Co oznaczają poszczególne parametry termowizorów. Czyli jakie urządzenie termowizyjne będzie lepsze?

Co oznaczają niektóre podawane przez producentów parametry

Producenci i sprzedawcy urządzeń termowizyjnych często posługują się pewnymi parametrami aby przybliżyć nam możliwości danego produktu. Myślę, że dla większości te dziwnie wyglądające parametry mogą niewiele mówić, dlatego aby przybliżyć co i jak podaję ich lakoniczne wyjaśnienia. Zostały zamieszczone w kolejności, którą uważam za najbardziej istotną dla jakości urządzenia.

Wyjaśnienie kilku najważniejszych pojęć:

Ogniskowa (średnica) i jasność obiektywu (światłosiła)

25, 35, 38, 50 to najczęściej spotykane ogniskowe, czy jak podają niektórzy producenci średnice obiektywów w urządzeniach termowizyjnych. Te ogniskowe w urządzeniach obserwacyjnych dają zazwyczaj powiększenie optyczne od około 1,5x do 3,5. Im większa ogniskowa, tym większy obiekt. Większa ogniskowa przy tej samej średnicy obiektywu wiąże się ze spadkiem jasności układu. Dlatego obiektywy o większej ogniskowej mają i większą średnicę. Stąd pewnie niektórzy producenci podają ten parametr jako średnica obiektywu. Dość oczywiste jest, że im więcej „światła” (w tym przypadku promieniowania) dotrze do oka (tutaj do sensora) tym lepiej. Za tą ilość światła odpowiada właśnie obiektyw ogniskowa i jego kolejne parametry średnica, a to daje jego śwaitłosiła (f). Większa ogniskowa pozwala zarejestrować obiekty znajdujące się dalej bo nawet śladowe ilości promieniowania po przejściu przez układ optyczny trafią na przetwornik. Oczywiście ma też tutaj znaczenie drugi parametr czyli światłosiła (f). Im mniejsza wartość f, tym „jaśniejszy” obiektyw (większa światłosiła). Termowizor z obiektywem 50 mm f/1,2 będzie lepszy od obiektywu 50 mm f/1,4 .

Rozdzielczość sensora

Najprościej wyjaśnić to analogicznie do matryc kamer filmowych i aparatów. Stare aparaty miały matryce o rozdzielczościach 640×480 px, a obraz przez nie rejestrowany nie powalał jakością. Potem pojawiały się kolejne standardy: HD, FullHD, 4K, 6K o rozdzielczości 6016×3384 px. Ilość pikseli wprost wpływa na ilość zarejestrowanych informacji. Należy jednak pamiętać, że wyświetlacze termowizorów obserwacyjnych są dość małe mają po kilka centymetrów, więc oko ludzkie i tak nie jest w stanie zobaczyć wszystkich szczegółów. Ale wyobraźmy sobie sytuację, że nasza kamera termowizyjna ma wyświetlacz o rozdzielczości 1280×960 (coś zbliżonego do HD), co przy tak małych rozmiarach i tak jest wystarczające. Na wyświetlaczu wyświetlamy obraz z sensora o rozdzielczości 640×480, czyli na 4 px wyświetlacza przypada 1 px sensora. Gdyby w urządzeniu użyć wyświetlacza o rozdzielczości 640×480 nie widzielibyśmy różnicy, ale skoro są już są produkowane lepsze wyświetlacze to po co montować w kamerach te gorsze. Na dodatek za wyświetlanie obrazu odpowiadają algorytmy, które konwertują obraz na większą rozdzielczość i to one w duże mierze odpowiadają za percepcję odbioru (kontrast, wyostrzaniem kolorystyka). Wyobraźmy sobie odwrotną sytuację, np. gdy na 1 px wyświetlacza przypada 4 px sensora – wtedy przy powiększaniu obrazu nie tylko widzimy coś większego, ale i zobaczymy więcej szczegółów. Im większa rodzielczość sensora tym jakość obrazu będzie bardziej szczegółowa, dokładna. Im więcej pikseli bierze udział w tworzeniu pojedynczego punktu tym jego wygląd będzie bardziej precyzyjny. Większość urządzeń ma sensory o rozdzielczości w okolicach 400×300 px, a te z wyższej półki 640×480 px i jest to naprawdę spora różnica w jakości.

17μm – rozmiar pixela

A dokładnie rozmiar elementu matrycy przetwornika. Im mniejszy rozmiar elementu tym bardziej reaguje na zmiany temperatury, a co za tym idzie i lepsze osiągi przetwornika. W chwili obecnej standardem jest 17 μm, ale są już urządzenia, które oferują przetworniki w technologi 14, a nawet 12 μm. Dodatkowo kiedy mniejszy rozmiar piksela połączymy z większym rozmiarem matrycy, to okaże się, że możemy uzyskać zdecydowanie lepszy obraz bo mniej promieniowania padnie na większą ilość elementów przetwornika. Dodatkowo mniejszy rozmiar elementu to mniejsza matryca, a więc przy tej samej ogniskowej obiektywu można uzyskać większe powiększenie. Daje to możliwość zastosowania mniejszej ogniskowej obiektywu, przy większym powiększeniu, a dalej lepszej jakości. Matryca 12 μm z obiektywem 25 mm, da porównywalną jakość jakość jak matryca 17 μm z obiektywem 35 mm.

