Журнал "Системы Безопасности" № 6‘2021

В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е И В И Д Е О А Н А Л И Т И К А 109 Классификация теплового излучения Тепловое излучение приходится на инфракрас- ный участок спектра от 0,74 мкм до 1000 мкм. Разделение на более мелкие диапазоны пока- зано в табл. 1. Логично, что наибольший интерес для контроля и обеспечения безопасности представляют тем- пературы тел около 0 °С. Прямая зависимость распределения энергии излучения от темпера- туры тела в дальнем инфракрасном диапазоне 8–15 мкм и лежит в основе тепловидения. Нужно отметить, что органы зрения человека не приспособлены для восприятия инфракрас- ного излучения. Но, к примеру, некоторые виды змей, рыб и насекомых обладают преимуще- ствами инфракрасного видения, что позволяет им вести охоту в ночное время. Устройство и принцип действия Тепловизор по своему устройству и принципу действия схож с фотоаппаратом и камерой видеонаблюдения. Инфракрасное излучение от нагретых предметов проходит через фокуси- рующую оптику и фиксируется инфракрасным сенсором (матрицей), далее полученное изоб- ражение поступает в цифровой электронный блок, где происходит обработка, преобразова- ние и усиление. Электромагнитные волны инфракрасного диапазона распространяются в соответствии с законами оптики, поэтому фокусирующая система тепловизора собирает эти волны и фокусирует их на инфракрасный сенсор так же, как и обычная оптическая линза. Разре- шающая способность современных датчиков – 640х480 пкс и выше. Цифровой электрон- ный блок обрабатывает полученное от инфракрасного сенсора изображение, уби- рает помехи и шумы, например вызванные собственным излучением воздуха, наклады- вает на изображение полезную информацию и различные данные, а также может выпол- нять ряд дополнительных функций (фото- и видеозахват, выделение особо нагретых областей и т.д.). Регистрируемое тепловое излучение является двухмерным, поэтому на дисплее отображаю- щего устройства изображение визуализиру- ется как черно-белое или "псевдоцветное", где тот или иной цвет будет соответствовать той или иной фиксируемой температуре объ- екта. Нужно отметить, что современные теплови- зоры различают температуру предмета с погрешностью менее 0,5 °С. Для определения людей с повышенной температурой тела такой точности недостаточно, тепловизор может не среагировать на незначительное превышение нормальной температуры. Для решения проблемы в связке с тепловизором устанавливается абсолютно черное тело (Blackbody), выполняющее роль калибрато- ра. Оно располагается напротив тепловизора таким образом, чтобы всегда быть в поле его зрения. Калибратор излучает постоянную эта- лонную температуру, с которой сравниваются остальные измерения. Калибровка по Black- body осуществляется в реальном времени, что позволяет существенно уменьшить погрешность – примерно до 0,1 °С за одно измерение. В работе тепловизионного оборудования есть своя специфика, например оно не дает изоб- ражение через стекло, воду или блестящие объекты, так как эти поверхности действуют подобно зеркалам в системе. Поэтому в объ- ективах и защитных стеклах используется напыление из германия (Ge). В отличие от стекла германий обладает прозрачностью в инфракрасной области спектра, поэтому металлический германий сверхвысокой чисто- ты имеет стратегическое значение в производ- стве оптических элементов инфракрасной оптики. Категории тепловизоров Тепловизоры делятся на две категории: 1) стационарные (как правило, на основе мат- риц полупроводниковых приемников, для нор- мального функционирования которых часто используется азотное охлаждение); 2) переносные (современные тепловизоры на базе неохлаждаемых микроболометров, они более эффективны и во многом превосходят по функциональности стационарных собратьев). Болометр – это тепловой приемник оптиче- ского излучения, который был изобретен в 1878 г. американским астрономом, физи- ком, пионером авиации Сэмюэлем Припон- том Лэнгли (1834–1936 гг.) Принцип дей- ствия прибора основан на изменении элек- трического сопротивления термочувствитель- ного элемента вследствие нагревания его под воздействием поглощаемого потока электро- магнитной энергии. Главным компонентом болометра является очень тонкая, затемненная для лучшего эффек- та поглощения пластинка, проводящая электри- ческий ток. Эта пластинка из-за своей малой толщины достаточно быстро нагревается под воздействием электромагнитного излучения, и ее сопротивление повышается. Неохлаждаемые инфракрасные детекторы делятся на классы: l микроболометры; l ферроэлектрики; l другие типы. В свою очередь, микроболометры делятся на два подкласса: 1) на оксиде ванадия (VOx), используются в основном в США; 2) на аморфном кремнии (a-Si). Микроболометры на оксиде ванадия более чувствительные и работают при более низких температурах, их используют, как правило, для измерительных приборов. Пожарным и спаса- тельным подразделениям высокая точность получаемой температуры не так важна, как высокая частота снимаемой информации, и для этой роли идеально подходят микробо- лометры с аморфным кремнием. Ферроэлек- трики же значительно проигрывают микробо- лометрам. Специфика эксплуатируемого оборудования На наружном периметре объекта ЦСС "Санки" установлены тепловизоры на основе аморфного кремния. Они смонтированы с учетом рельефа таким образом, чтобы не допустить наличия мертвых зон. www.secuteck.ru декабрь 2021 – январь 2022 Рис. 1. Тепловизор в сборе: 1 – тепловизионный модуль на основе аморфного кремния с объективом; 2 – плата АЦП; 3 – силовая плата; 4 – алюминиевый корпус и стекло с германиевым покрытием Таблица 2. Основные технические характеристики тепловизинного модуля Параметр Тепловизионный модуль Тепловизионный модуль европейского производителя отечественного производителя Тип детектора Неохлаждаемый микроболометр Неохлаждаемый микроболометр на основе аморфного кремния на основе оксида ванадия Разрешение, пкс 384х288 384х288 Размер пикселя, нм 25 25 Спектральный диапазон, нм 8–14 8–14 Температурная чувствительность, К 80 50 Тип видеовыхода NTSC/PAL PAL Выход управления Ethernet Ethernet Температурный диапазон, °С -20…+50 -40…+50