Угол поля зрения матричного тепловизора зависит

Поле зрения тепловизора, или с какого расстояния можно увидеть кабана с помощью тепловизора

Достаточно часто наши клиенты спрашивают про расстояния, на которых работает тепловизор. Кто-то интересуется, подойдет ли конкретная модель тепловизора для проведения тепловизионного обследования зданий. Для охотников важно, с какого расстояния можно будет увидеть кабана или лося. Ответ на эти вопросы будет зависеть от двух основных параметров тепловизоров: это размер чувствительного детектора (матрицы) тепловизора и параметров объектива FOV (Поле зрения). Так же будет иметь значение и сам размер объекта измерения.

Для удобства на нашем сайте можно воспользоваться специальной программой калькулятором:
http://www.thermoview.ru/articles/fov/

Для более глубокого понимания предлагаем познакомиться с теорией вопроса.
На рис. 1 представлен вид поля зрения тепловизора.
Дадим определения основным параметрам:

• FOV (Field of view) — Поле зрения тепловизора. Встречаются и другие определения этого параметра, такие как угол обзора, угол зрения, угол визирования, угловое пространство. Это параметр объектива тепловизора, описывающий размеры пространства при снимке объекта. Чаще всего измеряется в градусах. Используется простая геометрия для расчета основных параметров поля зрения. Чем меньше угол поля зрения, тем можно дальше отойти от объекта, не потеряв при этом в качестве снимка.
• D1, D2, D3 — Расстояние от тепловизора до объекта измерения, единицы измерения мм.
• X1, X2, X3 — Ширина обзора по горизонтали, единицы измерения м.
• Y1, Y2, Y3 — Ширина обзора по вертикали, единицы измерения м.
• S1, S2, S3 — Минимальный размер объекта «видимый» на заданном расстоянии, единицы измерения квадратный сантиметр.
• iFov (Instantaneous Field of View) — Пространственное разрешение или мгновенный угол поля зрения, измеряется в мрадиан. iFov – Это угол поля зрения, который приходится на один пиксель. Его легко посчитать, зная FOV и количество пикселей детектора, разделив угол поля зрения по одной из осей на соответствующее кол-во пикселей и переведя значения в милирадианы. Данное значение используется для удобного и быстрого расчета значения S1, S2, S3 (iFov помножив на расстояние до объекта в метрах получим значение S в квадратных мм).

Рис. 1. К определению поля зрения тепловизоров.

Для корректного измерения температуры объекта необходимо, что бы он полностью «попадал» в пиксель см. Рис.2.

Корректно Не корректно Не корректно
Рис. 2. Корректное измерение температуры объекта.

Физически изображение объекта проецируется на детекторе, при этом, чем дальше тепловизор находится от объекта, тем больше «размыто» изображение.

Поэтому чем больше будет в детекторе пикселей, тем более четкое изображение мы будем получать. Иногда (Если тепловизор уже существует) его стандартное поле зрения можно изменить. Для этого применяют телеобъектив. У таких объективов угол поле зрения меньше стандартного и они как бы приближают объект к тепловизору. В некоторых объективах тепловизорах используются особая конструкция линз, которая обеспечивает более широкое поле зрения. Эти объективы называются широкоугольными и обозначаются WA (wide-angle). Такие объективы находят применение, когда нет возможности отойти на достаточное расстояние, чтобы охватить объект изменения.

Теперь приведем пример расчета: Определим, с какого расстояния будет виден кабан тепловизором IRISYS IRI 4010. Параметры этого тепловизора: детектор 160х120 пикселей и поле зрение объектива 20х15 градусов. Вводим эти параметры в программу http://www.thermoview.ru/articles/fov/. Далее методом подбора находим расстояние, при котором минимальный размер объекта S, не будет превышать 50 квадратных сантиметров (это приблизительный размер кабана). Результат расчета дает, что

с 250000 мм = 250 метров (Программа рассчитывает при вводе расстояния в мм!) кабан будет различим на экране тепловизора. Если принять, что лось размером

1 метр квадратный – то он будет виден с расстояния 500 м.

Касательно зданий и сооружений, а так же дымовых труб, можно сказать, что тут все будет зависеть от размера дефекта и растечек тепла. Так если рассматривать шов в панельном доме – за минимальный размер объекта S можно взять 8 квадратных см (с учетом растечки тепла). Получим, что расстояния, с которых можно снимать данную проблему — 35-40 метров, что соответствует 5-7 этажному дому.

Следуя данному расчету можно подобрать «нужный» тепловизор, оперируя двумя параметрами.
Таким образом, чтобы работать на более больших расстояниях, необходимо брать тепловизор с большей матрицей либо использовать приближающий объектив (телеобъектив).

Характеристики тепловизоров

• Новости
• О компании
• Продукция, цены
• Статьи, обзоры
• Схемы, документация
• Контакты
• F.A.Q.

Основные характеристики тепловизоров

Разрешение матрицы — это количество ее чувствительных элементов.
Разрешение являетс важнейшей характеристикой матрицы: именно количество чувствительных элементов по горизонтали и вертикали определяет итоговую четкость изображения.
Использование тепловизоров с матрицей высокого разрешения более удобно, например, позволяет легче идентифицировать точки с максимальной и минимальной температурой. Однако, снабжение тепловизора матрицей большего разрешения увеличивает его стоимость приблизительно в 2 раза.

Поле зрения (FOV) — угловое пространство, «видимое» тепловизором. По заданной величине поля зрения можно установить рабочее расстояние, с которого можно исследовать объект заданной величины. При условном поле зрения a x b рабочее расстояние до испытываемого объекта (при вертикальном расположении кадра) можно рассчитать по формуле:

l=h/tg a,
где h — высота объекта исследования.

