Поле зрения тепловизора, или с какого расстояния можно увидеть кабана с помощью тепловизора

Достаточно часто наши клиенты спрашивают про расстояния, на которых работает тепловизор. Кто-то интересуется, подойдет ли конкретная модель тепловизора для проведения тепловизионного обследования зданий. Для охотников важно, с какого расстояния можно будет увидеть кабана или лося. Ответ на эти вопросы будет зависеть от двух основных параметров тепловизоров: это размер чувствительного детектора (матрицы) тепловизора и параметров объектива FOV (Поле зрения). Так же будет иметь значение и сам размер объекта измерения.

Для удобства на нашем сайте можно воспользоваться специальной программой калькулятором:
http://www.thermoview.ru/articles/fov/

Для более глубокого понимания предлагаем познакомиться с теорией вопроса.
На рис. 1 представлен вид поля зрения тепловизора.
Дадим определения основным параметрам:

• FOV (Field of view) - Поле зрения тепловизора. Встречаются и другие определения этого параметра, такие как угол обзора, угол зрения, угол визирования, угловое пространство. Это параметр объектива тепловизора, описывающий размеры пространства при снимке объекта. Чаще всего  измеряется в градусах. Используется простая геометрия для расчета основных параметров поля зрения. Чем меньше угол поля зрения, тем можно дальше отойти от объекта, не потеряв при этом в качестве снимка.
• D1, D2, D3 - Расстояние от тепловизора до объекта измерения, единицы измерения мм.
• X1, X2, X3 - Ширина обзора по горизонтали, единицы измерения м.
• Y1, Y2, Y3 - Ширина обзора по вертикали, единицы измерения м.
• S1, S2, S3 - Минимальный размер объекта "видимый" на заданном расстоянии, единицы измерения квадратный сантиметр.
• iFov (Instantaneous Field of View) - Пространственное разрешение или мгновенный угол поля зрения, измеряется в мрадиан. iFov – Это угол поля зрения, который приходится на один пиксель. Его легко посчитать, зная FOV и количество пикселей детектора, разделив угол поля зрения по одной из осей на соответствующее кол-во пикселей и переведя значения в милирадианы. Данное значение используется для удобного и быстрого расчета значения S1, S2, S3 (iFov помножив на расстояние до объекта в метрах получим значение S в квадратных мм).

Рис. 1. К определению поля зрения тепловизоров.

Для корректного измерения температуры объекта необходимо, что бы он полностью «попадал» в пиксель см. Рис.2.

Корректно                                          Не корректно                                    Не корректно
Рис. 2. Корректное измерение температуры объекта.

Физически изображение объекта проецируется на детекторе, при этом, чем дальше тепловизор находится от объекта, тем больше «размыто» изображение.

Поэтому чем больше будет в детекторе пикселей, тем более четкое изображение мы будем получать. Иногда (Если тепловизор уже существует) его стандартное поле зрения можно изменить. Для этого применяют телеобъектив. У таких объективов угол поле зрения меньше стандартного и они как бы приближают объект к тепловизору. В некоторых объективах тепловизорах используются особая конструкция линз, которая обеспечивает более широкое поле зрения. Эти объективы называются широкоугольными и обозначаются WA (wide-angle). Такие объективы находят применение, когда нет возможности отойти на достаточное расстояние, чтобы охватить объект изменения.

Теперь приведем пример расчета: Определим, с какого расстояния будет виден кабан тепловизором IRISYS IRI 4010. Параметры этого тепловизора: детектор 160х120 пикселей и поле зрение объектива 20х15 градусов. Вводим эти параметры в программу http://www.thermoview.ru/articles/fov/. Далее методом подбора находим расстояние, при котором минимальный размер объекта S, не будет превышать 50 квадратных сантиметров (это приблизительный размер кабана). Результат расчета дает, что ~ с 250000 мм = 250 метров (Программа рассчитывает при вводе расстояния в мм!) кабан будет различим на экране тепловизора. Если принять, что лось размером ~ 1 метр квадратный – то он будет виден с расстояния 500 м.

Касательно зданий и сооружений, а так же дымовых труб, можно сказать, что тут все будет зависеть от размера дефекта и растечек тепла. Так если рассматривать шов в панельном доме – за минимальный размер объекта S можно взять 8 квадратных см (с учетом растечки тепла). Получим, что расстояния, с которых можно снимать данную проблему - 35-40 метров, что соответствует 5-7 этажному дому.    

Следуя данному расчету можно подобрать «нужный» тепловизор, оперируя двумя параметрами.
Таким образом, чтобы работать на более больших расстояниях, необходимо брать тепловизор с большей матрицей либо использовать приближающий объектив (телеобъектив).

P.S. Заметим, что большинство представленных на рынке тепловизоров используют усреднение при измерении температуры. Т.е. если Вы хотите использовать тепловизор для точного измерения температуры, то надо учитывать, что у большинства, для расчета температуры в одном пикселе берется усредненное значение на основе соседних пикселей (обычно кубик 3х3 пикселя). Таким образом, надо полученное значение S1, S2, S3 умножить на 3, при этом "Видимым" объект будет на расстоянии S1, S2, S3.

Автор: alexmj