Чувствительность к температурным колебаниям
Показатели чувствительности тепловизора определяют эффективность его работы. Говоря простым языком, это различие между температурой фона и объекта, позволяющее точно обрисовать контуры последнего. Параметр измеряют в милликельвинах, он составляет сотые доли градуса.
Расшифровать заводские обозначения устройства достаточно просто: значение в 30 мК означает, что температурное разрешение составляет 0,03 °С. Таким должно быть различие между подвижным объектом и фоном, чтобы тепловизионный прибор смог зафиксировать картинку и передать на экран.
Полезно знать: показатели чувствительности к температурным изменения будут неодинаковы на различных участках диапазона. Поэтому на этапе проектирования системы учитывают все факторы в совокупности, а не отдельные характеристики камеры.
Калибровка матриц
Простейшие тепловизионные камеры https://ukroptica.com.ua/teplovizory/ работают по принципу фиксации разницы в температурах. Усовершенствованные модели последних поколений способны определять температурные показатели благодаря специальной калибровке матриц. Другими словами, передовая система видеонаблюдения позволяет:
- вести постоянный контроль за объектом, где необходимо соблюдение заданного температурного режима;
- вовремя сигнализировать о возникающих отклонениях;
- принимать необходимые меры безопасности.
Сфера применения такого оборудования ограничена несколькими отраслями промышленности. Возможностей некалиброванной камеры с избытком хватает, чтобы:
- предотвратить несанкционированное проникновение на охраняемую территорию;
- зафиксировать факты проникновения;
- своевременно среагировать на непрошеное вторжение.
Влияние метеорологической обстановки
Четких критериев пересчета, со скидкой на изменения погодных условий, не разработано. Однако пользователи однозначно отмечают снижение четкости, уменьшение результативности работы тепловизоров во время сильного тумана или обильного снегопада.
В качестве примера приведем следующую ситуацию: для выявления цели с вероятностью в 95% разрешение объектива должно составлять минимум 10 пикселей (против средних 2 из табл 2), а для идентификации – 60 пикселей. Максимальное расстояние от изучаемого объекта до линзы сокращается в 2,5-5 раз. Другими словами, чтобы обнаружить человека в радиусе 300 метров, потребуется 60-миллиметровый объектив.
Комплектация тепловизоров
Тепловизоры для пожарных функционируют в режиме экстремально высоких температур, отлично переносят влажность и удары. Благодаря интуитивно понятному интерфейсу, оснащению удобной клавиатурой ими удобно работать в специальной одежде пожарных (к примеру, защитных перчатках). Для формирования отчета пожарные создают и сохраняют в памяти изображения, где зафиксированы все результаты измерений и видеоинформация с места возгорания.
В комплекте для тепловизионных камер идут такие аксессуары, как сумка или кейс (в мягком или жестком исполнении), зарядное устройство, сетевой адаптер с проводом, аккумуляторы (один из них запасной), вытяжной ремень, USB-кабель для подключения к ПК, штатив при необходимости стационарной установки устройства.
Тепловизоры разделены по принципу охлаждения: так, охлаждаемые устройства имеют ресурс работы 10 тыс. часов. В сравнении с микроболометрическими устройствами они в 8 – 10 раз дороже и имеют несколько меньшие размеры.
Таким образом, в критических пожарных ситуациях использование тепловизионной техники оправдано и в экономическом аспекте, и с целью обеспечения безопасности работающего боевого расчёта, и для повышения эффективности пожарно-спасательных операций.
Основные принципы работы тепловизора
Любой предмет является источником электромагнитных волн, которые излучаются в широком частотном диапазоне, включая ИК-спектр, который также называют тепловым излучением. Интенсивность ИК-излучения непосредственно зависит от температуры предмета, при этом влияние степени освещенности является незначительным.
Тепловизионный прибор позволяет визуализировать предметы и показать характеристики, которые являются недоступными для человеческого зрения и других технических средств. Это предоставляет новые возможности для проведения высокоточных измерений, мониторинга производственных процессов и обеспечения безопасных условий.
Принцип действия современных моделей основан на том, что некоторые материалы могут распознавать и фиксировать ИК излучение. С помощью оптического устройства, в конструкцию которого входят линзы, тепловое излучение предмета проецируется на матрицу, чувствительную к ИК-лучам.
С помощью микросхем данные считываются и преобразуются в видеосигнал, на котором участки с разной температурой показываются разными оттенками. Холодные места отображаются синим цветом, горячие – оранжево-красным.
Современные модели оборудования оснащаются функцией записи изображения, а также позволяют анализировать результаты сканирования в реальном времени.
Технические характеристики тепловизора определяются его назначением. Для лабораторных исследований используют сложные модели с минимальным шагом температурных значений. Для обследования квартиры, оборудования применяют устройства, которые работают в широком частотном диапазоне. Основной принцип функционирования прибора – измерение и визуализация ИК-излучения, успешно применяется в самых разных сферах.
Особенности моделей
Большим достоинством тепловизоров является их техническая возможность определить бесконтактным способом температуру любого объекта с высокой точностью. Классификация тепловизоров по типам различная. Есть стационарные устройства, поворотные, ручные, автомобильные, а также специальные тепловизоры для пожарных. Цена на тепловизоры колеблется в широком диапазоне. Самые недорогие модели стоят от 350 тыс. рублей, с улучшенными характеристиками – 500 – 600 тыс. и больше (фирмы Samsung, Videotec, Pelco, Smartec и другие), цена на сложные тепловизионные комплексы составляет сотни тысяч долларов. Также сейчас в пожарном деле очень часто используют тепловизоры серий ИК-Бранд.
Помимо поворотных тепловизоров, популярностью пользуются поворотно-наклонные, имеющие угол наклона при горизонтальном обзоре до 360 С. Угловая скорость наклона также широко разнится: от 0,1 до 360 в секунду. Для того, чтобы оптимально определить параметры работы устройства, используют автоматическое программирование выполнения различных технических функций, от которых зависит скорость поворота камеры и чёткость патрулирования объекта.
Видеокамеры имеют разрешение NTSC и PAL, а в режиме HD работают с разрешением 1920 х 1080. Максимальное оптическое и цифровое увеличение может достигать уровня 16 и 32-кратного. Тепловой датчик работает в диапазоне 3 – 20 мкм, с порогом термочувствительности 0,1 С.
Основные задачи в сфере видеонаблюдения
Современные тепловизоры, применяемые при создании систем охраны и наблюдения, позволяют решить широкий ряд задач. Вот основные из них:
- Выявление объектов при отсутствии естественного, центрального или местного освещения. Аппаратура работает в полной темноте, позволяя установить скрытое наблюдение и сэкономить на установке фонарей.
- Расширенный охват площади, включая дальние и ближние подступы. Подконтрольное расстояние достигает 2-5 км, что недоступно для обычных камер. Рельеф местности не имеет значения.
- Высокая эффективность в сложных метеорологических условиях. Изображение, полученное от обычной линзы, искажается при сильном снегопаде или тумане. Тепловизору не страшны такие помехи.
- Успешное противостояние саботажу со стороны злоумышленников. Зная принципы работы камер, постороннему человеку несложно вывести их из строя («ослепить», фокусировав на линзе пучок яркого света). Засветить тепловизионные приборы невозможно.
Альтернативой тепловизорам в отдельных ситуациях могут выступать радиолокаторы. Однако они способны только фиксировать сигнал, не формируя визуального представления об объекте.
Это важно: высокая стоимость тепловизионной техники способна отпугнуть самых прогрессивных руководителей, заботящихся о безопасности своей фирмы или предприятия. Однако попробуйте просчитать экономию на:
- установке наружного и внутреннего освещения в темное время суток;
- оплате монтажных работ;
- счетах с огромными суммами за потребляемое электричество.
Итог однозначно кажется в пользу тепловизионных камер.
Категории тепловизоров
Переносные – это наиболее современные тепловизоры, на базе неохлаждаемых микроболометров. Они более эффективны и во многом превосходят по функциональности стационарных собратьев.
Болометр – это тепловой приемник оптического излучения, который был изобретен в 1878 г. американским астрономом, физиком, пионером авиации Сэмюэлем Припонтом Лэнгли (1834–1936 гг.) Принцип действия прибора основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента вследствие нагревания его под воздействием поглощаемого потока электромагнитной энергии.
Проще говоря, главным компонентом болометра является очень тонкая, затемненная для лучшего эффекта поглощения пластинка, проводящая электрический ток. Эта пластинка из-за своей малой толщины довольно быстро нагревается под воздействием электромагнитного излучения, и ее сопротивление повышается. На основе болометра базируется большинство современных тепловизоров.
Неохлаждаемые инфракрасные детекторы делятся на классы: микроболометры, ферроэлектрики и другие типы. В свою очередь, микроболометры делятся на два подкласса – это микроболометры на оксиде ванадия (VOx), используемые в основном в США, и микроболометры на аморфном кремнии (a-Si). Ферроэлектрики также подразделяются на два подкласса – использующие толстопленочную технологию (Thick Film BST) и тонкопленочную технологию (Thin Film PLZT). К другим типам неохлаждаемых инфракрасных детекторов можно отнести Poly-SiGe и приемники на солях свинца.
Микроболометры на оксиде ванадия более чувствительные и работают при более низких температурах, их используют, как правило, для измерительных приборов. Пожарным и спасательным подразделениям высокая точность получаемой температуры не так важна, как высокая частота снимаемой информации, и для этой роли идеально подходят микроболометры с аморфным кремнием. Ферроэлектрики же значительно проигрывают микроболометрам.
К сожалению, тепловизор является довольно дорогостоящим оборудованием. Это, пожалуй, его единственный минус, около 90% стоимости прибора приходятся на объектив и инфракрасный сенсор. Производство неохлаждаемых инфракрасных чувствительных элементов – очень наукоемкий и высокотехнологичный процесс. А в объективах используются редкие и дорогие материалы, такие как германий (Ge). В отличие от стекла германий обладает прозрачностью в инфракрасной области спектра, поэтому металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики.
Именно поэтому в мире существует немного производителей, которые могут себе позволить содержать такое производство. Еще меньше компаний-производителей, специализирующихся непосредственно на пожарных тепловизорах, и этому есть ряд причин.
Типы матриц, роль охлаждения
Тепловизионные камеры отличаются не только по техническим характеристикам, но и по другим параметрам:
- форме исполнения;
- конструктивным особенностям.
Наличие охлаждения влияет на сферу применения и стоимость устройства. Вот основные моменты:
- Неохлаждаемые матрицы имеют компактные габариты, внешне схожи со стандартной камерой уличного наблюдения. Их укомплектовывают защитным кожухом, а ценовая категория вполне доступна. Минус – сниженная чувствительность, по сравнению с охлаждаемым вариантом.
- Наличие охлаждения для матрицы позволяет расширить ее функционал, однако повышает стоимость техники. Корпус такой камеры герметично запаян, внутри создается вакуум и размещают криогенную установку. Высокая чувствительность позволяет регистрировать даже единичные фотоны. Радиус обнаружения человеческого присутствия достигает 2-5 км. Такие приборы применяют для организации видеонаблюдения за важными стратегическими объектами, имеющими большую площадь (акватория морского порта и др.).
К минусам охлаждаемых тепловизоров относят потребность в регулярном техническом обслуживании и ограниченность срока службы.
Это важно: для большинства современных систем видеонаблюдения и охраны объектов достаточно приобрести камеру с неохлаждаемой матрицей. Она успешно справится с поставленными задачами.
