Kamera termowizyjna nie widzi światła; widzi ciepło, a każda specyfikacja w jego karcie katalogowej opisuje, jak dobrze przekształca różnice temperatur w użyteczny obraz. Kupujący, którzy porównują tylko główną rozdzielczość, często odkrywają, że jednostka 640 x 512 zawodzi tam, gdzie sprawdza się model 384 x 288, ponieważ liczba pikseli bez czułości termicznej, odpowiedniego obiektywu i wystarczająco dużej liczby klatek na sekundę tworzy drogie urządzenie, na którym widać dużą, miękką plamę. W tym przewodniku wyjaśniono w praktyce rozdzielczość mikrobolometru, NETD, ogniskową obiektywu i zakres DRI, dzięki czemu specjalista może wybrać kamerę termowizyjną do inspekcji instalacji elektrycznej, pomiarów budynków, obserwacji dzikiej przyrody lub ochrony obwodu i wiedzieć, co faktycznie ujawni w danej odległości.
Jak kamera termowizyjna tworzy obraz
Z przodu kamery termowizyjnej znajduje się obiektyw wykonany ze szkła germanowego lub chalkogenkowego, który zamiast światła widzialnego przepuszcza-długie fale promieniowania podczerwonego. Promieniowanie to pada na układ mikrobolometrów, czyli siatkę maleńkich detektorów, z których każdy zmienia opór elektryczny w miarę nagrzewania się. Kamera odczytuje zmianę rezystancji dla każdego piksela, stosuje-korektę niejednorodności i odwzorowuje wynik na paletę zrozumiałą dla oka. Ponieważ czujnik mierzy energię emitowaną, a nie światło odbite, urządzenie działa w całkowitej ciemności, przez mgłę świetlną i przez dym, dlatego raczej uzupełnia, a nie zastępuje noktowizor. Jakość ostatecznego obrazu zależy od trzech rzeczy: liczby elementów detektora znajdujących się w matrycy, małej różnicy temperatur, jaką może rozróżnić każdy element oraz ilości obiektu, którą soczewka rzuca na matrycę.
Rozdzielczość czujnika i rozstaw pikseli
Rozdzielczość w kamerze termowizyjnej jest podawana jako rozmiar matrycy, np. 256 x 192, 384 x 288 lub 640 x 512 pikseli. Rozstaw pikseli - to fizyczny odstęp między detektorami, w obecnych projektach zwykle 12 mikrometrów - określa, jak duża jest matryca, a co za tym idzie, jak duża musi być soczewka. Czujnik 640 x 512 z podziałką 12 mikrometrów wymaga większego i droższego obiektywu niż czujnik 384 x 288 z tą samą podziałką, aby pokryć to samo pole widzenia, dlatego też rozdzielczość i cena nie skalują się liniowo. W użyciu rozmiar tablicy określa, ile pikseli zajmuje cel: osoba znajdująca się w odległości 100 metrów widzi znacznie mniej pikseli w kamerze termowizyjnej 256 x 192 niż w kamerze 640 x 512, a mniejsza matryca pokaże rozmazaną sylwetkę, podczas gdy większa pokazuje kończyny i postawę. Czujnik o wymiarach 384 x 288 to praktyczne minimum robocze dla profesjonalnych inspekcji, natomiast 640 x 512 to standard w przypadku-długodystansowych prac związanych z ochroną i pomiarami powietrznymi.
NETD i wrażliwość termiczna
NETD, różnica temperatur równoważna szumowi, wyrażana jest w milikelwinach i opisuje najmniejszą różnicę temperatur, jaką kamera termowizyjna może wyświetlić powyżej własnego poziomu szumów. NETD wynoszący 40 mK oznacza, że urządzenie rozwiązuje różnicę 0,04 C. Wartości poniżej 30 mK są uważane za dobre, a niechłodzone aparaty klasy premium osiągają 20 mK lub więcej. Czułość ma największe znaczenie tam, gdzie kontrast jest niski: znalezienie wilgotnej plamy za tynkiem, prześledzenie zablokowanej rury grzewczej pod jastrychem lub wykrycie zwierzęcia na tle roślinności, która pochłonęła już ciepło słoneczne. Kamera o wysokiej rozdzielczości, ale słabej wartości NETD tworzy blokowy obraz bez drobnego gradientu, podczas gdy kamera termowizyjna o niższej-rozdzielczości z NETD 25 mK często jako pierwsza ujawnia defekt, ponieważ różnica temperatur jest w stanie przetrwać elektronikę. Porównując oferty, traktuj NETD co najmniej tak samo ważne jak liczba pikseli.
