На что влияют пиксели в тепловизоре
Перейти к содержимому

На что влияют пиксели в тепловизоре

  • автор:

Матрица тепловизора

Создание матричных сенсоров сделало возможным появление современных тепловизоров. Идея в них заложена та же, что и в цифровом фотоаппарате: полупроводниковые элементы улавливают фотоны,
но материал сенсоров другой.

Матрица представляет собой микросхему с набором специальных диодов, отличающихся светочувствительностью, и свойством менять сопротивление в зависимости от интенсивности инфракрасных лучей. А размер матрицы напрямую определяет четкость тепловой фотографии объекта, так как чем больше размер ИК детектора тем больше чувствительных элементов воспринимают тепловое излучение. Чем больше разрешение матрицы тем больше температурных точек можно отследить и соответственно получается более четкая картинка.

Например тепловизор testo 875 с матрицей 160×120 пикселей отображает тепловое изображение из 19200 точек, а модель тепловизора FLIR E60bx благодаря большей матрице 320×240 пикселей отображает 76800 значений. Чем выше разрешение там качественнее изображение, и тем дороже стоит сам тепловизор.

Благодаря современным технологиям матрица имеет компактные размеры и отличается низким энергопотреблением. Для получения качественной картинки матрицу необходимо охлаждать. Полупроводниковые матрицы охлаждают различными способами, к примеру, жидким азотом или при помощи холодильника Стирлинга. Самые лучшие тепловизоры с охлаждаемыми датчиками могут работать на частоте до 20 кГц и измерять температуру с точностью до 0.018°, что позволяет детально рассмотреть даже очень скоротечные процессы.

Необходимость охлаждения делает тепловизоры дорогими, громоздкими и не всегда безопасными, тем самым сильно сужая область их применения, поэтому сегодня широкое распространение получили аппараты с совершенно другим типом матриц — микроболометрических. В современных тепловизорах ПЗС-матрица заменена на микроболометрическую, которая не требует охлаждения. Изменение сопротивления элементов такой микросхемы фиксируется с большой точностью практически во всем диапазоне ИК-излучения.

Первый коммерческий тепловизор серии Thermovision 500, в котором приемник излучения работал при комнатной температуре, был выпущен шведской фирмой AGEMA Infrared Systems.

Важным, с точки зрения оптики, но не столько как разрешение матрицы есть оптическое разрешение. Оптическое разрешение – фактически отношение расстояния от прибора до объекта к диаметру пятна диагностики. В плане оптического разрешения важно что бы весь объект попадал в поле зрения. Фактически оно определяет с какого расстояния можно делать замеры объектов определенного размера. Но в то же время, оптическое разрешение никак не влияет на качество изображения и количество регистрируемых температурных точек. Эти показатели определяются разрешением матрицы ИК датчика.

