Obrazowanie termowizyjne. Promieniowanie podczerwone. Produkcja soczewek IR Obiektyw termowizyjny

Obiektyw termowizyjny F50

Obiektyw termowizyjny F50 to wymienny obiektyw o największym zasięgu, przeznaczony do montażu w monokularach termowizyjnych Pulsar Helion XP28 i Pulsar Helion XP38. Ogniskowa 50 mm zapewnia techniczne możliwości wygodnych obserwacji na dużych odległościach. Korzystając z tego konkretnego obiektywu, będziemy w stanie rozpoznać cel o wysokości 1,7 metra (jeleń lub osobę) z odległości 1800 metrów, co w warunkach wyjątkowo słabej widoczności jest niezaprzeczalną przewagą nad innymi urządzeniami optycznymi.

Powiększenie optyczne kamery termowizyjnej Pulsar Helion XP przy użyciu obiektywu F50 wynosi 2,5x, ale przy zastosowaniu gładkiej zoom cyfrowy w zakresie 2x-8x można osiągnąć maksymalne powiększenie urządzenia 20x. Pole widzenia na odległość 100 metrów wynosi 21 metrów. Zastosowanie wymiennych obiektywów w jednym urządzeniu termowizyjnym znacznie rozszerza funkcjonalność urządzenia. Jeśli więc trzeba szybko znaleźć obiekt termiczny na dużym obszarze w niewielkiej odległości, lepiej zastosować wymienny obiektyw o krótkim ogniskowaniu, a przy poszukiwaniu celów w znacznej odległości obiektyw F50 odsłoni wszystkie rozkosze .

Uwaga! Po fizycznej wymianie obiektywu, aby kamera termowizyjna działała prawidłowo, należy w menu urządzenia wybrać odpowiednią wartość „50”. Teraz Twój monokular termowizyjny będzie działał poprawnie, a obraz odległych obiektów będzie wysokiej jakości.

Ważną działalnością jest rozwój, projektowanie i produkcja soczewek na podczerwień (IR) do systemów termowizyjnych pracujących w zakresach 3...5 i 8...12 mikronów, a także do czujników optycznych pracujących w zakresie IR. firmy. Firma projektuje i produkuje soczewki na podczerwień (IR) (w tym soczewki atermiczne), zarówno seryjnie w wersjach standardowych, jak i Specyfikacja techniczna klienta, a także wykonuje obliczenia i produkcję innych zespołów optycznych do sprzętu IR, w tym:

soczewki termowizyjne do niechłodzonych kamer termowizyjnych bazujących na matrycach mikrobolometrycznych w zakresie 8…12 µm. Jest to najpowszechniejszy typ systemu, ze względu na zakres widmowy efektywny przy transmisji obrazu termowizyjnego, optymalną praktyczność odbiorników matrycowych niewymagających chłodzenia i zimnej membrany, a także stosunkowo niską cenę takiego urządzenia;
soczewki termowizyjne do chłodzonych kamer termowizyjnych pracujących w zakresie 3…5 mikronów. W oparciu o takie systemy tworzone są kamery termowizyjne o zwiększonej kombinacji wymagań dotyczących właściwości i konstrukcji. Jest to najbardziej złożony typ systemów podczerwieni, ale jednocześnie tak jest najlepsze możliwości w zakresie wykrywania i identyfikacji obiektów nadzoru;
Soczewki IR do czujników jedno- i wieloelementowych pracujących w zakresie średniej i bliskiej podczerwieni, głównie 3...5 µm. Zwykle to proste systemy, które obejmują prostą optykę IR oraz czujnik, którego głównym zadaniem jest generowanie sygnału, a nie transmisja obrazu.

Soczewki podczerwieni znajdują zastosowanie w systemach termowizyjnych różnych klas:

obronność (przenośne i stacjonarne kamery termowizyjne, celowniki termowizyjne, optyczne stacje lokalizacyjne, urządzenia do wyznaczania celów i celowniki do pojazdów naziemnych);
technologiczne (urządzenia do kontroli termicznej procesów technologicznych i celów budowlanych, pirometry);
dla bezpieczeństwa (kamery termowizyjne do kontroli obwodu, granic, systemów przeciwpożarowych).

W zależności od powierzonych zadań opracowujemy soczewki na podczerwień (IR) wszystkich określonych klas, wśród których wyróżniają się soczewki atermiczne IR. Optyka IR do kamer termowizyjnych średniego i dalekiego zasięgu ma swoją specyfikę, wyrażoną we właściwościach termooptycznych zastosowanych materiałów optycznych, takich jak monokryształy germanu, krzemu, polikrystalicznego selenku i siarczku cynku, monokryształy fluorków metali. W większości przypadków soczewka IR zawiera soczewki wykonane z germanu, który ma wysoki i nieliniowy współczynnik temperaturowy współczynnika załamania światła. Z tego powodu optyka podczerwieni jest podatna na rozogniskowanie pod wpływem zmian temperatury, a jednym z rozwiązań tego problemu jest konstrukcja z kompensacją temperatury, która przesuwa soczewkę lub grupę soczewek względem odbiornika w zależności od temperatury. Niewiele firm oferuje soczewki atermiczne ze względu na wymaganą złożoną konstrukcję, często używane w trudnych warunkach mechanicznych i wstrząsach. Na podstawie Twoich specyfikacji technicznych obliczymy i opracujemy dostosowaną do indywidualnych potrzeb atermiczną soczewkę IR. Optyka do kamer termowizyjnych jest opracowywana i produkowana w różnych wersjach przy użyciu szczególnie twardych materiałów powłoki ochronne, wersja OEM, o lekkiej konstrukcji.

