Termovízna šošovka F50

Termovízna šošovka F50 je vymeniteľná šošovka s najdlhším dosahom určená na inštaláciu na termovízne monokuláry Pulsar Helion XP28 a Pulsar Helion XP38. Ohnisková vzdialenosť 50 mm poskytuje technickú možnosť pre pohodlné pozorovanie na veľké vzdialenosti. Pri použití tohto konkrétneho objektívu rozoznáte cieľ vysoký 1,7 metra (jeleň alebo človek) na vzdialenosť 1800 metrov, čo je v podmienkach extrémne zlej viditeľnosti nesporná výhoda oproti iným optickým zariadeniam.

Optické zväčšenie termokamery Pulsar Helion XP s objektívom F50 je 2,5x, ale pomocou plynulého digitálneho zoomu v rozsahu 2x-8x dosiahnete maximálne zväčšenie prístroja na úrovni 20x. Zorné pole na vzdialenosť 100 metrov je 21 metrov. Použitie výmenných šošoviek na jednom termovíznom prístroji výrazne rozširuje funkčnosť prístroja. Ak teda potrebujete rýchlo nájsť tepelný objekt na veľkej ploche na krátku vzdialenosť, je lepšie použiť výmenný objektív s krátkym ohniskom a pri hľadaní cieľov na značnú vzdialenosť objektív F50 odhalí všetky kúzla. .

Pozor! Po fyzickej výmene šošovky je pre správnu činnosť termokamery potrebné zvoliť v menu zariadenia príslušnú hodnotu „50“. Teraz bude váš termovízny monokulár fungovať správne, obraz vzdialených objektov bude vysoko kvalitný.

Termovízna šošovka je vyrobená podľa schémy dvoch šošoviek s asférickými povrchmi. Konštrukcia šošovky umožňuje hermetickú inštaláciu do zariadenia pomocou príruby v prednej časti šošovky s tesniacim tesnením. Ohnisková vzdialenosť objektívu (20 mm) je pomerne malá a väčšina pozorovaných objektov pre objektív je v nekonečne. Tento objektív nevyžaduje ostrenie. Ostrosť podľa najlepších indikátorov prenosovej funkcie je nastavená vo výrobe a v budúcnosti sa nemení. Ostrosť sa nastavuje otáčaním šošovky pozdĺž závitu. Objektív sa sériovo vyrába od roku 2010.

JSC "OKB" ASTRON "je jediným podnikom v Rusku, ktorý má celý cyklus výroby termovíznej optiky od pestovania monokryštálov germánia až po kompletné optické systémy. Optika pre termovízne systémy je navrhnutá pre rozsah spektrálnych vlnových dĺžok 3–5 µm alebo 7–14 µm. V oblasti dlhých vlnových dĺžok elektromagnetického žiarenia je hlavným materiálom pre optiku monokryštál germánia. Rast monokryštálu germánia sa uskutočňuje podľa Czochralského metódy. V Rusku majú technológiu na pestovanie týchto kryštálov iba dva podniky, ale iba náš podnik pestuje kryštály optickej kvality so stabilným optickým indexom lomu. Aj OKB "ASTRON" disponuje technológiou pestovania monokryštálov germánia so stabilným dN/dT, meniacim index lomu germánia od teploty okolia. Bez technologickej možnosti pestovania germánia s týmito indikátormi nie je možné vyvinúť a vyrobiť atermálne šošovky, v ktorých ohnisková rovina nemení polohu so zmenami teploty v celom rozsahu prevádzkových teplôt.

Naša spoločnosť je jediným sériovým výrobcom civilných termovíznych šošoviek v Rusku. Komerčná produkcia šošoviek s ohniskovou vzdialenosťou 100 mm a viac presahuje 1000-1200 kusov ročne.

Optická konštrukcia väčšiny šošoviek je vyrobená podľa tradičného dvojšošovkového dizajnu s použitím jednej alebo dvoch asférických plôch. Použitie asférických plôch šošoviek znižuje počet šošoviek v šošovke, zlepšuje výkon, odstraňuje aberáciu a astigmatizmus.

JSC OKB ASTRON je jedným z mála podnikov v Rusku schopných vyrábať asférickú infračervenú optiku a má vlastnú automatizovanú linku od Optoteh GmbH.

Termovízne šošovky prezentované v sekcii sa sériovo vyrábajú od roku 2010. Celkový počet vyrobených šošoviek v tejto sekcii presahuje ku koncu roka 2018 11 000 kusov.

Infračervené žiarenie je spôsobené kolísaním elektrických nábojov, ktoré tvoria akúkoľvek látku tvoriacu predmety živej a neživej prírody, teda elektróny a ióny. Vibrácie iónov, ktoré tvoria látku, zodpovedajú nízkofrekvenčnému žiareniu (infračervenému žiareniu) v dôsledku významnej hmotnosti oscilujúcich nábojov. Žiarenie vyplývajúce z pohybu elektrónov môže mať tiež vysokú frekvenciu, ktorá vytvára žiarenie vo viditeľnej a ultrafialovej oblasti spektra.

Elektróny sú súčasťou atómov a sú držané v blízkosti ich rovnovážnej polohy (ako súčasť molekúl alebo kryštálovej mriežky) významnými vnútornými silami. Uvedením do pohybu dochádza k ich nepravidelnému brzdeniu a ich vyžarovanie nadobúda charakter impulzov, t.j. Vyznačuje sa spektrom rôznych vlnových dĺžok, medzi ktorými sú nízkofrekvenčné vlny, a to infračervené žiarenie.

Infračervené žiarenie je elektromagnetické žiarenie, ktoré zaberá spektrálnu oblasť medzi koncom červenej oblasti viditeľného svetla (s vlnovou dĺžkou (λ) rovnou 0,74 μm a mikrovlnným rádiovým vyžarovaním s vlnovou dĺžkou 1 ... 2 mm.