  • Поиск по сайту
  • КАТАЛОГ датчиков и сенсоров
    • Датчики и сенсоры влажности
      • Емкостные датчики влажности
      • Цифровые датчики влажности
      • Цифровые датчики температуры и влажности в корпусе
      • Инфракрасные датчики температуры
      • Датчики температуры цифровые
      • Механические датчики температуры
      • Датчики абсолютного давления
      • Датчики перепада давления
      • Адгезиметры
        • Condtrol
        • Интерприбор
        • Стройприбор
        • Olympus
        • Testo
        • Rothenberger
        • Extech
        • Мегеон
        • Testo
        • TROTEC
        • CEM
        • Kimo
        • RGK
        • Эксис
        • Мегеон
        • Стройприбор
        • НТП ТКА
        • Metrel
        • Extech
        • Retrotec
        • Fluke
        • Актаком
        • Вибро-Центр
        • Интерприбор
        • Мегеон
        • НТМ Защита
        • Стройприбор
        • Авеста-Т
        • Инфракар
        • Сенсоры
        • Testo
        • MRU
        • Полар (Промэкоприбор)
        • Trotec
        • МАГ-6 (Эксис)
        • Сигнал, Сигма (Промприбор-Р)
        • ОКА-92 (Информаналитика)
        • Топ-сенс
        • АНКАТ, СГГ, СТГ (Аналитприбор)
        • Мегеон
        • Микросенс, Мультигазсенс (ЭМИ-Прибор)
        • Altair (MSA)
        • ГАНГ-4 (прибор-Ганг)
        • Сигнал (Политехформ-М)
        • ПГА (Электростандарт)
        • СЕАН-П, Колион-1В (Хромдет-Экология)
        • ФП (Фармэк)
        • Элан, Элан+
        • ИГС-98 (НПП Дельта)
        • Сенсон-В, Сенсон-М (НИИИТ)
        • Лидер (ЛидерГазДетектор)
        • АНТ-3М (ГосНИИхиманалит)
        • Kimo
        • CEM
        • Extech
        • НПП Технотест
        • Интерприбор
        • Стройприбор
        • Novotest
        • АКС
        • CEM
        • НПП Доза
        • Интерприбор
        • Стройприбор
        • Эксис
        • ADA
        • RGK
        • Condtrol
        • Стройприбор
        • Интерприбор
        • Novotest
        • Testo
        • CEM
        • RGK
        • Fluke
        • Мегеон
        • Flir
        • Sonel
        • UNI-T
        • Kimo
        • Extech
        • Калибраторы для пирометров
        • RGK
        • CEM
        • Fluke
        • ADA
        • Stabila
        • Condtrol
        • Extech
        • Testo
        • CEM
        • НТП ТКА
        • Эксис
        • RGK
        • Kimo
        • Sonel
        • Extech
        • 3M
        • Hygiena
        • Testo
        • RGK
        • CEM
        • Мегеон
        • Kimo
        • Extech
        • RGK
        • Мегеон
        • Micronics
        • StreamLux
        • Testo
        • Сигнур
        • ТКА ПКМ
        • Testo
        • CEM
        • Extech
        • Мегеон
        • RGK
        • Novotest
        • Машпроект
        • НПП Технотест
        • CEM
        • iRay — монокуляры
        • iRay — тепловизионные прицелы
        • Guide — монокуляры
        • Flir — тепловизоры для охоты
        • Pulsar
        • HIKMICRO
        • Guide Infrafed
        • Testo
        • CEM
        • RGK
        • Мегеон
        • Fluke
        • iRay
        • Seek Thermal
        • Flir
        • Flir — пожарные тепловизоры
        • Sonel
        • ИК-окна
        • Testo
        • ИВА-6 (НПК МИКРОФОР)
        • RGK
        • CEM
        • AZ Instrument
        • НТП ТКА
        • Эксис
        • Интерприбор
        • НТМ Защита
        • Стройприбор
        • ADA
        • Condtrol
        • Extech
        • Kimo
        • RGK
        • Testo
        • Интерприбор
        • Мегеон
        • Стройприбор
        • Интерприбор
        • АКС
        • Novotest
        • НПП Технотест
        • Актаком
        • CEM
        • Condtrol
        • ADA
        • Extech
        • Testo
        • Kimo
        • CEM
        • Casella
        • НТМ Защита
        • Metrel
        • Extech
        • Мегеон
        • RGK
        • Анализаторы качества электроэнрегии
          • АКИП
          • Circutor
          • Fluke
          • Sonel
          • Metrel
          • Extech
          • GW Instek
          • Rigol
          • АКИП
          • Актаком
          • Metrel
          • Радио-Сервис
          • RGK
          • CEM
          • SEW
          • Sonel
          • Радио-Сервис
          • CEM
          • Fluke
          • Metrel
          • Sonel
          • Радио-Сервис
          • CEM
          • Fluke
          • RGK
          • SEW
          • Sonel
          • Радио-Сервис
          • RGK
          • SEW
          • АКИП
          • МЕГЕОН
          • Радио-Сервис
          • CEM
          • RGK
          • Мегеон
          • Sonel
          • АКИП
          • SEW
          • Мегеон
          • Metrel
          • Sonel
          • RGK
          • Testo
          • CEM
          • Flir
          • Fluke
          • Metrel
          • Sonel
          • Актаком
          • Extech
          • RGK
          • АКИП
          • GW Instek
          • CEM
          • Extech
          • ADA
          • CEM
          • Extech
          • Flir
          • RGK
          • Testo
          • CEM
          • RGK
          • Sonel
          • Testo
          • Metrel
          • Extech
          • Sonel
          • Fluke
          • CEM
          • CEM
          • RGK
          • Testo
          • Flir
          • Metrel
          • Sonel
          • Актаком
          • Extech
          • Rohde & Schwarz
          • АКИП
          • GPS навигация
            • RGK туристические навигаторы
            • RGK
            • Topcon
            • DJI
            • RGK
            • ADA
            • ADA Cube
            • RGK
            • ADA
            • AMO
            • Nikon
            • RGK
            • Stabila
            • ADA
            • RGK
            • Stabila
            • Leica
            • RGK
            • Topcon
            • ADA
            • RGK
            • Leica
            • Topcon
            • Nikon
            • Topcon
            • УОМЗ
            • ADA
            • RGK
            • ADA
            • Nikon
            • RGK
            • Topcon
            • Sonel
            • Радио-Сервис
            • Анализаторы растворенного водорода
              • Марк
              • Марк
              • Ohaus
              • Ohaus
              • Армед
              • Ohaus
              • Testo
              • Марк
