Як вибрати тепловізор — три основні критерії

В цьому матеріалі будемо з'ясовувати, як вибрати тепловізор, та поговоримо про три основні критерії, які визначають загальну ефективність пристрою у відповідних сценаріях використання. А для тих, хто готовий заглибитись у тему, ми підготували додатковий матеріал з розкриттям деяких технічних тонкощів.

Критерій перший: тип конструкції тепловізора

Для початку виберіть тип конструкції тепловізора, що найточніше відповідає вашим потребам. У контексті персональних пристроїв частіше за все виділяють чотири основні типи. Кожен з них має свої переваги та особливості, які будуть корисними для відповідних сценаріїв застосування.

Тепловізійний монокуляр — найпопулярніший різновид тепловізорів, який знайшов широке застосування. Монокулярна конструкція вирізняється легкістю і компактністю, що робить її дуже практичною у повсякденному використанні. Такий тип найкраще підходить для звичайних спостережень, оглядового моніторингу, пошуково-рятувальних заходів, охорони периметрів тощо.

Тепловізійний приціл — це тепловізор, спеціально сконструйований для ведення прицільної стрільби в інфрачервоному спектрі. Пристрій встановлюється на зброю замість денної оптики. Має цифрові прицільні сітки, калібрувальні профілі, міцний корпус під сильну віддачу та покращений захист. В окремих випадках використання тепловізійного прицілу не обмежується тільки стрільбою та може передбачати візуальні спостереження.

Тепловізійна насадка монтується безпосередньо на звичайний денний приціл або перед ним, і так само дозволяє вести прицільний вогонь в ІЧ спектрі. Відмінністю від попереднього типу та одночасно перевагою є те, що при використанні насадки нема потреби демонтовувати основний приціл.

Тепловізійний бінокль належить до найбільш дорогих типів тепловізорів, і цьому є певні пояснення. Ергономічна бінокулярна конструкція забезпечує безпрецедентний рівень комфорту, дозволяючи вести спостереження в обидва ока. Загалом, пристрій схожий на звичайний бінокль, тільки "бачить" в інфрачервоному спектрі. До мінусів цієї конструкції можна віднести вагу та габарити.

Критерій другий: оптичні параметри тепловізора

Рухаючись далі, визначіться з кутовим полем зору або оптичним збільшенням тепловізора. Дані оптичні параметри взаємопов'язані та визначаються фокусною відстанню об'єктива, а також фізичними розмірами ІЧ-матриці.

1. Кутове поле зору тепловізора (field of view / FOV), °

Кутове поле зору у градусах (°) дає чітке уявлення, наскільки широкий простір охоплює тепловізор під час перегляду на екран.

• Кутове поле зору 10° і більше — характеризується невисоким наближенням та широким оглядовим сектором.
• Кутове поле зору 7.5° — пропонує компроміс між оглядовим сектором та наближенням.
• Кутове поле зору 5° і менше — забезпечує досить високе збільшення зі звуженою зоною огляду.

Звертайте увагу на цей параметр в першу чергу, коли необхідно вибрати хороший оглядовий тепловізор для контролю протяжних відстаней, лісових територій тощо. Ширший оглядовий сектор позбавляє необхідності активно переміщувати прилад у пошуках теплових об'єктів.

2. Оптичне збільшення тепловізора (basic magnification), x

Оптичне збільшення (базова кратність або наближення) вказує, у скільки разів буде збільшено зображення на РК-екрані тепловізора без урахування цифрового зуму. Даний параметр має пряму залежність від кутового поля зору: чим менше поле зору — тим більшою буде кратність і навпаки. Знаючи базову кратність, можна мати уявлення про можливості приладу на великих відстанях.

• Збільшення 2x і менше — хороший варіант для панорамних спостережень.
• Збільшення 3x у більшості випадків вважається універсальним.
• Збільшення 4x і більше — краще підходить для вивчення віддалених об'єктів.

Якщо хочете вибрати тепловізор для виявлення віддалених та помірно рухливих джерел тепла на відкритій місцевості, тоді параметр оптичного збільшення повинен бути у вас на першому місці.

Критерій третій: матриця тепловізора

Тільки після того, як ви визначилися з типом конструкції та оптичними параметрами, настав час подумати про якість візуалізації, а саме про ІЧ-матрицю.