V infračervenej oblasti existujú oblasti, kde je infračervené žiarenie intenzívne absorbované atmosférou v dôsledku prítomnosti oxidu uhličitého, ozónu a vodnej pary.

Zároveň existujú aj takzvané „transparency windows“ (rozsah vlnových dĺžok optického žiarenia, v ktorom je menšia absorpcia IR žiarenia médiom v porovnaní s inými rozsahmi). Mnohé infračervené systémy (vrátane niektorých zariadení na nočné videnie a termokamery) sú účinných práve vďaka existencii takýchto „priehľadných okien“. Tu sú niektoré rozsahy (vlnové dĺžky sú uvedené v mikrometroch): 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.

Atmosférická interferencia (hmla, opar a nepriesvitnosť atmosféry v dôsledku dymu, smogu a pod.) ovplyvňuje infračervené žiarenie v rôznych častiach spektra rozdielne, ale so zvyšujúcou sa vlnovou dĺžkou sa účinok týchto interferencií znižuje. Je to spôsobené tým, že vlnová dĺžka sa stáva porovnateľnou s veľkosťou kvapiek hmly a prachových častíc, takže šíriace sa žiarenie je v menšej miere rozptýlené prekážkami a obieha ich v dôsledku difrakcie. Napríklad v spektrálnej oblasti 8…13 µm hmla nespôsobuje vážne rušenie šírenia žiarenia.

Akékoľvek zahriate teleso vyžaruje prúd infračerveného žiarenia, teda optické žiarenie s vlnovou dĺžkou, ktorá je dlhšia ako vlnová dĺžka viditeľného žiarenia, ale menšia ako vlnová dĺžka mikrovlnného žiarenia.

Príklad. Teplota ľudského tela je 36,6°С, jeho spektrálne žiarenie je v rozsahu 6…21 µm, kovová tyč zahriata na 300°С vyžaruje v rozsahu vĺn od 2 do 6 µm. Súčasne špirála volfrámového vlákna zahriata na teplotu 2400 °C má emisiu 0,2…

1. mikrónov, čím ovplyvňuje viditeľnú oblasť spektra, ktorá sa prejavuje ako jasná žiara.

Oblasti civilnej aplikácie termovízie

Termovízne zariadenia pre civilné použitie sú podmienene rozdelené do dvoch veľkých skupín - pozorovacie zariadenia a meracie zariadenia. Medzi prvé patria zariadenia pre zabezpečovacie systémy a požiarnu bezpečnosť, termovízne dopravné bezpečnostné systémy, lovecké termovízne prístroje a zameriavače, termovízne kamery používané v kriminalistike atď. Meracie termokamery sa využívajú v medicíne, energetike, strojárstve a vedeckej činnosti.

Niekoľko príkladov. Podľa štatistík platných pre väčšinu regiónov s rozvinutou dopravnou sieťou sa viac ako polovica smrteľných nehôd stane v noci, pričom väčšina vodičov používa auto počas dňa. Nie je náhoda, že v posledných rokoch sa rozšírila prax vybavovania áut termovíznou kamerou, ktorá vysiela na displej umiestnený v priestore pre cestujúcich teplotný obraz situácie na ceste pred autom. Termokamera tak dopĺňa vnem vodiča, ktorý je v noci z mnohých dôvodov (tma, hmla, protiidúce svetlá) nedokonalý. Rovnakým spôsobom sa termovízne kamery používajú v bezpečnostnom video dohľade súbežne s digitálnymi nočnými kamerami (hybridný video monitorovací systém), čo poskytuje oveľa ucelenejší obraz o povahe a správaní objektov v zábere. Ministerstvo pre mimoriadne situácie používa termovízne kamery v prípade požiarov - v podmienkach dymu v miestnosti termokamera pomáha pri detekcii osôb a zdrojov horenia. Štúdium elektrického vedenia umožňuje zistiť poruchu pripojenia. Termovízne skenovanie lesov zo vzduchu pomáha určiť zdroj požiaru.

Napokon, prenosné prenosné termokamery sa úspešne používajú pri poľovníctve (detekcia zveri, efektívne vyhľadávanie zranených zvierat bez psa), pri kvantitatívnych sčítaniach hospodárskych zvierat atď. Do budúcna sa ráta s termokamerami zo skupiny pozorovacích zariadení hlavne na lov.

Princíp činnosti termokamery

V inžinierskej praxi existujú pojmy objekt a pozadie. Objektom sú zvyčajne predmety, ktoré je potrebné zistiť a preskúmať (osoba, vozidlá, zvieratá a pod.), pozadím je všetko ostatné, čo nezaberá objekt pozorovania, priestor v zornom poli zariadenia (les, tráva, budovy atď.)

Prevádzka všetkých termovíznych systémov je založená na fixovaní teplotného rozdielu dvojice „objekt / pozadie“ a na premene prijatej informácie na obraz viditeľný okom. Vzhľadom na to, že všetky telesá naokolo sú ohrievané nerovnomerne, vzniká určitý obraz o rozložení infračerveného žiarenia. A čím väčší je rozdiel v intenzite infračerveného žiarenia tiel objektu a pozadia, tým rozlíšiteľnejší, teda kontrast, bude obraz prijímaný termovíznou kamerou. Moderné termovízne zariadenia sú schopné detekovať teplotný kontrast 0,015 ... 0,07 stupňov.

Zatiaľ čo drvivá väčšina prístrojov nočného videnia na báze trubíc na zosilnenie obrazu alebo CMOS / CCD zachytáva infračervené žiarenie s vlnovou dĺžkou v rozsahu 0,78 ... 1 μm, čo je len o málo viac ako citlivosť ľudského oka, hlavné The prevádzkový rozsah termovízneho zariadenia je 3…5,5 µm (strednovlnné infračervené alebo MWIR) a 8…14 μm (dlhovlnné infračervené alebo LWIR). Práve tu sú povrchové vrstvy atmosféry transparentné pre infračervené žiarenie a emisivita pozorovaných objektov s teplotami od -50 do +50ºС je maximálna.

