Назначение тепловизора и принцип работы устройства

Назначение тепловизора и принцип работы устройства

Тепловизионные технологии обследования приобретают все большую популярность и уже практически вытеснили традиционные способы поиска утечки тепла и воды, выявления дефектов в электрооборудовании, оценки состояния зданий и сооружений. Это объясняется высокой точностью результата, минимальными затратами времени и безопасностью процедуры. В этой статье мы рассмотрим, как работает тепловизор, в каких случаях чаще всего применяется обследование и какими преимуществами обладает тепловизионная проверка.

Эта технология появилась в конце 20 века и была основана на использовании электронно-вакуумных датчиков. Около двадцати лет стали выпускать приборы, предназначенные для гражданского и промышленного использования. Ассортимент современных тепловизоров достаточно широкий и включает модели для дома и профессионального использования, которые отличаются конструкцией, назначением и функциональными возможностями.

Что нужно знать про выявление больных людей с помощью тепловизора?

В связи с распространением в мире коронавирусной инфекции сегодня возник спрос на экспресс методы определения потенциальных больных людей в пассажиропотоке на вокзалах, аэропортах, в метро и других местах. Это непростая задача, поскольку:

  1. Необходим одновременный контроль большого количества людей.
  2. Необходимо быстрое выявление в массе пассажиров людей с повышенной температурой.

Лучше всего с этой задачей справится тепловизор, но использование тепловизора без понимания принципа его работы может привести к ложным результатам по измерению температуры.

Параметры, влияющие результат, делятся на внутренние и внешние:

  • Выставленный коэффициент излучения.

Человеческая кожа по своим свойствам близка к черному телу. Значение коэффициента излучения в общем следует принимать 0,97. Это важно, поскольку изменение этого параметра на 1% (0,01) влечет за собой изменение показаний на 1 градус цельсия, что в свою очередь является критерием выборки. В отдельных случаях коэффициент излучения может принимать значения в более широких пределах до 0,8, что связано по большей части с использованием косметики, результат будет виден как пониженная температура по сравнению с остальными пассажирами.

  • Выставленная температура фона. Поскольку фоновая температура создает отраженное излучение, выставление ее точного значения влияет на точность результата измерений.
  • Выставленная температуры изотермы. Изотерма — это инструмент, который позволяет определить повышение температуры выше определенного порога с помощью цветовыделения областей с температурой выше указанной. Для больного человека характерна повышенная температура, обычно это значение определяется как температура выше 37 градусов.
  • посторонние источники тепла в обследуемой области. Тепловые пушки, обогреватели и некоторые виды ламп освещения будут создавать тепловое пятно, тем самым отводя внимание от потенциально заболевших людей. В связи с этим следует убедиться в отсутствии объектов с повышенной температурой в обследуемой области
  • Наличие растительности на лице. Волосы рассеивают тепло, создавая трудности в измерении температуры.
  • Расстояние до объекта. Расстояние до объекта влияет на минимальную площадь поверхности, на которой измеряется температура. Это следует учитывать при выборе расстояния, на котором будет измеряться температура.

Например, тепловизором TIX580 со стандартным объективом может достоверно померять температуру в области 2 на 2 см на расстоянии 21,3 метра. Вычислить дистанцию измерения температуры можно с помощью специального калькулятора.

Сферы применения тепловизоров в быту и на производстве

Подобный прибор действительно уникален. Обследование дома тепловизором даст конкретную картину проблемных мест, где есть утечки. Это позволит утеплить именно те места, где это необходимо, что убережет от лишних, ненужных расходов. Удобны тепловизоры и при обследовании домашней электрической сети – все некачественно выполненные контакты будут как на ладони, ведь их температура значительно выше. Перегруженные провода также греются, а значит, прибор поможет выявить и их.

Широко применяется устройство в оборонной промышленности. С его помощью работают системы наведения залпового огня, авиационные и ракетные прицельные комплексы. В последнее время тепловизоры стали применять и в прицелах ручного стрелкового оружия.

