj scump (dacă rezoluția afișajului este mai mare decât cea a senzorului).

Parametrii senzorului au o mare influență asupra rezoluției dispozitivului. În primul rând, aceasta este rezoluția bolometrului - numărul total de pixeli (indicat de obicei ca produs al pixelilor din linie și din coloană) și dimensiunea pixelilor. Aceste două criterii oferă scorul principal de rezoluție.

Dependenta:

Cu cât numărul de pixeli este mai mare și cu cât dimensiunea acestora este mai mică, cu atât este mai marerezoluţie.

Această afirmație este adevărată pentru aceeași dimensiune fizicăsenzori. Un senzor care are o densitate de pixeli pe unitate de suprafațămai mare, are o rezoluție mai mare.

Se pot folosi și dispozitive de termoviziune diverși algoritmi procesare utilă a semnalului care poate afecta rezoluția generală a dispozitivului. În primul rând, vorbim despre „zoom digital”, când imaginea formată de matrice este procesată digital și „transferată” pe afișaj cu o oarecare creștere. În acest caz, rezoluția generală a dispozitivului este redusă. Un efect similar poate fi observat la camerele digitale atunci când se utilizează funcția „zoom digital”.

Alături de factorii menționați mai sus, există câțiva alți factori care pot reduce rezoluția dispozitivului. În primul rând, acestea sunt diverse tipuri de „zgomot” care distorsionează semnalul util și, în cele din urmă, degradează calitatea imaginii. Poate fi distins următoarele tipuri zgomot:

Zgomot de semnal întunecat. Motivul principal pentru acest zgomot este emisia termoionică de electroni (emisia spontană de electroni ca urmare a încălzirii materialului senzorului). Cu cât temperatura este mai scăzută, cu atât semnalul întunecat este mai scăzut, de exemplu. mai puțin zgomot, pentru a elimina acest zgomot se utilizează un obturator (cort) și calibrarea microbolometrului.

Citiți Zgomot. Când semnalul acumulat în pixelul senzorului este scos de la senzor, convertit în tensiune și amplificat, în fiecare element apare un zgomot suplimentar, numit zgomot de citire. Pentru a combate zgomotul, sunt utilizați diverși algoritmi software de procesare a imaginilor, care sunt adesea numiți algoritmi de reducere a zgomotului.

Pe lângă zgomot, rezoluția poate fi redusă semnificativ prin interferențe din cauza erorilor în aspectul dispozitivului (poziția relativă plăci de circuite imprimateși firele de conectare, cablurile din interiorul dispozitivului) sau din cauza unor erori în rutarea plăcilor cu circuite imprimate (poziția relativă a pistelor conductoare, prezența și calitatea straturilor de ecranare). De asemenea, erorile în circuitul electric al dispozitivului, selecția incorectă a elementelor radio pentru implementarea diferitelor filtre, alimentarea în circuit a circuitelor electrice ale dispozitivului pot provoca, de asemenea, interferențe. Prin urmare, dezvoltarea circuitelor electrice, scris softwareîn procesarea semnalului, rutarea plăcilor sunt sarcini importante și complexe în proiectarea dispozitivelor de termoviziune.

DOMENIUL DE OBSERVAȚIE.

Gama de observare a unui obiect folosind un dispozitiv de termoviziune depinde de o combinație a unui număr mare de factori interni (parametrii senzorului, părțile optice și electronice ale dispozitivului) și de condiții externe (diverse caracteristici ale obiectului observat, fundal, puritatea atmosferei și așa mai departe).

Cea mai aplicabilă abordare a descrierii intervalului de observație este împărțirea acestuia în intervalele de detectare, recunoaștere și identificare, descrise în detaliu în diverse surse, conform regulilor definite de așa-numitul. criteriul Johnson, conform căruia intervalul de observare este direct legat de temperatura și rezoluția spațială a unui dispozitiv de termoviziune.

Pentru dezvoltare ulterioară Subiectul este necesar pentru a introduce conceptul de dimensiune critică a obiectului de observație. Dimensiunea critică este considerată a fi dimensiunea de-a lungul căreia este analizată imaginea obiectului pentru a identifica caracteristicile sale geometrice caracteristice. Adesea, dimensiunea minimă vizibilă a obiectului de-a lungul căruia se efectuează analiza este luată drept cea critică. De exemplu, pentru un mistreț sau un căprior, înălțimea corpului poate fi considerată o dimensiune critică, pentru o persoană - înălțime.