Матриця (мікроболометр або ІЧ-сенсор) тепловізора — це серце пристрою, яке перетворює невидиме тепло на видиму картинку. Вона відіграє не менш важливу роль, адже саме від її характеристик залежить, наскільки чітко ви побачите випромінювання, приховане від людського ока. Нижче ми наведемо два першочергові параметри, на які варто звернути увагу.

1. Роздільна здатність матриці (sensor resolution), px

Роздільна здатність матриці тепловізора — це основний параметр, який умовно визначає якість інфрачервоного зображення. Чим він вищий, тим деталізованішу картинку ви отримаєте. Більша кількість пікселів дозволяє обробляти більше інформації з об'єктива та надавати точніші дані про розподіл тепла на термограмі.

• Матриця 160х120 — базовий рівень для вирішення найпростіших задач, де не потрібна висока деталізація.
• Матриця 256х192 — початковий рівень, який пропонує хороший баланс між ціною та деталізацією.
• Матриця 384x288 — умовний стандарт, що забезпечує хорошу деталізацію та надає достатньо інформації про об'єкти.
• Матриця 640x480 і вище — напівпрофесійний рівень. Цей варіант є найкращим для тих, хто потребує максимальної деталізації.

2. Температурна чутливість (NETD), mK

NETD (Noise-Equivalent-Temperature-Difference) — показник температурної чутливості матриці, який дослівно перекладається як різниця температур, еквівалентна шуму. Параметр NETD також називають температурним контрастом.

При виборі тепловізора керуйтеся простим правилом: чим нижче число NETD, тим чутливішою буде матриця. Тобто об'єкти, які погано контрастують зі своїм фоном у температурному аспекті, при зростанні чутливості будуть більш помітними.

Вимірюється температурна чутливість у мілікельвінах (мК — тисячні долі градуса за Цельсієм) та вказує, яку мінімальну різницю температур між об'єктом та фоном здатен зафіксувати тепловізор, перш ніж вона "загубиться" серед шуму. Умовно кажучи, якщо NETD становить 25 мК (0.025°C), то все, що має різницю температури меншу за 25 мК, буде "потопати" в шумі й не відобразиться чітко. Шум може бути спричинений особливостями детектора, електроніки камери або зовнішніми факторами.

Додаткові критерії і технічні параметри

Продовжуючи тему, як вибрати тепловізор, настав час розглянути додаткові критерії та технічні параметри, знання яких допоможе вам зрозуміти всі тонкощі вибору. Цю частину статті ми свідомо виділили окремо, адже вона потребує чіткого розуміння загальних принципів роботи оптико-електронних приладів.

1. Фокусна відстань об'єктива тепловізора (focal length), мм

Якщо говорити простими словами, то фокусна відстань об'єктива визначає, як близько чи далеко "дивиться" тепловізор. Параметр має безпосередній вплив на дальність дії приладу. Вимірюється у міліметрах (мм) і дає нам приблизне уявлення про наближення та оглядову площу пристрою.

• Коротка фокусна відстань (об'єктиви до 35 мм) — панорамні об'єктиви, які підходять для спостереження на протяжні відстані, коли необхідно контролювати якомога більшу зону.
• Середня фокусна відстань (об'єктиви 35-50 мм) — стандартні об'єктиви, які формують більш звичну для людського ока зону огляду. Такі об'єктиви вважаються універсальними, тому підійдуть для різних задач.
• Довга фокусна відстань (об'єктиви понад 50 мм) — телеоб'єктиви, які використовуються для спостережень за віддаленими об'єктами, коли наближення має вирішальне значення.

Фокусна відстань є важливим параметром, проте при виборі тепловізора рекомендуємо зосередитися на куті огляду та збільшенні. Останні два параметри точніше відображають оптичні можливості пристрою. Це пояснюється тим, що фізичний розмір ІЧ-сенсора також впливає на оглядову зону та наближення. Нижче ми продемонструємо дану залежність на прикладі схем і стоп-кадрів.

Наведені схеми та стоп-кадри наочно демонструють, що комбінація 50-мм об'єктива та матриці 640х512 пікселів забезпечує ширшу зону огляду та менше оптичне наближення порівняно з матрицею 384х288 пікселів при використанні того ж об'єктива.