Большую пользу приносит прибор в поисковых операциях, когда необходимо найти людей под завалами. Для пожарных он также не будет бесполезен – с его помощью можно найти оставшиеся под слоем пепла или бревнами очаги и предотвратить повторное возгорание. Медицина, промышленность, автомобилестроение и даже астрономия – тепловизор находит применение в любой области.

Чем тепловизор отличается от ночного зрения

Технически, тепловидение может быть формой ночного зрения, и иногда используется для этих целей. Но, если ваша цель видеть в темноте, следует использовать немного другой прибор.

В полицейских вертолетах, например, тепловое ночное видение отлично оптимизировано для выделения человека из остальной окружающей среды. Это не только облегчает обнаружение подозреваемых в темноте, но даже среди бела дня легче найти кого-то, кто, возможно, попытается скрыться в окружающей растительности.

Однако, большинство термальных камер полагаются на более длинные волны инфракрасного излучения, тогда как типичная камера ночного видения захватывает более короткие волны инфракрасного излучения, что делает её более дешевой в изготовлении.

Как работает тепловизор

Тепловизор – это измерительный прибор, который работает по принципу определения теплового излучения объекта наблюдения. Так, объект, который попадает под наблюдение, и фон, на котором находится тот самый объект наблюдения, создают контрастную картину температурного фона.

Суть работы тепловизора заключается в том, что он отображает невидимый человеческому глазу тепловой фон ИК-излучения. Например, применяя тепловизор в охоте, вы можете рассчитывать на то, что тепловой фон животного будет отражен на «охлажденном фоне» окружающей среды. Таким образом вы сможете увидеть до малейших подробностей силуэт животного, что позволит совершить максимально точный выстрел.

Охотники стали широко использовать тепловизоры для ночной охоты

Полезные дополнения

Возможность калибровки. Эта функция помогает (в автоматическом или ручном режиме) устранить помехи и шумы, которые появляются вследствие неизбежного нагрева теплового сенсора в процессе работы.

Встроенный дальномер. Данная опция дает возможность точнее «читать» тепловую картинку, на которой привычные для человеческого глаза ориентиры не видны.

Передача данных/запись.Детально, разбирая в спокойной обстановке записанные видеоролики, можно качественно проанализировать свои действия или действия партнёров. Имея интересные динамичные кадры с охоты, вам всегда будет, что показать друзьям или чем дополнить домашний архив.

Сменная палитра. В данном случае мы можем выбрать более подходящий вариант отображения цветов в зависимости от условий использования прибора и личных предпочтений.

Эргономика и защищенность. При пешей охоте тепловизор должен быть как можно легче и компактнее. Прибор, используемый для выслеживания добычи, должен быть хорошо защищен от влаги и от механических повреждений. Поэтому для охотника автономные тепловизоры-моноблоки Seek Thermal Reveal при схожих технических характеристиках будут, однозначно, предпочтительнее устройств линейки Seek Thermal Compact (которые нужно подключать к смартфону).

Ручные тепловизоры начального уровня стоят от 22,5 до 40 тысяч рублей, но при должном обращении способны подарить нам настоящее удовольствие от охоты. Это функциональные и надежные, по-настоящему универсальные помощники, которые также могут пригодиться в охране, в медицине, на производстве и в строительстве.

Использование тепловизоров для измерения температуры человека

Использование тепловизионных систем, начавшееся ещё в шестидесятых годах прошлого века, позволило ученным визуализировать и углубленно изучить все виды тепловых процессов, в том числе тепловые процессы, проходящие в теле человека, что, в свою очередь, открыло для медицины новый способ диагностики различных заболеваний – инфракрасную термографию (ИКТ). На сегодняшний день методы ИКТ широко используются в травматологии, диагностике диабета, сосудистых, онкологических, а также многих других видов заболеваний. В настоящее время всё больший интерес привлекает к себе использование тепловизионной техники для мониторинга распространения вирусных инфекций, путём выявления индивидуумов с повышенной температурой тела в общественных местах, или местах с высокой проходимостью людей, таких как общественный транспорт, метро, проходные предприятий, кассовые зоны магазинов и т.д.