Promieniowanie podczerwone powstaje w wyniku wibracji ładunki elektryczne, zawarte w składzie dowolnej substancji tworzącej przedmioty przyrody ożywionej i nieożywionej, a mianowicie elektrony i jony. Drgania jonów tworzących substancję odpowiadają promieniowaniu o niskiej częstotliwości (promieniowaniu podczerwonemu) ze względu na znaczną masę oscylujących ładunków. Może mieć również promieniowanie wynikające z ruchu elektronów Wysoka częstotliwość, który wytwarza promieniowanie w zakresie widzialnym i ultrafioletowym widma.

Elektrony są częścią atomów i są utrzymywane w pobliżu ich położenia równowagi (jako część cząsteczek lub sieci krystalicznej) przez znaczne siły wewnętrzne. Raz wprawione w ruch ulegają nieregularnemu zahamowaniu, a ich promieniowanie przybiera charakter impulsów, czyli tzw. charakteryzuje się widmem o różnych długościach fal, wśród których znajdują się fale o niskiej częstotliwości, czyli promieniowanie podczerwone.

Promieniowanie podczerwone to promieniowanie elektromagnetyczne, które zajmuje obszar widmowy pomiędzy końcem czerwonego obszaru światła widzialnego (o długości fali (λ) równej 0,74 μm a mikrofalowym promieniowaniem radiowym o długości fali 1...2 mm).

W zakresie podczerwieni znajdują się obszary, w których promieniowanie podczerwone jest intensywnie pochłaniane przez atmosferę ze względu na obecność w niej dwutlenku węgla, ozonu i pary wodnej.

Jednocześnie istnieją tzw. „okna przezroczystości” (zakres długości fal promieniowania optycznego, w którym występuje mniejsza absorpcja promieniowania IR przez ośrodek w porównaniu do innych zakresów). Wiele systemów podczerwieni (w tym niektóre NVG i kamery termowizyjne) jest skutecznych właśnie dzięki istnieniu takich „okien przezroczystości”. Oto niektóre zakresy (długości fal podano w mikrometrach): 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.

Zakłócenia atmosferyczne (mgła, zamglenie, a także nieprzezroczystość atmosfery spowodowana dymem, smogiem itp.) w różny sposób wpływają na promieniowanie podczerwone w różne części widma, jednak wraz ze wzrostem długości fali wpływ tych zakłóceń maleje. Dzieje się tak dlatego, że długość fali staje się porównywalna z wielkością kropelek mgły i cząstek pyłu, dzięki czemu propagujące promieniowanie jest mniej rozpraszane przez przeszkody i załamuje się wokół nich na skutek dyfrakcji. Przykładowo w zakresie widmowym 8...13 mikronów mgła nie powoduje poważnych zakłóceń w propagacji promieniowania

Każde nagrzane ciało emituje strumień promieniowania podczerwonego, czyli promieniowania optycznego o długości fali większej niż długość fali promieniowania widzialnego, ale mniejszej niż długość fali promieniowania mikrofalowego.

Przykład. Temperatura ciała człowieka wynosi 36,6°C, jego widmo promieniowania mieści się w zakresie 6...21 mikronów, metalowy pręt nagrzany do 300°C emituje fale w zakresie od 2 do 6 mikronów. Jednocześnie spirala z włókna wolframowego nagrzana do temperatury 2400°C ma promieniowanie o wartości 0,2...

mikronów, wpływając w ten sposób na widzialny obszar widma, co objawia się jasną poświatą.

Obszary cywilnego zastosowania termowizji

Urządzenia termowizyjne do użytku cywilnego są umownie podzielone na dwa duże grupy- przyrządy obserwacyjne i przyrządy pomiarowe. Do pierwszej zalicza się urządzenia systemów zabezpieczeń i przeciwpożarowych, systemy termowizyjne dla zabezpieczenia transportu, myśliwskie urządzenia i celowniki termowizyjne, kamery termowizyjne stosowane w kryminalistyce itp. Pomiarowe kamery termowizyjne znajdują zastosowanie w medycynie, energetyce, inżynierii mechanicznej i działalności naukowej.

Kilka przykładów. Według statystyk, które obowiązują w większości regionów o rozwiniętej sieci transportowej, ponad połowa wypadków śmiertelnych ma miejsce w nocy, mimo że większość kierowców korzysta z samochodu w ciągu dnia. To nie przypadek, że w ostatnich latach rozpowszechniła się praktyka wyposażania samochodów w kamerę termowizyjną, przekazującą na umieszczony w kabinie wyświetlacz temperaturowy obrazu sytuacji drogowej przed samochodem. W ten sposób kamera termowizyjna uzupełnia percepcję kierowcy, która z wielu powodów nie jest idealna (ciemność, mgła, nadjeżdżające reflektory) w warunkach nocnych. W ten sam sposób kamery termowizyjne wykorzystywane są w monitoringu wizyjnym równolegle z nocnymi kamerami cyfrowymi (hybrydowy system monitoringu wizyjnego), co daje znacznie pełniejszy obraz charakteru i zachowania obiektów w kadrze. Ministerstwo Sytuacji Nadzwyczajnych wykorzystuje kamery termowizyjne na wypadek pożarów – w warunkach zadymienia pomieszczenia kamera termowizyjna pomaga w wykryciu osób i źródeł zapłonu. Badanie okablowania elektrycznego pozwala wykryć wadę połączenia. W ustaleniu źródła pożaru pomaga skanowanie termowizyjne lasów z powietrza.