Пространственное разрешение (iFOV) — это размер наименьшего отображаемого объекта. Данная характеристика выражается обычно в миллирадианах; узнать линейный размер наименьшего отображаемого объекта можно используя формулу:

h= l*δ,
где l — расстояние до объекта, δ — пространственное разрешение в радианах.

Температурная чувствительность (NETD) — это наименьшая разница температур, выявляемая в пределах одного пикселя. Данная величина может быть выражена в градусах Цельсия или кельвинах.

Частота кадров — величина характеризующая скорость смены изображения на экране тепловизора, обычно выражается в Герцах. Низкое значение частоты смены кадров (9Гц) тепловизора свидетельствует о том, что смена изображений будет заметна для оператора. Даже при медленном перемещении пользователя вместе с тепловизором этот эффект усиливается. Для длительной работы в движении или с постоянно меняющейся сценой перед объективом тепловизора рекомендуются модели с частотой кадров 50/60 Гц.

Copyright ©2005. Все права защищены. Любое использование материалов, их подборки, дизайна, элементов дизайна допускается только с согласия правообладателя. Вся информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой.

Угол поля зрения матричного тепловизора зависит

вопрос: чем отличается ночное видение от тепловидения
ответ: ночное видение на электронно оптических преобразователях усиливает отраженный от объектов свет, а тепловизор строит изображение на разнице теплового излучении от обьектов.
Любые объекты если их температура выше -273 градусов цельсия излучают тепловую энергию.

вопрос: чем различаются между собой тепловизоры
ответ: разрешением матрицы, чуствительностью, рабочими диапазонами ИК излучения, частотой обновления картинки, фокусными растояними обьектива

вопрос: что такое разрешние матрицы тепловизора и на что оно влияет
ответ: разрешение матрицы тепловизора это количество чуствительных сенсоров в чуствительном элементе тепловизора(матрице), влияет на ширину поля зрения

вопрос: что такое чуствительность тепловизора
ответ: это минимально разлечимая сенсором разница температуры обьекта наблюдения. Измеряется обычно в миликельвинах(мК). Чуствительность тепловизора складывается из чуствительности матрицы тепловизора и потерь на передаче энергии через обьектив тепловизора.
Типовая чуствительность современной матрицы неохлаждаемого тепловизора 50мК, что равнется 0.05 градусов цельсия.

вопрос: на что влияет фокусное растояние обьектива тепловизора
ответ: на детализацию изображения и ширину поля зрения

вопрос: из чего состоит тепловизор
ответ: из обьектива который собирает и фокусирует излучение на матрице, чуствительной матрицы, электроники которая обрабатывает изображение, микродисплея на который выводится изображение с электроники, окуляра который фокусирует изображение с микродисплея в глаз

вопрос: почему тепловизор видит через туман
ответ: туман прозрачен для теплого излучение, но в зависимости от его плотности тумана изображение тепловизора ухудшается.

вопрос: от чего зависит дальность обнаружения в тепловизоре
ответ: от разности мощности излучения между обьектом и фоном на котором он находится, от чуствительности тепловизора, от погодных условий, от фокусного растояния обьектива.

вопрос: в каких диапазонах длин ИК волн работают тепловизоры
ответ: основные диапазоны это 3-5мкм( в основном это охлаждаемые модули) и 7-14мкм(это неохлаждаемые модули)

вопрос: какое на сегодня максимальное разрешение матрицы
ответ: 640х512 для доступных ручных приборов и 1024х768 для стационарных

вопрос: что такое частота изображения
ответ: максимальная частота с которой может полностью менятся изображение выдаваемое тепловизионы модулем.
бывает 7,5/9гц, 25/30Гц, 50/60Гц и далее
Чем больше частота изображения тем комфортнее наблюдать быстроменяющиеся сцены.

вопрос: кода пишут в характеристиках линза 19 мм, 65 мм, 150 мм и т.д., имеется ввиду фокусное или диаметр линзы?
ответ: Да, имеют ввиду имено фокусное растояние объектива прибора.

вопрос: из чего делают обьективы тепловизионных приборов
ответ: обычно это германий покрытый с наружи тонким слоем титанового сплава для износостойкости, также в приборах диапазона 3-5мкм применяют кремневые линзы.

вопрос: Хрусталик в глазу прозрачный, а объектив в теплике «металлический».
Почему тогда он им, непрозрачным, видит?
ответ: Материал линзы объектива тепловизора прозрачен для волн инфракрасного диапазона.

вопрос: В одних тепловизорах изображение серое, в других цветное. А если в «серый» тепловизор поставить цветной дисплей, то изображение тоже будет цветным?
ответ: изображение может быть каким угодно цвета, все зависит от возможности электроники отображать изображение в различных цветовых схемах.

вопрос: может ли при одном и том же оптическом увеличении диаметр наружной линзы быть разным?
ответ: Оптическое увеличение прибора в том числе зависит и от фокусного растояния обьектива. Ситуации когда при одном и том же фокусном растоянии входные линзы в диаметре разные бывают часто.

вопрос: Какие из параметров влияют на качество изображения
ответ: Фокусное растояние обьектива, разрешение матрицы, чуствительность, размер чуствительного элемента(пикселя) матрицы, дисплей, окуляр

вопрос: на что влияет размер чуствительного элемента матрицы
ответ: при одинаковом фокусном растояни он влияет на детализацию.
Также он косвенно влияет на энергопотребление матрицы и чуствительность, основные типоразмеры неохлаждаемых чуствительных элементов это 25мкм и 17мкм. 17мкм элементы являются на сегодня более совершенными во всех отношениях.

вопрос: Что такое микроболометр
ответ: это чуствительный элемент в неохлаждаемой матрице

вопрос: Какие погодные условия влияют на качество изображения тепловизора
ответ: Прежде всего это влажность в любых проявлениях. Дождь, снег, туман. При большой влажности обьекты наблюдения покрываются пленкой воды которая препядствует собствеому излучению тел. Также вода препядствует излучению при плотном тумане и снеге.