              • Мегеон
              • Марк
              • Армед
              • PCE Instruments
              • Армед
              • Мегеон
              • Армед
              • Ohaus
              • Армед
              • Бестеневые лампы
                • Мегеон
                • Elitech
                • Мегеон
                • ADA
                • CEM
                • Condtrol
                • Extech
                • Flir
                • Fluke
                • RGK
                • ADA
                • Bosch
                • CEM
                • Condtrol
                • ADA
                • RGK
                • Мегеон
                • ADA
                • Мегеон
                • Мегеон
                • Weller
                • ADA
                • RGK
                • Stabila
                • RGK
                • Мегеон
                • ADA
                • ADA
                • RGK
                • ADA
                • RGK
                • Адгезиметры
                • Акустические (ультразвуковые) детекторы утечек
                • Анализаторы качества электроэнергии
                • Анемометры
                • Балометры
                • Барометры
                • Виброметры
                • Видеоскопы
                • Вольтамперфазометры
                • Дефектоскопы
                • Динамометры
                • Дозиметры
                • Газоанализаторы
                • Газоанализаторы автомобильные
                • Гигрометры (влажность древесины и стр. материалов)
                • Измерители плотности тепловых потоков
                • Лазерные дальномеры
                • Логгеры, регистраторы данных
                • Люксметры
                • Люминометры
                • Манометрические коллекторы и вакуумеры
                • Манометры
                • Мегаомметры
                • Микрометры
                • Микроомметры
                • Мультиметры
                • Насосы вакуумные
                • Насосы опрессовочные
                • Нутромеры микрометрические
                • Осциллографы
                • Пирометры
                • Пирометры медицинские
                • Приборы экологического контроля (счетчики пылевых частиц)
                • Расходомеры ультразвуковые
                • Секундомеры
                • Склерометры
                • Тахометры
                • Твердомеры
                • Тепловизоры
                • Тепловизоры для охоты
                • Тепловизоры для android/ios
                • Термогигрометры с расчетом ТНС-индекса, WBGT-индекса
                • Токовые клещи
                • Течеискатели горючих газов
                • Течеискатели фреонов (хладагентов)
                • Толщиномеры
                • Штангенциркули
                • Шумомеры
                • Комплект №1 (качество воздуха)
                • Комплект №2 (отопление)
                • Комплект №3 (энергоаудит)
                • Комплект №4 (для лицензии МЧС)
                • Комплект №5 холодильные системы
                • Квадрокоптеры
                • Детекторы скрытой проводки и металлов
                • Курвиметры (измерительные колеса)
                • Лазерные уровни
                • Металлоискатели
                • Оптические нивелиры
                • Пресс гидравлический ручной (обжимка)
                • Рации
                • Сварочный аппарат для пластиковых труб
                • Тахеометры
                • Тепловые пушки
                • Трассоискатели
                • Поверка алкотестеров
                • Поверка анализаторов качества электроэнергии
                • Поверка анемометров
                • Поверка барометров
                • Поверка виброметров
                • Поверка вискозиметров
                • Поверка вольтметров
                • Поверка газоанализаторов
                • Поверка дефектоскопов
                • Поверка динамометров
                • Поверка дозиметров
                • Поверка инфракрасных термометров
                • Поверка инфракрасных термометров медицинских
                • Поверка курвиметров (дорожных колес)
                • Поверка лазерных дальномеров
                • Поверка люксметров
                • Поверка мегаомметров
                • Поверка молотков Шмидта (склерометров)
                • Поверка мультиметров
                • Поверка нивелиров лазерных и оптических
                • Поверка осциллографов
                • Поверка расходомеров ультразвуковых
                • Поверка рН-метров
                • Поверка секундомеров
                • Поверка стробоскопов
                • Поверка тахеометров
                • Поверка тахометров
                • Поверка твердомеров
                • Поверка теодолитов оптических и электронных
                • Поверка тепловизоров
                • Поверка термогигрометров
                • Поверка термометров
                • Поверка токовых клещей
                • Поверка толщиномеров
                • Поверка трубок Пито
                • Поверка шумомеров
                • Декларации
                  • Декларация соответствия Таможенного союза (декларация ТР ТС) ЕАС
                  • Декларация соответствия Евразийского союза ТР ЕАЭС
                  • Декларация о соответствии ГОСТ Р
                  • Декларация пожарной безопасности продукции
                  • Лицензия МЧС
                  • Сертификат пожарной безопасности
                  • Сертификат HACCP (ХАССП)
                  • Сертификат соответствия таможенного союза
                  • Сертификация ISO 9001
                  • Сертификация добровольная
                  • Экспертное заключение (ЭЗ) на соответствие единым требованиям Таможенного союза
                  • Руководство по эксплуатации
                  • Технические условия (ТУ)
                  • Технический паспорт
                  • Тепловизионная диагностика
                  • Теплотехнические расчеты
                  • Анализ дымовых газов
                  • О2/СО/СО2
                  • Микроклимат
                  • Уровень шума и вибрации
                  • Оплата/доставка
                  • Полезная информация
                  • Новости/новинки
                  • Бренды/производители/ торговые марки
                  • Карта сайта