Termokamera je elektronické pozorovacie zariadenie, ktoré vytvára obraz rozdielu teplôt v pozorovanej oblasti vesmíru. Základom každej termokamery je bolometrická matica (senzor), ktorej každý prvok (pixel) meria teplotu s vysokou presnosťou.

Výhodou termokamier je, že nevyžadujú externé zdroje osvetlenia - snímač termokamery je citlivý na vlastné žiarenie objektov. Výsledkom je, že termokamery fungujú rovnako dobre vo dne aj v noci, a to aj v absolútnej tme. Ako bolo uvedené vyššie, zlé poveternostné podmienky (hmla, dážď) nevytvárajú neprekonateľné rušenie termovízneho zariadenia a zároveň robia bežné nočné zariadenia úplne zbytočnými.

Zjednodušene je princíp činnosti všetkých termokamier opísaný nasledujúcim algoritmom:

• Šošovka termokamery vytvára na snímači teplotnú mapu (alebo mapu rozdielu výkonu žiarenia) celej oblasti pozorovanej v zornom poli.
• Mikroprocesor a ostatné elektronické súčiastky konštrukcie čítajú údaje z matrice, spracovávajú ich a vytvárajú na displeji prístroja obraz, ktorý je vizuálnou interpretáciou týchto údajov, ktoré pozorovateľ sleduje priamo alebo cez okulár.

Na rozdiel od zariadení na nočné videnie založených na elektrónkach zosilňovača obrazu (nazvime ich analógové), termokamery, podobne ako digitálne zariadenia na nočné videnie, umožňujú realizovať veľké množstvo používateľských nastavení a funkcií. Napríklad úprava jasu, kontrastu obrazu, zmena farby obrazu, zadávanie rôznych informácií do zorného poľa (aktuálny čas, indikácia slabej batérie, ikony aktivovaných režimov a pod.), prídavný digitálny zoom, „ funkcia obraz v obraze“ (umožňuje v samostatnom malom „okienku“ zobraziť v zornom poli dodatočný obraz celého objektu alebo jeho časti, vrátane zväčšeného), dočasné vypnutie displeja (pre úsporu energie a maskovať pozorovateľa odstránením žiary pracovného displeja).

Pre zafixovanie obrazu pozorovaných objektov je možné do termovízií integrovať videorekordéry. Je možné realizovať také funkcie ako bezdrôtový (rádiový kanál, WI-FI) prenos informácií (foto, video) do externých prijímačov alebo diaľkové ovládanie zariadenia (napríklad z mobilných zariadení), integrácia s laserovými diaľkomermi (so vstupom informácií z diaľkomerov v zornom poli zariadenia), GPS-senzory (možnosť fixácie súradníc objektu pozorovania) atď.

Termovízne zameriavače majú tiež množstvo charakteristických vlastností vo vzťahu k „analógovým“ nočným zameriavačom na lov. Zameriavacia značka v nich býva „digitálna“, t.j. obraz značky sa pri spracovaní videosignálu prekrýva cez obraz pozorovaný na displeji a pohybuje sa elektronicky, čo umožňuje vylúčiť z kompozície zameriavača mechanické jednotky na zadávanie korekcií, ktoré sú súčasťou nočných analógových resp. denné optické zameriavače a vyžadujú vysokú presnosť pri výrobe dielov a montáži týchto jednotiek. Okrem toho to eliminuje taký efekt ako paralaxa, pretože. obraz predmetu pozorovania a obraz nitkového kríža sú v rovnakej rovine - rovine zobrazenia.

V digitálnych a termovíznych zameriavačoch je možné uložiť do pamäte veľké množstvo zameriavacích krížov s rôznymi konfiguráciami a farbami, pohodlné a rýchle nulovanie pomocou funkcie "zameranie jedným výstrelom" alebo "nulovanie v režime zmrazenia", funkcia automatického zadávanie opráv pri zmene vzdialenosti streľby, ukladanie nulovacích súradníc pre viaceré zbrane, indikácia sklonu (prekážky) zameriavača a mnohé ďalšie.

Termovízne zariadenie.

Objektív. Najbežnejším, ale nie jediným materiálom na výrobu šošoviek pre termovízne zariadenia je jednokryštálové germánium. Do určitej miery majú šírku pásma v pásmach MWIR a LWIR aj zafír, selenid zinku, kremík a polyetylén. Chalkogenidové sklá sa používajú aj na výrobu šošoviek pre termovízne zariadenia.

Optické germánium má vysokú priepustnosť a tým aj nízky absorpčný koeficient v rozsahu 2…15 µm. Stojí za pripomenutie, že tento rozsah zachytáva dve atmosférické „okná priehľadnosti“ (3…5 a 8…12 µm). Väčšina senzorov používaných v civilných termovíznych zariadeniach pracuje v rovnakom rozsahu.

Germánium je drahý materiál, preto sa optické systémy snažia vyrábať z minimálneho množstva komponentov germánia. Niekedy sa na zníženie nákladov na dizajn šošovky používajú zrkadlá so sférickým alebo asférickým povrchom. Na ochranu vonkajších optických povrchov pred vonkajšími vplyvmi sa používa povlak na báze diamantu podobného uhlíka (DLC) alebo analógov.

Klasické optické sklo sa nepoužíva na výrobu šošoviek pre termovízne zariadenia, pretože nemá šírku pásma pri vlnovej dĺžke viac ako 4 mikróny.