вопрос: что такое калибровка
ответ: тепловизионная матрица является полупроводниковым элементом.
Электрические характеристики полупроводниковых элементов зависят от их собственой температуры. По мере изменения температуры матрицы или всего прибора в целом в результате работы, электрические характеристи сенсоров матрицы меняются. Меняются они не равномерно и не одновременно по всему полю матрицы. В момент калибровки показания всех сенсоров приводятся к единому значению.

вопрос: Какие бывают виды калибровки и как это работает
ответ: основных видов калибровки три.

1.Калибровка шторкой (шутером)
Калибровка шторкой представлет собой механический затвор перед матрицей, напоминающий затвор фотоаппарата. В момент срабатывания затвора слышен характерный звук и перед сенсорами матрицы на короткое время закрывается поле зрения. В этот момент электроника калибруется по закрытой шторке затвора.

2.Калибровка крышкой
Для калиброки крышкой пользователь самостоятельно должен закрыть обьектив крышкой и нажать кнопку калибровки. Предпологается, что крышка которую используют для калибровки должна быть прогрета со всех сторон одинакого.

3.Электронная калибровка
Электроный метод калибровки не предполагает никаких механических или иных вмешательств в работу прибора. Прибор сам знает как прогревается его сенсоры и обьектив и на основании этих данных сам корректирет их выходные сигналы и обрабатывает алгоритмами.

вопрос: какой метод калибровки лучше
ответ: каждый метод калибровки имеет свои плюсы и минусы.
калибровка шторкой издает звук, на время закрывает изображение и калибрует только матрицу без учета помех которые вносит обьектив.
калибровка крышкой бывает неудобна, так как требует ручных манипуляций с прибором однако при этом методе достигается максимальное качество калибровки, так как участвует вся система матрица-объектив
электронная калибровка не издает никаких звуков, не гасит картинку, не имеет механических деталей. Однако не всегда угадывает истиное состояние прогрева системы обьектив-матрица, что отражается на качестве картинки.

вопрос: от чего зависит время работы тепловизора
ответ: от потребляемой тепловизором электроэнергии и емкостью его батарей. Батареи бывают аккумуляторные и обычные сменные, так же встречаются варианты с встроеными акумуляторами и внешними дополнительными источниками питания. Некоторые батари плохо переносят морозы и время работы прибора может сильно сократится.

вопрос: какие есть варианты отображения в тепловизинных приборах
ответ: обычно в тепловизионых приборах применяется чернобелое изображение, чем светлее выглядит обьект тем он теплее относительно других обьектов. Так же можно инвертировать это представление, тогда темное будет более теплым. Однако современные тепловизоры имеют и цветные режимы, например где теплые обьекты выделяются цветами (например красным).

вопрос: что такое контрастность цели
ответ: это разница между мощностью излучения цели и фона на котором она стоит. От контрасноти цели зависит дальность обнаружения и дальность распознования цели

вопрос: что такое дальность обнаружения
ответ: это дальность на которой высококонтрастная цель становится видимой пользователю

вопрос: что такое дальность распознования
ответ: дальность распознования обычно считают от возможности распознать стоящего человека с вытянутой рукой и без вытянутой руки.

вопрос: что такое означает «СТП у прибора плавает
ответ: СТП это средняя точка попадания в прицелах. Поэтому когда говорят о плавующей СТП это означает, что прицел невозможно пристрелять с оружием, так чтобы всегда знать куда оно стреляет.

вопрос: что означает «битый пиксель»
ответ: Различают два вида этой беды.
1 вариант битый пиксель на матрице.
На некоторых матрицах от эксплуатации появляются неработающие или неисправно работающие пиксели на матрице. Обычно они выглядят как темные или светлые пятна на картинке. Они не могут воспринимать излучение от обьектов и мешаются при просмотре изоражения. В некоторые тепловизионных модулях есть режим автоматического выявления и «закрашивания» пикселей. В таком случае прибор без каких либо действий со стороны пользователя по специальному алгоритму
«закрашивает» битый пиксель информацией с соседних пикселей.
В некоторых модулях для закрашивания надо самостоятельно заходить в спец. меню и указывать на «битый пиксель» для «закрашивания»
2 вариант битый пиксель на микродисплее
Этот вариант менее распространен однако случается и такое.
Ситуация полностью аналогична битым пикселям на мониторе, можно с этим мерится, а можно нести в ремонт на замену микродисплея.
Также в данном варианте бывают встречаются целые группы неработающих пикселей, например горизонтальые или вертикальные полосы.

вопрос: что будет если цель попадает на битые пиксели
ответ: цель некоректно отображается, но узнать об этом проблематично если битые пиксели закрашены

вопрос: почему тепловизор не видит через стекло
ответ: стекло является непрозрачным материалом для ИК излучения в котором работают тепловизоры

вопрос: а видно ли в тепловизор рога копытных
ответ: видно, просто их вид зависит от чуствительности и разрешения тепловизора.

вопрос: А сидящую птицу, видно?
ответ: видно и как правило далеко.

вопрос: Очень интересует ресурс приборов начального ценового диапазона, в разрезе их приобретения б/у на что обратить внимание.
ответ: тепловизор во многом схож с другими электроными оптическими приборами. Видеокамерами, фотоапаратами и прочими. Кроме ТТХ, истории прибора и репутации производителя неплохо бы выяснить где в случае его поломки его будут чинить. Любая электроника ломается. Ресурс внутренних электроных компонентов огромен, тепловизоры быстрее стареют морально чем физически.

вопрос: а можно ли тепловизор использовать днем ?
ответ: можно, тепловизору безразлично внешнее освещение в видимом диапазоне.

