Тепловизоры: мифы и легенды

Ночная оптика

Сообщение 05 фев 2017, 21:06.

Открываю новую тему, в которой постараюсь собрать все то, что размазано по другим темам.
Буду отвечать на все вопросы всем интересующимся.
Ссылки на ответы буду помещать в шапку, чтобы не терялись.
Т.е. тема в стиле FAQ, но немного более специализированная.
Продолжу немного погодя, ибо не все картинки подготовить успел, а за базар отвечать надобно.
Хочу разъяснить прежде всего те вещи, по которым пояснения "профессионалов" уводят в обратную сторону.
Это следующее:
1. NETD и чувствительность болометров
2. Оптика тепловизоров - мифы и реальность
3. Параметры этой оптики - мифы и реальность
Пока это. Дальше по вопросам.
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре


Сообщение 05 фев 2017, 21:09

Вот наконец-то будет какая то ясность. Можно с первого пункта и хотелось бы понять как это влияет на дальность обнаружения и зависит ли от размера пикселя и их кол-ва?
ягд
Прапорщик
Прапорщик
Сообщения: 2462
Зарегистрирован:
20 сен 2008, 22:47.

Сообщение 05 фев 2017, 21:20

.
AlexxxGT
Старший унтер-офицер
Старший унтер-офицер
Сообщения: 463
Зарегистрирован:
02 ноя 2011, 12:34.

Сообщение 05 фев 2017, 21:54

Еще пожалуйста размер пиксела и его влияние
shmarkovsky
Сообщения: 39
Зарегистрирован:
29 окт 2013, 14:57.

Сообщение 05 фев 2017, 22:25

Может, пока не поздно, в названии темы "мифы и легенды" заменить на "мифы и реальность", а то можно подумать, что речь пойдет лишь про заблуждения?
С Уважением.
GTS 12
Подпрапорщик
Подпрапорщик
Сообщения: 1108
Зарегистрирован:
20 окт 2010, 16:04.

Сообщение 05 фев 2017, 22:37

Еще пожалуйста размер пиксела и его влияние

В рамках форума - это ИМХО не реально.
Есть вопросы на которые может ответить только производитель сенсора: реальный размер приемника пикселя и его обвязки, физические хар-ки самого приемника, максимально возможные отклонения коэффициентов смещения и усиления и т.д.
Здесь мы можем говорить о геометрии - чем меньше пиксель, тем меньшего линейного размера можно сделать сенсор, и следовательно получить нужное оптическое увеличение при меньшем фокусе оптики, а следовательно, при равном относительном отверстии - сэкономить на ее наружном диаметре (германиевая оптика не дешевая)...
А вот чем пиксель 17 лучше или хуже пикселя 25 на "низком" уровне - знает только его производитель, в открытых источниках информации по этому поводу минимум...
Leser
Подпоручик
Подпоручик
Сообщения: 3057
Зарегистрирован:
17 апр 2006, 14:25.

Сообщение 05 фев 2017, 22:41

Изначально написано GTS 12:
[B]Может, пока не поздно, в названии темы "мифы и легенды" заменить на "мифы и реальность", а то можно подумать, что речь пойдет лишь про заблуждения?
С Уважением.

Не мне кажется так правильнее будет. Именно легенды. Потому что когда количество мифов зашкаливает то становиться легендой и к реальности относиться весьма опосредованно.
ягд
Прапорщик
Прапорщик
Сообщения: 2462
Зарегистрирован:
20 сен 2008, 22:47.

Сообщение 05 фев 2017, 22:47

Изначально написано Leser:
[B]
Здесь мы можем говорить о геометрии - чем меньше пиксель, тем меньшего линейного размера можно сделать сенсор, и следовательно получить нужное оптическое увеличение при меньшем фокусе оптики...