                  На что влияют пиксели в тепловизоре

                  • Неохлаждаемые инфракрасные детекторы
                  • Неохлаждаемые тепловизионные модули
                  • Охлаждаемые инфракрасные детекторы
                  • Охлаждаемые тепловые модули

                  256X192

                  400X300

                  640X512

                  800X600

                  1280X1024

                  Миниатюрные тепловые модули TIMO

                  Миниатюрные тепловые модули MINI

                  Миниатюрные тепловые модули iLC

                  Термомодули COIN WLP + ASIC

                  неохлаждаемые тепловизионные модули TWIN

                  Миниатюрные тепловые модули iGS

                  Миниатюрные тепловые модули iTL

                  Модули тепловизора PLUG

                  Модули термографии PLUG

                  Тепловые модули для медицинской диагностики

                  Термомодули, устанавливаемые на транспортном средстве

                  Средневолновые инфракрасные детекторы

                  Длинноволновые инфракрасные детекторы

                  Двухцветные инфракрасные детекторы

                  Криокулер

                  Модули AD с охлаждением серии EYAS

                  Тепловые модули серии GAVIN

                  Тепловые модули обнаружения газа

                  Размер пикселя инфракрасного тепловизионного детектора

                  Инфракрасное тепловидение стало незаменимым инструментом в различных областях, включая промышленные инспекции, наблюдение, медицинскую диагностику и многое другое. Способность улавливать и анализировать инфракрасное излучение помогает обнаруживать аномалии, распределения температуры и невидимые закономерности. Одним из важнейших аспектов инфракрасной тепловизионной системы является размер пикселя детектора, который напрямую влияет на разрешение и чувствительность изображения.

                  Размер пикселя относится к размерам отдельных элементов детектора в датчике изображения. Некоторые люди также называют этот размер шагом пикселя или расстоянием между центрами пикселей, которое представляет собой физическое расстояние между центрами соседних пикселей. Он включает в себя 30 мкм, 25 мкм, 17 мкм, 12 мкм, 10 мкм, 8 мкм и так далее. Размер пикселя определяет мельчайшую разрешимую деталь и пространственное разрешение результирующего инфракрасного изображения. Как правило, меньшие размеры пикселей обеспечивают более высокое разрешение и более точные измерения температуры. Однако выбор размера пикселя — это баланс между пространственным разрешением, чувствительностью и экономичностью.

                  Инфракрасные тепловизионные детекторы с меньшими размерами пикселей обеспечивают более высокое пространственное разрешение. Меньшие пиксели могут захватывать более мелкие детали и обеспечивать более точные измерения температуры. Это особенно важно для приложений, требующих обнаружения небольших колебаний температуры или выявления тонких особенностей. С более высоким разрешением становится возможным захватывать больше информации в поле зрения, что позволяет лучше анализировать и интерпретировать.

                  Инфракрасные детекторы достигают инфракрасного тепловидения за счет эффекта фотоэлектрического преобразования каждого пикселя в фокальной плоскости. Размер пикселя напрямую влияет на размер, стоимость и качество изображения инфракрасного тепловизионного компонента, что делает его важным параметром.