вопрос: можно ли тепловизор направлять/смотреть через него на солнце ?
ответ: обычно производители в явном виде указывают на не нежелательность таких экспериментов. Также в обычные коммерческие приборы обнаружения не рекомендуется смотреть на сварку, открытый огонь и прочие мощные источники излучения. Это может повредить чуствительный элемент и привезти к необратимым последствиям. Некоторые тепловизионые модули имеют встроеную защиту от таких действий.

ну так далее. по мере. желающие могут задавать вопросы, обсудим и найдем верный ответ.

битый насмерть —очень редкое явление.как правило-брак техпроцесса при изготовлении сенсора.их координаты даются в бумажке с завода улисс.учитываются при изготовлении кора и пользователь их никогда не увидит
появившийся при эксплуатации.как правило все алгоритмы их маскировки работают просто-комп кора окрашивает его в цвет (уровень серого) соседних пикселей.
битый-но живой(от мех нагрузки изменивший параметр) лечится банальной калибровкой сенсора по черному телу.их то какраз эксплуатационно 99% от всех «битых пикселов»

битый насмерть —очень редкое явление.как правило-брак техпроцесса при изготовлении сенсора.их координаты даются в бумажке с завода улисс.учитываются при изготовлении кора и пользователь их никогда не увидит
появившийся при эксплуатации.как правило все алгоритмы их маскировки работают просто-комп кора окрашивает его в цвет (уровень серого) соседних пикселей.
битый-но живой(от мех нагрузки изменивший параметр) лечится банальной калибровкой сенсора по черному телу.их то какраз эксплуатационно 99% от всех «битых пикселов»

У Вас в базе, наверное, имеются фото. Может поделитесь с пояснениями? Вам только признательны все будем. А то, действительно, тут мы по своему пытаемся объяснить что такое банан.

Мезон Фортуной в Питере торгует, кажется. Что у Вас за модель?

Смысл и определения метрологических характеристик технических средств

Физический смысл и способы определения некоторых метрологических характеристик технических средств инфракрасной техники

Тепловизоры можно разделить на две основные группы: тепловизоры, предназначенные для наблюдения и измерительные тепловизоры. Тепловизоры, предназначенные для наблюдения, в большинстве случаев используются в военном деле и службах безопасности для обеспечения наблюдения в темноте и сложных погодных условиях. Измерительные тепловизоры используются в гражданских целях, в промышленности и науке, в большинстве случаев — для бесконтактного измерения распределения температуры по поверхности испытуемых объектов.
В военном деле наиболее важной характеристикой визуального контроля является качество тепловой картины, в применении для гражданских целей наиболее важной характеристикой тепловизора является точность бесконтактного измерения температуры.
Нельзя объективно оценить тепловизор, наблюдая обычную, типичную тепловую картину. Качество изображения для некоторых людей может представляться плохим, а для других — хорошим. Для обеспечения гарантий качества тепловизора, необходимо применение надежного и передового оборудования для его оценки.
Несмотря на то, что тепловизор нельзя оценить надлежащим образом по типовому изображению, такую оценку можно выполнить, базируясь на изображении некоторых стандартных объектов-мишеней (мишени из 4-х полос, мишени в виде квадрата, круга, щелевые мишени).
Для объективной оценки качества тепловизоров и для того, чтобы удостовериться, что его качество соответствует предъявляемым требованиям, следует использовать профессиональные измерительные установки. В случае, если пользователь не располагает надлежащей измерительной установкой для испытания тепловизоров, он никогда не сможет доказать производителю, что качество некоторых тепловизоров не соответствует предъявляемым требованиям, также он никогда не сможет быть уверен в их реальном качестве.
С точки зрения пользователя, соответствующая проверка особенно важна в случае, когда тепловизоры закупаются в большом количестве. Имея надлежащие испытательные установки, можно основательно испытать все системы и исключить системы, которые не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Опыт показывает, что тепловизоры даже одинаковых типов могут сильно отличаться по качеству. Таким образом, выполнив надлежащие испытания, можно выбрать из предложенных тепловизоров только лучшие и быть уверенным, что производитель поставил наилучшее из его изделий. Кроме того, качество тепловизоров, как и других систем со временем ухудшается. Имея соответствующие измерительные установки, можно отобрать тепловизоры, характеристики которых ухудшаются до истечения гарантийного срока и заменить их на новые. Следовательно, надлежащие испытания тепловизоров могут сберечь значительные средства.
Существует много способов оценки характеристик инфракрасной системы, как и любого высококачественного оборудования. Важно понимать, как измеряются эти характеристики и как они ограничивают возможности системы, которая используется. Если пределы возможностей системы известны, то в этих пределах можно спокойно работать, а при выходе из них, результаты могут быть ненадежными.

Используя измерительные установки, воспроизводящие для испытуемого тепловизора стандартные мишени, можно измерить следующие характеристики и параметры тепловизора:

1. поле зрения (Field of View — FOV);
2. мгновенное поле зрения (Instantaneous Field of View — IFOV);
3. мгновенное поле зрения по измерению (Instantaneous Field of View- Measured — IFOVmeas);
4. наименьшая различаемая разность температур (Minimum Resolvable Temperature Difference — MRTD);
5. наименьшая обнаруживаемая разность температур (Minimum Detectable Temperature Difference — MDTD);
6. модуляционная передаточная функция (Modulation Transfer Function — MTF)
7. контрастная передаточная функция (Contrast Transfer Function — CTF):
8. щелевая характеристика (Slit Response Function — SRF);
9. сигнальная передаточная функция — чувствительность (Signal Transfer Function — SiTF);
10. шумовой эквивалент разности температур (Noise Equivalent Temperature Difference — NETD.

Ниже даны определения, описан физический смысл наиболее важных характеристик ИК систем а также способы их определения.