Wreszcie przenośne, przenośne kamery termowizyjne z powodzeniem stosowane są w myślistwie (wykrywanie zwierząt, skuteczne poszukiwanie rannych zwierząt bez psa), przy przeprowadzaniu ilościowych spisów inwentarza żywego itp. W przyszłości rozważymy kamery termowizyjne z grupy urządzeń obserwacyjnych przeznaczonych przede wszystkim do polowań.

Zasada działania kamery termowizyjnej

W praktyce inżynierskiej istnieją pojęcia obiektu i tła. Obiektem są zazwyczaj obiekty wymagające wykrycia i zbadania (osoba, pojazd, zwierzę itp.), tłem jest wszystko inne, co nie jest zajęte przez obiekt obserwacji, przestrzeń w polu widzenia urządzenia (las, trawa, budynki itp.)

Działanie wszystkich systemów termowizyjnych opiera się na rejestracji różnicy temperatur pomiędzy parą „obiekt/tło” i przekształceniu otrzymanej informacji w obraz widoczny dla oka. W związku z tym, że wszystkie ciała dookoła nagrzewają się nierównomiernie, kształtuje się pewien obraz rozkładu promieniowania podczerwonego. A im większa jest różnica w natężeniu promieniowania podczerwonego ciał obiektu i tła, tym bardziej wyraźny, czyli kontrastowy będzie obraz uzyskany przez kamerę termowizyjną. Nowoczesne urządzenia termowizyjne są w stanie wykryć kontrasty temperaturowe w zakresie 0,015…0,07 stopnia.

O ile zdecydowana większość noktowizorów działających w oparciu o przetworniki elektrooptyczne (IOC) lub matryce CMOS/CCD, przechwytuje promieniowanie podczerwone o długości fali z zakresu 0,78...1 mikrona, a więc tylko nieznacznie powyżej najważniejsza czułość ludzkiego oka. Zasięg działania sprzętu termowizyjnego wynosi 3...5,5 mikrona (podczerwień średniofalowa, MWIR) i 8...14 mikronów (podczerwień długofalowa, LWIR). To tutaj powierzchniowe warstwy atmosfery są przezroczyste dla promieniowania podczerwonego, a emisyjność obserwowanych obiektów o temperaturach od -50 do +50°С jest maksymalna.

Kamera termowizyjna to elektroniczne urządzenie obserwacyjne, które tworzy obraz różnicy temperatur w obserwowanym obszarze przestrzeni. Podstawą każdej kamery termowizyjnej jest matryca bolometryczna (czujnik), której każdy element (piksel) mierzy temperaturę z dużą dokładnością.

Zaletą kamer termowizyjnych jest to, że nie wymagają źródeł zewnętrznych oświetlenie – czujnik kamery termowizyjnej jest wrażliwy na promieniowanie własne obiektów. Dzięki temu kamery termowizyjne działają równie dobrze w dzień i w nocy, także w całkowitej ciemności. Jak wspomniano powyżej, złe warunki atmosferyczne (mgła, deszcz) nie powodują niemożliwych do pokonania zakłóceń w pracy urządzenia termowizyjnego, a jednocześnie czynią zwykłe urządzenia nocne całkowicie bezużytecznymi.

W uproszczeniu zasadę działania wszystkich kamer termowizyjnych opisuje następujący algorytm:

Soczewka kamery termowizyjnej tworzy na czujniku mapę temperatur (lub mapę różnicy mocy promieniowania) całego obszaru obserwowanego w polu widzenia
Mikroprocesor oraz inne elementy elektroniczne konstrukcji odczytują dane z matrycy, przetwarzają je i tworzą na wyświetlaczu urządzenia obraz będący wizualną interpretacją tych danych, oglądany bezpośrednio lub przez okular przez obserwatora.

W przeciwieństwie do noktowizorów opartych na przetwornikach elektronowo-optycznych (nazwijmy je analogowymi), kamery termowizyjne, podobnie jak cyfrowe noktowizory, pozwalają na realizację dużej liczby ustawień i funkcji użytkownika. Np. regulacja jasności i kontrastu obrazu, zmiana kolorystyki obrazu, wprowadzanie w pole widzenia różnych informacji (aktualna godzina, sygnalizacja niskiego poziomu baterii, ikony aktywowanych trybów itp.), dodatkowy zoom cyfrowy, obraz- funkcja in-picture (pozwala na wydzielenie małego „okna” umożliwiającego wyświetlenie w polu widzenia dodatkowego obrazu całego obiektu lub jego części, w tym powiększonego), chwilowe wyłączenie wyświetlacza (w celu oszczędzania energii i zamaskowania obserwatora poprzez eliminację blasku wyświetlacza roboczego).

Aby uchwycić obrazy obserwowanych obiektów, rejestratory wideo można zintegrować z kamerami termowizyjnymi. Można zaimplementować takie funkcje jak bezprzewodowe (kanał radiowy, WI-FI) przesyłanie informacji (zdjęć, wideo) do odbiorników zewnętrznych czy zdalne sterowanie urządzeniem (np. urządzenia mobilne), integrację z dalmierzami laserowymi (z wprowadzeniem informacji z dalmierzy w pole widzenia urządzenia), czujnikami GPS (możliwość ustalenia współrzędnych obserwowanego obiektu) itp.