                  С широким применением инфракрасной тепловизионной технологии растет спрос на более высокую производительность. В результате размер пикселя детекторов уменьшается с 45/30/25 мкм до 17/15/12/10/8 мкм.

                  Почему размер пикселя становится меньше?

                  1. Увеличьте выход стружки и снизите производственные затраты

                  Например, на одной и той же 8-дюймовой пластине пластина с шагом пикселя 12 мкм может иметь в несколько раз более высокий выход по сравнению с пластиной с шагом пикселя 25 мкм для той же спецификации массива 384×288.

                  Меньший размер пикселя приводит к более высокому выходу на той же 8-дюймовой пластине. Например, 25 мкм может иметь выход более 100 штук, 17 мкм может иметь выход более 200 штук, а 12 мкм может иметь выход более 300 штук.

                  2. Способствовать миниатюризации и снижению стоимости тепловизионных систем

                  При одинаковом поле зрения меньший размер пикселя приводит к уменьшению оптической системы, что способствует миниатюризации и снижению стоимости тепловизионных систем.

                  3. Улучшить разрешение инфракрасной камеры

                  При том же размере фокальной плоскости меньший размер пикселя позволяет использовать больше пикселей, что приводит к более высокому разрешению, более широкому полю зрения и более широкому зрению.

                  4. Повышение пространственного разрешения инфракрасных детекторов

                  При одинаковых условиях расстояния наблюдения меньшие пиксели могут достигать более высокого пространственного разрешения и обнаруживать меньшие цели.

                  5. Включите большее расстояние обнаружения для инфракрасных детекторов

                  При том же целевом размере большая матрица фокальной плоскости с большим количеством пикселей может обеспечить большее расстояние распознавания.

                  • Previous: Размер пикселя в инфракрасных детекторах: чем меньше, тем лучше?
                  • Next: Основные параметры тепловизионного модуля: размер пикселя и частота кадров

                  Факторы, влияющие на качество изображения тепловизора

                  Не вызывает сомнений, что вы уже давно заменили старую пленочную камеру на новую цифровую. И, вполне вероятно, что при выборе цифровой камеры вы судили о качестве получаемого ей изображения по такому параметру, как количество пикселей термочувствительной матрицы. Однако, если вы читаете отзывы покупателей об оценке работы камер, то должны понимать, что их качество в большей степени зависит от других параметров. Поскольку принцип действия инфракрасной камеры основан на преобразовании температурной картины в визуальную, то для оценки качества получаемого изображения вам достаточно знания следующих параметров: разрешение получаемого изображения, температурная чувствительность матрицы и уровень шума. Довольно часто в информационных руководствах по ИК-камерам приводят множество различных параметров, которые вам, как пользователю, не принесут никакой пользы и будут вообще непонятны. В предложенной статье мы постараемся объяснить вам, исходя из каких параметров определяется качество изображения, а также зависимость качества картинки от значений параметров. Мы подробно разберем все три параметра, напрямую влияющих на качество теплового изображения и обсудим возникающие вопросы.

                  Разрешение ИК-камеры.

                  Первый параметр – разрешение получаемого термочувствительного изображения. На сегодняшний день существует три принятых стандарта разрешения изображений (могут различаться у разных производителей):

                  1. Низкое разрешение – до 19600 пикселей (160х120 точек).
                  2. Среднее разрешение – до 76800 пикселей (320х240 точек).
                  3. Высокое разрешение – до 307200 пикселей (640х480 точек).

                  Нужное вам разрешение, определяется, в первую очередь, используемым приложением для обработки изображения и уровнем качества, устанавливаемым вами вручную в установках. При оценке качества изображения камер с матрицами размером 5 мегапикселей и 10 мегапикселей, большинство пользователей не заметят никакой разницы, так как отпечатать изображение с таким разрешением довольно проблематично. В том случае, если вы собираетесь всегда распечатывать и демонстрировать полное разрешение, получаемое тепловизором, то вам достаточно использовать прибор с более скромными параметрами. Даже при разрешении 640х480 пикселей, получаемое тепловое изображение будет занимать лишь часть дисплея современного компьютера и при выводе на печать требуемое качество будет реализовано в полной мере. Поэтому при оценке качества изображений, получаемых с помощью инфракрасных камер – число пикселей матрицы является важным параметром, но наиболее значимым параметром является уровень разрешения изображения.

                  Разрешение 160х120 точек.

                  Разрешение 320х240 точек.