Поле зрения (FOV). Термин «поле зрения» описывает всю область, которую «видит» тепловизионная камера при использовании конкретного объектива. Эта характеристика обычно задается как круговой или прямоугольный угол зрения, в зависимости от конструкции системы, в частности, от размера чувствительного элемента. Например, поле зрения при 50-миллиметровом объективе может составлять 18° для одной системы и 20° (по горизонтали) х15° (по вертикали) — для другой системы.

Мгновенное поле зрения (IFOV). Термин «мгновенное поле зрения» используется для описания мгновенного значения пространственной разрешающей способности инфракрасной системы получения изображений, т.е. наименьшего по размеру объекта, который система может «видеть» на заданном расстоянии. Мгновенное поле зрения определяется характеристиками применяемого объектива и линейными размерами чувствительной площадки приемника излучения. В соответствии с принятыми способами получения изображений, системы со сканированием и системы с FPA используют один или несколько чувствительных элементов для построения изображения в течение короткого периода времени (например, 1/30 с). Поэтому в любой момент времени IFOV меньше, чем FOV. Таким образом, мгновенное поле зрения определяется еще и как наименьший по размеру объект, который система может видеть или различать в любой заданный момент. Обычно оно задается в миллирадианах (мрад) для заданного сочетания прибора и объектива. Чем меньше мгновенное поле зрения тепловизора по сравнению с изображением контролируемого объекта в плоскости приемника излучения, тем больше будет получено информации о тепловой картине объекта. Иногда для характеристики разрешающей способности тепловизора применяют термин «угловое (или линейное) разрешение». Угловое разрешение — это наименьший угол между двумя точечными излучателями, расположенными на фоне с заданной температурой, которые воспроизводятся тепловизором раздельно.
Для инфракрасных пирометров, IFOV чаще называют размером пятна и обычно задают как отношение расстояния от объекта к его размеру. Прибор с характеристикой 60:1 способен видеть объект диаметром 1 метр на расстоянии 60 метров. На расстоянии 30 метров этот же прибор может измерять температуру объекта диаметром 0,5 метра.
Мгновенное поле зрения (IFOV) величиной в 1 градус представляет размер пятна 60:1, a IFOV величиной в 2 градуса соответствует размеру пятна 30:1.

Мгновенное поле зрения по измерению (IFOVmeas). Описывает разрешающую способность системы со сканированием или системы с FPA. Характеристика IFOVmeas определяет наименьший по размеру объект, температуру которого система может измерять в любой момент на заданном расстоянии.
Указанные выше характеристики систем получения тепловых изображений обычно выражаются в миллирадианах (мрад). При этом, окружность делится на 360 градусов. Один градус соответствует 17,5 мрад, или 0,0175 радиан. Один миллирадиан соответствует примерно 0,06 градуса.

Выражение углов в радианах упрощает определение действительных возможностей любой системы и объектива в наблюдении или измерении объекта заданного размера. Минимальный размер объекта как для обнаружения, так и для измерения, можно получить, используя формулы, приведенные ниже (рис. 1). Эти же соотношения можно использовать для вычисления ІБОУ и ІРОУтеав по правильно заданным другим характеристикам.

Наименьшая различаемая разность температур (МЯТО). Важным понятием, которое используется в качестве характеристики ИК системы, является тепловая чувствительность (порог температурной чувствительности) или наименьшая различаемая разность температур (МИТО), которую система может обнаружить.
FOV, м (размер пятна на объекте)
где:
FOV, м — размер поля зрения, м;
Фрад. – Угол зрения объектива в радианах (FOV в радианах); фрр угол зрения объектива в градусах;
D — дистанция (расстояние от объекта до объектива тепловизора), м;

Рис..1. Определение поля зрения инфракрасного прибора

Наглядное сравнение рассмотренных характеристик можно представить на примере вида из автомобиля, едущего по шоссе:
FOV — это вид за Вашим ветровым стеклом
ШОУ — это самый маленький дорожный знак, который Вы можете видеть на заданном расстоянии
П^ОУтеав — это самый маленький дорожный знак, который Вы можете прочесть на заданном расстоянии

МИЛЮ — это субъективный параметр, который определяет способность системы «тепловизор-оператор» к обнаружению низкоконтрастных температурных элементов испытуемого объекта. Он представляет собой зависимость минимальной разности температур между полосами стандартной 4-х полосной мишени (4 полосы с отношением длины к ширине 7:1) и фоном (абсолютно черным телом), от пространственной частоты (размеров) мишени (см. рис. 2а) при которой тепловое изображение полос еще различимо оператором на экране тепловизора (см. рис. 2б).

Рис. 2. Тепловые изображения одной и той же 4-х полосной мишени, полученные тепловизором при разных MRTD

Измерения выполняются при разных размерах 4-х полосной мишени (разных пространственных частотах). Пространственная частота характеризует размер объекта или детали объекта — чем они меньше, тем больше их пространственная частота. Это испытание, разработанное Министерством обороны США и строго описанное в стандарте Американского общества по испытанию материалов ASTM Standard Е1213, является, по существу, измерением тепловой чувствительности.
Схема типовой измерительной установки для испытания тепловизионных систем приведена на рис.3.

