Работа тепловизора: ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВИЗОРА | Pulsar

   Тепловизор – прибор, предназначенный для определения теплового излучения на исследуемой поверхности. Метод исследования – бесконтактный, он обеспечивает бесперебойную работу при изучении движущихся объектов. Устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности.
   Принцип действия тепловизора основан на преобразовании энергии инфракрасного излучения в электрический сигнал, который усиливается и воспроизводится на экране индикатора. Распределение температуры отображается на дисплее тепловизора как цветовое поле, где определенной температуре соответствует определенный цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности.

   О разновидностях тепловизоров

   В зависимости от функций, которые выполняет инструмент, различают несколько его видов:

   Измерительные – выдают радиометрическое изображение, в результате чего можно определить температурные показатели всех объектов в зоне наблюдения. Данный вид аппаратуры применяется в медицине, строительстве, промышленности, при тестировании электрооборудования, механических коммуникаций.

   Наблюдательные – обеспечивают только визуализацию объектов, находят применение в военном деле, охранных и силовых структурах, в спасательных операциях и т. п.
   Пирометры визуальные – разновидность инструментов для наблюдения, которые способны выявить зоны с аномальным температурным режимом.

   Несколько лет назад применение тепловизоров было доступно только военным ведомствам. Сегодня их используют во многих областях производственной деятельности, так как это позволяет решить многие технические вопросы. Их производство развернулось не только в виде отдельно взятых приборов, но и как составная часть гражданских биноклей, прицелов для охотничьего оружия, других оптических механизмов.

   Измерительный диапазон – один из факторов, который определяет их температурные возможности и условно разделяет их на 3 типа:

   Строительные: реагируют на температуру до +3500, применяются для аудита строительных сооружений, определяют качество изоляции, находят места утечек тепла из зданий.
   Промышленные: температурные границы – более +3500, применяются для диагностики электросетей, промышленных систем.
   Высокотемпературные: определяют тепловые параметры более +1000

0, диагностируют технологические процессы с высоким уровнем нагрева.

   Их использование получило широкое распространение в современной жизни как в производственных целях, так и в гражданских нуждах.

   Сферы применения

   Область применения связана со способностью преобразовывать тепловое излучение в спектр, который воспринимает человеческий глаз, обнаруживать самые незначительные объекты, излучающие электромагнитные волны. Если определить интенсивность излучения, то можно рассчитать температуру исследуемого объекта и предположить, что это. При помощи аппарата определяется разница температур, при отсутствии контакта с объектами, они не реагируют на помехи, не могут быть обнаружены системами слежения, имеют большую дальность действия: от 100 м до 3 км. Эти принципы работы позволяют применять их в самых различных областях.

   В военной технике

   Новая современная техника поступает сегодня на вооружение, имея в своем арсенале встроенные тепловизорные камеры. Их использование позволяет вести боевые действия в условиях плохой видимости, обнаруживать противника и технику. Помимо этого, устройства устанавливаются на беспилотных самолетах и на технике, управляемой дистанционно.

   Возможность «видеть» объекты в ночное время – основной показатель, имеющий значение приборов в военной сфере. Принцип успешной работы аппаратуры заключается в четком обнаружении теплового излучения. Для армии производятся специальные аппараты в виде биноклей, прицелов для оружия, ими оснащаются системы наведения. Они оснащены мощными оптическими механизмами, что увеличивает возможности военных тепловизоров многократно.

   В морских приборах

   Морской или речной порт является сложным транспортным узлом, и его безопасность может обеспечить только самая совершенная охранная аппаратура. Морские тепловизоры предназначены для обеспечения безопасности водных и прибрежных объектов: портов, причалов, складов, речных вокзалов.

   Охота

   Тепловизор для охоты – хорошее подспорье для тех, кто увлечен выслеживанием добычи. Использование прибора позволяет отслеживать самого осторожного зверя в любое время суток независимо от погоды и видимости.

   Обследование зданий

   С помощью тепловизорных датчиков есть возможность обследовать любое сооружение, чтобы определить место утечки тепла. Результаты исследования станут весомым аргументом для того чтобы доказать плохое качество теплоизоляции стен. Для коммунальщиков применение тепловизора для обследования зданий

– хорошее средство правильно определить проблемные зоны и направить силы на утепление конкретных мест.

   Медицина

      

   Использование тепловизора в медицине производилось еще во времена СССР. Приборы позволяют распознать характер заболевания, а также увидеть инфицированного человека среди здоровых по температуре тела, характерной для той или иной болезни.

   Обследование с помощью специальной аппаратуры, реагирующей на электромагнитные волны, помогает обнаружить воспалительный процесс с точностью до микрона и найти область патологии. Использование аппарата позволит определить, болен пациент или здоров, увидеть источник заболевания, поставить диагноз.

   Чрезвычайные ситуации и АСР

  

   Пожарные, вооруженные прибором, можгут увидеть наиболее безопасный путь выхода из огня, минуя самые горячие участки. Спасатели, вооруженные аппаратом, в самых трудных ситуациях имеют возможность найти человека в зоне плохой видимости.

   Помимо перечисленных сфер, где применение измерительной тепловой техники – необходимое условие успешной деятельности, данные приборы используются и в других областях промышленности и в повседневной жизни людей. Поэтому сегодня производится много их разновидностей, и выбор тепловизора зависит только от цели его использования.

   Технические характеристики устройства свидетельствуют о том, можно ли использовать его как универсальный или его специализация более узкая. Границы температур, на которые ориентирован прибор – главный критерий при выборе. Чтобы не допустить ошибку при покупке, необходимо учитывать, что температурный диапазон устройства должен быть больше температуры исследуемого объекта как минимум на 25%.

   О классификации тепловизоров

   Существует масса критериев классификации тепловизорной аппаратуры. По типу исполнения они бывают стационарные и переносные. Стационарный тепловизор

предназначается для наблюдения за одной зоной, поэтому устанавливается фиксировано на определенном месте. Например, на производстве может быть установлена такая модель для слежения за температурой объектов на конвейере.

   Портативные тепловизоры используются в строительстве, энергетике, некоторых отраслях промышленности. Они устроены таким образом, что их можно перемещать к различным объектам наблюдения. Их вес колеблется от 300 г до 2 кг. Разные модели оснащаются необходимыми системами: экраном, оптикой, встроенными фотоаппаратами, подсветкой и прочей гарнитурой. Переносные приборы имеют автономный аккумулятор, который обеспечивает питание техники до 8 часов.

   Одной из важных функций является то, что все зафиксированные данные сохраняются в приборе, и затем их можно перенести на компьютер для дальнейшей обработки. Файлы сохраняются в виде фотографий и видео.

Особенности использования тепловизоров при ликвидации пожаров и проведении аварийно спасательных работ

Возможности тепловизора

Сравнение прибора ночного видения с тепловизором

Тепловизор позволяет увидеть людей через дым

Поиск человека по тепловому следу оставленному по месту его касания на мебели, полу (в зависимости от условий следы сохраняются около 5 минут)

Использование тепловизора при поиске горючих, ядовитых жидкостей (сжиженных газов) в емкостях

Тепловизор не способен видеть через стекло автомобиля

Тепловизор способен видеть скрытую электропроводку под напряжением и различать неравномерность распределения температуры в электропроводах

Возможности тепловизора в различных условиях

Стекло

ИК излучение не проходит через стекло, однако нагретое стекло будет отображаться, как более светлая область.

Стекло-Зеркало

ИК излучение отражается через стекло

Вода

ИК излучение не проходит через воду, в некоторых случаях проникает через туман или изморось.

Пар- Распыленная вода

ИК излучение может проникать или не проникать через пар, в зависимости от его плотности. Например, туман не является преградой для тепловизора.

Выявление «горячих пятен»

Некоторые модели тепловизоров имеют функцию TT-датчика. ТТ функция окрашивает наиболее нагретые участки цветом. Чем горячее участок, тем темнее тона (на рисунке — синим цветом).

Пример использования тепловизора с ТТ-датчиком на пожаре

Использование тепловизора на пожаре

Тепловизор на пожаре

Температура объекта через тепловизор

Температура пламени на пожаре

Вид на огонь через тепловизор

Видео с пожаров при работе с тепловизором

Материал подготовлен совместно с кафедрой ПС, ФП и ГДЗС (ИПСА ГПС МЧС России)

Источник:

https://fireman.club/statyi-polzovateley/primenenie-i-ispolzovanie-teplovizora/

оснащение тепловизор

Содержание

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВИЗОРА | Pulsar

В инженерной практике существует понятия объекта и фона. Объектом обычно выступают предметы, которые необходимо обнаружить и рассмотреть (человек, автотранспорт, животное и т.п.), фоном является все остальное, не занятое объектом наблюдения, пространство в поле зрения прибора (лес, трава, здания и т.п.)

Действие всех тепловизионных систем основано на фиксировании температурной разницы пары «объект/фон» и на преобразовании полученной информации в изображение, видимое глазом. Вследствие того, что все тела вокруг нагреты неравномерно, складывается некая картина распределения ИК-излучения. И чем больше разница интенсивности инфракрасного излучения тел объекта и фона, тем более различимым, то есть контрастным, будет изображение, получаемое тепловизионной камерой. Современные тепловизионные приборы способны обнаруживать температурный контраст 0.015…0.07 градусов.

В то время как подавляющая часть приборов ночного видения, работающих на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП) или матриц КМОП/ПЗС, улавливают инфракрасное излучение с длиной волны в диапазоне 0,78…1 мкм, что лишь немногим выше чувствительности человеческого глаза, основным рабочим диапазоном тепловизионной аппаратуры являются 3…5,5 мкм (средневолновой ИК-диапазон, или MWIR) и 8…14 мкм (длинноволновой ИК-диапазон, или LWIR). Именно здесь приземные слои атмосферы прозрачны для ИК-излучения, а излучательная способность наблюдаемых объектов с температурой от -50 до +50ºС максимальна.

 

Спектральный диапазон и окна прозрачности атмосферы

Тепловизор — электронный наблюдательный прибор, строящий изображение разности температур в наблюдаемой области пространства. Основой любого тепловизора является болометрическая матрица (сенсор), каждый элемент (пиксель) которой с высокой точностью замеряет температуру.Тепловизор — электронный наблюдательный прибор, строящий изображение разности температур в наблюдаемой области пространства. Основой любого тепловизора является болометрическая матрица (сенсор), каждый элемент (пиксель) которой с высокой точностью замеряет температуру.

Достоинство тепловизоров в том, что им не требуются внешние источники освещения – сенсор тепловизора чувствителен к собственному излучению объектов. Вследствие этого тепловизоры одинаково хорошо работают днем и ночью, в том числе в абсолютной темноте. Как отмечалось выше, плохие погодные условия (туман, дождь) не создают непреодолимых помех тепловизионному прибору, в то же время делая обычные ночные приборы совершенно бесполезными.