                  Разрешение 640х480 точек.
                  Еще одним преимуществом высокого разрешения является возможность масштабирования съемки без потери качества изображения. Основная часть тепловизоров оснащена стандартной оптической системой с горизонтальным углом обзора около 25°. Независимо от числа пикселей, качество изображения прибора с разрешением 640х480 точек, установленного на двукратное увеличение, эквивалентно качеству, получаемому ИК-камерой с разрешением 320х240 точек, с дорогостоящей дополнительной линзой с углом обзора 12°. Если у вас возникнет необходимость в тестировании объектов на расстоянии более 20 футов, то необходимо сделать ценовой выбор между покупкой ИК-камеры с разрешением 320х240 точек с дополнительной оптикой и камеры с разрешением 640х480 точек, для получения изображений одинакового качества.

                  Разрешение 160х120 точек, 4-кратное увеличение.

                  Разрешение 320х240 точек, 4-кратное увеличение.

                  Разрешение 640х480 точек, 4-кратное увеличение.

                  Тепловая чувствительность.

                  Тепловая чувствительность пикселя является вторым по значимости параметром, влияющим на качество картинки. Из множества тестов, определяющих количественную характеристику этого параметра, наиболее значимый тест – оценка качества изображения при увеличении контрастности. Диапазон термочувствительности тепловизора изменяется, в зависимости от температуры объекта, так как при увеличении температуры растет уровень сигнала на выходе детектора. Это означает, что улучшается соотношение сигнал/шум при тестировании горячих объектов. Но это не всегда положительное качество, так как встречаются ситуации, в которых температура объекта невысокая и разность температур различных участков объекта небольшая. Типичным примером низкого дифференциала температур объекта служит обследование стен внутри здания. Небольшие различия в температуре фиксируются только за счет увеличение контрастности между исследуемой (в которой определяется температура) и контрольной (в которой температура известна) точками.
                  Термочувствительность датчиков инфракрасных камер лежит в диапазоне 0,05-0,25 К. Хотя чувствительность в четверть градуса довольно высокая, на низкоконтрастном изображении (температурная разность точек объекта невысокая) становятся заметными шумы.
                  Тепловизоры отображают тепловую картину объекта, используя 256-цветовую палитру либо 256 градаций серого. Представьте, что разность температуры объекта 0-256°C, и каждый оттенок отображает разницу в 1°C. Теперь применим этот же метод к объектам с температурным диапазоном 25-35°C. Теперь каждый оттенок отображает разность 0,03°C, что меньше реальной чувствительности неохлаждаемых камер. В результате на изображении возникают шумы и погрешности. В некоторых ситуациях необходимо установить как можно более узкий диапазон чувствительности, чтобы увидеть малейшую разницу температуры. Если вы используете прибор чувствительностью 0,25°C и требуется поддерживать такой же уровень шума, то устанавливается температурный диапазон не уже 65°C, при котором получается низкоконтрастная картинка. Вы должны усвоить, что различие между ИК-камерами с чувствительностью 50mK и 100mK составляет 100%, а не 0,05°C.

                  Разрешение 160х120, чувствительность 100 мК. Чувствительность 100 мК подходит для случаев температурного диапазона более 10°C. При сужении диапазона качество изображения существенно падает.

                  Разрешение 320х240, чувствительность 70 мК. Чувствительность 70 мК сужает диапазон по 5°C, при сохранении качества картинки.

                  Разрешение 640х480, чувствительность 50 мК. При чувствительности 50 мК получается самое качественное изображение, соперничающее с качеством изображений, получаемых на охлаждаемых камерах.

                  Уровень шума (отношение сигнал/шум).

                  Основу строения пикселя неохлаждаемой инфракрасной камеры составляет микроскопический переход между тонкой пленкой резистивного материала и регистрирующим инфракрасное излучение слоем, расположенными на подложке. Выводы, выходящие с поверхностей перехода, подключены к кремниевой интегральной схеме и передают на нее электрические сигналы считывания. Считывание происходит последовательно с каждого пикселя по методу мультиплексирования и использует протокол IC.
                  Инфракрасное излучение, с длиной волн 8-14 микрон, попадающее на каждый пиксель, преобразуется в тепло, которое изменяет сопротивление тонкой резистивной пленки. Схема считывания последовательно снимает напряжение, пропорциональное количеству теплоты, с каждого «микро-болометра» и создает видеоизображение в режиме реального времени.