Рис. 3. Типовая измерительная установка для испытания тепловизионных систем

Установка содержит следующие основные части: абсолютно черное тело (АЧТ); комплект пластин с мишенями, смонтированными на вращающемся барабане, который закрыт кожухом; инфракрасный коллиматор и оптический стол. Комплект стандартных 4-х полосных мишеней разных размеров (с разными пространственными частотами) закреплен на вращающемся барабане, размещенном в фокусе коллиматора. Одна из мишеней находится в поле зрения коллиматора, а АЧТ — непосредственно за мишенью. Распределение яркости поверхности мишени и АЧТ отображается на мониторе тепловизионной системы, где оно наблюдается оператором. Разница температур между полосами мишени и АЧТ постепенно увеличивается до тех пор, пока оператор не начнет различать 4-х полосную мишень. Эта критическая температура и есть MRTD. Обычно измерение MRTD выполняется как при положительной, так и при отрицательной разности температур между АЧТ и мишенью. Время выполнения измерения не ограничивается, поэтому у оператора есть возможность выбрать оптимальное расстояние между ним и экраном монитора, величину электронного увеличения изображения тепловизора и т. д. Влияние фазовых эффектов на качество термоизображения мишени минимизируется путем точного поворота тепловизора в пределах угла, близкого к углу поля зрения тепловизора. Результаты измерений при выполнении их разными операторами могут различаться, поэтому измерения выполняются как минимум 3-мя хорошо обученными операторами с усреднением результатов.
Результаты измерений для одного из экземпляров длинноволнового тепловизора приведены на рис. 4.
Таким образом, результаты определения MRTD регистрируются в виде кривой зависимости разности температур от пространственной частоты. Обычно, чем больше частота (т.е. мельче тестовое изображение), тем больше требуется разность температур между мишенью и фоном для получения различимого на экране изображения.
MRTD рассматривается как наиболее важная характеристика тепловизора с точки зрения пользователя, который хочет иметь наилучшие диапазоны обнаружения, распознавания и идентификаций мишеней. Зная MRTD различных тепловизоров, можно вычислить диапазоны обнаружения, распознавания и идентификации мишеней и сравнить их рабочие характеристики (при этом следует сравнивать тепловизоры с одинаковыми полями зрения). Поэтому, надлежащие рабочие характеристики тепловизора следует устанавливать строго в соответствии с максимальными значениями MRTD и в сочетании с пространственными частотами. Измеренные значения MRTD тепловизора, который претендует на прохождение испытания, должны быть ниже (лучше) установленных рабочих характеристик.
Пример типичных технических требований по MRTD для длинноволнового тепловизора и для двух разных полей зрения показан в таблице 1.

Рис. 4. Результаты измерения MRTD длинноволнового тепловизора при трех разных полях зрения

Таблица 1. Типовые технические требования по MRTD для длинноволнового тепловизора

ОПТИКА ТЕПЛОВИЗОРОВ

Во всех высококачественных тепловизорах ИК-объектив является сложным дорогостоящим узлом, включающим набор линз и зеркал, которые выполнены из хрупких, дорогостоящих и требующих прецизионной обработки материалов типа кремния, германия и специальных ИК стекол.

Фокусное расстояние и коэффициент увеличения оптической системы. Сложная оптическая система может быть сведена к одиночной линзе, которая характеризуется фокусным расстоянием F = F’ . Такая линза создает изображение У’ объекта У (см. рис. 7). Смещения У и У’ от фокусных точек F и F’ равны соответственно Х и Х’. Базовое уравнение тонкой линзы имеет вид

Коэффициент усиления равен:

где 5 — расстояние между объектом и линзой; 5 I — расстояние между изображением объекта и линзой.

Мгновенный угол зрения и поде зрения. Если У’ — размер чувствительной площадки фотоприемника, то величину У’ / S’= У /S называют мгновенным углом зрения (instantaneous field of view IFOV), который определяет пространственное разрешение системы (рис. 8). Сканирующие тепловизоры, использующие одиночный приемник, в любой момент времени собирают излучение в пределах мгновенного угла зрения, который непрерывно изменяет свое положение в пространстве в ходе сканирования, формируя таким образом поле зрения. В матричных тепловизорах поле зрения определяется размером матрицы, а мгновенный угол зрения связан с отдельными приемными площадками.

Угол (поле) зрения (fie1d of view- FOV) оптической системы схематично изображен на рис. 8. Для наблюдения удаленных предметов необходим длиннофокусный узкоугольный объектив (ИК-съемка с борта вертолета, анализ элементов линий электропередач и т.п.), тогда как широкоугольная оптика удобна, если объект находится вплотную к оператору и cлeдyeт просматривать как можно большую площадь (научные исследования, строительство и энергетика). Фирмы-производители поставляют тепловизоры со сменной оптикой, которую заказывают в зависимости от предполагаемой области применения. В качестве компромиссного варианта часто принимают 12-ти градусный объектив, который обеспечивает приемлемое геометрическое разрешение в большинстве практических задач. Например, в тепловизорах фирмы FLIR Systems часто используют пять объективов: 2,5; 7; 12; 20 и 400о.

В табл.1 приведены размеры зоны контроля на расстоянии 1О м для различных полей зрения. Для расстояний иных, нежели приведенных в табл. , производят простой пропорциональный пересчет размеров зоны контроля: например, поле зрения 200 на расстоянии 100 м будет эквивалентно зоне размером 3,5(100/10) = 35 м.

Размер поля зрения на расстоянии 10 м, м

Геометрически, оба параметра могут быть определены по обеим координатам сканирования:

где Ly — размер контролируемой зоны по координате У, определяемый полем зрения тепловизора; 1., — размер зоны, визируемой в пределах мгновенного угла зрения (по координате У); как правило, Lx ? Ly и lx = ly .