Вот. А какое оно это нужное оптическое увеличение? И почему часто фокусное и диаметр равны? Казалось сделай короткофокусный объектив и угол поля увеличиться. А то как замочная скважина. Вообщем море вопросов?
ягд
Прапорщик
Прапорщик
Сообщения: 2462
Зарегистрирован:
20 сен 2008, 22:47.

Сообщение 05 фев 2017, 22:51

Не мне кажется так правильнее будет. Именно легенды. Потому что когда количество мифов зашкаливает то становиться легендой и к реальности относиться весьма опосредованно.

Правильно.
Только Создать еще тему - где только реально подтвержденные факты.
Будет полный комплект. Тем более в каком то случае необходимо именно теоретическое обоснование, и в другом случае чистая практика без всяких объяснений.
Ну иногда и то и другое вместе.
------------------
С ув.
Alexey_K88
Зауряд-прапорщик
Зауряд-прапорщик
Сообщения: 1318
Зарегистрирован:
15 ноя 2011, 17:32.

Сообщение 05 фев 2017, 22:52

В рамках форума - это ИМХО не реально.

Конечно речь не о внутренностях сенсора. Если есть что сказать то почему же и нет. Особенно в связке 12 мкм и особенности оптики под нее.
shmarkovsky
Сообщения: 39
Зарегистрирован:
29 окт 2013, 14:57.

Сообщение 06 фев 2017, 03:13

Хорошая тема. Название - в точку! :)
С интересом буду читать и изучать. Спасибо, Евгений, за просвещение...
Alex.A
Поручик
Поручик
Сообщения: 6818
Зарегистрирован:
01 окт 2009, 00:20
Откуда: Москва

Сообщение 06 фев 2017, 07:22

Начнем, помолясь.
Первым пунктом наших бесед будет небольшое пояснение по СЕРДЦУ тепловизионных приборов.
Это сердце называется СЕНСОР или микроболометрическая матрица (uBolometer в аглицком варианте)
Несколько картинок:
На этой представлено общее строение элементов матрицы
Изображение
А на этой - обозначение частей чувствительного элемента.
Изображение
Я не буду давать ссылки на источники - это муторно и никто читать не будет.
Картинки и описание выловлены в сети из очень разных источников.
Там много формул и умных слов, а это будет скучно.
Матрица сенсора состоит из элементов - микроболометров (на фотке обозначен как Absorber)
Работает это следующим образом:
Электромагнитные волны "теплового" диапазона попадают на абсорбер.
Абсорбер в соответствии со своим названием эти волны поглощает и, как это ни странно, ГРЕЕТСЯ от этого :)
Мостик абсорбера висит в вакууме - между ним и подложкой из кремния нет ничего.
Это дает дополнительные возможности - если волны проходят насквозь и не поглощаются, то они отражаются от подложки и попадают обратно на абсорбер.
Соответственно, для поглощения этих волн применяют специальные материалы.
Наиболее известные на сегодня - оксид ванадия (VOx) и аморфный кремний (aSi).
Разница между ними есть и немалая.
VOx обладает лучшими свойствами для применения в носимых приборах,
aSi выигрывает в скоростных камерах (более 50 кадров в секунду).
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

Сообщение 06 фев 2017, 13:01

А какое оно это нужное оптическое увеличение?

Это кому как, кому - поле, кому - дальность...
И почему часто фокусное и диаметр равны?

Их отношение называется "относительное отверстие", грубо - чем ближе к единице, тем, как правило, лучше... :)
Казалось сделай короткофокусный объектив и угол поля увеличиться

Так и есть, и соответственно уменьшится дальность обнаружения, при прочих равных...
Leser
Подпоручик
Подпоручик
Сообщения: 3057
Зарегистрирован:
17 апр 2006, 14:25.

Сообщение 06 фев 2017, 14:41

А как происходит снятие информации с каждого пикселя?
Если предположить что их в ряду 384 это не значит что там 384 проводника.
Я правильно понимаю.
ягд
Прапорщик
Прапорщик
Сообщения: 2462
Зарегистрирован:
20 сен 2008, 22:47.