                  Электрическая схема инфракрасного датчика довольно простая. На каждый пиксель подается напряжение смещения, а изменение сопротивления резистивной пленки, основанное на температуре пикселя, переводится в цифровое значение. Каждый аналоговый сигнал содержит некоторый уровень шума в смеси с сигналом, детектируемым датчиком. Отношение сигнал-шум оказывает сильное влияние на качество изображения, так как схема усиления увеличивает и полезный сигнал, и шумовую компоненту. В результате на изображении появляется «снег».

                  Отношение уровня сигнала к уровню шума обычно определяется как эквивалентная разность температур. Как и в любой электрической схеме, шумы возникают практически во всех компонентах. Наибольшее значение, определяющее значение сигнал/шум, имеет уровень шума, поступающий с термочувствительных датчиков, так как в дальнейшем он усиливается пропорционально усилению полезного сигнала. Поэтому температурная чувствительность в большой степени влияет на качество получаемого термоизображения.

                  Также немаловажное значение имеет фокусное расстояние объектива камеры. Объективы с фокусным расстоянием 1,0 (равным диаметру объектива) считаются «быстрыми». Увеличение фокусного расстояния сказывается на качестве работы прибор. Например, оптическая система с F=1,4 уменьшает тепловую чувствительность в 2 раза, система с F=2,0 уменьшает термочувствительность и 4 раза. Поэтому чувствительность системы 50 мК будет равна 100 мК при использовании оптики с F=1,4, что приемлемо. Однако, при использовании «медленной» оптики (F>1), термочувствительность систем 100 мК падает до неприемлемых 200 мК.
                  Как вы поняли из вышесказанного, температурная чувствительность имеет очень сложную зависимость о многих факторов. Однако вы можете судить о качестве изображения, используя самый совершенный прибор в мире – ваши глаза, которые различают малейшие нюансы в визуальной картине.
                  Как было показано выше, термочувствительная матрица состоит из множества микроболометров, представляющих собой крошечные резисторы с множеством связей между ними. Каждый терморезистор реагирует на инфракрасное излучение с определенной погрешностью. Увеличение диапазона погрешностей связано с увеличением плотности пикселей и их термочувствительности. Для исправления этой погрешности используется процесс, носящий название «неравномерная калибровка» (NUC).
                  Во время изготовления, датчик тепловизора должен быть нормализован. Другими словами, при отсутствии сигнала уровень напряжения с каждого датчика матрицы должен иметь нулевое значение.

                  Гистограмма неисправленного изображения.

                  Гистограмма скорректированного изображения.

                  Выше приведены примеры нескорректированного и исправленного изображений, а также их гистограммы. Для корректировки используется специальный экран, который устанавливается перед термочувствительным датчиком. Этот экран периодически затемняет датчик и происходит программная коррекция показаний пикселя к нулю.
                  Рассмотрим 2 теста, на основании которых делается заключение о значении отношения полезный сигнал/шум.
                  Первый тест определяет наименьшую разность температуры объекта, эквивалентную внутренней шумовой характеристике детектора или общему уровню шума прибора. Как потенциальному покупателю тепловизора, вам необходимо знать результаты этого теста. Тестовая установка состоит из черного тела, обладающего контрольной температурой, и нескольких объектов, расположенных рядом с контрольным телом, для одновременного наблюдения их на экране инфракрасной камеры. Температура черного тела устанавливается как можно ближе к температуре объектов. К выходу детектора или видеовыходу тепловизора подключают осциллограф, на экране которого хорошо видно отношение зарегистрированной разницы температур к уровню шума. Оно определяется как отношение высоты полезного сигнала к высоте шума на экране осциллографа.
                  Следующий тест определяет минимальную регистрируемую разность температур. Это тест системы, а не датчика. Проверку проводят последовательным наблюдением картины каждого из трех эталонных объектов на экране ИК-камеры. Эталонный объект представляет собой белую пластину, с нанесенными на нее четырьмя полосками. Объекты различаются только цветом полосок. На первом объекте полоски черные (разность температур 0,25°C), на втором – серые (разность температур 0,05°C), на третьем нет полос (разность температур 0°C).
                  В обоих тестах значение контрольной температуры равно 30°C.