Щелевая функция чувствительности и модуляционная передаточная функция. Пусть на расстоянии Н от детектора находится щель переменной ширины d (рис. 7.14). За щелью размещен фоновый объект с температурой выше температуры окружающей среды. Очевидно, что выходной сигнал ИК-детектора (тепловизора) U зависит от ширины щели d. Функция U(d/Н) называется щелевой функцией чувствительности (slit response function — SRF). Угловой размер щели при 50 %-м спаде сигнала, будет соответствовать пространственному разрешению при 50 %-й модуляции. При сравнении различных оптических систем важен не столько выбор уровня модуляции, сколько обеспечение одинаковых условий сравнения различных тепловизоров. При ширине щели меньше мгновенного угла зрения профиль сигнала соответствует импульсной реакции системы на линию; эта функция называется функцией рассеяния линии (ФРЛ). Модуль преобразования Фурье от ФРЛ представляет собой модуляционную передаточную функцию МПФ (modulation transfer function — MTF), которая дает контраст изображения в функции пространственной частоты при исходном (на нулевой частоте) контрасте, paвном единице. МПФ также получают, измеряя контраст мир, уменьшающийся с ростом пространственной частоты. Hедостатком МПФ как критерия качества тепловизора является то, что эта функция определяет ослабление глубины модуляции безотносительно к уровню шумов.

Основные критерии при выбора тепловизора

Какой тепловизор лучше подходит для обследования зданий, а какой для проверки электрощитков? Ответы на эти вопросы вы узнаете в нашей статье.

Как выбрать тепловизор? – это сложный вопрос, который встает перед каждым, кто хочет приобрести прибор для профессиональной или коммерческой деятельности. Проблема заключается в том, что тепловизионное оборудование сильно отличается по цене, характеристикам и функционалу. Разобраться, какими наиболее важными критериями руководствоваться при выборе таких сложных устройств довольно непросто.

Перед выбором, нужно уточнить круг задач, для выполнения которых будет использоваться оборудование, исходя из чего решить, на какие наиболее важные характеристики и функции обращать внимание в первую очередь.

Ключевые параметры, которые следует учитывать:

• характеристики ИК-детектора.
• характеристики объектива.
• измерительные и аналитические возможности.
• функциональные качества и эксплуатационные свойства.

Характеристики ИК-детектора

1. Размер болометрической матрицы в пикселях является ключевым параметром, от которого зависит качество и детализация получаемых термограмм. Принимая решение о выборе тепловизора по размеру ИК детектора, следует учитывать, что этот параметр наиболее важен в ходе исследования сложных объектов, когда необходимо фиксировать максимальное количество мелких элементов, особенно при выполнении измерений/диагностики на расстоянии.

Если вам необходим тепловизор, например, для технических осмотров щитового электрооборудования, когда исследуемый объект находится в непосредственной близости и необходимо всего лишь выявить элементы с критической степенью нагрева, то вполне достаточно прибора с матрицей небольшого размера (

Бюджетные тепловизоры оборудуются ИК-датчиками с разрешением не более 160 x 120. Стандартом для тепловизионных устройств профессионального класса является размер болометра не менее 320 x 240. Изделия премиум-класса, которые некоторые производители классифицируют как «экспертные», оснащаются болометрическим сенсором размером 640 x 480 пикселей и более.

Ряд брендов предлагают тепловизоры, реализующие специальные технологии повышения разрешения встроенными аппаратно-программными средствами (Testo SuperResolution). Они позволяют добиваться такого же качества термограмм, что и ИК-камеры более дорогого класса, с болометрической матрицей большего размера.

Другим, более экономным способом повышения разрешения термограмм, является функция панорамирования, с автоматическим или ручным программным «склеиванием» общего ИК-изображения из нескольких снимков. Следует учитывать, что при выполнении панорамной съемки требуется больше времени, поэтому приборы с такой функцией не могут обеспечить такую же производительность, как тепловизоры с крупноразмерными болометрами.

2. Термочувствительность показывает, какую температурную разницу способен фиксировать тепловизор. Чем этот показатель меньше, тем выше диагностические возможности прибора, потому что даже небольшие перепады температур могут свидетельствовать о возможной проблеме. Например, в строительной сфере так выявляют скрытые протечки – по разнице температур из-за испарения влаги или неравномерного прогрева сухих и влажных элементов конструкции. Для примера, бюджетный тепловизор Testo 865 имеет термочувствительность 0,12°C, а профессиональная модель Testo 882 0,06°C.

3. Диапазон измеряемых температур тепловизора должен перекрывать предельные рабочие температурные показатели всех объектов, подлежащих обследованию. Так, для теплового аудита зданий достаточным является диапазон рабочих температур от – 20 до + 150 °C. Для диагностики холодильных установок надо выбирать модели с пониженным нижним пределом, от –50 °C, а для первичных осмотров электроустановок верхняя граница диапазона должна быть не менее +250 °C. Если вы выбираете тепловизор для обследования котельного оборудования, обратите внимание на модели, способные фиксировать температуру не менее +650 °C. Для контроля технологических процессов, в зависимости от особенностей конкретного производства, может понадобиться прибор, способный работать с температурами порядка +1000 °C или даже +2000 °C.

4. Рабочая частота системы определяет быстродействие ИК-камеры. Обычно этот параметр не является критичным при съемке одиночных кадров. Однако при контроле тепловых процессов в динамике, особенно при использовании тепловизоров с функцией радиометрической видеосъемки, низкая рабочая частота станет причиной задержек и потери информации при термографировании.

Характеристики объектива

• IFOV или показатель мгновенного поля зрения характеризует способность ИК-прибора с установленным объективом различать удалённые предметы. Вычисляется он как соотношение минимального геометрического размера фиксируемого на термограмме объекта к расстоянию, с которого ведется съемка. Показатель iFOV позволяет оценить, с какого максимального удаления можно выполнять термографирование, чтобы получать достоверные данные о температуре элемента объекта контроля фиксированного размера.
• Величина угла поля зрения объектива тепловизора характеризует сектор обзора измерительной системы по вертикали и горизонтали. Этот характеристика позволяет определить, сможете ли вы на выбранном удалении выполнить съемку одним кадром, либо придется производить термографирование с большего расстояния, или делать серию снимков для полного охвата объекта контроля.