Celowniki termowizyjne mają także szereg cech charakterystycznych w stosunku do „analogowych” celowników nocnych przeznaczonych do polowań. Znak celowniczy w nich jest zwykle „cyfrowy”, tj. Obraz znaku podczas przetwarzania sygnału wideo nakłada się na obraz obserwowany na wyświetlaczu i przesuwa się elektronicznie, co pozwala wykluczyć z pola widzenia mechaniczne jednostki wejściowe korekcji, które wchodzą w skład nocnych analogowych lub dziennych. celowniki optyczne i wymagające dużej precyzji w produkcji części i montażu tych zespołów. Dodatkowo eliminuje to taki efekt jak paralaksa, ponieważ obraz obserwowanego obiektu i obraz siatki celowniczej znajdują się w tej samej płaszczyźnie – płaszczyźnie wyświetlacza.

Przechowywanie pamięci można zastosować w celownikach cyfrowych i termowizyjnych duża ilość siatki celownicze w różnych konfiguracjach i kolorach, wygodne i szybkie zerowanie przy pomocy funkcji „zerowanie jednym strzałem” lub „zerowanie w trybie Freeze”, funkcja automatycznej korekty przy zmianie odległości strzelania, zapamiętywanie współrzędnych zerowania dla kilku broni, sygnalizacja pochylenia wzrok i wiele więcej.

Urządzenie termowizyjne.

Obiektyw. Najpopularniejszym, ale nie jedynym materiałem do produkcji soczewek do urządzeń termowizyjnych jest german monokrystaliczny. W różnym stopniu szafir, selenek cynku, krzem i polietylen również mają szerokość pasma w zakresach MWIR i LWIR. Szkła chalkogenkowe wykorzystuje się także do produkcji soczewek do urządzeń termowizyjnych.

German optyczny ma wysoką przepustowość i odpowiednio niski współczynnik absorpcji w zakresie 2...15 mikronów. Warto przypomnieć, że zakres ten obejmuje dwa atmosferyczne „okna przezroczystości” (3...5 i 8...12 mikronów). Większość czujników stosowanych w cywilnych urządzeniach termowizyjnych działa w tym zakresie.

German jest drogim materiałem, dlatego starają się tworzyć układy optyczne z minimalnej ilości składników germanowych. Czasami, aby obniżyć koszty konstrukcji obiektywu, stosuje się zwierciadła o powierzchniach sferycznych lub asferycznych. Aby chronić zewnętrzne powierzchnie optyczne przed wpływami zewnętrznymi, stosuje się powłokę na bazie węgla diamentopodobnego (DLC) lub analogów.

Klasyczne szkło optyczne nie jest wykorzystywane do produkcji soczewek do urządzeń termowizyjnych, ponieważ nie posiada zdolności transmisji przy długości fali większej niż 4 mikrony.

Konstrukcja obiektywu i jego parametry mają istotny wpływ na możliwości konkretnego urządzenia termowizyjnego. Więc, długość ogniskowa obiektyw wpływa bezpośrednio na powiększenie urządzenia (im większa ostrość, tym większe, przy niezmienionych parametrach, powiększenie), pole widzenia (maleje wraz ze wzrostem ostrości) i zasięg obserwacji. Względna przysłona obiektywu, obliczony jako iloraz średnicy świetlnej soczewki do ogniska, charakteryzuje względną ilość energii, która może przejść przez soczewkę. Wskaźnik apertury względnej wpływa na czułość, a także rozdzielczość temperaturową urządzenia termowizyjnego.

Efekty wizualne, takie jak winietowanie i efekt narcyza, również wynikają z konstrukcji obiektywu i występują w różnym stopniu we wszystkich urządzeniach termowizyjnych.

Czujnik. Elementem światłoczułym urządzenia termowizyjnego jest dwuwymiarowy wieloelementowy układ fotodetektorów (FPA), wykonany na bazie różnych materiałów półprzewodnikowych. Technologii wytwarzania elementów wrażliwych na podczerwień jest sporo, jednak w urządzeniach termowizyjnych do użytku cywilnego można zauważyć zdecydowaną przewagę bolometrów (mikrobolometrów).

Mikrobolometr jest odbiornikiem energii promieniowania podczerwonego, którego działanie opiera się na zmianie przewodności elektrycznej czułego elementu podczas jego nagrzewania w wyniku absorpcji promieniowania. Mikrobolometry dzielą się na dwie podklasy, w zależności od tego, który materiał jest wrażliwy na podczerwień, tlenek wanadu (VOx) lub krzem amorficzny (α-Si).

Wrażliwy materiał pochłania promieniowanie podczerwone, w wyniku czego zgodnie z prawem zachowania energii nagrzewa się wrażliwy obszar piksela (pojedynczy fotodetektor w matrycy) mikrobolometru. Wewnętrzna przewodność elektryczna materiału zmienia się i zmiany te są rejestrowane. Efektem końcowym jest monochromatyczna lub kolorowa wizualizacja obrazu temperatury na wyświetlaczu urządzenia. Warto zaznaczyć, że kolor, w jakim wyświetlany jest obraz temperatury na wyświetlaczu, zależy wyłącznie od pracy części programowej urządzenia termowizyjnego.