Czułość termiczna NETD (MK)

Kontrast termalny – NETD – Noise Equivalent Temperature Difference, a parametr ten oznacza jaką minimalnie różnicę temperatur jest w stanie zarejestrować kamera termowizyjna. Wartość ta podawana jest w jednostkach MK – milikelviny. Po rozdzielczości optycznej jest to najbardziej istotny parametr kamer termowizyjnych od niego bowiem zależy jak dokładnie będziemy widzieć obiekty. Im mniejsza wartość szumu detektora, tym mniejsze różnice temperatur mogą być zarejestrowane. Wartość 100 MK jest już przyzwoita i pozwala na odróżnienie obiektu od tła. Większość dostępnych obecnie urządzeń ma ten parametr na poziomie 50, a nawet 35 MK – warto pamiętać, że im mniej tym lepiej. Im mniejsza wartość tym dokładniej będziemy widzieć np. sierść na zwierzynie, zachlapanie jej błotem, czy nawet oddech.

Rozdzielczość wyświetlacza i częstotliwość odświeżania

Większość urządzeń ma obecnie wyświetlacze zbliżone rozdzielczością do HD, czy FullHD, zwykłe TTF, lub OLED, i jak ma się do tego co podane było w opisie rozdzielczości sensora, które mają zdecydowanie niższe rozdzielczości – po co taka „rozpusta”. A odpowiedź jest prosta, prócz obrazu z przetwornika na naszym wyświetlaczu pojawiają się również inne rzeczy, np. czas, parametry, stan baterii, menu,… Im większa rozdzielczość tym lepiej będziemy widzieć te informacje. Na dodatek lepsze wyświetlacze mają większą częstotliwość odświeżania obrazu (Hz). Pamiętam jedno ze starszych urządzeń, w których wyświetlacz był dość kiepski, który odświeżał obraz z częstotliwością 30 Hz – tak słabą częstotliwość potrafi rejestrowa ludzkie oko, a objawia się ono wrażeniem, jakby obraz mrugał. Sprawa nie jest jednak tak prosta, wg badań oko ludzkie potrafi rejestrować obrazy z częstotliwością 200, a nawet 300 Hz, ale 24 Hz uważane jest za częstotliwość która pozwala odbierać obrazy płynnie. Stąd też większość kamer za standard stosuje 25 klatek na sekundę. Po co więc walczyć o te Hz. Mózg ludzki to bardzo dziwny narząd, który bardzo szybko się uczy. Każdy może zrobić taki eksperyment – wystarczy pooglądać obraz, na wyświetlaczu z częstotliwością odświeżania 50 Hz, a potem spojrzeć na wyświetlacz o niższej częstotliwości odświeżania, z dużym prawdopodobieństwem od razu zobaczymy efekt mrugania. Ja od lat pracuję z monitorami o częstotliwości powyżej 50 Hz, więc nic dziwnego, że 30 Hz powodowało u mnie dyskomfort. Obecnie uważa się że 70 Hz to częstotliwość, która nie powinna powodować zmęczenia wzroku – mózg ludzki jest dziwny, dziś te 70 nie powoduje, a co będzie za jakiś czas, kiedy to większość urządzeń będzie „mrugać” z taką właśnie częstotliwością. Dlatego mimo, że matryce nie oferują nam takich rozdzielczości to warto jednak wybierać urządzenia z lepszymi wyświetlaczami, a przynajmniej częstotliwością odświeżania od 50 Hz w górę. Nowe wyświetlacze OLED, AMOLED oferuję 90-120 Hz. Częstotliwości poniże 50 Hz może być dla nas uciążliwe, zwłaszcza kiedy prowadzimy długotrwałe obserwacje.

Co mówi parametr 7,5-14 μm

Termowizja, podobnie jak noktowizja działa w zakresie fal podczerwonych czyli od 0,7 do 1000 µm – jest to zakres fal między światłem widzialnym, a mikrofalowym. Część tych fal pochłania atmosfera, część fal (pasma nazywane NIR i SWIR) jest zbliżona do światła widzialnego i zachowują się podobnie, czyli najpierw musi wyć wyemitowane promieniowanie by te mogło odbić się od obiektu i dopiero to będzie mogło być zarejestrowane przez obiektyw urządzenie. To właśnie wykorzystują popularne noktowizory. Fale w zakresie 3–5 µm to tzw. bliska podczerwień (MWIR) ten zakres fal wykorzystują zaawansowane urządzenia, gdyż użyty przetwornik musi być chłodzony. W popularnych obecnie kamerach i celownikach termowizyjnych wykorzystywany jest zakres fal w przedziale 7–14 µm (LWIR). Podsumowując podawanie tego parametru nie ma większego sensu, a przynajmniej puki powszechnie w handlu nie pojawią się termowizory wyposażone w chłodzone przetworniki.

Oprogramowanie

W jakości odbioru obrazu ma znaczenie jeszcze jeden parametr, którego w żaden sposób nie można zmierzyć czy porównać, a chodzi o algorytmy przetwarzania obrazu. Okazuje się bowiem, że są urządzenia, które mimo gorszych parametrów lepiej wyświetlają obraz. Bo ich algorytmy lepiej interpretują to co otrzymują z podzespołów.

Tak naprawdę determinujące są dwa elementy: obiektyw i rozdzielczość przetwornika, przy czym nie jestem w stanie powiedzieć, czy lepszy będzie termowizor z obiektywem 50 i matrycą 400×300 px, czy może jednak taki z obiektywem 42 i przetwornikiem 640×480 px. Dłuższa ogniskowa daje większe powiększenie lepszą detekcję z większej odległości, a większa matryca pozwala zarejestrować więcej szczegółów. Pamiętać też trzeba o wielkości elementu matrycy, bo im ten mniejszy tym teoretycznie gorszy obiektyw da nam te same możliwości – bo jego ogniskowa się „wydłuży”.

Leave a Reply

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.