Dizajn objektívu a jeho parametre majú výrazný vplyv na schopnosti konkrétneho termovízneho zariadenia. takže, ohnisková vzdialenosť objektívu priamo ovplyvňuje zväčšenie prístroja (čím väčšie ohnisko, tým väčšie zväčšenie, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké), zorné pole (s rastúcim ohniskom sa zmenšuje) a rozsah pozorovania. Relatívna clona objektívu, vypočítané ako podiel priemeru šošovky k ohnisku, charakterizuje relatívne množstvo energie, ktorá môže prejsť šošovkou. Index relatívnej apertúry ovplyvňuje citlivosť, ako aj teplotné rozlíšenie termovízneho zariadenia.

Vizuálne efekty ako vinetácia a efekt narcisu sú tiež spôsobené dizajnom šošovky a sú do určitej miery spoločné pre všetky termovízne zariadenia.

Senzor. Fotocitlivým prvkom termovízneho zariadenia je dvojrozmerné viacprvkové pole fotodetektorov (FPA) vyrobené na báze rôznych polovodičových materiálov. Existuje pomerne veľa technológií na výrobu prvkov citlivých na infračervené žiarenie, avšak v termovíznych zariadeniach pre civilné použitie je možné zaznamenať drvivú prevahu bolometrov (mikrobolometrov).

Mikrobolometer je IR prijímač energie, ktorého činnosť je založená na zmene elektrickej vodivosti citlivého prvku pri jeho zahrievaní v dôsledku absorpcie žiarenia. Mikrobolometre sú rozdelené do dvoch podtried v závislosti od toho, či sa používa materiál citlivý na IR, oxid vanádu (VOx) alebo amorfný kremík (α-Si).

Citlivý materiál absorbuje infračervené žiarenie, v dôsledku čoho sa podľa zákona o zachovaní energie citlivá oblasť pixelu (jediný fotodetektor v matrici) mikrobolometra zahrieva. Vnútorná elektrická vodivosť materiálu sa mení a tieto zmeny sa zaznamenávajú. Konečným výsledkom je monochromatická alebo farebná vizualizácia zobrazenia teploty na displeji zariadenia. Treba si uvedomiť, že farba, ktorou sa teplotný vzor zobrazuje na displeji, závisí úplne od činnosti softvérovej časti termovízneho zariadenia.

Na obrázku: Ulis mikrobolometrická matrica (senzor)

Výroba mikrobolometrických matríc je vedecky náročný, technicky vyspelý a nákladný proces. Na svete je len málo spoločností a krajín, ktoré si môžu dovoliť udržať takúto produkciu.

Výrobcovia termovíznych snímačov (mikrobolometrov) vo svojich dokumentoch upravujúcich kvalitu snímačov umožňujú prítomnosť na snímači ako jednotlivých pixelov, tak aj ich zhlukov (klastrov), ktoré majú pri bežnej prevádzke odchýlky výstupného signálu – tzv. alebo "zlomené" pixely . „Zlomené“ pixely sú bežné pre snímače od akéhokoľvek výrobcu. Ich prítomnosť sa vysvetľuje rôznymi odchýlkami, ktoré sa môžu vyskytnúť pri výrobe mikrobolometra, ako aj prítomnosťou cudzích nečistôt v materiáloch, z ktorých sú citlivé prvky vyrobené. Počas prevádzky termovízneho zariadenia sa vnútorná teplota pixelov zvyšuje a pixely, ktoré sú nestabilné voči zvyšovaniu teploty („zlomené“), začnú produkovať signál, ktorý sa môže niekoľkonásobne líšiť od signálu správne fungujúcich pixelov. Na displeji termovízneho zariadenia sa takéto pixely môžu objaviť ako biele alebo čierne bodky (v prípade jednotlivých pixelov) alebo škvrny rôznych konfigurácií, veľkostí (v prípade zhlukov) a jasu (veľmi svetlé alebo veľmi tmavé). Prítomnosť takýchto pixelov nijako neovplyvňuje odolnosť snímača a nie je dôvodom na zhoršenie jeho parametrov tak, ako sa v budúcnosti používa. V skutočnosti ide len o „kozmetickú“ vadu obrazu.

Výrobcovia termovízií používajú rôzne softvérové ​​algoritmy na spracovanie signálu z chybných pixelov, aby sa minimalizoval ich vplyv na kvalitu obrazu a viditeľnosť. Podstatou spracovania je nahradenie signálu z chybného pixelu signálom zo susedného (najbližšieho) normálne fungujúceho pixelu alebo spriemerovaným signálom z niekoľkých susedných pixelov. V dôsledku takéhoto spracovania sa chybné pixely spravidla stanú na obrázku takmer neviditeľnými.

Za určitých podmienok pozorovania je stále možné vidieť prítomnosť opravených chybných pixelov (najmä zhlukov), napríklad keď sa hranica medzi teplými a studenými objektmi dostane do zorného poľa termovízneho zariadenia a týmto spôsobom, keď táto hranica presne spadá medzi zhluk chybných pixelov a normálne fungujúce pixely. Keď sa tieto podmienky zhodujú, zhluk chybných pixelov sa javí ako bod, ktorý sa leskne v bielej a tmavej farbe a najviac zo všetkého pripomína kvapku tekutiny na obrázku. Je dôležité poznamenať, že prítomnosť takéhoto účinku nie je znakom chybného termovízneho zariadenia.

Blok elektronického spracovania. Elektronická procesorová jednotka sa zvyčajne skladá z jednej alebo viacerých dosiek (v závislosti od usporiadania zariadenia), na ktorých sú umiestnené špecializované mikroobvody, ktoré spracovávajú signál načítaný zo snímača a následne prenášajú signál na displej, kde sa zobrazí obraz vytvára sa teplotné rozloženie pozorovanej oblasti. Na doskách sú umiestnené hlavné ovládacie prvky zariadenia a implementovaný je aj napájací obvod ako pre zariadenie ako celok, tak aj pre jednotlivé obvody obvodu.

Mikrodisplej a okulár. Vzhľadom na to, že väčšina poľovníckych termovízií využíva mikrodispleje, na pozorovanie obrazu sa používa okulár, ktorý funguje ako lupa a umožňuje pohodlné prezeranie obrazu so zväčšením.