Цікаві конструктивні рішення

У більшості цивільних тепловізорів фокусна відстань об'єктива є фіксованою, проте на ринку вже доступні моделі, які дозволяють налаштовувати даний параметр.

Для прикладу, можна навести модель THERMTEC Cyclops 650D у якої подвійне поле зору: широке та вузьке. Це досягається шляхом зміни фокусної відстані об'єктива від 25 до 50 мм. Широкий кут дозволяє швидко оглядати великі території та виявляти об'єкти, не пропускаючи потенційно важливі цілі на периферії. При виявленні об'єкта користувач може миттєво перемкнутися на вузький кут для детального вивчення та ідентифікації цілі на значній відстані.

2. Крок пікселя матриці (pixel pitch / pixel spacing), µm

Крок пікселя матриці тепловізора — фізична характеристика, яка визначає відстань у мікронах (µm) від центру до центру двох сусідніх пікселів, розташованих на ІЧ-сенсорі. Чому ми згадали про крок пікселя та яким чином він може впливати на тепловізійний пристрій.

По-перше, крок пікселя безпосередньо впливає на чутливість ІЧ-сенсора: більші сегменти здатні накопичувати більше ІЧ-випромінювання, покращуючи чутливість.

По-друге, від кроку пікселя також залежить фізичний розмір матриці, який впливає на оглядову площу та збільшення тепловізора. На схемах та фото нижче ви можете побачити, як змінюються ці два параметри при різному кроці пікселя на матрицях з однаковою роздільною здатністю.

3. Кількість та унікальність колірних палітр

Колірна палітра тепловізора — це набір кольорів або відтінків, що використовуються для візуалізації термограми. Палітра дозволяє інтерпретувати різні температурні рівні, де кожен колір або відтінок відображає конкретну температуру, полегшуючи аналіз зображення.

Залежно від виробника назва та перелік доступних колірних палітр може суттєво відрізнятися, що також слід враховувати під час вибору. Нижче, на прикладі тепловізора Guide TrackIR 50mm перелічено найбільш розповсюджені варіанти, які дозволяють в тих чи інших умовах швидко або ефективно вирішувати поставлені задачі.

• Палітра "White Hot": тепліші об'єкти відображаються білим кольором, а холодніші — чорним. Ця палітра забезпечує природне сприйняття та часто використовується для загальних спостережень.
• Палітра "Black Hot" протилежна до "White Hot" — теплі об'єкти відображаються чорним кольором, а холодні — білим. Цей режим може бути корисним для виявлення об'єктів у певних умовах освітлення або фону.
• Палітра "Isotherm" виділяє певний температурний діапазон окремим кольором (наприклад червоним), що дозволяє швидко ідентифікувати області з конкретною температурою. Це корисно для моніторингу об'єктів, температурні характеристики яких приблизно відомі.
• Палітра "Ironbow" використовує градієнт відтінків у певному колірному діапазоні. Ця палітра допомагає легше сприймати тонкі температурні відмінності та деталі.
• Палітра "Arctic" використовує кілька колірних діапазонів для відображення температурних перепадів, де холодні зони представлені синіми, а теплі — червоними відтінками. Ця палітра підходить для виявлення незначних температурних відмінностей у сценах з низьким контрастом.

Широкий вибір колірних палітр є не просто естетичною перевагою, а важливим функціональним інструментом. Чим більше палітр та чим кардинальніше вони відрізняються між собою, тим універсальнішим стає прилад. Різноманітні колірні схеми дозволяють користувачеві миттєво адаптувати зображення під конкретні умови спостереження, підвищуючи інформативність термограми та полегшуючи виявлення окремих деталей.

4. Критерій фокусування (focusing type)

Більшість оптичних приладів так чи інакше потребують налаштування фокуса (різкості) для отримання чіткої картинки. Персональні тепловізори не стали виключенням і тут їх можна поділити на дві основні групи:

• тепловізори з фіксованим фокусом (Fixed Focus) — це найпростіший тип пристроїв, у якому об'єктив налаштований на конкретну відстань і не вимагає додаткових налаштувань. Такі прилади підходять для загальних задач, де точне фокусування не є критичним.
• тепловізори з ручним фокусуванням (Adjustable Focus) — дозволяють користувачеві вручну регулювати різкість зображення відповідно до відстані до об'єкта. Ця функція значно підвищує ефективність використання пристрою в різних умовах спостережень.