Intervalul la care dimensiunea critică a unui anumit obiect de observație se încadrează în 2 sau mai mulți pixeli ai senzorului de termoviziune este considerat a fi raza de detectare. Faptul de detectare arată pur și simplu prezența acestui obiect la o anumită distanță, dar nu oferă o idee despre caracteristicile sale (nu vă permite să spuneți ce fel de obiect este).

Fapt recunoaştere obiect, capacitatea de a determina tipul de obiect este recunoscută. Aceasta înseamnă că observatorul este capabil să distingă ceea ce observă în acest moment - o persoană, un animal, o mașină și așa mai departe. Este în general acceptat că recunoașterea este posibilă cu condiția ca dimensiunea critică a obiectului să se potrivească cu cel puțin 6 pixeli ai senzorului.

Din punct de vedere al aplicației de vânătoare, cea mai mare utilitate practică este domeniul de identificare. Prin identificare se înțelege că observatorul este capabil să evalueze nu numai tipul de obiect, ci și să înțeleagă trăsăturile sale caracteristice (de exemplu, un mistreț mascul de 1,2 m lungime și 0,7 m înălțime). Pentru a îndeplini această condiție, este necesar ca dimensiunea critică a obiectului să fie acoperită de cel puțin 12 pixeli ai senzorului.

Este important de inteles ca in toate aceste cazuri vorbim de o probabilitate de 50% de a detecta, recunoaste sau identifica un obiect de un anumit nivel. Cu cât se suprapun mai mulți pixeli dimensiunea critică a unui obiect, cu atât este mai mare probabilitatea de detectare, recunoaștere sau identificare.

EXIT PUPILE REMODER- aceasta este distanța de la suprafața exterioară a ultimei lentile a ocularului până la planul pupilei ochiului observatorului, la care imaginea observată va fi cea mai optimă (câmp vizual maxim, distorsiune minimă). Acest parametru este cel mai important pentru obiectivele turistice, în care îndepărtarea pupilei de ieșire ar trebui să fie de cel puțin 50 mm (optim - 80-100 mm). O îndepărtare atât de mare a pupilei de ieșire este necesară pentru a preveni rănirea trăgătorului de către ocularul ochiului în timpul reculului. De regulă, pentru dispozitivele de vedere pe timp de noapte și camerele termice, distanța pupilei de ieșire este egală cu lungimea ocularului, care este necesară pentru a masca strălucirea afișajului pe timp de noapte.

CALIBRAREA SENSORULUI DE VIZIUNE TERMICA

Calibrarea unui dispozitiv de termoviziune este împărțită în calibrarea din fabrică și calibrarea utilizatorului. Proces de fabricație dispozitivele de termoviziune pe senzori nerăciți asigură calibrarea din fabrică a dispozitivului (pereche „lentila - senzor”) folosind echipamente speciale.

Vă puteți familiariza cu noile modele de camere termice PULSAR și puteți face o alegere informată.

Alegerea unei camere termice se reduce adesea la alegerea rezoluției senzorului și distanta focala obiectiv pentru a obține una sau alta rază de detectare a țintei. De exemplu, în cerinte tehnice indica: o camera termica cu o rezolutie de 640x480 pixeli si un obiectiv de 100 mm.

Să luăm în considerare situația reală a alegerii unei camere termice, când toți senzorii propuși au rezoluția necesară de 640x480 pixeli bazată pe tehnologia siliciului amorf (aSi), un pas al pixelilor de 17 μm și o sensibilitate termică (NETD) de 50 mK - acești parametri sunt tipici pentru microbolometrele moderne cu lungime de undă lungă. De asemenea, toate obiectivele propuse au o lungime focală de 100 mm, dar diferă prin deschiderea relativă F. Parametrii obiectivelor sunt următorii:

Luând în considerare parametrii indicați de deschidere și transmisie a luminii în domeniul IR (de la 8 la 12 microni), puteți calcula câte procente din lumină va trece prin lentilă:

Iluminare pe matrice cu o lentilă F1.6 și transmisie a luminii 88% = (1 / 1.6) 2 x 0.88 = 34%

Iluminare pe matrice cu o lentilă F1.4 și 88% transmisie a luminii = (1 / 1.4) 2 x 0.88 = 49%

Iluminare pe matrice cu o lentilă F1.2 și transmisie a luminii 88% = (1/1.2) 2 x 0.88 = 61%

În consecință, se poate demonstra că sensibilitatea termică a sistemului de termoviziune + obiectiv se va schimba de la pașaport 50 mK la

	Transmisia luminii IR	sisteme NETD
Lentila 1	34%	147 mK
Lentila 2	49%	102 mK
Lentila 3	61%	82 mK

Astfel, sensibilitatea pașaportului unei camere termice de 50 mK depinde în mare măsură de transmisia luminii a lentilei, iar în exemplul nostru, este de 82 mK în cel mai bun caz (lentila 3) și în cel mai rău caz de 147 mK (lentila 1). Adică, ca urmare, camera termică nu va putea „vedea diferența de temperatură” de 0,05 grade, ci doar 0,08 ~ 0,15 grade, ceea ce pare a fi, de asemenea, foarte bun.