Сообщение 06 фев 2017, 14:51

Вопрос для меня сложный - я так и не усвоил этих элементарных для любого электронщика вещей.
Знаю только, что съем информации попиксельный, через "усы" мостиков.
Сама информация - изменение сопротивления в цепи болометра за счет нагрева.
Меняется сопротивление - меняется ток в цепи - идет информация (в аналоге).
Кста, в этом и есть преимущество оксида ванадия - он имеет намного меньшее удельное сопротивление, чем кремний.
Поэтому картинка более контрастная изначально.
Удельное оксида ванадия 100кОм, кремния - 30 МОм
Данные из статей ФЛИРа
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

Сообщение 06 фев 2017, 16:17

как это ни странно, ГРЕЕТСЯ от этого

Т.е. все таки греется... :)
Leser
Подпоручик
Подпоручик
Сообщения: 3057
Зарегистрирован:
17 апр 2006, 14:25.

Сообщение 06 фев 2017, 16:33

Если предположить что их в ряду 384 это не значит что там 384 проводника.

Каждый приемник (пиксель) связан с системой считывания своим каналом (двумя ножками из спец. сплавов).
Вот здесь достаточно кратко и понятно описан принцип обработки сигналов с сенсора:
http://xreferat.com/38/788-1-m...zualizacii.html
Само внутреннее устройство сенсора подробно описано тут:
http://msd.com.ua/infrakrasnye...ikrobolometrov/
так же здесь затрагивается вопрос размера единичного приемника, фундаментальную зависимость "меньше площадь приемника - хуже отношение сигнал/шум" никто обойти не сможет, но принимаются эффективные конструктивные меры для снижения влияния уменьшения размера приемника. Эти меры были эффективны при переходе от пикселей 50 мкм. к 25 мкм., как это вопрос решается при переходе от 25 к 12 пока сказать не могу, но думаю что решения есть...
Leser
Подпоручик
Подпоручик
Сообщения: 3057
Зарегистрирован:
17 апр 2006, 14:25.

Сообщение 06 фев 2017, 19:17

при переходе от пикселей 50 мкм. к 25 мкм.,
при переходе от 25 к 12

Если будет все нормально при переходе к более мелким пикселям - то это даст возможность при таком же размере матрицы увеличить ее разрешение.
Только учитывая опыт из фотографии - бОльшая по размеру матрица будет иметь преимущество (должна иметь :))
Alexey_K88
Зауряд-прапорщик
Зауряд-прапорщик
Сообщения: 1318
Зарегистрирован:
15 ноя 2011, 17:32.

Сообщение 06 фев 2017, 19:47

Leser писал(а):как это вопрос решается при переходе от 25 к 12 пока сказать не могу, но думаю что решения есть...
Написал подробный пост в ответ на "нагревание", но ГАНЗа его просто съела.
По поводу измельчения пикселей - ответ на поверхности.
И никто никаких решений искать просто не будет - It's just business :D :D
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

Сообщение 06 фев 2017, 20:18

ВАУ как интересно. Спасибо. Очень нужная тема. Прочитал не все понял но перечитаю еще.
ягд
Прапорщик
Прапорщик
Сообщения: 2462
Зарегистрирован:
20 сен 2008, 22:47.

Сообщение 06 фев 2017, 22:11

И никто никаких решений искать просто не будет - It's just business

Сигнал уменьшается, но резервов по уменьшению шумов там еще вполне достаточно, "забить" - вариантов нет, эффективность снизиться очень существенно...
По поводу NETD - понятие по факту больше теоритическое, на практике более интересен MRTD.
Leser
Подпоручик
Подпоручик
Сообщения: 3057
Зарегистрирован:
17 апр 2006, 14:25.