Упрощенно, принцип работы всех тепловизоров описывается следующим алгоритмом:• Объектив тепловизора формирует на сенсоре температурную карту (или карту разности мощности излучения) всей наблюдаемой в поле зрения области• Микропроцессор и другие электронные компоненты конструкции считывают данные с матрицы, обрабатывает их и формируют на дисплее прибора изображение, являющееся визуальной интерпретацией этих данных, которое напрямую или через окуляр рассматривает наблюдатель.

В отличие от приборов ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей (назовем их аналоговыми), тепловизоры, как и цифровые приборы ночного видения, позволяют реализовать большое количество пользовательских настроек и функций. Например, регулировка яркости, контраста изображения, изменение цвета изображения, ввод в поле зрения различной информации (текущее время, индикация разряда батарей, пиктограммы активированных режимов и т.п.), дополнительное цифровое увеличение, функция «картинка в картинке» (позволяет в отдельном небольшом «окне» выводить в поле зрения дополнительное изображение объекта целиком или какой-то его части, в том числе увеличенное), временное отключение дисплея (для энергосбережения и маскировки наблюдателя за счет исключения свечения работающего дисплея).

Для фиксации изображения наблюдаемых объектов в тепловизоры могут быть интегрированы видеорекордеры. Можно реализовать такие функции как беспроводная (радиоканал, WI-FI) передача информации (фото, видео) на внешние приемники или удаленное управление прибором (например, с мобильных устройств), интеграция с лазерными дальномерами (с вводом информации от дальномеров в поле зрения прибора), GPS-датчиками (возможность фиксации координат объекта наблюдения) и т.д.

Тепловизионные прицелы по отношению к «аналоговым» ночным прицелам для охоты также имеют ряд отличительных черт. Прицельная метка в них обычно «цифровая», т.е. изображение метки во время обработки видеосигнала накладывается поверх изображения, наблюдаемого на дисплее, и перемещается электронным образом, что позволяет исключить из состава прицела механические узлы ввода поправок, входящие в состав ночных аналоговых или дневных оптических прицелов и требующие высокой точности изготовления деталей и сборки этих узлов. Дополнительно это исключает такой эффект как параллакс, т.к. изображение объекта наблюдения и изображение прицельной сетки находятся в одной плоскости – плоскости дисплея. В цифровых и тепловизионных прицелах может быть реализовано хранение в памяти большого количества прицельных сеток, имеющих различную конфигурацию и цвет, удобная и быстрая пристрелка с помощью функций «пристрелка одним выстрелом» или «пристрелка в режиме Freeze», функция автоматического ввода поправок при изменении дистанции стрельбы, запоминание координат пристрелки для нескольких оружий, индикация наклона (завала) прицела и многое другое.

 

Принцип работы тепловизора

Тепловизионные приборы очень быстро приобрели большую популярность и стали востребованными во многих отраслях промышленности, коммунальной сфере и для частного использования благодаря способности идентифицировать тепловые волны.

Как работает прибор

Каждый предмет как одушевленный, так и неодушевленный, независимо от того перемещается он или находится в статическом положении, излучает электромагнитные волны, которые перекрывают достаточно широкий частотный диапазон, в том числе захватывают инфракрасный спектр. Излучение в таком спектре еще называется тепловым. Его интенсивность зависит от температуры объекта и практически не меняется от степени освещения.
Тепловизор представляет собой прибор, способный не только фиксировать тепловое излучение объектов, но и визуализировать его в доступном для человеческого глаза виде. Для этого он комплектуется специальным объективом. Линзы этого объектива отличаются уникальной способностью беспрепятственно пропускать тепловое излучение, в то время как обычное стекло задерживает ИК-лучи.  
 
С помощью системы линз инфракрасные волны позиционируются на специальную матрицу. Она представляет собой совокупность датчиков, способных реагировать на тепловые волны. Информация в виде токовых посылок считывается процессором с матрицы и преобразуется в видеосигнал, выводимый на устройство отображения, которым может быть экран прибора или внешний монитор. Из-за разности температуры окружающей среды и объекта на дисплее получается контур изображения. В современных устройствах разные волны в зависимости от температуры отображаются разным цветом.  
Для удобства пользователя поверх кадра может выводиться шкала, которая отображает соответствие цвета любой точки изображения значению абсолютной температуры наблюдаемого объекта. Предоставляется возможность также обозначать максимальное и минимальное значение температуры на изображении. Точность вычисления современных приборов составляет 0,05 градуса, поэтому картинка получается максимально реалистичной. Тепловизор настраиваются на работу с тепловыми волнами, имеющими длину 3,0–5,5 мкм, поэтому приземный слой атмосферы для него получается почти прозрачным, а природные явления в виде тумана, дождя, снега и дыма минимально влияют на чувствительность. 

Типы детекторов

Матрица представляет собой микросхему с набором специальных диодов, отличающихся светочувствительностью, и свойством менять сопротивление в зависимости от интенсивности инфракрасных лучей. Благодаря современным технологиям матрица имеет компактные размеры и отличается низким энергопотреблением. Для получения качественной картинки необходимо минимизировать цифровой шум, поэтому конструктивно предусмотрены программные и аппаратные средства для ее охлаждения. В самых современных приборах ПЗС-матрица заменена на микроболометрическую, которая не требует охлаждения. Изменение сопротивления элементов такой микросхемы фиксируется с большой точностью практически во всем диапазона ИК-излучения.  

Область использования

 

Способность тепловизора измерять разницу температуры и визуализировать таким образом тепловое излучение востребована во многих областях деятельности человека. Использование прибора для энергоаудита предусматривает:
  • контроль степени теплоизоляции промышленных и коммунальных объектов, дверных и оконных проемов, а также подвалов и крыш домов;
  • измерение теплопроводности материалов;
  • нахождение точек утечки теплопотерь в домах и тепловых системах;
  • определение разгерметизации инженерных систем: вентиляции, кондиционирования, а также теплоснабжения и электроснабжения;
  • обследование фасадов домов в отопительный период;
  • диагностику дымовых труб и теплообменников.  
Свойство тепловизоров идентифицировать предметы по инфракрасному излучению делает их намного эффективнее приборов ночного видения, поэтому они востребованы в разных сферах, в том числе военной и судоходной, с целью контроля и обеспечения безопасности.
 

Незаменимый прибор для ведения ночной охоты в любую погоду, а также в путешествиях для ориентации в ночное время и поиска заблудившихся в лесу людей. Является практичным помощником и для автовладельцев, так как позволяет увидеть объекты намного дальше зоны, освещенной фарами.

Популярные бренды

Производитель Flir представляет широкий ассортимент тепловизоров специальными модельными линейками для диагностического оборудования, строительства, охранных систем, коммерческой безопасности, научных, а также исследовательских работ, судоходства, газовой промышленности, охраны правопорядка, пожаротушения и охоты. Тепловизоры Flir характеризуются хорошим разрешением и детализацией, позволяют выполнять широкий спектр задач.







Под брендом Fluke представлены тепловизоры трех серий: производительной, профессиональной и экспертной. Приборы обеспечивают хорошее качество и предлагаются по приемлемой стоимости. Хорошая детализация и четкость изображения. Все модели тепловизоров Fluke комплектуются съемной картой SD и отличаются простым пользовательским интерфейсом. 






Известный производитель Testo предлагает пользователям тепловизоры практически для всех сфер использования. Тепловизоры Testo удобные и простые в эксплуатации.












Pulsar — крупный изготовитель оптической техники. Тепловизоры для охоты Pulsar являются оптимальными для обеспечения охранной деятельности, а также оперативно-розыскных мероприятий. Отличные приборы для ночной охоты, а также в условиях плохой видимости.








Отечественный производитель тепловизионных прицелов Fortuna поставляет приборы, отлично подходящие для ночной охоты, отличающиеся высоким разрешением и при этом самой низкой ценой. Ассортимент включает самые разные модели для решения любых задач.












Тепловизоры Guide — практичные приборы по доступной цене с хорошими функциональными возможностями. Отличаются удобством в использовании.








Производителем Dali изготавливаются приборы для энергетики, строительства и металлургии. Тепловизоры оборудованы матрицами высокого разрешения и представляют собой оптимальное соотношение цены и качества.


Как работает тепловизор?

Увидеть места локального нагрева и следовательно слабые места нашего окружения было всегда увлекательным процессом в современном тепловидении. Инфракрасные камеры претерпели существенные изменения в плане улучшения соотношения цена/производительность не в последнюю очередь благодаря всё более эффективным способам изготовления инфраскрасно-оптических датчиков изображения. Техника стала более мелкой, а устройства более прочными и неприхотливыми к расходу электроэнергии. Как же работают современные инфракрасные камеры?

Принцип действия инфракрасной камеры


Тепловизоры работают как обычные цифровые камеры: Они обладают полем зрения, так называемым Field of View (FOV), которое может составлять в качестве телеобъектива 6°, стандартной оптики 23°, а в качестве широкоугольного объектива 48°. Чем дальше находишься от объекта измерения, тем больше охватываемая область изображения и следовательно размер кадра, который регистрирует отдельный пиксель. Плюсом в этом является то, что яркость свечения при достаточно большой площади не зависит от удаления. Благодаря этому расстояние до объекта измерения в значительной степени не влияет на процессы измерения температуры. [1]

Тепловое излучение в среднем инфракрасном диапазоне может фокусироваться только за счёт оптики из германия, сплавов германия, цинковых солей или с помощью зеркал с поверхностным покрытием. Такая улучшенная оптика по сравнению с обычными, изготавливаемыми большими партиями объективами в видимой спектральной области всё еще является значительным фактором расходов при изготовлении тепловизоров. Они выполнены в виде сферического 3-линзового объектива или асферического 2-линзового объектива и должны для термометрических правильных измерений калиброваться именно на камерах со сменными объективами в отношении их воздействия на каждый отдельный пиксель.

Основной элемент любого тепловизора: матрица в фокальной области

Основным элементом любого тепловизора, как правило, является матрица в фокальной области (FPA). Она представляет собой встроенный датчик изображения размером от 20 000 до 1 миллиона пикселей. Каждый пиксель сам является микроболометром размером от 17 x 17 до 35 x 35 мкм². Подобные тепловые приёмники толщиной 150 нанометров нагреваются посредством теплового излучения в течение 10 мс примерно на одну пятую разности между температурой объекта и собственной температурой. Подобного рода высокая чувствительность достигается за счёт очень низкой теплоёмкости в сочетании с превосходной изоляцией инфракрасной камеры относительно свободного окружения. Коэффициент поглощения частично прозрачной площади приёмника увеличивается посредством взаимодействия пропущенной и затем отражённой на поверхности кремниевого кристалла световой волны с последующей световой волной. [2]

Для использования данного эффекта самоинтерференции поверхность болометра, состоящая из оксида ванадия или аморфного кремния, должна посредством специальных технологий травления располагаться на удалении ок. 2 мкм от схемы считывания. Относящая к поверхности и ширине полосы пропускания удельная обнаружительная способность описываемой здесь матрицы в фокальной области достигает значений около 109 см Hz1/2 / W. Этим самым она на порядок превосходит другие тепловые датчики, используемые, напр., в пирометрах. За счёт собственной температуры болометра снова изменяется его сопротивление, которое преобразуется в электрический сигнал напряжения. Быстрые 14-битовые аналого-цифровые преобразователи оцифровывают предварительно усиленный и сериализованный видеосигнал. Система цифровой обработки сигнала рассчитывает для каждого отдельного пикселя значение температуры и генерирует в реальном времени знакомые псевдоцветные изображения или тепловые диаграммы.