Cum va afecta acest lucru rezultatul observației? Dacă contrastele de temperatură sunt mari, iar obiectul observat diferă semnificativ de fundal în temperatură, atunci toate camerele vor arăta obiectul la fel de bine. Dar dacă situația devine mai complicată, rezultatele vor începe să difere. Sub complicația situației de observare, se poate înțelege: contrast termic scăzut între țintă și fundal, precipitații atmosferice.

Aspectul instalației asamblate pentru testare. Toate lentilele cu o distanță focală de 100 mm, dar cu un F diferit (de la lentilele stânga la dreapta): F1.2, F1.4, F1.6. Puteți vedea cum învelișurile reflectorizante/protectoare ale lentilelor diferă în funcție de culoarea reflexiei.

A fost nevoie de ceva timp pentru testare pentru a surprinde diferite condiții meteorologice și a fotografia în mod corespunzător.

Vedere a zonei de observare în spectrul vizibil. Ploaie. Imaginile au fost făcute pe vreme caldă uscată. Lentile 100 mm, respectiv F1.6 - F1.4 - F1.2.

Se poate observa că, în general, toate lentilele oferă o calitate suficientă a imaginii pentru observare. În același timp, obiectivul F1.4 nu oferă prea multă claritate în prim-plan. Cea mai detaliată imagine este cu obiectivul F1.2 - acest lucru se vede în detaliul firelor din fundal și în detaliile de pe acoperișul clădirii în prim-plan. În această situație, diferența dintre lentile nu este critică.

Când plouă imaginea se schimbă. Lentile 100 mm, F1.6 - F1.4 - F1.2:

Pe ploaie, există două efecte negative pentru observare în spectrul IR. În primul rând, ploaia creează un „obstacol” în calea luminii infraroșii, iar în al doilea rând, apa compară temperatura mediu inconjurator, reducând astfel contrastul termic.

Este posibil să observați următoarele:

• cu o deschidere relativă mai mică de F1.6, contrastul imaginii este redus semnificativ;
• obiectele cu contrast termic scăzut sunt slab distinse - stâlpi pe fundal aproape invizibil;
• vizual, imaginea de la F1.2 este mai înțeleasă de operator decât F1.6 sau F1.4.
• imaginea este mult mai proastă decât pe vreme senină.

Un alt unghi pe vreme uscată și însorită. Lentile 100 mm, F1.6 - F1.4 - F1.2 respectiv:

Există o ușoară diferență în imagine, dar în general aceasta nu afectează percepția și analiza imaginii termice.

Pentru a completa prezentarea diferenței dintre lentile, nu a existat suficient eșantionare în condiții de vreme diferită.

Cu toate acestea, este posibil să se facă urmatoarele concluzii:

• sensibilitatea (NETD) a unei camere termice este întotdeauna mai mică decât cea a unui microbolometru;
• suficiente contraste de temperatură oferă o imagine de înaltă calitate chiar și atunci când deschiderea relativă a obiectivului se schimbă de la F1.2 la F1.6;
• calitatea imaginii termice este redusă semnificativ în condiții meteorologice nefavorabile, în timp ce un obiectiv cu un raport mare de deschidere oferă încă cea mai buna poza comparativ cu o deschidere mai mică.

Lentila pentru imagini termice F50

Lentila de termoviziune F50 este obiectivul interschimbabil cu cea mai lungă rază de acțiune, proiectat pentru instalare pe monocluurile de termoviziune Pulsar Helion XP28 și Pulsar Helion XP38. Distanța focală de 50 mm oferă o posibilitate tehnică pentru observații confortabile la distanțe mari. Când utilizați acest obiectiv special, veți putea recunoaște o țintă de 1,7 metri înălțime (un căprior sau o persoană) la o distanță de 1800 de metri, ceea ce, în condiții de vizibilitate extrem de slabă, reprezintă un avantaj incontestabil față de ceilalți. instrumente optice.