Сообщение 07 фев 2017, 00:38

Очень доходчиво

NETD

Эквивалентная шуму разница температур.
Определяется многократными последовательными считываниями сигналов с определенного участка сенсора при просмотре черного тела постоянной температуры, показания, не смотря на постоянную Т, в силу определенных причин всегда будут разными, разницу усредняют и приводят к температуре в mK.
Параметр показывает как бы "одинаковость" характеристик отдельных приемников относительно друг-друга и постоянство хар-к отдельных приемников, а то что он выражен в размерности температуры а не например сопротивления, может вводить неискушенных пользователей в заблуждения касательно разрешаемой сенсором разницы температур, на которую указывает другой параметр.
Так же NTED может вычисляться по формулам (теоритически):
https://books.google.ru/books?...XMC5oKHQPaAkQQ6 AEITzAH#v=onepage&q=NETD&f=false
MRTD

Минимально разрешаемая разница температур.
Определяется просмотром определенных мишеней на фоне черного тела известной температуры, температуру этих мишеней постепенно изменяют до того момента, пока мишень не станет различима на фоне черного тела, опыт так же проделывается многократно с различными мишенями. Это и будет разница температур которую способен уловить сенсор (в лабораторных условиях).
Параметр влияет на выделение (обнаружение) объектов.
Описание одной из методик измерения этих параметров (кому интересно):
http://www.ndt.net/article/ecndt2006/doc/Tu.4.6.4.pdf
Тут лабораторные значения для неохлаждаемых сенсоров получаются порядка 0.2-0.4 гр. С
MRTD современных сенсоров я в открытых источниках пока не нашел...
Вроде понятно написал... :)
Leser
Подпоручик
Подпоручик
Сообщения: 3057
Зарегистрирован:
17 апр 2006, 14:25.

Сообщение 07 фев 2017, 07:35

Leser писал(а):Т.е. все таки греется...
Вторая попытка ответить на данный пост.
Да, греется.
В этом есть особенность материалов, используемых в неохлаждаемых микроболометрах.
Основных, БАЗОВЫХ, всего 2:
VOx - оксид ванадия, удельное сопротивление (сравнительное) 100 кОм
aSi - аморфный кремний, 30 МОм
Как видно из характеристик, оксид ванадия предпочтительнее, т.к. допускает бОльшие токи и все последствия этого.
Картинка более контрастная, чувствительность выше.
Применяется американскими фирмами и израильской SCD.
Данная технология имеет ограниченное распространение из-за патента, принадлежащего Honeywell.
Но патент распространяется не на материал, а на технологию изготовления матриц.
Как я понял из публикаций, это архитектура MEMS.
А сама технология изготовления называется micromashining - химическое фрезерование пленки после разварки на контакты.
В пику Хонейвелл в НПО "Ангстрем" работают над другой технологией изготовления этой пленки - называется Золь-гель.
Описание есть в сети, первые матрицы изготовлены уже давно.
Но есть проблема - нестабильность выхода по характеристикам. Пожелаем им удачи :)
aSi - это основной материал ULIS (Франция).
Также применяется турками (Microtasarim) и американской L3 (по данным аналитиков из YOLE Development).
Это технология на базе КМОП, более дешевая, но имеющая свои недостатки по чувствительности.
Азиатами ведутся работы по освоению новых материалов.
Корейцы (i3system) уже выпускают на основе оксида титана, а китайцы вовсю работают над простым алюминием.
На этом вводная часть заканчивается и переходим непосредственно к мифам и легендам.
Хочу сразу предупредить - многое будет противоречить вашим представлениям,
которые составлены на основе данных из других "поучительных" тем на этом форуме.
Некоторые представления будут просто перевернуты :D :D
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

Сообщение 07 фев 2017, 08:03

...вложу в странички закладку)...
hunter_308
Подпрапорщик
Подпрапорщик
Сообщения: 934
Зарегистрирован:
02 сен 2010, 17:17.