Na zdjęciu: matryca mikrobolometryczna (czujnik) firmy Ulis

Produkcja matryc mikrobolometrycznych jest procesem wymagającym dużej wiedzy, zaawansowanych technologii i kosztownym. Na świecie jest tylko kilka firm i krajów, które mogą sobie pozwolić na utrzymanie takiej produkcji.

Producenci czujników termowizyjnych (mikrobolometrów) w swoich dokumentach regulujących jakość czujników dopuszczają obecność na czujniku zarówno pojedynczych pikseli, jak i ich skupisk (skupisków), które w czasie normalnej pracy powodują odchylenia sygnału wyjściowego – tzw. „martwe” lub „uszkodzone” piksele. „Martwe” piksele są typowe dla czujników dowolnego producenta. Ich obecność tłumaczy się różnymi odchyleniami, które mogą wystąpić podczas produkcji mikrobolometru, a także obecnością obcych zanieczyszczeń w materiałach, z których wykonane są wrażliwe elementy. Kiedy działa urządzenie termowizyjne, wzrasta temperatura własnych pikseli, a piksele niestabilne na wzrost temperatury („pęknięte”) zaczynają generować sygnał, który może znacznie różnić się od sygnału prawidłowo działających pikseli. Na wyświetlaczu urządzenia termowizyjnego takie piksele mogą pojawiać się jako białe lub czarne kropki (w przypadku pojedynczych pikseli) lub plamki o różnej konfiguracji, wielkości (w przypadku skupisk) i jasności (bardzo jasne lub bardzo ciemne). Obecność takich pikseli w żaden sposób nie wpływa na żywotność matrycy i nie jest przyczyną pogorszenia się jej parametrów w trakcie późniejszej eksploatacji. W rzeczywistości jest to po prostu „kosmetyczny” defekt obrazu.

Producenci kamer termowizyjnych stosują różne algorytmy oprogramowania do przetwarzania sygnału z uszkodzonych pikseli, aby zminimalizować ich wpływ na jakość i widoczność obrazu. Istota przetwarzania polega na zastąpieniu sygnału z wadliwego piksela sygnałem z sąsiedniego (najbliższego) normalnie funkcjonującego piksela lub uśrednionym sygnałem z kilku sąsiednich pikseli. W wyniku tej obróbki uszkodzone piksele z reguły stają się prawie niewidoczne na obrazie.

Na określone warunki obserwacji nadal można dostrzec obecność skorygowanych uszkodzonych pikseli (zwłaszcza skupisk), np. gdy granica pomiędzy ciepłymi i zimnymi obiektami wpada w pole widzenia urządzenia termowizyjnego, a co za tym idzie, gdy granica ta dokładnie mieści się pomiędzy skupisko uszkodzonych pikseli i normalnie działających pikseli. Kiedy te warunki zbiegają się, skupisko uszkodzonych pikseli jest widoczne jako plamka mieniąca się białymi i ciemnymi kolorami, najbardziej przypominająca kroplę płynu na obrazie. Należy zauważyć, że obecność takiego efektu nie jest oznaką wadliwego urządzenia termowizyjnego.

Elektroniczna jednostka przetwarzająca. Zazwyczaj elektroniczny moduł przetwarzający składa się z jednej lub kilku płytek (w zależności od układu urządzenia), na których umieszczone są wyspecjalizowane mikroukłady, które przetwarzają sygnał odczytany z czujnika i dalej przekazują sygnał na wyświetlacz, na którym wyświetlany jest obraz powstaje rozkład temperatury obserwowanego obszaru. Na płytkach znajdują się główne elementy sterujące urządzenia, realizowany jest także obwód zasilania, zarówno dla całego urządzenia, jak i dla poszczególnych obwodów obwodów.

Mikrowyświetlacz i okular. Z uwagi na to, że większość myśliwskich kamer termowizyjnych wykorzystuje mikrowyświetlacze, do obserwacji obrazu służy okular, który działa jak szkło powiększające i pozwala na wygodne oglądanie obrazu w powiększeniu.

Najczęściej stosowane wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD) są wyświetlaczami półprzezroczystymi (tylna strona wyświetlacza jest oświetlona źródłem światła) lub wyświetlaczami OLED (podczas transmisji prąd elektryczny materiał wyświetlacza zaczyna emitować światło).

Zastosowanie wyświetlaczy OLED ma szereg zalet: możliwość pracy urządzenia w niższych temperaturach, wyższą jasność i kontrast obrazu, prostszą i bardziej niezawodną konstrukcję (nie ma źródła podświetlenia wyświetlacza, jak w wyświetlaczach LCD) . Oprócz wyświetlaczy LCD i OLED można zastosować mikrowyświetlacze LCOS (Liquid Crystal on Silicone), które są rodzajem wyświetlaczy ciekłokrystalicznych typu odblaskowego.

GŁÓWNE PARAMETRY URZĄDZEŃ TERMOWIZYJNYCH

ZWIĘKSZYĆ.Charakterystyka pokazuje, ile razy obraz obiektu obserwowanego w urządzeniu jest większy w porównaniu do obserwacji obiektu gołym okiem. Jednostka miary - wielokrotność (oznaczenie„x”, na przykład „2x” - „dwa razy”).