Тепловизорам требуется достаточно дорогое калибрование, при котором каждому пикселю для различных температур микросхемы или чёрного излучателя требуется присвоить ряд величин чувствительности. Для повышения точности измерения матрицы в фокальной области болометра термостатируются при определённых температурах с большой точностью регулирования.

Передача и анализ тепловых диаграмм

Благодаря разработке всё более производительных, компактных и одновременно недорогих ноутбуков, ультра-мобильных ПК, нетбуков и планшетных ПК в настоящее время имеется возможность использования их

  • больших дисплеев для представления тепловых диаграмм,
  • оптимизированных литий-ионных аккумуляторов для электропитания,
  • вычислительной мощности для гибкого высококачественного представления сигнала в реальном времени,
  • ёмкости памяти для практически неограниченной по времени видеозаписи тепловых диаграмм, а также
  • интерфейсов, напр., Ethernet, Bluetooth, WLAN и ПО для интеграции термографической системы в среду пользователя.

Стандартный и доступный интерфейс USB 2.0 позволяет при этом передавать данные на скорости

  • 30 Гц с разрешением 320 x 240 пикселей и
  • 120 Гц для форматов изображения 20 000 пикселей.

Введённая в 2009 году технология USB 3.0 подходит даже для разрешения тепловых диаграмм стандарта XGA до 100 Гц. За счёт применения принципа веб-камер в области термографии появились совершенно новые свойства продукции с существенно улучшенным соотношением цена/производительность. При этом тепловизор в реальном времени подключается к ПК на базе ОС Windows© через интерфейс со скоростью передачи данных 480 Мбод, который одновременно обеспечивает и электропитание.

Аппаратное обеспечение тепловизоров

Стандарт USB служил раньше лишь в качестве средства связи офисной техники. По сравнению с шиной FireWire весьма широкое распространение данного стандарта интерфейса инициировало многочисленные разработки, которые значительно повысили степень промышленной пригодности этого интерфейса и следовательно возможность использования оконечных устройств со стандартом USB 2.0, и прежде всего инфракрасных USB-камер. К ним относятся:

  • кабель, способный к эксплуатации в качестве энергоцепи и выдерживающий нагрузку до 200 °C и длиной до 10 м [3];
  • кабельные удлинители до 100 м CAT5E (Ethernet) с усилителями сигнала;
  • оптоволоконные USB-модемы для длины проводов до 10 км.

Благодаря высокой ширине пропускания сигнала USB-шины, можно, напр., к ноутбуку подключать пять 120-гигагерцовых инфракрасных камер с помощью стандартного хаба через 100-метровый провод Ethernet.

Влагонепроницаемые, устойчивые к вибрациям и ударам тепловизоры серии optris PI соответствуют классу защиты IP 67 и поэтому пригодны для надёжного применения на испытательных стендах. Размер 45 x 45 x 62 мм³ и масса 200 г существенно снижают при этом затраты на установку корпуса охлаждения и воздуходувных насадок.

Обязательно: Калибрование смещения

По причине термического смещения болометров и их обработки сигналов на микросхеме всем выполняющим измерения инфракрасным камерам требуется с интервалом в несколько минут корректировка смещения. С этой целью зачернённая металлическая деталь с помощью электропривода перемещается перед датчиком изображения. Благодаря этому каждый элемент изображения настраивается на одинаковую, известную температуру. Конечно, в ходе выполнения такого калибрования смещения тепловизоры не работают. Чтобы как-то снизить негативное действие подобного процесса, активацию корректировки смещения в определённое время можно настроить посредством установки внешнего управляющего контакта.

К тому же камеры разработаны так, что самокалибровка выполняется максимально быстро: Установка относительно быстрых исполнительных элементов позволяет выполнять самонастройку в течение 250 мс. Это можно сравнить с длительностью смыкания век и поэтому приемлемо для многих процессов измерения. На конвейерах, где необходимо обнаруживать неожиданные места перегрева, часто могут использоваться созданные в реальном масштабе времени «хорошие» контрольные изображения в рамках динамичного измерения разности изображений. За счёт этого возможен длительный режим работы без задействования механического элемента.

Именно при использовании камеры технологии лазерной обработки сигналов CO2 с длиной волны 10,6 мкм хорошо себя зарекомендовала возможность закрывания оптического канала за счёт внешнего управления при одновременно независимой сигнализации оптомеханического защищённого режима работы камеры. Благодаря хорошей блокировке фильтров измерения температуры могут проводиться «по месту» для всех других обрабатывающих лазеров, работающих в диапазоне от 800 нм до 2,6 мкм. 

Области применения тепловизоров


Основными областями применения описываемых здесь инфракрасных камер optris PI являются:

  • Анализ динамичных тепловых процессов при разработке продукции и производственных операций
  • Стационарное использование для непрерывного контроля и регулирования термических процессов
  • Использование в отдельных случаях в качестве портативного измерительного прибора при выполнении ремонтных работ и для определения мест утечки тепла
  • Термография в режиме полета для трудно просматриваемых с земли поверхностей

Возможность 120-гигерцовой записи видеосигнала имеет ряд преимуществ и для области исследований и разработок. Благодаря этому, термические процессы, которые только на короткое время попадают в поле зрения камеры, позднее удобно анализируются в режиме замедленного воспроизведения. Таким способом можно дополнительно создавать отдельные изображения из подобного видеоряда с полным геометрическим и термическим разрешением. 

Помимо этого, сменная оптика, включая насадку для микроскопа, позволяет адаптировать устройство к различным задачам измерений: Если объективы с полем зрения 6° используются скорее для наблюдения за деталями с большого расстояния, то с помощью насадки для микроскопа можно измерять объекты размером 4 x 3 мм² с геометрическим разрешением 25 x 25 мкм².

При стационарной установке тепловизоров их оптически изолированный интерфейс процесса имеет преимущество в том, что полученная на основании тепловой диаграммы температурная информация передаётся дальше в виде напряжения сигнала. Кроме того, относящиеся к поверхности коэффициенты излучения или измеренные бесконтактным или контактным способом значения контрольной температуры могут передаваться в систему камер через вход напряжения. Для документации по контролю и обеспечению качества продукции другой цифровой вход может активировать режим моментальной съёмки или режим видеоряда. Подобные, касающиеся отдельных изделий изображения, могут автоматически сохранятся на центральных серверах.

Далее подробнее описываются два примера применения тепловизоров:

Оптимизация технологических процессов в полимерной промышленности

Процесс изготовления пластмасс, напр., полиэтиленовых бутылок, требует определённого нагрева так называемой преформы, чтобы при формовании выдувом бутылки гарантировать однородную толщину материала. Технологическая линия в тестовых рабочих режимах обрабатывает заготовки толщиной только лишь 20 мм при полной рабочей скорости около одного метра к секунду. Поскольку время прохода испытуемого образца может меняться, необходима запись видеоряда с частотой 120 Гц, чтобы измерить температурный профиль преформы. При этом камера располагается так, что движение материала она записывает под косым углом — подобно последнему вагону движущегося поезда. В результате этого получают важный для настройки параметров нагрева температурный профиль на основании инфракрасного видеоряда.

 Применение однострочной камеры в установках отверждения стекла 

После нарезки окончательной формы конструкционного стекла, часто требуется его поверхностная закалка. Это выполняется в установках отверждения стекла, в которых нарезанное стекло нагревается в печи до температуры 600 °C. После нагрева материал с помощью движущихся валков подаётся из печи на участок воздушного охлаждения, в котором происходит быстрое и равномерно охлаждение поверхности. Вследствие этого образуется важная для безопасного стекла мелкокристаллическая закалённая структура. Данная структура и следовательно прочность стекла зависит от максимально равномерного нагрева всей поверхности изделия.

Поскольку корпус печи и участок воздушного охлаждения располагаются рядом, контроль перемещаемой из печи поверхности стекла возможен только через небольшую щель. На тепловой диаграмме материал появляется только в нескольких строках. Теперь программное обеспечение позволяет получить специальное изображение поверхности стекла, создаваемое из строк или групп строк. Камера измеряет щель по диагонали так, что при оптике с полем зрения 48° создаётся поле зрения 60°. Так как стекло в зависимости от покрытия поверхности может иметь различные коэффициенты излучения, инфракрасный термометр измеряет на нижней, непокрытой стороне стекла точную температуру поверхности при оптимальной для поверхности стекла длине волны 5 мкм.

Воздушная термография с лёгкими камерами

Наряду со стандартными концепциями интерфейсов уже стало возможным изготавливать инфракрасные камеры легкой конструкции, которые в комбинации с мини-ПК, напр., optris PI NetBox, можно без проблем устанавливать на летательные аппараты с дистанционным управления (напр., квадрокоптеры). Таким способом можно создавать тепловые диаграммы в воздухе, которые используются в особенности для контроля обширных объектов, напр., фотогальванических энергетических установок.

Входящее в комплект ПО по термографии гарантирует гибкость

Поскольку инфракрасные USB-камеры, начиная с версии Windows XP используют уже инсталлированные стандартные драйверы USB Video Class или HID, никакой установки драйверов не требуется. Относящаяся к отдельным пикселям корректировка видеоданных в реальном времени и расчёт температуры выполняется в ПК. Изумительное для 20 000 пикселей датчика хорошее качество изображения достигается за счёт дорогостоящего алгоритма рендеринга на базе ПО, который рассчитывает температурные поля в формате VGA. Прикладное ПО отличается высокой гибкостью и мобильностью. Помимо стандартных функций ПО по термографии optris PIX Connect имеет следующие свойства:

  • Большое число данных и функции экспорта тепловых диаграмм для поддержки отчётов и автономных анализов
  • Смешанные масштабируемые цветовые шкалы
  • Горизонтальные или вертикальные представления линий
  • Любое количество полей зрения с отдельными опциями тревоги

Основанное на контрольных изображениях представление разности видеоданных

Кроме этого, ПО предлагает режим макета, который сохраняет и восстанавливает различные режимы представления данных. Видеоредактор позволяет обрабатывать радиометрические файлы с расширением AVI. Подобные файлы можно анализировать с помощью параллельно используемого несколько раз ПО и в автономной режиме. К режимам видеозаписи относятся прерывистые режимы работы, которые позволяют записывать медленные термические процессы и затем быстро их просматривать. Передача данных в другие программы в реальном режиме времени осуществляется через подробно задокументированные библиотеки DLL, которые являются составной частью комплекта разработки ПО – Software Development Kits. С помощью интерфейса DLL можно управлять любыми другими функциями камеры. В качестве варианта ПО может обмениваться данными с последовательным Com-портом, и таким способом, напр., напрямую задействовать интерфейс RS422. 