Читайте также  Из чего делают резину

Решением, для успешного выполнения вышестоящей задачи, может стать специальный тепловизионный комплекс, состоящий из нескольких элементов, обладающий следующими характеристиками:

  • Высокая точность измерения – до ±3 °С;
  • Минимальная разрешающая способность от 384х288 точек;
  • Малые габариты конечного изделия;
  • Простота использования ПО для оператора;
  • Использование системы распознавания лиц;
  • Правильно подобранная оптическая система, обладающая широким углом обзора.

Данные характеристики обуславливаются следующими фактами практического использования тепловизоров:

Точность измерения

Тепловизионные системы, не обладающие точностью ±0.3 °С, не способны обеспечить достаточную точность выявления потенциального больного, так как разница температур между человеком с температурой 36.8 °С и температурой 37.2 °С — является критической разницей между больным и здоровым человеком, исходя из общепринятых медицинских стандартов. Для обеспечения таких высоких параметров точности измерений, на практике, необходимо применять устройство, излучающее в инфракрасном спектре эквивалент постоянной температуры, основываясь на котором, измерительный алгоритм тепловизора будет автоматически производить самокалибровку. Такое устройство называют — модель абсолютно черного тела (АЧТ) (Изображение 1).

АЧТ также используется для поверки и калибровки любых высокоточных дистанционных средств измерения температуры, в т.ч. тепловизионных и пирометрических.

Для того чтобы поддерживать постоянную точность измерения температуры во времени необходимо, помещать АЧТ, с периодичностью в 1-1.5 часа работы тепловизионной системы, в поле зрения тепловизора, либо разместить АЧТ в поле зрения тепловизора на постоянной основе. Так как точность измерения, без своевременной калибровки, деградирует, из-за высокой контрастности изображения (неизбежного появления в поле зрения объектов температурой много выше/ниже среднеизмеряемой).

Тепловизоры не снабженные элементом АЧТ не могут обеспечить требуемую точность измерения температуры.

Разрешающая способность и поле зрения

Для обеспечения баланса между оптимальным захватом полем зрения тепловизора области измерения и достаточным качеством изображения, необходимо тщательно подобрать параметры оптической системы объектива тепловизора для выбранного разрешения инфракрасного детектора.

Целесообразным решением для большинства зон измерения (10 м² ­- 20 м²) является разрешение от 384х288 точек, так как вне зависимости от выбранных характеристик оптической части тепловизионной системы, при меньшем разрешении качество картинки будет неудовлетворительным (Изображение 3), кроме того использование матриц с низкой разрешающей способностью будет отрицательно сказываться на точности измерений).

Изображение 3 – Пример изображения тепловизионного детектора с разрешением 160х120 (слева) и 384х288 (справа).

Программное обеспечение и система распознавания лиц

Так же одним из наиболее важных факторов, является точка измерения температуры. Наилучшим решением для дистанционного измерения температуры тела человека является область лба, так как эта область наиболее часто доступна для измерения. (Изображение 4).

Изображение 4 – Термограмма лица человека.

Для того чтобы максимально показательно измерить температуру целесообразно использовать алгоритм поиска и детектирования лиц, это позволит автоматически выделять только людей, из всех излучающих объектов в поле зрения, и измерять только тепловое излучение исходящие от них.

Так же система распознавания лиц упрощает работу оператора тепловизионной системы, так как измерения температуры проходят в автоматическом режиме, что позволяет задействовать функцию тревоги, при получении замеров температуры выше заданных допустимых параметров.

Изображение 5 – Демонстрация системы автоматического распознавания лиц.