Wybór obiektywu i pole widzenia
Soczewka przekształca tablicę w obraz świata. Ogniskowa określa pole widzenia i chwilowe pole widzenia, czyli rozmiar kątowy pojedynczego piksela. Krótki obiektyw 9 mm kamery termowizyjnej zapewnia szerokie pole widzenia od 40 do 50 stopni, idealne do skanowania przegród zewnętrznych budynku lub szybkiego przeszukiwania dużego obszaru. Obiektyw 19 mm lub 25 mm zawęża pole do 18 do 25 stopni, a teleobiektyw 50 mm lub 75 mm zapewnia od 8 do 12 stopni w przypadku-długiego zasięgu identyfikacji. Ponieważ ten sam czujnik może być wyposażony w różne obiektywy, praktycznym pytaniem nie jest „jak daleko może widzieć”, ale „ile pikseli zajmuje mój cel w przypadku tego obiektywu”. Niektóre profesjonalne kamery termowizyjne akceptują wymienne obiektywy, a zestaw z dwoma-obiektywami - szeroki do wyszukiwania, wąski do potwierdzania - pokrywa większość procesów inspekcji i bezpieczeństwa znacznie lepiej niż pojedyncza kompromisowa ogniskowa.
Wykrywanie, rozpoznawanie i identyfikacja
Oświadczenia dotyczące zakresu należy odczytywać w odniesieniu do konwencji DRI, która definiuje trzy zadania na ustandaryzowanym celu. Wykrywanie oznacza obecność kilku pikseli, co wystarczy, aby wiedzieć, że coś tam jest. Rozpoznanie zgodnie z kryteriami Johnsona wymaga około 10 do 12 pikseli w poprzek celu, aby osobę można było sklasyfikować jako osobę. Identyfikacja wymaga co najmniej 20 pikseli, co wystarczy, aby ocenić, co dana osoba nosi lub ma na sobie. Producent podający zasięg kamery termowizyjnej wynoszący 1000 metrów zwykle podaje wykrycie celu wielkości-pojazdu, a nie identyfikację osoby. W przypadku czujnika 384 x 288 z obiektywem 19 mm rozsądną wartością planistyczną jest rozpoznanie osoby w odległości od 250 do 350 metrów; wyjście poza ten wymaga dłuższego obiektywu lub większej matrycy, a koszt gwałtownie rośnie z każdym krokiem.
Pomiar i kalibracja temperatury
Kamera termowizyjna sprzedawana do kontroli pełni także funkcję przyrządu radiometrycznego, co rodzi pytania dotyczące dokładności. Podstawową dokładność termografii określa się zwykle jako plus minus 2°C lub 2 procent odczytu, w zależności od tego, która wartość jest większa, i utrzymuje się ona wyłącznie w określonym zakresie otoczenia i po ustabilizowaniu się kamery. Na odczyt wpływają trzy ustawienia: emisyjność, którą należy dostosować do błyszczących metali; odbita temperatura pozorna, która ma znaczenie w pomieszczeniach z gorącymi powierzchniami w pobliżu; i odległość, która wpływa na tłumienie atmosferyczne na duże odległości. Automatyczna migawka, która ponownie kalibruje czujnik, nie jest usterką, ale rutynową-korektą nierównomierności, a model, który wykonuje to cicho w ciągu sekundy, jest znacznie przyjemniejszy w użyciu niż taki, który zamraża obraz na trzy sekundy. Do kontroli instalacji elektrycznej wybierz kamerę termowizyjną z miernikiem punktowym, ruchomymi kursorami pomiarowymi i wbudowanym raportem-, ponieważ funkcje te pozwalają zaoszczędzić więcej czasu niż inny stopień rozdzielczości.
Porównanie typowych konfiguracji
| Konfiguracja | Szyk | NETD | Obiektyw | Zasięg rozpoznawania (osoba) | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|---|---|
| Jednostka kontroli wejścia | 256 x 192 | 40 mK | 9 mm | 120-150 m | Kontrole budowlane, HVAC |
| Profesjonalny, ręczny | 384 x 288 | 30 mK | 19 mm | 250-350 m | Elektryczny, przemysłowy |
| Bezpieczeństwo-dalekiego zasięgu | 640 x 512 | 25 mK | 50 mm | 600-800 m | Obwód, morski |
| Kompaktowa jednostka obserwacyjna | 384 x 288 | 25 mK | 25 mm | 300-400 m | Dzika przyroda, patrol |
| Badanie lotnicze | 640 x 512 | 20 mK | 13 mm | Pokrycie obszaru | Mapowanie, farmy fotowoltaiczne |
Tabela ilustruje rzeczywisty kompromis-: rozmiar matrycy, obiektyw i czułość idą razem, a wybranie dwóch z trzech zwykle skutkuje niezrównoważeniem instrumentu. Szeroki obiektyw na dużej matrycy idealnie nadaje się do pomiarów, podczas gdy wąski obiektyw na skromnej matrycy jest często najtańszą metodą rozpoznania-obiektu wielkości człowieka-z dużej odległości.
Błędy, których należy unikać przy zakupie kamery termowizyjnej
Pierwszym błędem jest zakup samej rozdzielczości, a następnie odkrycie, że kamera termowizyjna o rozdzielczości 640 x 512 z obiektywem 9 mm nadal nie jest w stanie wykryć niczego w odległości większej niż 200 metrów, ponieważ obiektyw rozciąga cel na zbyt małą liczbę pikseli. Drugim jest ignorowanie NETD w ciepłym klimacie, gdzie temperatura otoczenia zbliżona do temperatury ciała zamazuje kontrast, który sprawia, że obrazowanie termowizyjne jest przydatne. Trzeci zakłada, że wyższa liczba klatek na sekundę zawsze pomaga; Częstotliwość 25 Hz jest wystarczająca do użytku ręcznego, a 50 Hz ma znaczenie głównie przy śledzeniu szybko-poruszających się obiektów lub nagrywaniu płynnego wideo. Czwartym jest zapomnienie o akcesoriach kalibracyjnych: bez odniesienia do ciała doskonale czarnego, nieskalibrowana jednostka dryfuje, a odczyty wykonane w zimny poranek, zanim kamera się ustabilizuje, mogą różnić się o kilka stopni. Piąty to wybór zamkniętego modelu z-obiektywem stałoogniskowym do pracy, która później będzie wymagać teleobiektywu, co wymusza drugi zakup zamiast drugiego obiektywu.
Często zadawane pytania
P1: Czy rozdzielczość 256 x 192 wystarczy do inspekcji budynku?
Tak, do prac wewnętrznych w odległości od 5 do 20 metrów, gdzie kamera termowizyjna musi jedynie pokazać wzór temperatury, a nie zidentyfikować mały obiekt. W przypadku zewnętrznych badań wysokich fasad lub w przypadku-bezpieczeństwa o dużym zasięgu lepiej sprawdzi się rozdzielczość 384 x 288 lub 640 x 512.
P2: Jakiego NETD powinienem szukać?
Poniżej 40 mK jest akceptowalna, poniżej 30 mK jest dobra, a 20 do 25 mK jest doskonała. W gorącym klimacie nalegaj na 30 mK lub więcej, ponieważ użyteczny kontrast temperaturowy między celem a jego tłem maleje wraz ze wzrostem temperatury otoczenia.
P3: Czy kamera termowizyjna może widzieć przez ściany?
Nie. Długofalowa-podczerwień jest blokowana przez większość materiałów stałych, dlatego kamera odczytuje temperaturę powierzchni. Wykrywa sygnaturę termiczną, którą ubytek, rura lub kołek przenosi na powierzchnię ściany, dlatego wymagana jest różnica temperatur na ścianie.
P4: Jak daleko może wykryć osobę w nocy?
Wykrywanie to mniej więcej dwukrotnie większa odległość rozpoznawania. Kamera o rozdzielczości 384 x 288 z obiektywem 19 mm wykrywa osobę w odległości blisko 600 metrów i rozpoznaje ją w odległości od 250 do 350 metrów. Porównując marki, podawaj dane dotyczące rozpoznawalności.
P5: Czy potrzebuję możliwości radiometrycznych?
Tylko jeśli musisz zgłosić temperatury. Kamery nie-radiometryczne generują obrazy bez wartości numerycznych i są tańsze. Diagnostyka elektryczna, mechaniczna i budowlana korzysta z danych radiometrycznych i funkcji raportowania.
P6: Jak często kamera wymaga kalibracji?
Coroczna kontrola względem ciała doskonale czarnego jest dobrą praktyką podczas prac inspekcyjnych, dlatego przed zarejestrowaniem jakiegokolwiek pomiaru kamerę należy pozostawić w środowisku pracy na stabilizację przez 10 do 15 minut.
P7: Czy kamera termowizyjna jest lepsza niż noktowizor?
Odpowiadają na różne pytania. Kamera termowizyjna wykrywa ciepło i działa w całkowitej ciemności poprzez dym lub lekką mgłę, ale nie jest w stanie odczytać znaku ani twarzy. Noktowizor zachowuje szczegóły i czytelność w świetle otoczenia, a wiele zespołów ds. bezpieczeństwa korzysta z obu tych rozwiązań.
Wniosek
Wybór kamery termowizyjnej rozpoczyna się od celu, odległości i zadania - wykrycia, rozpoznania lub identyfikacji -, a dopiero potem od rozdzielczości. Dopasuj matrycę do wymaganej liczby pikseli celu, do poważnych zastosowań nalegaj, aby wartość NETD była niższa niż 30 mK, wybierz obiektyw, który umieści cel tam, gdzie go potrzebujesz, i traktuj dokładność radiometryczną jako specyfikację odrębną od jakości obrazu. Shenzhen Detyl Optoelectronics Co., Ltd. produkuje kamery termowizyjne, noktowizory termojądrowe i systemy przypinane-z opublikowanymi wartościami NETD, opcjami wymiennych obiektywów i uszczelnionymi obudowami do użytku w terenie. Prześlij nam swoją odległość obserwacji, typ celu i środowisko operacyjne, a nasi inżynierowie określą czujnik, obiektyw i pakiet kalibracyjny, który zapewni oczekiwany wynik.