Измерительные и аналитические возможности

Преимуществом тепловизоров является не только высокая наглядность, за счет визуализации тепловых полей, но и определение точной температуры поверхности окружающих объектов. Фактически каждый пиксель болометрической матрицы тепловизора выполняет роль отдельного мини-пирометра. Встроенные программные средства позволяют определять температуру в любой выбранной точки термограммы непосредственно на экране тепловизора.

В бюджетных ИК-камерах на экране, помимо самой термограммы, обычно высвечивается температура в центральной точке. В более дорогих моделях имеются функция отображения маркеров, которые автоматически помечают точки с самой высокой и самой низкой температурами. При наличии встроенных аналитических функций тепловизор может автоматически определять перепад температур между любыми выбранными точками, отображать изотермы, вычислять усредненную температуру на отдельном участке термограммы и пр.

При необходимости выявления температурных аномалий, в ходе оперативных осмотров различных объектов, удобной является функция температурной сигнализации. При ее активации на изображении контрастным цветом автоматически выделяются зоны, температура которых выше/ниже заданного предела, что позволяет существенно сократить общее время поиска.

Если тепловизор предстоит использовать в качестве измерительного прибора, а не только для выявления температурных аномалий, обратите внимание на заявленный производителем показатель погрешности, а также уточнить, внесена ли выбранная вами модель в Гос.реестр средств измерений.

Если вы хотите выбрать тепловизор для работ, которые предполагают документирование результатов, обратите внимание на наличие и объем встроенной памяти, и способ переноса данных.

Формат сохраняемых термограмм. Когда данные записываются в радиометрическом формате, то определять температуру в любой точке термограммы вы можете после переноса информации на ПК, используя специализированное ПО. Для просмотра изображений, сохраненных в графическом формате, специализированная программа не нужна. Но по ним вы можете только оценить температурные показатели, если на ИК-изображении имеется цветовой градиент, позволяющий определять соответствие цветов спектра числовым показателям температуры на термограмме.

Функциональные качества и эксплуатационные свойства

При работе на больших расстояниях, особенно при необходимости диагностики объектов повышенной сложности, с большим количеством составляющих компонентов, остро встает вопрос точной идентификации температурных аномалий и ассоциирования деталей тепловизионного изображения с реальными физическими объектами. Упростить решение такой задачи позволяют тепловизоры со встроенной цифровой камерой, на изображение с которой налагается термограмма.

В более дешевых моделях используется прямое наложение в режиме «картинка в картинке», когда термограмма отображается в центральной части экрана, поверх видимого изображения. Другим вариантом является полноэкранный режим, когда используется наложение изображений с разной степенью прозрачности. Популярные производители тепловизионных устройств реализуют собственные технологии, обеспечивающие совмещение изображений без эффекта параллакса.

Лазерный целеуказатель, маркер которого хорошо заметен визуально в процессе съемки и различим на цифровом снимке, также упрощает распознание проблемных зон на реальном объекте, особенно при обследовании внешне однородных структур, например, оштукатуренных после утепления стен зданий.

Цифровое увеличение позволяет более подробно рассмотреть проблемную зону непосредственно в ходе съемки. Эта функция наиболее эффективна при использовании тепловизоров премиум-класса, оборудованных ИК-детекторами с высоким разрешением и крупноразмерными дисплеями.

Функция аннотирования востребована при обработке данных после их экспорта на ПК, когда необходимо точно знать: где сделана конкретная термограмма, какой объект на ней изображен и его основные особенности. Это особо актуально при большом объеме данных. В зависимости от цены тепловизора, реализуется текстовое, голосовое или фото-аннотирование. При этом аннотации могут сохраняться в одном файле с радиометрическими данными.

Наличие интерфейсов существенно расширяет функциональные возможности ИК-камеры. Помимо обязательного для всех моделей, оборудованных встроенной памятью, порта для экспорта данных на ПК, тепловизоры профессионального класса могут оборудоваться и другими контактными и беспроводными интерфейсами:

• для трансляции изображений и/или потокового видео на внешние дисплеи, например, при проведении презентации результатов работы;
• для считывания показаний с внешних измерительных приборов/датчиков, что повышает эффективность и достоверность диагностики;
• для беспроводного обмена данными с мобильными устройствами при реализации функции дистанционного управления;
• для управления съемкой при использовании тепловизора в составе стационарных автоматизированных систем.

Форм-фактор. В настоящее время профессиональные тепловизоры технического назначения выпускаются с корпусами трех основных типов: «пистолетной» формы, в виде цифровой камеры, с откидным поворотным экраном, и в виде планшета, с возможностью поворота экранного блока с панелью управления относительно модуля камеры.

«Пистолетная» форма удобна, когда приходится вести съемку одной рукой. Но при осмотре сложных объектов с разных ракурсов более предпочтительны модели с поворотным экраном, позволяющие не отрываться от наблюдений при любом изменении положения камеры.

«Планшетные» тепловизоры с поворотным модулем имеют сенсорный цветной дисплей большого размера, на котором удобно рассматривать мельчайшие элементы изображения. Тепловизоры в форм-факторе видеокамеры при сложенном положении экрана занимают довольно мало места, поэтому являются универсальным решением и для съемки «с руки», и для работы в составе стационарных систем.

Что получается в итоге? Какой бы тепловизор вы не выбрали изначально, следует исходить из оптимального баланса между требуемым уровнем функциональности и стоимости. Для решения простых задач при проведении диагностических осмотров силового и коммутационного оборудования, а также при выполнении теплового аудита малоэтажных зданий, вполне подойдут модели базового уровня (RGK TL-70/TL-80, Testo 865, Fluke TiS10) и даже совсем простые CEM DT-870, UNI-T UTi80. Однако для выполнения сложных задач, особенно при необходимости обследования крупных объектов с больших расстояний, надо использовать тепловизоры с максимальной разрешающей способностью и сменными объективами.