W przypadku urządzeń termowizyjnych typowe wartości powiększeń wahają się od 1x do 5x, ponieważ Głównym zadaniem urządzeń nocnych jest wykrywanie i rozpoznawanie obiektów przy słabym oświetleniu i złych warunkach. warunki pogodowe. Zwiększenie powiększenia w urządzeniach termowizyjnych prowadzi do znacznego zmniejszenia całkowitej apertury urządzenia, w wyniku czego obraz obiektu będzie mniej kontrastowy w stosunku do tła niż w podobnym urządzeniu o mniejszym powiększeniu. Spadek współczynnika apertury wraz ze wzrostem powiększenia można zrekompensować zwiększeniem średnicy świetlnej obiektywu, ale to z kolei doprowadzi do zwiększenia gabarytów i masy urządzenia oraz bardziej skomplikowanej optyki, co zmniejsza całkowitą łatwość obsługi urządzeń przenośnych i znacząco podnosi cenę urządzenia termowizyjnego. Jest to szczególnie istotne w przypadku lunet, gdyż użytkownik dodatkowo musi trzymać broń w dłoniach. Przy dużym powiększeniu pojawiają się również trudności w odnalezieniu i śledzeniu obiektu obserwacji, zwłaszcza jeśli obiekt jest w ruchu, ponieważ wraz ze wzrostem powiększenia pole widzenia maleje.

O powiększeniu decydują ogniskowe obiektywu i okularu oraz współczynnik powiększenia (K), równy stosunkowi wymiarów fizycznych (przekątnych) wyświetlacza i czujnika:

Gdzie:

Fo- ogniskowa obiektywu

FOK- ogniskowa okularu

LZ- rozmiar przekątnej czujnika

LD- rozmiar przekątnej wyświetlacza.

ZALEŻNOŚCI:

Im większa ogniskowa obiektywu, tym większy rozmiar wyświetlacza większy wzrost.

Im większa ogniskowa okularu, tym większy rozmiar matrycy wzrost jest mniejszy.

LINIA WZROKU. Charakteryzuje wielkość przestrzeni, którą można jednocześnie oglądać za pomocą urządzenia. Zazwyczaj pole widzenia w parametrach urządzeń podawane jest w stopniach (kąt pola widzenia na poniższym rysunku oznaczono jako 2Ѡ) lub w metrach dla określonej odległości (L) od obiektu obserwacji (liniowa pole widzenia na rysunku oznaczono jako A).

Pole widzenia cyfrowych noktowizorów i urządzeń termowizyjnych jest określone przez skupienie obiektywu (fob) i fizyczny rozmiar czujnika (B). Zwykle przy obliczaniu pola widzenia szerokość (rozmiar poziomy) jest traktowana jako rozmiar czujnika, co daje poziome kątowe pole widzenia:

Znając wymiary czujnika w pionie (wysokość) i po przekątnej, można obliczyć także kątowe pole widzenia urządzenia w pionie lub po przekątnej.

Uzależnienie:

Im większy rozmiar czujnika lub mniejsza ostrość obiektywu, tymwiększe pole widzenia.

Im większe pole widzenia urządzenia, tym wygodniej jest obserwować obiekty – nie ma konieczności ciągłego poruszania urządzeniem, aby obejrzeć interesujący fragment przestrzeni.

Ważne jest, aby zrozumieć, że pole widzenia jest odwrotnie proporcjonalne do powiększenia - wraz ze wzrostem powiększenia urządzenia jego pole widzenia maleje. Jest to również jeden z powodów, dla których nie produkuje się systemów podczerwieni (w szczególności kamer termowizyjnych) o dużym powiększeniu. Jednocześnie musisz zrozumieć, że wraz ze wzrostem pola widzenia odległość wykrywania i rozpoznawania będzie się zmniejszać.

SZYBKOŚĆ AKTUALIZACJI RAMKI. Jedną z głównych cech technicznych urządzenia termowizyjnego jest częstotliwość aktualizacji klatek. Z punktu widzenia użytkownika jest to liczba klatek wyświetlanych na wyświetlaczu w ciągu jednej sekundy. Im wyższa częstotliwość odświeżania klatki, tym mniej zauważalny jest efekt „opóźnienia” obrazu generowanego przez urządzenie termowizyjne w stosunku do rzeczywistej sceny. Dlatego też podczas oglądania dynamicznych scen za pomocą urządzenia o częstotliwości odświeżania 9 klatek na sekundę obraz może wydawać się rozmazany, a ruchy poruszających się obiektów mogą wydawać się opóźnione, z „szarpnięciami”. I odwrotnie, im wyższa częstotliwość odświeżania klatki, tym płynniejsze będzie wyświetlanie dynamicznych scen.

POZWOLENIE. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA ROZDZIELCZOŚĆ.

O rozdzielczości decydują parametry elementów optycznych urządzenia, czujnika, wyświetlacza, jakość rozwiązań obwodów zastosowanych w urządzeniu, a także zastosowane algorytmy przetwarzania sygnału. Rozdzielczość urządzenia termowizyjnego (rozdzielczość) jest złożonym wskaźnikiem, którego elementami są temperatura i rozdzielczość przestrzenna. Przyjrzyjmy się każdemu z tych elementów osobno.

Rozdzielczość temperaturowa(czułość; minimalna wykrywalna różnica temperatur) to stosunek graniczny sygnału obiektu obserwacji do sygnału tła, z uwzględnieniem szumu elementu czułego (czujnika) kamery termowizyjnej. Wysoka rozdzielczość temperaturowa oznacza, że urządzenie termowizyjne będzie w stanie wyświetlić obiekt o określonej temperaturze na tle o podobnej temperaturze, przy czym im mniejsza różnica temperatur obiektu i tła, tym wyższa będzie rozdzielczość temperaturowa.

Rozkład przestrzenny charakteryzuje zdolność urządzenia do oddzielnego przedstawiania dwóch blisko siebie położonych punktów lub linii. W Specyfikacja techniczna urządzenie, parametr ten można zapisać jako „rozdzielczość”, „limit rozdzielczości”, „maksymalna rozdzielczość”, co w zasadzie oznacza to samo.

Najczęściej rozdzielczość urządzenia charakteryzuje się rozdzielczością przestrzenną mikrobolometru, ponieważ elementy optyczne urządzenia zwykle mają margines rozdzielczości.

Zazwyczaj rozdzielczość jest określana w skokach (linii) na milimetr, ale można ją również określić w jednostkach kątowych (sekundach lub minutach).

Im wyższa wartość rozdzielczości w kresach (liniach) na milimetr i im niższa rozdzielczość w wartościach kątowych, tym wyższa jest rozdzielczość. Im wyższa rozdzielczość urządzenia, tym wyraźniejszy obraz widzi obserwator.

Do pomiaru rozdzielczości kamer termowizyjnych wykorzystuje się specjalny sprzęt – kolimator, który tworzy symulowany obraz specjalnego obiektu testowego – liniowego celu termicznego. Badając obraz badanego obiektu przez urządzenie, ocenia się rozdzielczość kamery termowizyjnej – im mniejsze kreski świata są wyraźnie widoczne oddzielnie od siebie, tym wyższa jest rozdzielczość urządzenia.

Obraz: Różne opcje świata termowizyjnego (widok przez urządzenie termowizyjne)

Rozdzielczość urządzenia zależy od rozdzielczości obiektywu i okularu. Soczewka tworzy obraz obserwowanego obiektu w płaszczyźnie czujnika, a jeśli rozdzielczość obiektywu jest niewystarczająca, dalsza poprawa rozdzielczości urządzenia jest niemożliwa. W ten sam sposób okular niskiej jakości może „zepsuć” najczystszy obraz tworzony przez elementy urządzenia na wyświetlaczu.

Rozdzielczość urządzenia zależy także od parametrów wyświetlacza, na którym tworzony jest obraz. Podobnie jak w przypadku czujnika, czynnikiem decydującym jest rozdzielczość wyświetlacza (liczba pikseli) i ich rozmiar. Gęstość pikseli na wyświetlaczu charakteryzuje się takim wskaźnikiem jak PPI (skrót od „pixels per inch”) – jest to wskaźnik wskazujący liczbę pikseli na cal powierzchni.

W przypadku bezpośredniego przesyłania obrazu (bez skalowania) z czujnika na wyświetlacz rozdzielczość obu musi być taka sama. W takim przypadku eliminuje się zmniejszenie rozdzielczości urządzenia (jeśli rozdzielczość wyświetlacza jest niższa niż rozdzielczość czujnika) lub nieuzasadnione użycie drogiego wyświetlacza (jeśli rozdzielczość wyświetlacza jest wyższa niż rozdzielczość czujnika).

Parametry czujnika mają duży wpływ na rozdzielczość urządzenia. Przede wszystkim jest to rozdzielczość bolometru - całkowita liczba pikseli (zwykle określana jako iloczyn pikseli w wyrazie i kolumnie) oraz rozmiar piksela. Te dwa kryteria pozwalają na podstawową ocenę rozdzielczości.

UZALEŻNIENIE:

Im większa liczba pikseli i im mniejszy jest ich rozmiar, tym wyższarezolucja.

To stwierdzenie jest prawdziwe w przypadku tej samej wielkości fizycznejczujniki. Czujnik o gęstości pikseli na jednostkę powierzchnico więcej, ma także większą rozdzielczość.

Urządzenia termowizyjne mogą również wykorzystywać różne algorytmy do przetwarzania sygnału użytecznego, co może mieć wpływ na ogólną rozdzielczość urządzenia. Przede wszystkim mówimy o o „cyfrowym powiększaniu”, kiedy obraz generowany przez matrycę jest przetwarzany cyfrowo i „przenoszony” na wyświetlacz z pewnym powiększeniem. W takim przypadku ogólna rozdzielczość urządzenia maleje. Podobny efekt można zaobserwować w aparaty cyfrowe podczas korzystania z funkcji zoomu cyfrowego.

Oprócz powyższych czynników należy wymienić kilka innych, które mogą zmniejszyć rozdzielczość urządzenia. Przede wszystkim są to różnego rodzaju „szumy”, które zniekształcają sygnał użyteczny, a w efekcie pogarszają jakość obrazu. Możesz wybrać następujące typy hałas:

Ciemny szum sygnału. Główną przyczyną tego szumu jest termionowa emisja elektronów (spontaniczna emisja elektronów w wyniku nagrzania materiału czujnika). Im niższa temperatura, tym niższy sygnał ciemny, tj. mniej hałasu, to właśnie w celu wyeliminowania tego hałasu stosuje się przesłonę (namiot) i kalibrację mikrobolometru.

Przeczytaj hałas. Kiedy sygnał przechowywany w pikselu czujnika jest wysyłany z czujnika, przekształcany na napięcie i wzmacniany, do każdego elementu wprowadzany jest dodatkowy szum, zwany szumem odczytu. Aby zwalczać szum, stosuje się różne algorytmy przetwarzania obrazu w oprogramowaniu, które często nazywane są algorytmami redukcji szumów.