                  Преимущества повышенного качества теплового изображения:

                  1. Появляется возможность проводить проверку объектов, находящихся на более длинных расстояниях от оператора.
                  2. Становится возможной более контрастная визуализация низкотемпературных объектов.
                  3. Более понятная на интуитивном уровне диагностика проблем, связанных с тепловым излучением.
                  4. Улучшение качества изображения, за счет согласования разрешения камеры в инфракрасной и видимой областях.
                  5. Удобное подключение дополнительных (более легких и дешевых) оптических систем.
                  6. Более понятное на интуитивном уровне выявление неисправностей, связанных с несоответствием температуры.
                  Похожие материалы:
                  • Советы по покупке и выбору тепловизора
                  • Выбор тепловизора
                  • Выбор камеры: параметры NETD и IFOV
                  • Что нужно знать перед покупкой тепловизора
                  • Что говорит термограмма

                  Матрица тепловизора

                  Матрица тепловизора – приемник, или детектор излучения, принимающий и преобразующий энергию оптического излучения ИК-спектра в электрический сигнал, пропорциональный мощности поглощенного ИК-излучения их чувствительными площадками.

                  y1

                  Рис. 1 — Устройство матричного ИК-детектора.

                  Матричные фотоприемники, устанавливаемые в фокальной плоскости объектива, состоят из множества чувствительных элементов, расположенных по рядам и столбцам прямоугольной матрицы.

                  Таким образом, в тепловизоре каждый пиксель — это измеренное значение температуры в данной точке. Так, тепловизор с размерами матрицы 320×240 пикселей отображает ИК изображение, состоящее из 76800 значений температуры.

                  y2

                  Рис.2 — Внешний вид ИК-матрицы в модуле.

                  Виды матриц

                  Количество элементов ИК-матрицы определяет качество получаемого инфракрасного изображения. Помимо функциональной пригодности, минимальный размер матрицы тепловизора, используемого при решении различных задач, может быть регламентирован нормативными актами в применяемой сфере. Например, согласно ГОСТ Р 54852-20011 размеры матрицы должны составлять не менее 160х120 элементов, а согласно РД 13-04-2006 не менее 240х128 элементов.

                  Размер матрицы (датчика) определяет разрешающую способность тепловизора. В настоящее время распространены тепловизоры с матрицами 160х120, 320х240 и 640х480 пикселей.

                  Тепловизором с матрицей 160х120 элементо можно проводить контроль систем вентиляции, отопления, электротехнического оборудования, а также обследование ограждающих конструкций зданий высотой не более 1-2 этажей.

                  Камеру с такой матрицей целесообразно использовать для контроля областей с плавными перепадами температур на относительно большой площади (наблюдение за охлаждающими системами) и объектов с большой разностью температур, где равномерность распределения таковой не имеет значения (перегрев контакта одной из фаз токоведущих элементов).

                  Для обследования более высоких объектов, таких, например, как многоэтажные дома и дымовые трубы, необходим тепловизор с разрешением матрицы 320х240 пикселей.

                  Такой тепловизор целесообразно использовать также для контроля ограждающих конструкций, электрических машин и линий электропередач (с дополнительным узкоугольным объективом).

                  Камера с матрицей 640×480 является универсальной для наблюдения практически всех объектов регламентированных ПБ 03-372-00, а также для разносторонних технологических решений и научных изысканий. Кроме того, позволяет вести контроль удаленных (высотных) объектов без применения дорогостоящих узкоугольных объективов.

                  Влияние размера матрицы на результат работы

                  Качество изображения, или разрешение камеры, является важным фактором. Высокое разрешение помогает более точно увидеть, измерить и понять процессы, происходящие в объекте контроля.

                  Камеры с высоким разрешением позволяют увидеть мелкие детали на большом расстоянии от объекта. В отличие от тепловизоров с низким разрешением, они позволяют охватить больший участок без потери информации о температуре элементов объекта на инфракрасном изображении.

                  y3

                  Матрица 160х120 пикселей Матрица 320х240 пикселей Матрица 640х480 пикселей.

                  Рис. 4. Пример сравнения измеренной температуры нагретого узла на разных матрицах.

                  Кроме то, камера, например, с разрешением 640х480 пикселей, оборудованная широкоугольным объективом, позволяет запечатлеть участок размером приблизительно 4 х 3 м с расстояния 5 м всего одним снимком. Чтобы проверить тот же объект без потери качества с помощью камеры с разрешением 160х120 пикселей, потребуется сделать 16 изображений и с более близкого расстояния.

                  y4

                  Рис. 5. Пример сравнения размера изображений матриц на 640х480 и 160х120 элементов.

                  Таким образом, использование тепловизоров с небольшими размерами матриц целесообразно для решения простых задач, не связанных с серьезными тепловизионными обследованиями и энергоаудитом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *