Niezwykłe właściwości kamer termowizyjnych powodują, że cieszą się one od kilku lat wzrastającym zainteresowaniem. Co w rzeczywistości potrafią, skąd się biorą te szczególne cechy, jakie mają ograniczenia, oraz jak i do czego je najlepiej wykorzystać? O tym w przystępny sposób traktuje niniejszy artykuł.
Żeby można było zrozumieć o czym mowa należy zacząć od początku. Na początku pojawia się William Herschell (1738-1822), z wykształcenia muzyk, z zamiłowania astronom. To on, badając temperaturę jaką wskazują termometry dla różnych długości pasma promieniowania widzialnego rozszczepionego w pryzmacie zauważył, że najwyższą temperaturę pokazuje termometr ustawiony w miejscu tuż za czerwonym pasmem widma. Spostrzeżenie to opisał w 1800 roku w pracy pod tytułem „Doświadczenia dotyczące załamywania się niewidzialnych promieni słonecznych”.
Kamery termowizyjne wizualizują właśnie promieniowanie podczerwone. Promieniowanie podczerwone to jednak bardzo szeroki zakres widma, zgodnie z definicją obejmujący długość fali od 780 nm (koniec zakresu pasma widzialnego) do 1 mm. Dlatego dzieli się go na trzy pasma (zgodnie z podziałem obowiązującym w Polsce):
- Bliską podczerwień – od 780 nm do 2,5 μm,
- Średnią podczerwień – od 2,5 μm do 25 μm,
- Daleką podczerwień – od 25 μm do 1 mm.
Obraz z kamery termowizyjnej
W zależności od pasma promieniowanie to ma różne cechy fizyczne.
W zakresie bliskiej podczerwieni, dokładniej od 780 nm do około 1 μm pracują kamery światła widzialnego, których przetworniki (zarówno CCD jak i CMOS) pozwalają na wykorzystanie oświetlaczy promieniujących falę o długości około 850-940 nm do oświetlenia sceny. Kamery działające w paśmie widzialnym i w zakresie bliskiej podczerwieni potrzebują do wytworzenia obrazu zewnętrznego źródła światła, które oświetli obserwowaną scenę, aby po odbiciu od obserwowanych przedmiotów wpaść przez obiektyw na sensor.
Zgodnie z prawami fizyki, każde ciało którego temperatura jest wyższa od zera absolutnego (0°K czyli -273,15 °C) emituje promieniowanie podczerwone o długości zależnej od temperatury. W zakresie temperatur, w których się poruszamy większość promieniowania przypada na pasmo średniej podczerwieni. Dla odróżnienia od pasma bliskiej podczerwieni nazwijmy je promieniowaniem termicznym. W tym paśmie pracują kamery termowizyjne.
Accuracii XRU niechlodzona
Ze względu na tłumienie atmosfery ziemskiej wykorzystuje się w termowizji tylko dwa zakresy:
- 3–5μm – w kamerach termowizyjnych z chłodzonym przetwornikiem, oraz
- 7–14μm – w kamerach termowizyjnych z niechłodzonym przetwornikiem.
Czy człowiek jest w stanie wykryć promieniowanie termiczne bez żadnych przyrządów? Tak, z dużej odległości czujemy na twarzy ciepło kominka lub ogniska, zbliżając ręce do kubka potrafimy wyczuć, że jest gorący. Nasze możliwości są jednak znikome przy kamerach termowizyjnych. Kamery z przetwornikami niechłodzonymi potrafią wykryć różnice w temperaturze obiektów rzędu 0,05° pomiędzy poszczególnymi pikselami, a z przetwornikami chłodzonymi nawet 0,02°!
Ze względu na długość fali, kamery termowizyjne lepiej radzą sobie w warunkach trudnej widoczności. Przeszkody w postaci mgły, kurzu lub słabych opadów deszczu zmniejszają ich efektywny zasięg mniej niż w przypadku kamer wykorzystujących światło widzialne, dlatego można je wykorzystywać do obserwacji na większe odległości.
Zgodnie z zasadami fizyki, czym krótsza fala tym foton niesie ze sobą więcej energii. Z tego powodu kamery z chłodzonymi przetwornikami (3–5 μm) wykorzystuje się do obserwacji na większe zasięgi, nawet 15–20 km, niż kamery z przetwornikami niechłodzonymi (7–14 μm) wykorzystywanymi do obserwacji na odległość od kilkuset metrów do około 2 km.
Kamery z przetwornikami chłodzonymi charakteryzują się wyższą czułością temperaturową (NETD). Zwykle jest to około 20 mK, czyli potrafią rozpoznać różnice temperatur rzędu 0,02°. Aby uzyskać taką czułość konieczne jest schłodzenie przetwornika do temperatury około 70-80 K (około -200 °C). Powoduje to oczywiście, że taka kamera jest droższa ze względu na konstrukcję oraz wymaga okresowego serwisowania mechanizmu chłodzącego.
Sii ML
Kamery z przetwornikami niechłodzonymi są przystosowane do pracy ciągłej i nie wymagają okresowego serwisowania. Czułości przetworników są coraz wyższe. Typowo jest to 50 mK, czyli potrafią rozpoznawać różnice temperatur rzędu 0,05°, jednak dostępne są już konstrukcje o czułościach 30 mK, czyli bardzo zbliżonych do czułości kamer z przetwornikami chłodzonymi.
Oprócz czułości temperaturowej (NETD – Noice Equivalent Temperature) bardzo ważnym parametrem dla kamer termowizyjnych jest też charakterystyka MRTD (Minimum Resolvable Temperature Difference). Parametr ten wiąże parametry termiczne i geometryczne kamer. Jest to minimalna różnica temperatury, przy której można rozróżnić cel o określonej wielkości. Określa się go laboratoryjnie obserwując powolnie ogrzewany specjalny wzorzec testowy (zwykle składający się z czterech pasków) umieszczony w pewnej odległości od kamery.
Do kamer termowizyjnych stosuje się obiektywy o stałej ogniskowej bez regulacji ostrości (tzw. atermiczne – o dużej głębi ostrości), o stałej ogniskowej z regulacją ostrości, o przełączanych dwóch ogniskowych (rozwiązanie z czasów gdy wyprodukowanie obiektywu o zmiennej ogniskowej było niemożliwe, ale zarazem bardzo wygodne, bo przełączanie ogniskowej następuje bardzo szybko) i o ogniskowej zmiennej ciągle (zoom). Dla obiektywów podaje się ogniskową, ale ze względów użytkowych wygodniejszym parametrem jest FOV (Field Of View) czyli kąt obserwacji kamery z danym obiektywem i konkretnym przetwornikiem.
Kamery termowizyjne wykorzystywane w systemach ochrony mają bardzo wiele zalet, ale mają też jedną wadę. Ze względu na zakres widmowy nie pozwalają na identyfikację osoby. Idealnie za to nadają się do detekcji i rozpoznania celu. Z tego powodu wykorzystywane są tam, gdzie potrzebne jest wykrycie zagrożenia i rozpoznanie czy jest to pojazd i jakiego rodzaju, człowiek czy zwierzę. Można bez problemu zauważyć, czy intruz niesie ze sobą broń, ilu jest intruzów itd.
Możliwe jest też wykorzystanie termowizji do innych celów. Dostępne są kamery umożliwiające zobaczenie nieszczelności, z której wypływa gaz, można wykryć pożar lub zagrożenie pożarem przez wykrycie, że dany obszar ma temperaturę wyższą od zadanej w oprogramowaniu kamery. W takim przypadku obszar o podwyższonej temperaturze może być zaznaczony np. czerwonym kolorem na czarno-białym obrazie. Taką funkcję mogą mieć kamery wykorzystywane w systemach ochrony, dzięki czemu mają one podwójną funkcjonalność. Mogą służyć do wykrycia i obserwacji intruza, a oprócz tego, wykryć pożar lub zagrożenie pożarem.
Główne różnice pomiędzy kamerami termowizyjnymi z przetwornikami chłodzonymi, niechłodzonymi i kamerami światła dziennego zawarte są w poniższej tabeli.
CIAS Sp. z o.o. rozpoczęła w bieżącym roku sprzedaż kamer termowizyjnych marki Vumii. Jest to jeden z niewielu producentów nie tylko kamer, ale też przetworników i obiektywów. Dzięki temu w naszej ofercie dostępne są kamery z przetwornikami chłodzonymi i niechłodzonymi o różnych rozdzielczościach, z obiektywami o szerokim zakresie ogniskowych (w tym o zmiennych ogniskowych typu ZOOM). W ofercie oprócz samych kamer termowizyjnych dostępne są również systemy złożone z kamer termowizyjnych i kamer światła dziennego na głowicach obrotowo-uchylnych.
Accuracii XRU
Poniżej podano podstawowe parametry techniczne dla oferowanych kamer stacjonarnych.
W ofercie Vumii znajdują się również kamery termowizyjne przeznaczone do współpracy ze smartfonami, kamery ręczne, systemy kamer termowizyjnych i kamer światła dziennego (w tym ciekawy, ze względu na wysoką czułość, model Accuracii XRU HD o NETD 30 mK) oraz kamery światła dziennego z oświetlaczami laserowymi i oświetlaczami LED o zasięgu do 800 m.
Therm-App
Zachęcamy do zapoznania się z pełną ofertą na stronie vumii.com.pl
W razie pytań prosimy o kontakt na adres: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
Artykuł firmy CIAS Sp. z o.o.