Najčastejšie používané displeje s tekutými kryštálmi (LCD) sú transmisívne (zadná strana displeja je osvetlená svetelným zdrojom) alebo OLED displeje (pri prechode elektrického prúdu začne látka displeja vyžarovať svetlo).

Použitie OLED displejov má množstvo výhod: možnosť prevádzky zariadenia pri nižších teplotách, vyšší jas a kontrast obrazu, jednoduchšia a spoľahlivejšia konštrukcia (chýba zdroj pre podsvietenie displeja, ako pri LCD displejoch). Okrem LCD a OLED displejov je možné použiť mikrodispleje LCOS (Liquid Crystal on Silicone), ktoré sú typom reflexných displejov z tekutých kryštálov.

HLAVNÉ PARAMETRE TERMOZOBROVÝCH ZARIADENÍ

ZVÝŠIŤ.Charakteristika ukazuje, koľkokrát je obraz objektu pozorovaného v prístroji väčší v porovnaní s pozorovaním objektu voľným okom. Merná jednotka - násobok (označenie"x", napríklad "2x" - "dvakrát").

Pre termovízne zariadenia sú typické zväčšenia medzi 1x a 5x, napr Hlavnou úlohou nočných zariadení je detekovať a rozpoznávať objekty pri slabom osvetlení a zlých poveternostných podmienkach. Zvýšenie zväčšenia v termovíznych zariadeniach vedie k výraznému zníženiu celkovej clony zariadenia, v dôsledku čoho bude obraz objektu menej kontrastný vzhľadom na pozadie ako v podobnom zariadení s menším zväčšením. Pokles clonového pomeru so zvyšujúcim sa zväčšením môže byť kompenzovaný zvýšením svetelného priemeru šošovky, čo však zase povedie k zvýšeniu celkových rozmerov a hmotnosti zariadenia, čo skomplikuje optiku, čo zníži celkovú využiteľnosť prenosných zariadení a výrazne zvyšuje cenu termovízneho zariadenia. Toto je obzvlášť dôležité pre ďalekohľady, pretože používatelia musia navyše držať zbraň v rukách. Pri veľkom zväčšení je tiež ťažké nájsť a sledovať objekt pozorovania, najmä ak je objekt v pohybe, pretože so zvyšujúcim sa zväčšením sa zorné pole zmenšuje.

Zväčšenie je určené ohniskovou vzdialenosťou objektívu a okuláru, ako aj faktorom priblíženia (K), ktorý sa rovná pomeru fyzických rozmerov (uhlopriečok) displeja a snímača:

kde:

fo- ohnisková vzdialenosť objektívu

fOK- ohnisková vzdialenosť okuláru

Ls- veľkosť uhlopriečky snímača

Ld- veľkosť uhlopriečky displeja.

ZÁVISLOSTI:

Čím dlhšia je ohnisková vzdialenosť objektívu, tým väčšia je veľkosť displeja väčšie zväčšenie.

Čím väčšia je ohnisková vzdialenosť okuláru, tým väčšia je veľkosť snímača nárast je menší.

PRIAMA VIDITEĽNOSŤ. Charakterizuje veľkosť priestoru, ktorý je možné súčasne prezerať cez zariadenie. Zvyčajne je zorné pole v parametroch zariadení uvedené v stupňoch (uhol zorného poľa na obrázku nižšie je označený ako 2Ѡ) alebo v metroch pre konkrétnu vzdialenosť (L) od objektu pozorovania (lineárny zorné pole na obrázku je označené ako A).

Zorné pole digitálnych prístrojov nočného videnia a termovíznych prístrojov je určené ohniskom šošovky (fob) a fyzickou veľkosťou snímača (B). Zvyčajne sa šírka (horizontálna veľkosť) pri výpočte zorného poľa berie ako veľkosť snímača, v dôsledku čoho sa získa horizontálne uhlové zorné pole:

Pri znalosti veľkosti snímača vertikálne (výška) a diagonálne je tiež možné vypočítať uhlové zorné pole zariadenia vertikálne alebo diagonálne.

Závislosť:

Čím väčšia je veľkosť snímača alebo čím menšie je ohnisko objektívu, týmviac zorného poľa.

Čím väčšie je zorné pole zariadenia, tým pohodlnejšie je pozorovanie predmetov - nie je potrebné neustále pohybovať zariadením, aby ste videli oblasť záujmu.

Je dôležité pochopiť, že zorné pole je nepriamo úmerné nárastu - so zvyšujúcim sa zväčšením zariadenia sa jeho zorné pole zmenšuje. Aj to je jeden z dôvodov, prečo sa infračervené systémy (najmä termokamery) nevyrábajú s veľkým zväčšením. Zároveň musíte pochopiť, že s nárastom zorného poľa sa vzdialenosť detekcie a rozpoznávania zníži.

OBNOVOVACIA FREKVENCIA SNÍMKOV. Jednou z hlavných technických charakteristík termovízneho zariadenia je obnovovacia frekvencia snímky. Z pohľadu používateľa ide o počet snímok zobrazených na displeji za jednu sekundu. Čím vyššia je obnovovacia frekvencia snímky, tým menej badateľný je efekt „lagovania“ obrazu generovaného termovíznym zariadením vo vzťahu k reálnej scéne. Takže pri pozorovaní dynamických scén pomocou zariadenia s obnovovacou frekvenciou 9 snímok za sekundu sa obraz môže zdať rozmazaný a pohyby pohybujúcich sa objektov môžu byť oneskorené s „trhaním“. Naopak, čím vyššia je obnovovacia frekvencia snímok, tým plynulejšie bude zobrazenie dynamických scén.

POVOLENIE. FAKTORY OVPLYVŇUJÚCE ROZLÍŠENIE.

Rozlíšenie je určené parametrami optických prvkov zariadenia, snímača, displeja, kvalitou obvodových riešení implementovaných v zariadení, ako aj použitými algoritmami spracovania signálu. Rozlíšenie termovízneho zariadenia (rozlíšenie) je komplexný ukazovateľ, ktorého zložkami sú teplota a priestorové rozlíšenie. Zvážme každú z týchto zložiek samostatne.

Teplotné rozlíšenie(citlivosť; minimálny zistiteľný teplotný rozdiel) je hraničný pomer signálu objektu pozorovania k signálu pozadia s prihliadnutím na šum citlivého prvku (snímača) termovíznej kamery. Vysoké teplotné rozlíšenie znamená, že termovízne zariadenie bude schopné zobraziť objekt určitej teploty na pozadí s podobnou teplotou a čím menší je rozdiel medzi teplotami objektu a pozadia, tým vyššie bude teplotné rozlíšenie.

Priestorové rozlíšenie charakterizuje schopnosť zariadenia zobraziť oddelene dva blízko seba vzdialené body alebo čiary. V technických charakteristikách zariadenia môže byť tento parameter napísaný ako „rozlíšenie“, „limit rozlíšenia“, „maximálne rozlíšenie“, čo je v zásade to isté.

Rozlíšenie zariadenia najčastejšie charakterizuje priestorové rozlíšenie mikrobolometra, pretože optické komponenty zariadenia majú zvyčajne rezervu rozlíšenia.

Rozlíšenie sa spravidla udáva v ťahoch (čiarach) na milimeter, ale môže sa udávať aj v uhlových jednotkách (sekundy alebo minúty).

Čím vyššia je hodnota rozlíšenia v ťahoch (čiarach) na milimeter a čím nižšia je v uhlovom vyjadrení, tým vyššie je rozlíšenie. Čím vyššie je rozlíšenie zariadenia, tým jasnejší obraz vidí pozorovateľ.

Na meranie rozlíšenia termokamier sa používa špeciálne zariadenie - kolimátor, ktorý vytvára imitáciu obrazu špeciálneho testovacieho objektu - čiarkovaného termálneho sveta. Pri pohľade na obraz testovaného objektu cez prístroj sa posudzuje rozlíšenie termokamery – čím menšie ťahy svetov možno zreteľne vidieť oddelene od seba, tým vyššie je rozlíšenie prístroja.

Obrázok: Rôzne možnosti pre termálny svet (pohľad v termovíznom zariadení)

Rozlíšenie prístroja závisí od rozlíšenia objektívu a okuláru. Objektív tvorí obraz pozorovaného objektu v rovine snímača a v prípade nedostatočného rozlíšenia objektívu je ďalšie zlepšenie rozlíšenia prístroja nemožné. Rovnako aj nekvalitný okulár dokáže na displeji „pokaziť“ najčistejší obraz tvorený komponentmi prístroja.

Rozlíšenie zariadenia závisí aj od parametrov displeja, na ktorom sa obraz tvorí. Rovnako ako v prípade snímača je rozhodujúce rozlíšenie displeja (počet pixelov) a ich veľkosť. Hustota pixelov na displeji je charakterizovaná ukazovateľom ako PPI (skratka pre anglické "pixels per inch") - ide o ukazovateľ, ktorý udáva počet pixelov na palec plochy.

V prípade priameho prenosu obrazu (bez škálovania) zo snímača na displej by mali byť rozlíšenia oboch rovnaké. V tomto prípade je vylúčené zníženie rozlíšenia zariadenia (ak je rozlíšenie displeja menšie ako rozlíšenie snímača) alebo neoprávnené používanie drahého displeja (ak je rozlíšenie displeja vyššie ako rozlíšenie snímača).

Parametre snímača majú veľký vplyv na rozlíšenie zariadenia. V prvom rade je to rozlíšenie bolometra – celkový počet pixelov (zvyčajne sa uvádza ako súčin pixelov v riadku a v stĺpci) a veľkosť pixelov. Tieto dve kritériá poskytujú hlavné skóre rozlíšenia.

ZÁVISLOSŤ:

Čím väčší je počet pixelov a čím menšia je ich veľkosť, tým vyššierozhodnutie.

Toto tvrdenie platí pre rovnakú fyzickú veľkosťsenzory. Senzor, ktorý má hustotu pixelov na jednotku plochyväčší, má vyššie rozlíšenie.

Termovízne zariadenia môžu tiež využívať rôzne algoritmy spracovania signálu, ktoré môžu ovplyvniť celkové rozlíšenie zariadenia. V prvom rade hovoríme o „digitálnom priblížení“, keď sa obraz vytvorený maticou digitálne spracuje a „prenesie“ na displej s určitým nárastom. V tomto prípade je celkové rozlíšenie zariadenia znížené. Podobný efekt možno pozorovať v digitálnych fotoaparátoch pri použití funkcie „digitálneho priblíženia“.

Spolu s faktormi uvedenými vyššie existuje niekoľko ďalších faktorov, ktoré môžu znížiť rozlíšenie zariadenia. V prvom rade ide o rôzne druhy „šumu“, ktoré skresľujú užitočný signál a v konečnom dôsledku zhoršujú kvalitu obrazu. Rozlišujú sa tieto typy hluku:

Tmavý šum signálu. Hlavným dôvodom tohto šumu je termionická emisia elektrónov (spontánna emisia elektrónov v dôsledku zahrievania materiálu snímača). Čím nižšia teplota, tým nižší tmavý signál, t.j. menej hluku, práve na odstránenie tohto hluku sa používa clona (stan) a kalibrácia mikrobolometra.

Prečítajte si Hluk. Keď je signál nahromadený v pixeli snímača na výstupe zo snímača, konvertovaný na napätie a zosilnený, v každom prvku sa objaví ďalší šum, nazývaný šum načítania. Na boj proti šumu sa používajú rôzne softvérové ​​algoritmy na spracovanie obrazu, ktoré sa často nazývajú algoritmy redukcie šumu.

Rozlíšenie môže byť okrem šumu výrazne znížené aj rušením v dôsledku chýb v rozložení zariadenia (vzájomné usporiadanie dosiek plošných spojov a spojovacích vodičov, káblov vo vnútri zariadenia) alebo v dôsledku chýb v smerovaní DPS (vzájomné usporiadanie vodivých dráh, prítomnosť a kvalita tieniacich vrstiev). Tiež chyby v elektrickom obvode zariadenia, nesprávny výber rádiových prvkov na implementáciu rôznych filtrov, obvodové napájanie elektrických obvodov zariadenia môžu tiež spôsobiť rušenie. Preto vývoj elektrických obvodov, písanie softvéru na spracovanie signálu, smerovanie dosiek sú dôležité a zložité úlohy pri navrhovaní termovíznych zariadení.

ROZSAH POZOROVANIA.

Dosah pozorovania objektu pomocou termovízneho prístroja závisí od kombinácie veľkého množstva vnútorných faktorov (parametre snímača, optickej a elektronickej časti prístroja) a vonkajších podmienok (rôzne charakteristiky pozorovaného objektu, pozadie, atď.). čistota atmosféry a pod.).

Najvhodnejším prístupom k popisu rozsahu pozorovania je jeho rozdelenie na rozsahy detekcie, rozpoznávania a identifikácie, podrobne opísané v rôznych zdrojoch, podľa pravidiel definovaných tzv. Johnsonovo kritérium, podľa ktorého rozsah pozorovania priamo súvisí s teplotou a priestorovým rozlíšením termovízneho zariadenia.

Pre ďalší rozvoj témy je potrebné zaviesť koncept kritickej veľkosti objektu pozorovania. Za kritickú veľkosť sa považuje veľkosť, pozdĺž ktorej sa analyzuje obraz objektu, aby sa identifikovali jeho charakteristické geometrické znaky. Často sa za kritickú považuje minimálna viditeľná veľkosť objektu, pozdĺž ktorého sa analýza vykonáva. Napríklad pre diviaka alebo srnca možno výšku tela považovať za kritickú veľkosť, pre osobu - výšku.

Rozsah, pri ktorom sa kritická veľkosť určitého objektu pozorovania zmestí do 2 alebo viacerých pixelov snímača termokamery, sa považuje za rozsah detekcie. Skutočnosť detekcie jednoducho ukazuje prítomnosť tohto objektu v určitej vzdialenosti, ale nedáva predstavu o jeho vlastnostiach (neumožňuje povedať, o aký druh objektu ide).

Fakt uznanie objekt sa uznáva ako schopnosť určiť typ objektu. To znamená, že pozorovateľ dokáže rozlíšiť, čo práve pozoruje – osobu, zviera, auto a pod. Všeobecne sa uznáva, že rozpoznanie je možné za predpokladu, že kritická veľkosť objektu sa zmestí aspoň na 6 pixelov snímača.

Z hľadiska poľovníckej aplikácie je najväčšia praktická využiteľnosť identifikačný rozsah. Identifikáciou sa rozumie, že pozorovateľ je schopný vyhodnotiť nielen typ objektu, ale aj pochopiť jeho charakteristické znaky (napríklad diviaka 1,2 m dlhého a 0,7 m vysokého). Pre splnenie tejto podmienky je potrebné, aby kritickú veľkosť objektu pokrývalo aspoň 12 pixelov snímača.

Je dôležité pochopiť, že vo všetkých týchto prípadoch hovoríme o 50% pravdepodobnosti odhalenia, rozpoznania alebo identifikácie objektu danej úrovne. Čím viac pixelov prekrýva kritickú veľkosť objektu, tým vyššia je pravdepodobnosť detekcie, rozpoznania alebo identifikácie.

VÝSTUPNÉ ODSTRÁNENIE ZORNÍKA- je to vzdialenosť od vonkajšej plochy poslednej šošovky okuláru k rovine zrenice oka pozorovateľa, pri ktorej bude pozorovaný obraz najoptimálnejší (maximálne zorné pole, minimálne skreslenie). Tento parameter je najdôležitejší pre mieridlá, v ktorých musí byť odstránenie výstupnej pupily najmenej 50 mm (optimálne - 80-100 mm). Takéto veľké odstránenie výstupnej pupily je potrebné, aby sa predišlo poraneniu strelca o okulár zameriavača pri spätnom ráze. Pri prístrojoch na nočné videnie a termokamerách sa spravidla vzdialenosť výstupnej pupily rovná dĺžke očnice, ktorá je potrebná na maskovanie žiary displeja v noci.

KALIBRÁCIA SENZORA TEPELNÉHO POHĽADU

Kalibrácia termovízneho zariadenia sa delí na výrobnú a užívateľskú kalibráciu. Výrobný proces termovíznych zariadení založených na nechladených snímačoch zabezpečuje továrenskú kalibráciu zariadenia (dvojica "šošoviek - snímač") pomocou špeciálneho zariadenia.

Môžete sa zoznámiť s novými modelmi termovízií PULSAR a urobiť informovaný výber.

Potrebujem k termokamere ďalšie šošovky?

Túto otázku si pri kúpe termokamery položí každý sám, riadi sa dostupnými informáciami. Z našej strany sa budeme snažiť rozšíriť množstvo rovnakých informácií, aby bol výber kupujúceho rozumnejší.

Prečo teda potrebujete ďalšie šošovky/šošovky?
Kvalita obrazu závisí od viacerých parametrov, predovšetkým však od kvality termovíznej matrice, jej citlivosti a veľkosti, ako aj od parametrov objektívu.
V prvom rade sú to technické vlastnosti termovíznej matrice a šošovky, ktoré určujú kvalitu obrazu. Spravidla nie je možné zmeniť matricu na veľkú, takže existujú iba výmenné alebo prídavné šošovky, ktoré zvyšujú kvalitu obrazu. Som dosť skeptický k tvrdeniam, že nedostatky snímača a objektívu je možné vyriešiť dodatočným softvérovým spracovaním a získať tak viac, ako je možné z hardvéru.

Napríklad:
Snímač 384 x 288 s 20⁰ objektívom poskytuje priestorové rozlíšenie 0,91 mrad. Matica 160 x 120 s rovnakým 20⁰ objektívom poskytuje rozlíšenie 2,2 mrad.
Inými slovami, na vzdialenosť 100 metrov dokáže termokamera s maticou 384x288 rozlíšiť objekt o veľkosti 9,1x9,1 cm, pričom pri matici 160x120 musí mať minimálny objekt rozmery aspoň 22x22 cm!
Možnosť dosiahnutia rozlíšenia 9x9 cm vyznieva veľmi optimisticky aj napriek tomu, že kvalita originálu, aj stovky záberov, nie je o nič lepšia ako 22x22 cm.
Je zrejmé, že možnosť "super rozlíšenie" môže trochu zlepšiť kvalitu obrazu, najmä v prípade "prirodzeného" chvenia rúk, ale možnosť urobiť zázrak zdvojnásobením rozlíšenia zostáva prinajmenšom na pochybách.

Zostáva teda jeden prirodzený spôsob rozšírenia efektívneho rozsahu alebo oblasti snímania – prídavné šošovky. Štandardný objektív ponúka dva voliteľné objektívy – širokouhlý a úzkouhlý.

širokouhlý objektív sa zvyčajne používa, keď chcete zachytiť veľkú oblasť z relatívne krátkej vzdialenosti. Nie je tak populárny ako úzkouhlý objektív, keďže sériu štandardných záberov môžete vždy skombinovať do panoramatického záberu, najmä preto, že širokouhlý objektív rozširuje záberovú plochu na úkor detailov, a to málokomu vyhovuje.

Úzky (teleobjektív) objektív používa sa v prípade, keď je dôležitý vysoký detail pre relatívne malý objekt vzdialený na slušnú vzdialenosť. Tu problém nevyriešia žiadne softvérové ​​triky – potrebujete špeciálnu šošovku. V mojej praxi sa vyskytol prípad, keď bolo potrebné natočiť potrubie TEC5 (výška nad 200m), v tomto prípade bol takýto objektív jednoducho potrebný.

Dôležitou činnosťou spoločnosti je vývoj, výpočet a výroba infračervených (IR) šošoviek pre termovízne systémy pracujúce v rozsahu 3…5 a 8…12 µm, ako aj pre optické senzory pracujúce v rozsahu IR. Spoločnosť navrhuje a vyrába infračervené (IR) šošovky (vrátane atermálnych), a to ako sériovo v štandardnom prevedení, tak podľa špecifikácií zákazníka, a taktiež počíta a vyrába ďalšie optické zostavy pre IR zariadenia, vrátane:

• termovízne šošovky pre nechladené termovízne kamery založené na mikrobolometrických matriciach v rozsahu 8…12 µm. Ide o najbežnejší typ systému, ktorý je spôsobený efektívnym spektrálnym rozsahom pre prenos termosnímku, optimálnou praktickosťou maticových prijímačov nevyžadujúcich chladenie a studenú membránu, ako aj relatívne nízkou cenou takéhoto zariadenia. ;
• termovízne šošovky pre chladené termovízne kamery pracujúce v rozsahu 3…5 µm. Na základe takýchto systémov vznikajú termokamery so zvýšenou kombináciou požiadaviek na vlastnosti a dizajn. Ide o najkomplexnejší typ infračervených systémov, no zároveň má najlepšie možnosti na detekciu a identifikáciu objektov pozorovania;
• IR šošovky pre jedno- a viacprvkové snímače pracujúce v strednom a blízkom IR rozsahu, hlavne 3...5 µm. Zvyčajne ide o jednoduché systémy, ktoré zahŕňajú jednoduchú IR optiku a snímač, ktorého hlavnou úlohou je generovanie signálu a nie prenos obrazu.

Infračervené šošovky sa používajú v termovíznych systémoch rôznych tried:

• obrana (prenosné a stacionárne termokamery, termovízne zameriavače, optické lokalizačné stanice, zariadenia na určovanie cieľov a zameriavače pozemného vybavenia);
• technologické (tepelné kontrolné zariadenia na technologické a stavebné účely, pyrometre);
• pre bezpečnosť (termovízne kamery na kontrolu perimetra, hraníc, protipožiarne systémy).

V závislosti od stanovených úloh vyvíjame infračervené (IR) šošovky všetkých vyššie uvedených tried, medzi ktorými vynikajú atermálne IR šošovky. IR optika pre termokamery stredného a dlhého dosahu má svoje špecifiká, vyjadrené vo vlastnostiach termooptických vlastností použitých optických materiálov, akými sú monokryštály germánia, kremíka, polykryštalický selenid a sulfid zinku, monokryštály fluoridov kovov . Vo väčšine prípadov IR šošovka obsahuje šošovky vyrobené z germánia, ktoré má vysoký a nelineárny teplotný koeficient lomu. Vzhľadom na to je infračervená optika náchylná na rozostrenie pri zmenách teploty a jedným riešením problému je tepelne kompenzovaný dizajn, ktorý posúva šošovku alebo skupinu šošoviek vzhľadom na prijímač v závislosti od teploty. Len málo spoločností ponúka atermálne šošovky kvôli potrebe zložitých dizajnov, ktoré sa často používajú v náročných podmienkach mechanického a šokového zaťaženia. Podľa vašich zadávacích podmienok vypočítame a vyvinieme atermálnu IR šošovku na mieru. Optika termokamery je navrhnutá a vyrobená v rôznych verziách s použitím extra tvrdých ochranných povlakov, OEM verzia, s odľahčenou konštrukciou.