Исходя из вышеперечисленных фактов следует, что промышленные системы тепловидения и тепловизоры без использования АЧТ не смогут обеспечить достаточные показатели точности, поля зрения и разрешающей способности, а также что для решения задачи дистанционного измерения температуры тела существует необходимость использования специального программного обеспечения.

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315 от компании «Лазерные компоненты», состоящая из Full-HD камеры, тепловизора и АЧТ, была специально спроектирована для выполнения конкретной задачи мониторинга распространения вирусных инфекций, выявления индивидуумов с повышенной температурой тела в общественных местах и отвечает всем необходимым требованиям к её техническим характеристикам, а именно:

+30 °С (точность выше при работе при +16 °С

Из особенностей тепловизионной системы ISMTB-ZS-315, выгодно отличающей её на фоне конкурентов,можно выделить:

  • Тепловизор 384х288/17мкм и Full-HD камера с разрешением 1920х1080 с одинаковыми полями зрения, что существенно улучшает качество изображения по сравнению с конкурентами с разрешением тепловизора 160x
  • Чувствительность тепловизора: менее 50 мК при 300 К с объективом с F#1.0.
  • Точность измерения температуры +0.3°С, достигаемая за счёт использования МАЧТ в поле зрения тепловизора.
  • Дистанция работы 3-6 м (со стандартным объективом), так же присутствует возможность выбора объектива тепловизора (6.6мм; 10мм; 19мм; 25мм), для достижения наилучших показателей точности измерения и поля зрения.
  • Измерение температуры до тридцати объектов в поле зрения одновременно.
  • Умное обнаружение и определение лиц, отслеживание объекта с повышенной температурой тела.
  • Интегрированный модуль оповещения о повышении температуры.
  • Три пороговых значения допустимой температуры одновременно.
  • Поддержка стандартных протоколов ONVIF.
  • Интерфейс видеовыхода и управления — самонастраивающийся порт Ethrnet (RJ45), для легкого подключения и администрирования.
  • Малые габаритные размеры.

Что такое тепловизор

Тепловизор позволяет увидеть тепло, излучаемое объектом. Тепловизионные камеры фиксируют температуру различных объектов в кадре, а затем присваивают каждой температуре оттенок цвета, что позволяет увидеть, сколько тепла излучает объект по сравнению с объектами вокруг него.

Более холодные температуры часто дают оттенок голубого, пурпурового или зеленого цвета, а более теплым температурам присваивается оттенок красного, померанцового или желтого цвета. Например, на изображении в верхней части этого поста Вы заметите, что окна, двери и стены покрыты оттенками красного, оранжевого и желтого цвета, в то время как другие области – синие и фиолетовые. Это потому, что через них теряется больше тепла.

Некоторые тепловизоры используют оттенки серого. Например, полицейские вертолеты используют оттенки серого, чтобы выделять людей.

Какие тепловизоры стоят в аэропортах

Наблюдательные. Самый примитивный вид устройства, который только отображает температурную карту в зачастую черно-белом формате;
измерительные. Для каждой точки, выявленной инфракрасным излучением, они определяют конкретное градусное значение;
визуальные пирометры. Дорогая разновидность тепловизора, самостоятельно выделяющая аномальные показатели.
Как уже было сказано выше, тепловизор – лишь первичная проверка; пассажиров, спровоцировавших сигнал прибора, подвергнут дополнительным тестам. Но чтобы изначальное измерение состоялось, скорость передвижения людей должна быть небольшой, а расстояние фиксировано в зависимости от технологических характеристик прибора.
Нельзя сказать однозначно, как выглядит тепловизор в аэропорту. Есть отличия как между моделями, так и между двумя большими категориями: портативными и стационарными. Первые – небольшие, часто окрашенные в желтый или оранжевый цвет, их держат в вытянутой руке. Вторые иногда сложно отличить от обычной видеокамеры наблюдения.