Oprócz szumów rozdzielczość może zostać znacznie obniżona przez zakłócenia powstałe na skutek błędów w rozmieszczeniu urządzenia (względne położenie płytek drukowanych i przewodów połączeniowych, kabli wewnątrz urządzenia) lub na skutek błędów w poprowadzeniu wydruków płytki drukowane (względne położenie ścieżek przewodzących, obecność i jakość warstw ekranujących). Również błędy w obwodzie elektrycznym urządzenia, nieprawidłowy dobór elementów radiowych do realizacji różnych filtrów oraz zasilanie obwodów elektrycznych urządzenia mogą powodować zakłócenia. Dlatego rozwój schematy elektryczne, pismo oprogramowanie Przetwarzanie sygnału i układanie płytek to ważne i złożone zadania podczas projektowania urządzeń termowizyjnych.

ZAKRES OBSERWACJI.

Zasięg obserwacji obiektu za pomocą urządzenia termowizyjnego zależy od splotu dużej liczby czynników wewnętrznych (parametrów czujnika, części optycznych i elektronicznych urządzenia) oraz warunki zewnętrzne(różne cechy obserwowanego obiektu, tło, czystość atmosfery itp.).

Najbardziej odpowiednim podejściem do opisu zasięgu obserwacji jest jego, szczegółowo opisany w różnych źródłach, podział na zasięg detekcyjny, rozpoznawczy i identyfikacyjny, według zasad określonych przez tzw. Kryterium Johnsona, według którego zasięg obserwacji jest bezpośrednio powiązany z temperaturą i rozdzielczością przestrzenną urządzenia termowizyjnego.

Dla dalszy rozwój Temat wymaga wprowadzenia pojęcia rozmiaru krytycznego obiektu obserwacji. Uważa się, że krytyczne jest uwzględnienie rozmiaru, według którego analizowany jest obraz obiektu w celu zidentyfikowania jego charakterystycznych cech geometrycznych. Często za krytyczny uważa się minimalny widoczny rozmiar obiektu, wzdłuż którego przeprowadzana jest analiza. Na przykład dla dzika lub sarenki za krytyczny rozmiar można uznać wysokość ciała, dla osoby - wzrost.

Za zakres, w którym krytyczny rozmiar określonego obiektu obserwacji mieści się w odległości 2 lub więcej pikseli czujnika kamery termowizyjnej, uważa się zasięg wykrywania. Fakt wykrycia wskazuje jedynie na obecność tego obiektu w określonej odległości, ale nie daje wyobrażenia o jego cechach (nie pozwala stwierdzić, jaki to rodzaj obiektu).

Fakt uznanie obiektu rozpoznaje się możliwość określenia rodzaju obiektu. Oznacza to, że obserwator jest w stanie rozpoznać to, w czym obserwuje ten moment- osoba, zwierzę, samochód i tak dalej. Powszechnie przyjmuje się, że rozpoznanie jest możliwe pod warunkiem, że krytyczny rozmiar obiektu mieści się w co najmniej 6 pikselach czujnika.

Z punktu widzenia zastosowania myśliwskiego największą przydatnością praktyczną jest zakres identyfikacyjny. Identyfikacja oznacza, że obserwator jest w stanie ocenić nie tylko rodzaj obiektu, ale także zrozumieć jego charakterystyczne cechy (np. samiec dzika o długości 1,2 m i wysokości 0,7 m). Aby spełnić ten warunek, na krytyczny rozmiar obiektu musi nakładać się co najmniej 12 pikseli czujnika.

Ważne jest, aby zrozumieć, że we wszystkich tych przypadkach mówimy o 50% prawdopodobieństwie wykrycia, rozpoznania lub zidentyfikowania obiektu na danym poziomie. Im więcej pikseli pokrywa krytyczny rozmiar obiektu, tym większe prawdopodobieństwo wykrycia, rozpoznania lub identyfikacji.

WYJŚCIE USUWANIE UCZNIÓW- jest to odległość od zewnętrznej powierzchni ostatniej soczewki okularu do płaszczyzny źrenicy oka obserwatora, przy której obserwowany obraz będzie najbardziej optymalny (maksymalne pole widzenia, minimalne zniekształcenie). Parametr ten jest najważniejszy w przypadku lunet, w których odstęp źrenicy musi wynosić co najmniej 50 mm (optymalnie 80-100 mm). Tak duży odstęp źrenicy jest niezbędny, aby strzelec nie został zraniony przez okular lunety podczas odrzutu. Z reguły w przypadku kamer NVG i kamer termowizyjnych odstęp źrenicy jest równy długości muszli ocznej, która jest niezbędna do zamaskowania blasku wyświetlacza w nocy.

KALIBRACJA CZUJNIKÓW URZĄDZEŃ TERMOWIZYJNYCH

Kalibracja urządzenia termowizyjnego dzieli się na kalibrację fabryczną i użytkownika. Proces produkcji urządzenia termowizyjne na niechłodzonych czujnikach wymagają fabrycznej kalibracji urządzenia (pary obiektyw-czujnik) przy użyciu specjalnego sprzętu.

Możesz zapoznać się z nowymi modelami kamer termowizyjnych PULSAR i dokonać świadomego wyboru.