Вибираючи тепловізор з ручним фокусуванням важливо звернути увагу на тип фокусувального механізму, адже він буває досить різним. Розглянуті далі технічні рішення демонструють певні переваги й обмеження.

• Фокусування утриманням кнопок на корпусі
• Фокусування обертальним кільцем на об'єктиві
• Фокусування обертальним барабаном на корпусі
• Фокусування центральним коліщатком на корпусі

Якщо вам необхідно одночасно відстежувати як віддалені, так і близькі об'єкти, то зручність, швидкість та точність наведення на фокус мають бути у пріоритеті. У цьому випадку краще віддати перевагу механізмам з обертальним керуванням. Фокусування обертального типу дає відчуття кращого контролю, ніж кнопкове. Основною перевагою кнопкового фокусування є можливість налаштовувати різкість однією рукою. Бічний барабан чи кільце на об'єктиві змусять вас залучити обидві руки.

У цьому сенсі тепловізійні біноклі вигідно виділяються, пропонуючи досить вдале рішення: фокус налаштовується обертальним коліщатком, при цьому зберігається можливість керування пристроєм однією рукою. Такий підхід поєднує зручність управління та технічну досконалість, забезпечуючи користувачеві максимальний комфорт при спостереженнях.

5. Частота розгортки матриці (frame rate), Hz

Частота розгортки (оновлення) матриці тепловізора — це параметр, який вказує на кількість кадрів, яку здатний фіксувати чутливий сенсор за одну секунду. Частота розгортки вимірюється в герцах (Гц) та є фундаментальною характеристикою, яка впливає на плавність відео в окулярі. Умовно чим вище значення частоти оновлення кадрів, тим плавніше виглядатимуть рухливі об'єкти на екрані.

Раніше параметр частоти розгортки мав велике значення, оскільки більшість тогочасних сенсорів здатні були видавати досить скромні 9-12 кадрів на секунду. 25-30 кадрів були досяжні лише для професійних приладів з примусовим охолодженням. Вважається, що 25 кадрів цілком достатньо для самих різних задач.

6. РК-дисплей тепловізора

Якщо говорити коротко, то фізичний розмір та роздільна здатність дисплея мають вплив на зручність використання та точність інтерпретації термограми. На практиці більшість пристроїв комплектуються приблизно однаковими екранами щодо фізичних розмірів, маючи незначні відмінності у роздільній здатності.

Сам по собі РК-дисплей тепловізора зазвичай досить маленький. Щоб досягти комфортного для ока сприйняття, застосовуються спеціальні збільшувальні окуляри. Таким чином діагональ 0.4" (1 см) сприймається досить великою та комфортною для перегляду.

Варто розуміти, що РК-дисплей не підвищує роздільну здатність ІЧ-матриці. Втім, вища роздільна здатність дисплея полегшує сприйняття інтерфейсу: елементи меню виглядають чіткішими, текст читається легше, навігація між налаштуваннями стає простішою. Крім того, системні позначки, елементи доповненої реальності та вимірювальні шкали відображаються з кращою точністю, що позитивно впливає на загальний досвід використання.

7. Тип живлення тепловізора

В холодну пору року, коли акумулятори активно розряджаються, питання тривалості автономної роботи стає дуже гостро. Саме тому тип живлення може стати досить важливим критерієм для вас.

Тепловізори від компанії ThermTec серії Cyclops унікальні тим, що для їх живлення використовуються одразу два вбудовані акумулятори 18650, в той час як більшість аналогів обходяться лише одним. Таке рішення дозволило подвоїти час автономної роботи удвічі!

Цікавим конструктивним рішенням є підтримка змінних елементів живлення: можна швидко замінити розряджений акумулятор на заряджений у польових умовах.

Спеціально для мисливців виробники пропонують комбіновані рішення: вбудований та змінний акумулятори, що дозволяє робити заміну "на гарячу" у відповідальні моменти, коли критично важливо обійтися без вимкнення пристрою.

Наявність у більшості тепловізійних пристроїв роз'єму USB дозволяє легко під'єднати зовнішню батарею і тим самим подовжити час роботи, що частково вирішує питання автономності. Проте подібне рішення не завжди є зручним.

Тепловізори купити