Литература

  1. VDI/VDE Richtlinie, Technische Temperaturmessungen — Spezifikation von Strahlungsthermometern, Juni 2001, VDI 3511 Blatt 4.1
  2. Trouilleau, C. et al.: High-performance uncooled amorphous silicon TEC less XGA IRFPA with 17 μm pixel-pitch; “Infrared technologies and applications XXXV”, Proc. SPIE 7298, 2009
  3. Schmidgall, T.; Glänzend gelöst – Fehlerdetektion an spiegelnden Oberflächen mit USB 2.0 — Industriekameras, A&D Kompendium 2007/2008, S. 219
  4. Icron Technology Corp.; Options for Extending USB, White Paper, Burnaby; Canada, 2009

Тепловизоры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности

Тепловизоры это устройства, с помощью которых можно контролировать распределение температуры измеряемой поверхности. Эта поверхность изображается на экране прибора в виде цветового поля. На этом поле определенный цвет соответствует некоторой температуре. На экране отображается интервал видимой температуры. Стандартное разрешение тепловизоров последних моделей составляет 0,1 градус.

В недорогих устройствах информация сохраняется в памяти прибора и при необходимости считывается через компьютер. Чаще всего такие приборы используют совместно с ноутбуком и специальной программой, принимающей информацию с тепловизора.

Тепловизоры

Впервые тепловизор появился еще в 30-х годах прошлого века. Современные системы тепловизоров стали развиваться только в 60-х годах. Приемники теплового излучения были с одним элементом. Изображение в приемниках осуществлялось с помощью точечного смещения оптики. Такие приборы имели низкую производительность и давали возможность для наблюдения за изменениями температуры с малым быстродействием.

С развитием технического прогресса появились фотодиодные ячейки, способные хранить сигнал света. Стало возможным проектирования новых тепловизоров на базе матриц датчиков. С этих матриц сигналы поступают на дешифратор, далее на обработку в главный процессор прибора.

В определенной последовательности сигналы проецируются на матрицу с распределением температур с разными обозначенными цветами. Такой принцип дал возможность получить портативные автономные устройства, способные оперативно обрабатывать данные, позволяющие контролировать изменение температуры в реальном времени.

Перспективной разработкой новых тепловизоров стало использование неохлаждаемых болометров. Этот принцип основан на повышенной точности вычисления изменения сопротивления тонких пластин под воздействием излучения тепла всего спектра. Эта технология популярна во многих странах при производстве новых тепловизоров, к которым предъявляются высокие требования безопасности и мобильности. В нашей стране изготовление автономных тепловизоров с неохлаждаемыми болометрами начато в 2007 году.

Классификация
Тепловизоры делятся на несколько видов по различным признакам.
  • Наблюдательные преобразуют инфракрасные лучи в видимый для глаза свет по специальной цветовой шкале.
  • Измерительные тепловизоры способны определять температуру исследуемого объекта путем присвоения величине цифрового сигнала пикселей определенную соответствующую температуру. В итоге образуется изображение распределения температур.
  • Стационарные тепловизоры служат для использования на предприятиях промышленности, где осуществляется контроль над соблюдением технологических процессов в интервале -40 +2000 градусов. Такие устройства оснащаются азотным охлаждением, чтобы создать нормальные условия для работы приемной аппаратуры. Такие системы состоят из тепловизоров 3-го поколения, выполненных на полупроводниковых матрицах фотоприемников.
  • Переносные устройства тепловидения разработаны на основе неохлаждаемых кремниевых микроболометров. Вследствие чего появилась возможность отказаться от применения громоздкой и дорогой аппаратуры охлаждения. Такие приборы имеют все преимущества стационарных моделей. При этом их можно использовать в труднодоступных местах. Многие переносные тепловизоры можно подключать к компьютеру для обработки информации.

Часто приборы ночного видения путают с тепловизорами. Однако между ними большая разница. Устройство ночного видения может работать при малой освещенности, так как усиливает свет. Часто попавший в объектив свет ослепляет человека. Для тепловизора не нужен свет, так как его принцип действия основан на тепловых инфракрасных лучах.

Работа и конструктивные особенности

Излучение инфракрасного цвета фокусируется оптической системой тепловизора на приемнике, который подает сигнал в форме изменения сопротивления или напряжения.
Электроника регистрирует полученный сигнал от системы тепловидения. В результате сигнал преобразуется в электронную термограмму. Она изображается на дисплее.

Термограммой называется изображение объекта, которое прошло обработку электронной системой для отображения ее на экране с различными цветовыми оттенками, соответствующими распределению инфракрасных лучей по площади объекта. В результате оператор видит термограмму, соответствующую излучению тепла, приходящего от исследуемого объекта.

Чувствительность детектора к излучению тепла зависит от его собственной температуры, и качества охлаждения. Поэтому детектор располагают в специальное охлаждающее устройство. Наиболее популярный вид охлаждения – это жидкий азот. Однако этот метод неудобный и довольно примитивный.

Другим видом охлаждения стали элементы Пельтье. Это полупроводники, способные обеспечить перепад температур при прохождении по ним электрического тока, и действующие по принципу теплового насоса. Чувствительность датчика тепловизора создается с помощью чувствительных полупроводников, выполненных из ртуть-кадмий-теллура, антимонида индия и других материалов.

Части и элементы тепловизора

Стоимость тепловизора довольно высока. Основными его элементами являются объектив и матрица (приемник излучения), которые составляют 90% стоимости всего прибора. Такие матрицы сложны в изготовлении. Объектив невозможно выполнить из стекла, так как стекло не пропускает инфракрасные лучи. Поэтом для объективов используют дорогие редкие материалы (германий). В настоящее время ведутся поиски других недорогих материалов.

Другими составными частями прибора являются:

1 — Крышка объектива
2 — Дисплей
3 — Управление
4 — Ручка с ремнем
5 — Тепловизор
6 — Пуск
7 — Объектив
8* — Электронная система
9* — Память для хранения информации
10* — Программное обеспечение

Объективы

В тепловизоре в обязательном порядке имеется хотя бы один объектив, который способен фокусировать излучение инфракрасных волн на приемнике излучения. Далее приемник подает электрический сигнал и образует тепловое (электронное) отображение, которое называется термограммой.

Чаще всего объективы изготавливают из германия. Чтобы оптимизировать пропускание света объективами, применяют просветляющие тонкопленочные покрытия. В комплект тепловизора обычно входит чехол для хранения и переноски устройства, другого дополнительного оборудования для применения прибора в полевых условиях.

Дисплеи

Отображение картины теплового излучения осуществляется на жидкокристаллическом экране (дисплее). Он должен иметь хорошую яркость и достаточный размер для легкого обзора изображения при различных условиях освещения, в полевых условиях. На экране обычно имеется вспомогательная информация. К ней относится цветовая шкала температур, время, дата, заряд батареи, температура объекта и другая полезная информация.

Схема обработки сигнала и приемник излучения применяются для модификации излучения инфракрасного света в необходимую полезную информацию. Фокусировка теплового излучения объекта осуществляется на специальный приемник. Он изготовлен из полупроводников. Тепловое излучение создает электрический сигнал на приемнике. Далее сигнал поступает на электронную схему, расположенную внутри прибора, после обработки сигнала электроникой, на экране возникает тепловое изображение.

Органы управления

С помощью этих элементов производятся различные настройки электронной системы для оптимизации изображения теплового излучения на дисплее. Такие настройки в электронном виде могут изменить цветовую гамму и слияние изображений, интервал теплового уровня. Также регулируется отраженная фоновая температура и коэффициент излучения.

Хранилище данных

Цифровые электронные данные, которые содержат изображения тепла и вспомогательные данные, могут сохраняться на электронных картах памяти различного типа, либо на устройствах передачи и хранения информации.

Большинство тепловизионных инфракрасных систем способны сохранять вспомогательные текстовые и голосовые данные, а также снимок изображения, которые получены при помощи внутренней встроенной камеры, работающей в спектре видимости человеком.

Создание отчета и программное обеспечение

Программное обеспечение, применяемое с многими современными системами тепловидение, является удобным и функциональным для оператора. Тепловые цифровые и видимые изображения копируются на компьютер или ноутбук. Там эту информацию можно проанализировать с применением разных цветовых палитр, осуществить другие регулировки радиометрических данных.

Также есть возможность применить встроенные опции проведения анализа. Обработанные картинки можно включить в образцы отчетов или отпечатать на принтере. Изображения также можно по интернету отправить заказчику, либо сохранить на компьютере в электронном виде.

Сфера применения тепловизоров

Тепловизоры используются в различных сферах нашей жизни. Так, например эти устройства используются в охране объектов и военной разведке. Ночью человека можно через этот прибор заметить в полной темноте на удалении до 300 метров, а военную технику видно до 3 км.

В настоящее время существуют видеокамеры микроволнового рабочего диапазона с выходом изображения на компьютер. Чувствительность такой камеры несколько сотых долей градуса. Следовательно, если вы взялись за ручку двери ночью, то тепловой отпечаток после этого будет видно около 30 минут.

Большую перспективу имеют тепловизоры в определении дефектов в разных установках. Это имеет место в случае повышения или понижения температуры определенного места механизма, или устройства. Иногда определенные дефекты выявляются только тепловизором. На опорных тяжелых конструкциях (мостах) при усталостном старении металла, возникающих деформациях в некоторых местах выделяется больше тепла, чем положено. Поэтому есть возможность диагностики дефектов без разборки объекта.

В результате можно сказать, что тепловизоры применяются в качестве оперативного контролера безопасности объектов.

Широкое применение тепловизоры нашли в медицине в качестве диагностики патологии различных заболеваний. У здорового пациента температура тела распределена симметрично от средней линии всего тела. Если эта симметрия нарушается, то это является критерием диагностики заболеваний тепловизором.

Термография является современным методом диагностики в медицине. Этот метод основан на обнаружении инфракрасного излучения тела человека в зависимости от его температуры. Интенсивность и распределение излучения тепла в норме определяется своеобразными физиологическими процессами, которые происходят в организме в глубоких и поверхностных органах.

Разные состояния патологии характеризуются несимметричностью распределения температуры тела. Это находит свое отражение на термографической картине. Такой факт имеет важное прогностическое и диагностическое значение. Об этом свидетельствуют многие клинические исследования.

Существуют два главных вида термографии:
  1. Телетермография.
  2. Контактная холестерическая термография.

Телетермография действует на модифицировании инфракрасных лучей от тела человека в сигнал электрического тока, изображающегося на дисплее тепловизора.

Контактная холестерическая термография работает по принципу оптических свойств жидких кристаллов, проявляющихся изменением цвета в радужные цвета при нанесении их на излучающие поверхности. Более холодным местам соответствует синий цвет, а горячим – красный.

Применение в промышленности
  • Контроль процессов обмена тепла в выхлопных системах, двигателях и радиаторах автомобиля.
  • Проверка и проектирование тормозной системы автомобиля.
  • Контроль ультразвуковой сварки.
  • Разработка климатической системы автомобиля.
  • Контроль качества монтажных плат в электронике.
  • Контроль режима сварки.
  • Выявление несоосности валов, подшипников, шестерен.
  • Анализ напряжений металла.
  • Контроль изоляции и герметичности емкостей для жидкостей.
  • Определение свойств теплоизоляции.
  • Выявление потерь тепла в помещениях.
  • Диагностика конструкций ограждений.
  • Предотвращение пожаров.
  • Выявление утечки газа из газопровода.
  • Контроль технологических процессов.
  • Проверка электрооборудования.
  • Проверка работоспособности тепловых трасс.
  • Выявление мест подсоса холодного воздуха.
  • Контроль теплоизоляции трубопроводов.
  • Проверка оборудования с наполнением маслом.
  • Проверка статора генератора.
  • Контроль газо- и дымоходов.
Похожие темы:

Принцип действия тепловизора – технические характеристики

Любой объект излучает электромагнитные волны в очень широком диапазоне частот, в том числе и волны в инфракрасном спектре, так называемое «тепловое излучение». При этом интенсивность теплового излучения напрямую зависит от температуры объекта, и лишь в очень малой степени зависит от условий освещенности в видимом диапазоне. Таким образом, при помощи тепловизионного прибора о любом наблюдаемом объекте может быть собрана и визуализирована дополнительная информация, недоступная человеческому глазу и приборам, Тепловизор – устройство, позволяющее визуализировать картину теплового излучения наблюдаемого объекта. Это открывает ряд уникальных возможностей для разных сфер деятельности: точных измерений, контроля технологических процессов, и конечно – обеспечения безопасности.

Принцип действия современных тепловизоров основан на способности некоторых материалов фиксировать излучение в инфракрасном диапазоне. Посредством оптического прибора, в состав которого входят линзы, изготовленные с применением редких материалов, прозрачных для инфракрасного излучения (таких как германий), тепловое излучение объектов проецируется на матрицу датчиков, чувствительных к инфракрасному излучению. Далее сложные микросхемы считывают информацию с этих датчиков, и генерируют видеосигнал, где разной температуре наблюдаемого объекта соответствует разный цвет изображения. Шкала соответствия цвета точки на изображении к абсолютной температуре наблюдаемого объекта может быть выведена поверх кадра. Также возможно указание температур наиболее горячей и наиболее холодной точки на изображении. В зависимости от модели тепловизоры различаются по величине шага измеряемой температуры. Современные технологии позволяют различать температуру объектов с точностью до 0,05-0,1 К.

 

Многие тепловизионные приборы также оснащены устройствами памяти для записи полученного видеоизображения картины теплового излучения, производительными микропроцессорами, позволяющими осуществлять в режиме реального времени минимальную аналитику полученного в результате сканирования изображения инфракрасного излучения. Довольно часто используется конфигурация совместного использования тепловизора и видеокамеры, что позволяет в общем случае получить изображение объекта в «расширенном» диапазоне объединенных инфракрасного и видимого спектров, а в неблагоприятных условиях (например — отсутствие освещения объекта) наблюдать объект хотя бы в одном из диапазонов. ИК или видимый диапазон могут как накладываться друг на друга, так и транслироваться отдельно. Специальное программное обеспечение позволяет настроить работу тепловизионного комплекса, максимально эффективно скоординировав работу всех входящих в него устройств.

Точность изображения и другие характеристики тепловизора обычно определяются сферой его использования. В научных лабораториях используются более сложные конструкции, имеющие за счет узкой специализации наименьший шаг измеряемой температуры. Для обеспечения безопасности на различных объектах используются модели, фиксирующие тепловое излучение с чуть меньшей точностью, однако работающие на более широком диапазоне частот и с более чем достаточной для эффективного выполнения своих функций точностью. В любом случае, принцип действия тепловизора – измерение и визуализация теплового излучения – востребован во всех сферах жизни современного общества.

Технические характеристики тепловизора

Основными техническими характеристиками тепловизора, на которые обращают внимание специалисты, являются такие параметры, как тип матрицы, фокусное расстояние, чувствительность матрицы, углы обзора и температурный диапазон работы. Конечно, это только основные параметры, существуют и другие.

Так как для каждой модели, исходя из ее назначения, характеристики являются индивидуальными, то подробнее о них вы можете узнать в нашем каталоге. 

 

Принцип работы тепловизора

2 июня 2021

В инженерной практике существует понятия объекта и фона.
Объектом обычно выступают предметы, которые необходимо обнаружить и рассмотреть (человек, автотранспорт, животное и т.п.), фоном является все остальное, не занятое объектом наблюдения, пространство в поле зрения прибора (лес, трава, здания и т.п.)

Действие всех тепловизионных систем основано на фиксировании температурной разницы пары «объект/фон» и на преобразовании полученной информации в изображение, видимое глазом.
Вследствие того, что все тела вокруг нагреты неравномерно, складывается некая картина распределения ИК-излучения.
И чем больше разница интенсивности инфракрасного излучения тел объекта и фона, тем более различимым, то есть контрастным, будет изображение, получаемое тепловизионной камерой.
Современные тепловизионные приборы способны обнаруживать температурный контраст 0.015…0.07 градусов.

В то время как подавляющая часть приборов ночного видения, работающих на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП) или матриц КМОП/ПЗС, улавливают инфракрасное излучение с длиной волны в диапазоне 0,78…1 мкм, что лишь немногим выше чувствительности человеческого глаза, основным рабочим диапазоном тепловизионной аппаратуры являются 3…5,5 мкм (средневолновой ИК-диапазон, или MWIR) и 8…14 мкм (длинноволновой ИК-диапазон, или LWIR).
Именно здесь приземные слои атмосферы прозрачны для ИК-излучения, а излучательная способность наблюдаемых объектов с температурой от -50 до +50ºС максимальна.


Спектральный диапазон и окна прозрачности атмосферы


Тепловизор — электронный наблюдательный прибор, строящий изображение разности температур в наблюдаемой области пространства.

Основой любого тепловизора является болометрическая матрица (сенсор), каждый элемент (пиксель) которой с высокой точностью замеряет температуру.

Достоинство тепловизоров в том, что им не требуются внешние источники освещения – сенсор тепловизора чувствителен к собственному излучению объектов.
Вследствие этого тепловизоры одинаково хорошо работают днем и ночью, в том числе в абсолютной темноте.
Как отмечалось выше, плохие погодные условия (туман, дождь) не создают непреодолимых помех тепловизионному прибору, в то же время делая обычные ночные приборы совершенно бесполезными.

Упрощенно, принцип работы всех тепловизоров описывается следующим алгоритмом:

• Объектив тепловизора формирует на сенсоре температурную карту (или карту разности мощности излучения) всей наблюдаемой в поле зрения области
• Микропроцессор и другие электронные компоненты конструкции считывают данные с матрицы, обрабатывает их и формируют на дисплее прибора изображение, являющееся визуальной интерпретацией этих данных, которое напрямую или через окуляр рассматривает наблюдатель.

В отличие от приборов ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей (назовем их аналоговыми), тепловизоры, как и цифровые приборы ночного видения, позволяют реализовать большое количество пользовательских настроек и функций.
Например, регулировка яркости, контраста изображения, изменение цвета изображения, ввод в поле зрения различной информации (текущее время, индикация разряда батарей, пиктограммы активированных режимов и т.п.), дополнительное цифровое увеличение, функция «картинка в картинке» (позволяет в отдельном небольшом «окне» выводить в поле зрения дополнительное изображение объекта целиком или какой-то его части, в том числе увеличенное), временное отключение дисплея (для энергосбережения и маскировки наблюдателя за счет исключения свечения работающего дисплея).

Для фиксации изображения наблюдаемых объектов в тепловизоры могут быть интегрированы видеорекордеры. Можно реализовать такие функции как беспроводная (радиоканал, WI-FI) передача информации (фото, видео) на внешние приемники или удаленное управление прибором (например, с мобильных устройств), интеграция с лазерными дальномерами (с вводом информации от дальномеров в поле зрения прибора), GPS-датчиками (возможность фиксации координат объекта наблюдения) и т.д.

Тепловизионные прицелы по отношению к «аналоговым» ночным прицелам для охоты также имеют ряд отличительных черт.
Прицельная метка в них обычно «цифровая», т.е. изображение метки во время обработки видеосигнала накладывается поверх изображения, наблюдаемого на дисплее, и перемещается электронным образом, что позволяет исключить из состава прицела механические узлы ввода поправок, входящие в состав ночных аналоговых или дневных оптических прицелов и требующие высокой точности изготовления деталей и сборки этих узлов.
Дополнительно это исключает такой эффект как параллакс, т.к. изображение объекта наблюдения и изображение прицельной сетки находятся в одной плоскости – плоскости дисплея. 
В цифровых и тепловизионных прицелах может быть реализовано хранение в памяти большого количества прицельных сеток, имеющих различную конфигурацию и цвет, удобная и быстрая пристрелка с помощью функций «пристрелка одним выстрелом» или «пристрелка в режиме Freeze», функция автоматического ввода поправок при изменении дистанции стрельбы, запоминание координат пристрелки для нескольких оружий, индикация наклона (завала) прицела и многое другое.

__________________________________
по материалам компании PULSAR


Поделиться в соц. сетях:

Как работает тепловидение? Ночное видение и сквозь стены

Как работает тепловизор wo rk?

Тепловизионное изображение позволяет также увидеть тепло, исходящее от объекта. Тепловизионные камеры более или менее регистрируют температуру различных объектов в кадре, а затем присваивают каждой температуре оттенок цвета, что позволяет увидеть, сколько тепла они излучают по сравнению с объектами вокруг.

Тепловизионные камеры определяют температуру, распознавая и улавливая различные уровни инфракрасного света.Этот свет невидим невооруженным глазом, но может ощущаться как тепло, если интенсивность достаточно высока. Все объекты излучают инфракрасное излучение, и это один из способов передачи тепла. Чем горячее объект, тем больше инфракрасного излучения он производит. Тепловизионные камеры могут видеть это излучение и преобразовывать его в изображение, которое мы затем можем видеть своими глазами.

Тепловизор имеет внутренние измерительные устройства, которые улавливают инфракрасное излучение, называемые микроболометрами, и каждый пиксель имеет по одному.Оттуда микроболометр регистрирует температуру, а затем присваивает этому пикселю соответствующий цвет, который затем отображает результаты на экране камеры.

Откуда появилась тепловизионная камера?

Неясно происхождение тепловидения. Существует множество свидетельств о тепловидении под другими именами с 1800-х годов, но ни одного подтвержденного изобретателя нет. Используемые сегодня тепловизионные камеры основаны на технологиях, изначально разработанных для военных.В 1929 году венгерский физик Калман Тиханьи изобрел в Великобритании чувствительную к инфракрасному излучению (ночного видения) электронную телевизионную камеру для противовоздушной обороны. Первыми разработанными американскими термографическими камерами были инфракрасные линейные сканеры. Тепловизор в его нынешнем виде был первоначально разработан для использования в военных целях во время Корейской войны

Где мы используем тепловидение?

Тепловизионные камеры перекочевали в другие области и нашли множество применений.

Электротехническое обслуживание тепловизоров широко используется. Например, специалисты по линиям электропередач используют тепловизионное изображение для определения местоположения и точного определения соединений и деталей, которые подвержены риску перегрева, поскольку они уже выделяют больше тепла, чем более прочные секции. Они также могут помочь обнаружить слабые соединения или устройства, которые начинают выходить из строя.

Сантехники используют тепловизоры для проверки мест возможных утечек, в основном через стены и трубы. Поскольку устройства можно использовать на расстоянии, они идеально подходят для обнаружения потенциальных проблем в оборудовании, которое либо труднодоступно, либо иным образом может создавать проблемы безопасности для рабочих.

Техники-механики и специалисты по строительству зданий, работающие с теплоизоляцией, используют визуализацию для быстрого выявления утечек, что важно для поддержания эффективного регулирования температуры в здании. С первого взгляда они могут проанализировать структуру здания и выявить неисправности. Потери тепла через стены, оборудование HVAC, двери и окна — распространенные проблемы с тепловыми характеристиками, которые легко обнаруживаются тепловизором.

Борьба с животными и вредителями — это область, которая имеет удивительное количество применений для тепловизоров.Они могут помочь обнаружить вредителей или животных на темных участках крыши, не взбираясь на них, и могут обнаружить потенциальную активность термитов. Кроме того, они обычно используются для более простого проведения обследований дикой природы абсолютно неинвазивным и ненавязчивым образом.

Транспортная навигация получает значительные преимущества от тепловидения, особенно при поездках в ночное время. Например, морское судоходство использует его для четкого наблюдения за другими судами, людьми и препятствиями в ночное время в открытом море.В последние годы в автомобили начали включать инфракрасные камеры, чтобы предупреждать водителей о людях или животных за пределами уличных фонарей или их света фар.

Здравоохранение и медицина также имеют практическое применение, например, для определения лихорадки и температурных аномалий. Это оказалось особенно важным в аэропортах, где эти тепловизионные камеры могут быстро и точно сканировать всех прибывающих и уходящих пассажиров на предмет более высоких температур, что было критически важно во время недавних вспышек таких заболеваний, как атипичная пневмония и лихорадка Эбола.Кроме того, было доказано, что тепловизоры помогают диагностировать ряд заболеваний, связанных с шеей, спиной и конечностями, а также проблемы с кровообращением.

Пожарные используют тепловизор, чтобы видеть сквозь дым, особенно в спасательных операциях, когда они ищут людей в затемненной и опасной среде. Они также используют тепловизионные камеры для быстрого определения локальных пожаров, чтобы они могли вмешаться до того, как они распространятся.

Полиция и правоохранительные органы включают тепловизоры в свое оборудование для наблюдения, используемое для обнаружения подозреваемых, особенно в ночное время, а также для расследования мест преступлений, а также для поисково-спасательных операций.Они превосходят приборы ночного видения, так как не требуют окружающего освещения и не подвержены влиянию яркого света, что очень важно для тактических миссий.

Наука и исследования, несомненно, являются областями, которые получают значительные преимущества от использования тепловизоров. , для точной и точной визуализации тепловых узоров, например темной стороны луны.

Другие области применения тепловизионных камер включают системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, обнаружение плесени, обеспечение качества в таких процессах, как производство стекла и многое другое.

Экономия денег — это то, чего не стоит ожидать от тепловизора, но если подумать обо всем, на что он способен, это определенно имеет смысл. После первоначальных затрат на покупку устройства они, несомненно, могут сэкономить вашему бизнесу или дому тысячи долларов или более на потенциальных расходах на техническое обслуживание и ремонт, которые могут возникнуть, если неисправности, утечки или слабые места не были обнаружены ранее.

Однако важно понимать, что, хотя тепловидение имеет все эти приложения, часто лучше использовать дополнительные инструменты или инструменты, когда это необходимо, чтобы подтвердить то, что вы видите.Кроме того, стоит отметить, что тепловизионные камеры не могут видеть стены и объекты с по , а улавливают только то, что от них отражается.

Выбор и покупка высококачественного тепловизора

Крайне важно использовать высококачественный продукт, чтобы обеспечить обнаружение и запись точных измерений. Большая разница между различными типами тепловизоров заключается в разрешении и четкости изображений, которые они предоставляют.

Здесь, в Pyrosales, мы с гордостью предлагаем широкий ассортимент тепловизионных камер , подходящих для всех видов применения, будь то профессионалы или любители. Наш набор тепловизоров высшего класса произведен Testo, всемирно активной высокотехнологичной компанией, обладающей опытом в инновационных измерительных решениях, которые гарантированно удовлетворят ваши потребности.

Тепловидение — это впечатляющий и компактный метод определения, измерения и визуализации тепловых структур, особенно в средах с недостатком видимого света.Имея эффективную и высококачественную тепловизионную камеру, мы предлагаем широкий спектр приложений, от промышленности до здравоохранения, исследований и науки и многое другое.

Как работают тепловизоры?

Тепловизор — это бесконтактное устройство, которое улавливает инфракрасную энергию (тепло) и преобразует ее в визуальное изображение. Давайте погрузимся в науку о тепловизионных камерах и невидимом мире тепла, который они позволяют нам видеть.


Как работают тепловизионные камеры?

Обнаружение инфракрасных волн, невидимого света

Первое, что нужно знать о тепловизионных камерах, — они работают не так, как обычные камеры.Обычные камеры дневного света и человеческий глаз работают по одному и тому же основному принципу: энергия видимого света попадает во что-то, отражается от него, детектор принимает отраженный свет и затем превращает его в изображение.

Тепловизоры делают снимки от тепла, а не от видимого света. Тепло (также называемое инфракрасной или тепловой энергией) и свет являются частями электромагнитного спектра, но камера, которая может обнаруживать видимый свет, не видит тепловую энергию, и наоборот. Тепловизионные камеры фиксируют инфракрасную энергию и используют данные для создания изображений через цифровые или аналоговые видеовыходы.


Крейг Билс объясняет электромагнитный спектр в Invisible Labs.

Внутри камеры

Тепловизор состоит из объектива, термодатчика, электроники обработки и механического корпуса. Объектив фокусирует инфракрасную энергию на датчике. Датчик может иметь различные конфигурации пикселей от 80 × 60 до 1280 × 1024 пикселей или более.Это разрешение камеры.

Эти разрешения являются низкими по сравнению с устройствами формирования изображений в видимом свете, поскольку тепловые детекторы должны воспринимать энергию, имеющую гораздо большую длину волны, чем видимый свет, что требует, чтобы каждый элемент датчика был значительно больше. В результате тепловизионная камера обычно имеет гораздо более низкое разрешение (меньше пикселей), чем видимые датчики того же механического размера.

  • Важные характеристики, которые следует учитывать при выборе тепловизора, включают разрешение, диапазон, поле зрения, фокус, тепловую чувствительность и спектральный диапазон.Нажмите, чтобы узнать больше.
Какие тепловизионные камеры могут обнаруживать?

Тепло, воспринимаемое инфракрасной камерой, можно очень точно измерить, что позволяет использовать его в самых разных областях. Тепловизор FLIR может обнаруживать крошечные различия в температуре — всего 0,01 ° C — и отображать их в виде оттенков серого или с различными цветовыми палитрами.

То же изображение с разницей в температуре, отображаемое в палитрах «железная дуга» и «Раскаленный добела».

Все, с чем мы сталкиваемся в повседневной жизни, испускает тепловую энергию — даже лед. Чем горячее что-то, тем больше тепловой энергии оно излучает. Эта излучаемая тепловая энергия называется «тепловой сигнатурой». Когда два объекта рядом друг с другом имеют даже слегка разные тепловые сигнатуры, они довольно четко видны тепловому датчику независимо от условий освещения. Это позволяет тепловизионным камерам видеть в полной темноте или в задымленном помещении.

  • Тепловизоры могут видеть многое, чего не видят наши глаза или обычные камеры, но могут быть заблокированы некоторыми неожиданными материалами.Нажмите, чтобы узнать больше.
Для чего используются тепловизоры?

Часто путают тепловизионную технологию и технологию ночного видения, но каждая из них имеет свои уникальные особенности и сильные стороны.

Возможности использования тепловизионных камер практически безграничны. Первоначально разработанные для наблюдения и военных операций, тепловизионные камеры в настоящее время широко используются для обследования зданий (влажность, изоляция, кровля и т. Д.).), пожаротушение, автономные транспортные средства и автоматическое торможение, проверка температуры кожи, промышленные инспекции, научные исследования и многое другое.

Как бы вы использовали тепловизор? Оставьте комментарий ниже, чтобы сообщить нам об этом!

Как работают тепловизоры

К настоящему времени все знакомы с обычными фотоаппаратами и снимками, которые они могут делать, но как насчет тепловизоров? Эти камеры создают изображения, которые камеры визуального освещения совершенно не могут зафиксировать.

Тепловизионные камеры 101

Тепловизионные камеры создают изображения инфракрасного излучения, также известного как … тепло. Датчики в этих камерах могут создавать составное изображение, которое точно отображает тепло, излучаемое объектом, в результате получается инфракрасное изображение, способное показать вам то, что не может увидеть невооруженный глаз или камера видимого света.

Эта технология обеспечивает бесконечное количество применений, и сегодня она широко доступна как для новичков, так и для профессионалов, которые полагаются на тепловизоры в своей работе.

Что такое тепловизионная камера?

Прежде чем углубляться в то, как работает тепловизионная камера, давайте сначала объясним, что это такое.

По определению тепловизионная камера — это тепловизор, который по сути является тепловым датчиком, способным обнаруживать крошечные перепады температур. Устройство собирает инфракрасное излучение от объектов в сцене и создает электронное изображение на основе информации о разнице температур.

Эти камеры бывают разных видов.Некоторые из них представляют собой большие устройства, которые нужно вращать, другие требуют двух рук и удержания, а наиболее часто используемые тепловизоры, с которыми вы столкнетесь сейчас, — это портативные устройства, которые эргономичны и управляются триггером для инициирования захвата изображения.

В то время как все тепловизионные камеры имеют инфракрасный датчик для выбора длин волн инфракрасного излучения, многие также имеют линзы визуального света, которые создают изображение, которое накладывается на инфракрасное изображение, обеспечивая больший контекст и детализацию инфракрасного изображения.

Подавляющее большинство тепловизоров имеют экран, который дает мгновенное визуальное представление сделанного изображения, а некоторые могут мгновенно загружать изображения в сеть или отправлять изображение и даже видео в реальном времени на другие устройства.

Как работают тепловизоры

Тепловизионные камеры используют комбинацию датчиков и схем для создания удобного изображения, которое можно четко просматривать на экране.

Для начала объектив тепловизора направляют на объект или область.Объектив камеры фокусирует инфракрасный свет, излучаемый всеми объектами в поле зрения объектива. Затем сфокусированный свет сканируется фазированной решеткой инфракрасных детекторов.

Затем элементы детектора создают подробную и точную температурную диаграмму, известную как термограмма, примерно за одну тридцатую секунды. Информация о температуре собирается из нескольких тысяч точек в поле зрения детектора.

Термограмма, созданная элементами детектора, затем преобразуется в электрические импульсы.Импульсы отправляются на печатную плату со специализированным чипом, который преобразует информацию от элементов детектора в полезные данные для дисплея камеры.

Наконец, блок обработки сигналов отправляет преобразованную инфракрасную информацию на дисплей, создавая изображение различных цветов в зависимости от интенсивности (тепла) инфракрасного излучения.

Области применения тепловизионных камер

Современные версии тепловизионных камер изначально создавались для использования в военных целях, но теперь получили широкое распространение.

Профилактическое обслуживание

Это, пожалуй, самое популярное применение тепловизора, поскольку оно может быть полезно как новичкам, так и профессионалам. Многие устройства и машины имеют тенденцию к перегреву, что приводит к отказу, в том числе схемы и электрические розетки.

Тепловизоры позволяют легко сканировать эти объекты на предмет выявления участков, которые могут быть перегретыми. Это быстро сокращает часы работы наугад и диагностику, и это можно делать в обычном порядке, чтобы выявить проблемы до того, как они станут серьезными.

Это можно применить к объектам в вашем собственном доме или даже к другим вещам, например к двигателю автомобиля. Тепловизионные камеры могут быстро показать вам проблемные участки в любом месте от блока двигателя до блока предохранителей, сэкономив ваше время и деньги в будущем.

Поиск и устранение неисправностей в области отопления и охлаждения

Утечки воздуха в вашем доме и вокруг него могут не только сделать ваш дом менее комфортным, но и стоить вам денег из-за увеличения счетов за электроэнергию.

Тепловизоры позволяют быстро сканировать участки в вашем доме на наличие сквозняков или утечек воздуха, которые приводят к потере отопления и охлаждения в вашем доме.С помощью тепловизора вы можете точно определить участки вокруг дверей и окон, которые не герметизированы должным образом, и использовать тепловизор после ремонта, чтобы убедиться, что герметизация была выполнена правильно. .

Вы даже можете использовать эти устройства, чтобы обнаружить недостающую изоляцию внутри стен и определить любые участки на крыше, которые также могут быть причиной проблемы.

Службы быстрого реагирования

Тепловидение может спасти жизни, когда время имеет решающее значение. Fireme n регулярно использует тепловизор при реагировании на пожары на территории, чтобы найти людей, которые все еще могут находиться внутри, а также определить самые горячие места пожара.Это может быть особенно полезно, когда обзор затрудняет густой дым.

Эти камеры очень полезны во время катастрофических событий, таких как обрушение зданий. Тепловидение может проникнуть сквозь обломки и определить местонахождение любых жертв, которые оказались в ловушке под обломками и которые в противном случае могли бы быть пропущены. Полицейские даже использовали тепловизор для захвата скрывающихся подозреваемых.

Здоровье животных

Ветеринары широко используют тепловизоры, особенно когда речь идет о лечении и диагностике крупных животных, таких как коровы и лошади.Тепловизионные камеры могут помочь ветеринарам обнаружить воспаленные и перегретые части тела, что указывает на инфекции, внутреннее кровотечение и целый ряд проблем со здоровьем, на которые трудно указать невооруженным глазом.

Безопасность

Тепловидение может быть большим подспорьем, когда дело касается безопасности. Независимо от того, исследуете ли вы шум на заднем дворе, который слышите посреди ночи, или опасаетесь, что ночью во время кемпинга вы можете оказаться в присутствии нежелательных гостей, тепловидение может показать вам, что в противном случае окутано тьмой.

Плесень и утечки влаги

Тепловидение — это не только определение местоположения тепла. Иногда аномалии могут, потому что они вообще не выделяют тепла. Тепловизионные камеры могут выявить плесень, которая может быть за стенами, а также обнаружить утечки воды, которые просачиваются в ваш подвал или из трубы.

Как работают тепловизоры: принципы работы | Пульсар

В технике существуют понятия объекта и фона. Объекты — это обычные предметы, которые необходимо обнаруживать и исследовать (люди, автомобили, животные и т. Д.).), фон — это все остальное, что не покрывается объектом в поле зрения (лес, трава, здания и т. д.)

Работа всех тепловизионных систем основана на восприятии разницы температур между двумя объектами, т. е. объектом на фоне и на преобразовании этой разницы в видимое изображение. Поскольку не все тела нагреваются одинаково, возникает картина распределения ИК-излучения. Чем выше разница между интенсивностью ИК-излучения объекта и интенсивностью ИК-излучения фона, тем более разрешимым и контрастным будет тепловое изображение.Современные тепловизоры способны определять разницу температур 0,015-0,07 ° C.


Большинство приборов ночного видения на основе усилителей изображения или КМОП / ПЗС-сенсоров обнаруживают ИК-излучение в диапазоне длин волн 0,78–1 мкм, что лишь на часть выше спектральной чувствительности человеческого глаза. Тепловизионные устройства работают в диапазоне длин волн 3-555 мкм (MWIR или средневолновый инфракрасный) и 8-14 мкм (LWIR или длинноволновый инфракрасный). В этом диапазоне длин волн приземные слои атмосферы прозрачны для ИК-излучения, а коэффициент излучения наблюдаемых объектов с температурами -50 — + 50 ° C является самым высоким.

Тепловизор — это электронный прибор для наблюдения, создающий изображение разницы температур в наблюдаемой области пространства. Основным компонентом каждого тепловизора является матрица микроболометров (термодатчик), и каждый элемент изображения этой матрицы (пиксель) может измерять температуру с высокой точностью.

Преимущество тепловизоров заключается в том, что они не нуждаются в каких-либо внешних источниках освещения, это пассивные системы, которые хорошо работают как днем, так и в условиях кромешной ночи.Как уже упоминалось ранее, плохие погодные условия, такие как туман или дождь, не создают препятствий для тепловизора, в этих условиях обычные приборы ночного видения совершенно бесполезны.

Функционирование всех тепловизоров можно описать просто так:

  • Линза объектива тепловизора формирует карту температуры всего в поле зрения на поверхности термодатчика (также называемую картой разности температур)
  • Микропроцессор и другие электронные элементы считывают данные с термодатчика, обрабатывают их и создают на дисплее форму, которая представляет собой визуальную интерпретацию данных.Это изображение затем просматривается наблюдателем через окуляр или непосредственно на экране.

Тепловизоры имеют больше общего с цифровыми приборами ночного видения, чем приборы ночного видения с усилением изображения (обычно называемые аналоговыми системами), и допускают большее количество определяемых пользователем настроек и регулировок.

Например, настройки яркости и контрастности, настройки цвета изображения, введение вспомогательной информации в поле зрения (текущее время, уровень заряда аккумулятора, значки активных режимов и т. Д.)), цифровое масштабирование, картинка в картинке (отображает увеличенное изображение наблюдаемого объекта или его части в дополнительном небольшом окне) и функции выключения дисплея (используются для экономии энергии и предотвращения засветки).

Тепловизионные и цифровые оптические прицелы также могут иметь множество функций, которые могут помочь стрелку, например, несколько выбираемых прицелов различных форм и цветов, удобные и быстрые функции обнуления, такие как «однократное обнуление» и «стоп-кадр», автоматическая коррекция расстояния. функции, несколько профилей пристрелки для разных винтовок, индикация бокового наклона, угла возвышения и многое другое.

По сравнению с аналоговыми прицелами ночного видения, прицельная сетка в цифровых и тепловизионных приборах обычно «цифровая», т.е. изображение сетки накладывается на изображение сцены путем обработки видео. Поскольку изображение наблюдаемого объекта и сетки расположены в одной плоскости (плоскости отображения), такие эффекты, как параллакс, устраняются. Прицельная сетка перемещается электронным способом, что позволяет удалить механические корректирующие элементы, обычно встречающиеся в аналоговых оптических прицелах.Следовательно, эти механические корректирующие элементы, которые требуют дорогостоящего прецизионного процесса изготовления и сборки, могут быть полностью удалены из цифровых и тепловых устройств.

Тепловизоры могут также иметь встроенные видеорегистраторы для захвата изображений и видео наблюдаемых объектов и многие другие вспомогательные функции, такие как беспроводная передача данных (фото, видео) (радиоканал, Wi-Fi) на внешние устройства, дистанционное управление устройства (например, с помощью мобильного устройства), интеграция с лазерным дальномером (данные с дальномера отображаются на экране устройства) и интеграция с GPS-датчиками (местоположение) и т. д.

Что такое тепловизионная камера? Как это работает?

Что такое тепловизор?
Опубликовано 19 июля 2019 г.

Тепловизионная камера захватывает и создает изображение объекта, используя инфракрасное излучение, излучаемое объектом, в процессе, который называется тепловидением. Созданное изображение представляет температуру объекта. Технология, лежащая в основе тепловизионных камер, была впервые разработана для военных.Однако изобретение тепловизора связано с историей термографии, которая началась в 1960 году сэром Уильямом Гершелем, астронавтом, который открыл инфракрасный свет.

В 1860 году американский астроном Сэмюэл Пирпонт Лэнгли изобрел болометр — устройство, измеряющее инфракрасное или тепловое излучение. А в 1929 году венгерский физик Калман Тиханьи изобрел чувствительную к инфракрасному излучению электронную телевизионную камеру, которая могла снимать тепловые изображения.

Как инфракрасное излучение, так и видимый свет являются частью электромагнитного спектра, но, в отличие от видимого света, инфракрасное излучение не может восприниматься человеческими глазами напрямую.Это объясняет, почему на тепловизионную камеру не влияет свет, и она может дать четкое изображение объекта даже в темноте.

Тепловидение — это преобразование инфракрасного света в электрические сигналы и создание изображения с использованием этой информации.

В то время эта технология была революционной, но сегодня она широко используется. Но как этим устройствам удается захватывать эту невидимую визуальную информацию? Давай проверим.

Как работают тепловизоры?

Сегодня общепринятым стандартом для тепловизоров является отображение более теплых объектов желто-оранжевого оттенка, которые становятся ярче по мере того, как объект становится более горячим.Более холодные объекты отображаются синим или фиолетовым цветом.

Инфракрасная энергия имеет длину волны от примерно 700 нанометров до примерно 1 мм. Волны короче этой длины становятся видимыми невооруженным глазом. Тепловизионные камеры используют эту инфракрасную энергию для создания тепловых изображений. Линза камеры фокусирует инфракрасную энергию на детекторы, которые затем создают детальный рисунок, называемый термограммой. Затем термограмма преобразуется в электрические сигналы для создания теплового изображения, которое мы можем видеть и интерпретировать.

заявка Техническое обучение Просмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

Как работает тепловидение | HowStuffWorks

Человеческие глаза — удивительно сложные и замысловатые органы.Они созданы для наблюдения видимого света . Этот свет отражается от предметов, делая их видимыми для нас.

Свет, который представляет собой тип излучения , имеет больше вкусов, чем только видимый. Диапазон света охватывает весь электромагнитный спектр , состоящий из видимого и невидимого света, а также рентгеновских лучей, гамма-лучей, радиоволн, микроволн и ультрафиолетового света.

Длина волны (также называемая частотой ) — вот что отличает каждый из этих типов света друг от друга.Например, на одном конце спектра у нас есть гамма-лучи с очень короткими длинами волн. На оборотной стороне спектра у нас есть радиоволны, которые имеют гораздо большую длину волны. Между этими двумя крайностями находится узкая полоса видимого света, и около этой полосы находится инфракрасных длин волн в частотах от 430 ТГц (тетрагерц) до 300 ГГц (гигагерц).

Понимая инфракрасное излучение, мы можем использовать тепловизионные устройства для обнаружения тепловых сигнатур практически любого объекта.Почти вся материя излучает хоть немного тепла, даже очень холодные объекты, такие как лед. Это потому, что если этот объект не находится на абсолютном нуле (минус 459,67 градуса по Фаренгейту или минус 273,15 градуса по Цельсию), его атомы все еще шевелятся и дергаются, натыкаясь и выделяя тепло.

Иногда предметы настолько горячие, что не пропускают видимый свет — подумайте о красных, раскаленных спиралях на электрической плите или углях в костре. При более низкой температуре эти объекты не будут светиться красным, но если вы определенно можете поднести к ним руку, вы почувствуете тепло или инфракрасные лучи, когда они текут наружу к вашей коже.

Однако довольно часто наша кожа не очень полезна для обнаружения инфракрасного излучения. Если вы наполните одну чашку теплой водой, а другую — прохладной и поставите их на стол в другом конце комнаты, вы не поймете, какая из них. Однако тепловизионная камера знает об этом мгновенно.

В такой ситуации люди полагаются на электронные инструменты. По сути, тепловизионные устройства — это помощники нашего зрения, расширяющие наш видимый диапазон, так что мы можем видеть инфракрасный свет в дополнение к видимому свету.Обладая этой расширенной визуальной информацией, мы становимся супергероями электромагнитного спектра.

Но как цифровое устройство может улавливать невидимые тепловые сигналы и создавать изображение, понятное нашим глазам? На следующей странице вы увидите, как это стало возможным благодаря развитию цифровой обработки.

Как работают тепловизоры

Наши глаза работают, видя контраст между объектами, освещенными солнцем или другим светом.Тепловизионные камеры работают, «видя» тепловую энергию от объектов. Все объекты — живые или нет — имеют тепловую энергию, которую инфракрасные камеры используют для создания изображения.

Поскольку они действуют как тепловизионные камеры, а не как камеры, использующие отраженный свет, тепловые изображения выглядят совсем иначе, чем то, что видит камера видимого диапазона или глаз. Чтобы представить тепло в формате, подходящем для человеческого зрения, тепловизионные камеры преобразуют инфракрасную информацию в изображение, которое показывает температуру поверхности измеряемого объекта.Каждой температуре назначается другой цвет или оттенок серого, получается карта градиента.

В холодный день человек выделяется светлее, потому что он горячее фона. В жаркий день человек выделяется темнее, потому что он холоднее фона.

Тепловизоры долгое время были хорошим выбором для «видения в темноте», потому что ночью фоновые объекты обычно холоднее человека при 98,6 градусах. В идеальных условиях люди хорошо выделяются ночью, потому что они кажутся ярче фона и выделяются даже при нулевом освещении.Это делает тепловизионные камеры полезным инструментом для обнаружения людей в ситуациях, когда они могут быть невидимы для человеческого глаза.

Как тепловизоры используются для обеспечения безопасности?

Изначально тепловизоры использовались в основном для военных операций из-за их дороговизны. Теперь, когда тепловизоры стали коммерчески выгодными и, учитывая их способность видеть сквозь темноту и плохую погоду, неудивительно, что профессионалы в области безопасности приняли их как идеальные «детекторы людей».«При правильном оснащении они могут автоматически« ловить »злоумышленников, пытающихся проникнуть за пределы внешнего периметра, с высокой надежностью даже в непредсказуемой внешней среде.

Ключ к этой возможности лежит в обработке видео.

Тепловизионные камеры могут видеть мелкие колебания температуры, представляющие тысячи оттенков серого, что намного превышает возможности человеческого зрения. В большинстве случаев тепловизионные камеры преобразуют эту информацию примерно в 250 градаций серого, чтобы уменьшить полосу пропускания, ограничить требования к обработке видео и более точно соответствовать тому, что могут видеть наши глаза.В результате многие тепловизионные камеры фактически удаляют большой объем критически важной информации о сцене при передаче видео в сеть.

Хотя это может помочь «видеть в темноте», это создает значительные недостатки для приложений безопасности, которым требуется самая лучшая информация для надежного обнаружения человека в постоянно меняющейся обстановке на открытом воздухе.

В SightLogix наш подход заключается в создании теплового изображения с широким динамическим диапазоном, которое использует тысячи оттенков серого и не удаляет важную информацию о сцене.Больше информации напрямую соответствует большей безопасности, потому что камера может видеть больше объектов на больших площадях с большей точностью. У нас всегда есть две концепции: предоставить наиболее подробные тепловые изображения для нашей видеоаналитики для обнаружения злоумышленников и предоставить людям наиболее красивое тепловое видео для оценки места происшествия.

Изображение ниже иллюстрирует задачу. В верхнем ряду показаны шесть уровней серого, которые могут видеть глаз. В нижнем ряду показаны шестнадцать оттенков серого — вы можете видеть, как становится трудно определить, где оттенки переходят от одного блока к другому.

Поскольку тепловизор воспринимает в 1000 раз больше оттенков серого, чем показано на нижней гистограмме, большинство тепловизоров преобразуют эти тысячи оттенков, которые превосходят человеческое зрение, упрощенным способом, сопоставляя общие области, близкие по температуре. Вот почему тепловые изображения часто выглядят расплывчатыми, не детализированными и могут пропустить злоумышленников.

Лучшим способом выполнить это преобразование было бы подчеркнуть небольшие различия между объектами и фоном, чтобы преувеличить мелкие детали, в отличие от других функций изображения, чтобы улучшить качество и получить широкодинамическое тепловое изображение.

Это очень трудоемкая задача. Тепловизионная камера должна обрабатывать миллионы бит данных каждую секунду, днем ​​и ночью, чтобы создать качественное высококонтрастное изображение, необходимое для приложений безопасности. Только камеры с очень мощной обработкой изображений справятся с этой задачей.

Роль обработки видео в повышении производительности тепловизионных камер слежения

С момента основания SightLogix всегда считал, что обработка видео — на краю, внутри камеры — является основополагающим требованием для превращения тепловизионных камер в надежные детекторы проникновения.Тепловизионные камеры SightSensor обладают значительными возможностями обработки для обеспечения высокой четкости изображения даже в условиях низкой контрастности на открытом воздухе, заработав свою репутацию за качество обнаружения.

На изображении ниже показана разница между типичными тепловизионными камерами (слева) и камерами SightLogix с высококачественной обработкой (справа). В этой сцене, снятой во время сильного шторма, проливной дождь довел все объекты до однородной температуры.

Левый снимок показывает камеру, которой не хватает обработки для создания хороших контрастных изображений в этой обычной ситуации.Справа то же видео было разумно переназначено обработкой изображения SightSensor, чтобы подчеркнуть небольшую разницу температур в более горячих объектах, представляя изображение, которое может лучше выявить потенциальных злоумышленников.

Объединение тепловизоров с видеоаналитикой для надежного обнаружения вторжений

После того, как тепловизионная камера сможет создавать качественное высококонтрастное изображение, следующим шагом будет автоматизация обнаружения с помощью программного обеспечения для анализа видео. Видеоаналитика используется для автоматического анализа видео в реальном времени на наличие несанкционированных действий и предупреждения сотрудников службы безопасности о необходимости принятия мер.Когда злоумышленник нарушает правило видеоаналитики, программное обеспечение выдает красную рамку с сигналами тревоги в реальном времени в тот момент, когда злоумышленник входит в несанкционированное пространство.

Это то, что превращает тепловизоры в «умные» устройства, расширяющие возможности людей. Умные камеры никогда не устают, могут видеть в темноте или на ярком солнце, и на них можно положиться в обнаружении злоумышленников в любую погоду и в любое время.

Обработка видео также играет здесь важную роль. Помимо улучшения качества изображения, SightSensors встраивают свое аналитическое программное обеспечение непосредственно в среду высокопроизводительной камеры.Это позволяет программному обеспечению анализировать полный динамический диапазон оптимизированного теплового изображения с более чем в 1000 раз большей детализацией, чем могут достичь другие тепловизионные камеры.

Результат — высоконадежное решение для обнаружения вторжений в самых суровых наружных условиях.


Посмотрите наше видео:

Расчесывание тепловизионных камер с видеоаналитикой для надежного обнаружения вторжений

Этот подход, сочетающий в себе встроенную видеоаналитику, тепловизионное видео с широким динамическим диапазоном и мощную обработку видео, обеспечивает ряд преимуществ безопасности, в том числе:

  • Превосходное круглосуточное обнаружение в любых условиях без выходных, с ранним предупреждением о больших буферных зонах, охватывающих сотни метров
  • Способность определять скорость, азимут и географическое местоположение злоумышленника за миллисекунды
  • Один щелчок Геопространственные зоны — не растяжки — в зависимости от размера, скорости, направления и географического местоположения, что значительно снижает количество ложных тревог от мелких животных, выбрасывающих мусор
  • Встроенная автоматическая стабилизация , устраняющая ложные срабатывания сигнализации из-за сотрясения камеры от ветра и вибрации
  • Возможность автоматически вращать PTZ-камеры для масштабирования и отслеживания обнаруженной цели для оценки в реальном времени
  • Аналитика с двумя видео , которая обнаруживает и тепловые, и видимые датчики одновременно, чтобы уменьшить количество ложных предупреждений и повысить надежность обнаружения вторжений
  • Проверенное решение , обеспечивающее безопасность

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.