Zoomul optic al camerei termice Pulsar Helion XP cu obiectivul F50 este de 2,5x, dar aplicând un zoom digital uniform în intervalul 2x-8x, puteți obține mărire maximă dispozitiv la nivelul de 20 de ori. Câmpul vizual la o distanță de 100 de metri este de 21 de metri. Utilizarea lentilelor interschimbabile pe un singur dispozitiv de termoviziune se extinde foarte mult funcţionalitate dispozitiv. Așadar, dacă trebuie să găsiți rapid un obiect termic pe o zonă mare la o distanță scurtă, este mai bine să utilizați o lentilă interschimbabilă cu focalizare scurtă, iar atunci când căutați ținte la o distanță considerabilă, obiectivul F50 va dezvălui toate farmecele. .

Atenţie! După schimbarea fizică a lentilei, pentru funcționarea corectă a camerei termice, trebuie să selectați valoarea corespunzătoare „50” în meniul dispozitivului. Acum monocularul dvs. de termoviziune va funcționa corect, imaginea obiectelor îndepărtate va fi de înaltă calitate.

Dezvoltarea, calculul și producerea de lentile în infraroșu (IR) pentru sistemele de termoviziune care funcționează în intervalele 3…5 și 8…12 µm, precum și pentru senzorii optici care funcționează în domeniul IR, reprezintă o activitate importantă a companiei. Compania proiectează și produce lentile cu infraroșu (IR) (inclusiv lentile termice), atât în ​​serie în design standard, cât și conform termeni de referinta client și, de asemenea, efectuează calculul și fabricarea altor ansambluri optice pentru tehnologia IR, inclusiv:

• lentile de termoviziune pentru camere termice nerăcite bazate pe matrici microbolometrice în intervalul de 8…12 µm. Acesta este cel mai comun tip de sistem, care se datorează intervalului spectral efectiv pentru transmiterea unei imagini termice, caracterului practic optim al receptoarelor cu matrice care nu necesită răcire și o diafragmă rece, precum și prețului relativ scăzut al unui astfel de dispozitiv. ;
• Lentile de termoviziune pentru camere termice răcite care funcționează în intervalul de 3…5 µm. Pe baza unor astfel de sisteme, sunt create camere termice cu o combinație crescută de cerințe pentru caracteristici și design. Acesta este cel mai complex tip de sisteme în infraroșu, dar în același timp are cele mai bune capacități de detectare și identificare a obiectelor de observație;
• Lentile IR pentru senzori cu un singur și mai multe elemente care funcționează în intervalele medii și apropiate IR, în principal 3...5 µm. De obicei, acestea sunt sisteme simple, care includ optică IR simplă și un senzor, a cărui sarcină principală este generarea semnalului și nu transmiterea imaginii.

Lentilele cu infraroșu sunt utilizate în sistemele de termoviziune din diferite clase:

• apărare (aparate termice portabile și staționare, obiective de termoviziune, stații de localizare optică, dispozitive de desemnare a țintelor și obiective ale echipamentelor terestre);
• tehnologice (dispozitive de control termic pentru scopuri tehnologice și de construcții, pirometre);
• pentru securitate (camere termice pentru control perimetral, granițe, sisteme de protecție împotriva incendiilor).

În funcție de sarcinile stabilite, dezvoltăm lentile infraroșu (IR) din toate clasele specificate, printre care se remarcă lentilele IR atermice. Optica IR pentru camerele termice de rază medie și lungă are propriile sale specificități, exprimate în caracteristicile caracteristicilor termooptice ale materialelor optice utilizate, cum ar fi monocristale de germaniu, siliciu, seleniră și sulfură de zinc policristalin, monocristale de fluoruri metalice . În cele mai multe cazuri, lentila IR conține lentile din germaniu, care are un coeficient de refracție de temperatură ridicat și neliniar. Având în vedere acest lucru, optica IR este predispusă la defocalizare cu schimbările de temperatură, iar o soluție la problemă este un design compensat termic care mută lentila sau grupul de lentile în raport cu receptorul în funcție de temperatură. Puține companii oferă lentile termice din cauza necesității de a dezvolta modele complexe utilizate adesea în condiții dure de încărcare mecanică și șoc. În conformitate cu termenii dumneavoastră de referință, vom calcula și dezvolta o lentilă IR atermică personalizată. Optica pentru camerele termice este proiectată și fabricată în diferite versiuni folosind acoperiri de protecție extra dure, versiunea OEM, cu un design ușor.