Сообщение 07 фев 2017, 08:05

Итак МИФ ПЕРВЫЙ
Коснемся темы размера пикселя матрицы.
Точнее (так как уже в курсе конструкции) ШАГА пикселей.
Миф звучит следующим образом:
Чем меньше шаг пикселя, тем выше четкость изображения, круче матрица и самые передовые 12.5 мкм идут ТОЛЬКО в военку и крайне секретны.
Ну, сразу признаюсь, что в уверениях о повышении четкости что-то есть...
Но это не совсем соответствует действительности, ибо работает ТОЛЬКО в совокупе с оптикой и последующей обработкой.
Т.е. просто поменяв матрицу с 25-м пикселем на 17-й можно получить обратный эффект.
1. Общепринятый, хоть и оспариваемый, факт заключается в том, что РЕАЛЬНАЯ чувствительность приемника напрямую завязана на его площадь.
2. Пропорциональное нарастание шумов - неправда, ибо из 6 основных шумов с площадью сенсора связаны всего, ИМХО, 2.
3. Относительное отверстие большинства применяемых объективов, а так-же их качество сводят на "нет" всю возможную "пикселизацию"
Возникает резонный вопрос - а что, производители сенсоров полные дураки, если идут в ОБРАТНУЮ сторону?
Ответ, ИМХО, скрыт в технологии изготовления матриц - не зря я ее коротенько описал выше.
Ибо основная цена производства падает на площадь ваффера.
Так-же и патентные выплаты.
И если из одной "вафли" нарезать в 2 раза больше сенсоров (просто уменьшив площадь элемента вдвое), то получится весьма и весьма.
Для примера:
Стоимость Микро 80 от УЛИСа с пикселем 34 микрона составляет (грубо) 60 ЕВРО вместе с линзой.
Стоимость Pico 160, имеющего даже меньшую площадь из-за пикселя 17мкм, составляет 300 ЕВРО
При этом основные затраты (а в случае такой операции с оксидом ванадия и выплаты по лицензии) будут практически одинаковыми.
Это ОЧЕНЬ грубо и является моими выводами после перелопачивания кучи статей по теме.
Так что возражения (с фактами и указанием источника) только приветствуются :D :D
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

Сообщение 07 фев 2017, 08:50

Очень познавательно, а можно рассуждать как-то в рамках того, что в итоге мы видим в окуляре прибора...
К примеру, как я понял опять же, меньший шаг пикселя дает нам меньший физ размер матрицы и соответственно более растянутое изображение и в итоге прирост кратности и сама картинка, тем не менее, детальнее не становиться, так? И еще вопрос, - взяв одинаковые приборы, но один на 17мкм другой на 25, при равных опт хар-ах мы получим на одном кратность 2, к примеру, на другом 3,7 но вот если на том что на 25 мкм оптикой вытянуть кратность 3,7 как на 17 мкм, картинки схожие будут или какие-то отличия мы увидим???
kartmaxxx
Подпрапорщик
Подпрапорщик
Сообщения: 1158
Зарегистрирован:
21 ноя 2013, 18:05.

Сообщение 07 фев 2017, 09:06

kartmaxxx писал(а):а можно рассуждать как-то в рамках того, что в итоге мы видим в окуляре прибора...
На тему того, что и кто видит в окуляр прибора, на форуме тем много-много.
И вывод из этих тем только один - каждый видит что-то свое и чаще всего то, что очень хочет увидеть.
Я стараюсь донести до вас "кухню" этих приборов.
На вопросы ФИНАЛЬНОГО плана - "так какой тепловизор лучче????" - я ответить не смогу.
Прочитав эту тему (когда до конца допишу), вы сможете сами постараться увидеть то, что я тут описываю.
По вашему вопросу - вы ПРАВЫ, ваш глаз в окуляре видит картинку с разрешением ДИСПЛЕЯ.
И перед выводом на дисплей картинка "улучшается" путем искажения исходной.
Степень "улучшения" зависит от полета фантазии "улучшателя" - программера.
Так что в финале (как и в "мыльничной" фотографии) вы видите то, что производитель решил вам показать.
Я-же хочу провести вас по всему пути и постараться пояснить, что-же вообще можно увидеть в эти приборы.
Есть еще один немаловажный момент - ваш глаз видит в ЛОГАРИФМЕ.
Если грубо, то для улучшения ВИДИМЫХ ГЛАЗУ параметров системы вдвое, эти параметры ФИЗИЧЕСКИ должны быть улучшены в 10(!!!) раз.
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

Сообщение 07 фев 2017, 10:30

Чем меньше шаг пикселя

уменьшив площадь элемента вдвое

Все таки о чем идет речь в данном случае?
О шаге пикселя - расстоянии между их центрами или краями.
Или о размере диагонали площадки (от которой зависит площадь), которую пиксель занимает на матрице?
Leser
Подпоручик
Подпоручик
Сообщения: 3057
Зарегистрирован:
17 апр 2006, 14:25.

Сообщение 07 фев 2017, 10:39

МИФ ВТОРОЙ
Тема чувствительность матрицы или NETD.
Чем меньше значение NETD, тем лучшую картинку показывает прибор.
Параметр показывает разницу температур объекта, которую улавливает сенсор

NETD - Noice Equivalent Temperature Difference. В переводе - разница температуры, эквивалентная шуму.
Мой коллега выше немного описал что это такое.
Попробую попроще и доходчивее:
Всем известно, что любые электронные устройства порождают помимо полезного сигнала кучу паразитных.
Вся совокупность этих ненужных сигнальчиков называется шумами.
У тепловизионной матрицы 3 типа шумов.
На языке оригинала эти группы звучат так:
1. Photon Noise - шум, порождаемый непосредственно сигналом
2. Detector-Generated Noise - шум, порождаемый детектором сигнала
3. Post detector Electronic Noise - шум, порождаемый последующей обработкой сигнала.
Рассматривать их отдельно скучная и долгая процедура.
Поэтому даже для тех, кто измеряет эти шумы, был выведен суммарный параметр, названный NETD.
Т.е. это сумма всех шумов, приведенная к понятному параметру - некоей разнице температур.
Для более точного понимания этого параметра опишу метод его измерения.
1. Матричный приемник (сенсор) с обвязкой соединяется с входной оптикой с относительным 1:1
2. При помощи полученной камеры делаются снимки поверхности имитатора Абсолютно Черного Тела (АЧТ) с постоянной температурой.
3. Из 40 последовательных снимков делается выборка по квадратам 100Х100 пикселей из одной зоны.
4. Сравнивается отображаемая температура этой зоны на 40 разных снимках и ее отклонение фиксируется как NETD.
Т.е. НИКАКОГО отношения к реально видимой разнице температур этот параметр не имеет.
Реальным параметром, улавливающим разницу температур зон/объектов является параметр MRTD - Minimum Resolvable Temperature Difference, минимальная РАЗРЕШИМАЯ разница температур.
Параметр в документации не указывается, ибо полезной информации не несет.
На деле он колеблется между значениями 0,5...1 градус или 500...1000 мК,
что на порядок отличается от NETD, который обычно берут за основу.
Вот такой вот миф :D :D
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

Сообщение 07 фев 2017, 10:42

Leser писал(а):Или о размере диагонали площадки (от которой зависит площадь), которую пиксель занимает на матрице?
Именно о ней - площади непосредственно приемника.
Но так как архитектура MEMS-матрицы практически одинаковая, то размеры приемников будут пропорциональны ШАГУ пикселей и могут использоваться для сравнивания.
Аватара пользователя
yevogre
Капитан
Капитан
Сообщения: 11027
Зарегистрирован:
17 сен 2010, 15:02
Откуда: Огре

След.

Вернуться в Ночная оптика

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2

x

x