Камера инфракрасного диапазона: Швабе — Продукция — Камера коротковолнового ИК-диапазона спектра

Содержание

Невидимый нам свет

Камеры ближнего инфракрасного спектра давно используют военные и спасатели. Ищут с ними людей и технику в дыму, темноте и под тонированными стеклами. Постепенно эти камеры, работающие в невидимом для человека и тепловизора диапазоне, находят применение в обычной жизни. Например, помогают определить подлинность картины или вообще найти ее — под слоем краски. N + 1 вместе со специалистами предприятия, входящего в холдинг «Швабе» Госкорпорации «Ростех» разбирается в особенностях технологии и тестирует ее — на полотнах, скрывающих старые картины.


Что такое SWIR?

В повседневной жизни вокруг нас постоянно присутствует электромагнитное излучение. Видимый свет со всеми цветами радуги составляет лишь 0,0035 процента электромагнитного спектра, который начинается гамма-излучением с длиной волны меньше 0,01 нанометра и заканчивается сверхнизкочастотными радиоволнами с длиной волны больше 100 мегаметров. Условно электромагнитный спектр можно разделить на семь диапазонов:

  1. гамма;
  2. рентгеновский;
  3. ультрафиолетовый;
  4. видимый;
  5. инфракрасный;
  6. микроволновый;
  7. радиоволновый.

Почти каждый из этих диапазонов используется людьми для решения определенных задач: рентгеновское излучение позволяет «сфотографировать» скелет и органы человека, ультрафиолетовое — сделать отпечаток будущей электрической схемы, микроволновое — разогреть еду, а радиоволновое — передать информацию на большое расстояние. Инфракрасное излучение используется для поиска различных объектов по тепловому излучению, оценки повреждений конструкций, оценки теплопотерь жилых домов.

Инфракрасный спектр принято делить на пять диапазонов: ближний (длина волны — 0,75-1,0 микрометра), коротковолновый (1,0-3 микрометра), средневолновый (3-5 микрометров), длинноволновый (8-15 микрометров) и дальний (15-1000 микрометров).

Военные и поисково-спасательные службы используют для обнаружения людей и техники тепловизоры, приборы, работающие в средне- и длинноволновом диапазоне. Такие приборы работают по принципу обнаружения объектов, температура которых отличается от температуры окружающей среды. Тепловизор, например, может увидеть открытые части тела человека или нагретую двигателем часть кузова автомобиля.

Инфракрасное излучение средне-, длинноволнового и дальнего диапазонов является собственным излучением нагреваемых или самонагревающихся объектов. Коротковолновое же излучение представляет собой преимущественно отраженное объектами излучение. По этой причине приборы, способные видеть в SWIR-диапазоне (Short-Wave InfraRed), способны дать более привычное изображение с природными уровнями контраста и теней и глубиной восприятия. По изображению, полученному с помощью SWIR-камеры, легко опознать запечатленный объект. На тепловизионном изображении это может быть невозможно.

Коротковолновое инфракрасное излучение поглощается некоторыми материалами полностью или частично, а некоторыми пропускается почти полностью. Так, полиэтилен, как и обычное стекло, почти полностью прозрачен для коротковолнового инфракрасного излучения, в то время как вода поглощает его полностью.


Что такое SWIR-камеры?

Это специальные камеры, оснащенные матрицей, выполненной на основе арсенида индия-галлия. Чувствительные элементы такой матрицы в большинстве случаев способны воспринимать инфракрасное излучение с длиной волны от 0,9 до 1,7 микрометра, причем изменение соотношения арсенидов индия и галлия в структуре чувствительных элементов позволяет расширить воспринимаемый матрицей диапазон до 2,5 микрометра.

Матрицы с расширенным диапазоном восприятия в настоящее время рассматриваются в качестве компонентов для инфракрасных лидаров в системах машинного зрения беспилотных автомобилей. Дело в том, что излучение с длиной волны около двух микрометров не используется современными системами измерения расстояний и наведения, а значит, может применяться лидарами для сканирования окружения без шумовой засветки.

Современные SWIR-камеры состоят хотя и из специальной, но все же относительно недорогой стеклянной оптики — объективов, матрицы, несложной системы охлаждения и управляющей электроники, которая обрабатывает изображение. Существуют и версии камер без системы охлаждения. SWIR-камеры представляют собой компактные приборы, которые могут быть установлены практически где угодно, в зависимости от решаемых ими задач.

Такие приборы имеют несколько преимуществ перед тепловизорами и обычными камерами. Как рассказал

N + 1 руководитель проектов НПО «Орион», входящего в холдинг «Швабе», Павел Храбров, в отличие от тепловизоров SWIR-камеры, в частности, не требуют сложных специальных систем охлаждения, способны видеть многие инфракрасные системы наведения и дальномеры, обнаруживать в воздухе некоторые невидимые для глаз газы.

SWIR-камерой оснащен коммерческий спутник дистанционного зондирования Земли WorldView-3, запущенный в 2014 году. Этот аппарат предназначен для детальной съемки земной поверхности в панхроматическом и мультиспектральном режимах. Благодаря камере ближнего инфракрасного спектра спутник способен видеть поверхность сквозь туман, смог, пыль и дым. Помимо WorldView-3 SWIR-камеры оснащены и несколько других космических аппаратов того же назначения. Кроме того, SWIR-камеры применяются в составе разведывательного оборудования беспилотных летательных аппаратов. Например, такими камерами оснащены американские стратегические беспилотники RQ-4 Global Hawk.



Как можно использовать SWIR-камеры?

Камеры ближнего инфракрасного диапазона спектра, в отличие от приборов ночного видения и тепловизоров, стали применяться относительно недавно. Первыми этой технологией заинтересовались военные, поскольку камеры ближнего ИК спектра позволяют решать несколько важных задач. SWIR-камеры в сочетании с тепловизорами позволяют, в частности, существенно улучшить показатели обнаружения, распознавания и идентификации объектов.

Поясним терминологию. Для многих систем технического зрения обнаружить означает просто увидеть какой-либо объект, но не узнать его. Если боец через прибор может определить еще и тип объекта (животное, человек, автомобиль, самолет или корабль), то речь уже идет о распознавании. Понятие идентификации подразумевает уже точное определение характеристик распознанного объекта — пол человека или тип военной техники.

SWIR-камеры могут работать и с инфракрасными лазерами. Благодаря этому были разработаны системы наведения для различных типов вооружения, невидимые для невооруженного глаза. Например, SWIR-матрицей оснащена головка самонаведения одной из версий американской противотанковой ракеты BGM-71 TOW. В целом системы наведения на базе SWIR-матрицы сегодня устанавливаются на несколько типов противотанковых ракет для переносных и вертолетных пусковых установок.

Кроме того, SWIR-камеры полезны и в качестве систем обеспечения безопасности. Дело в том, что обычные тонированные стекла, даже с очень плотной тонировкой, прозрачны для ближнего инфракрасного излучения. Благодаря этому камера позволяет увидеть, что происходит, например, даже в глухо затонированном автомобиле.

Вскоре после введения режима самоизоляции художница Анастасия Никитина обнаружила, что чистые холсты закончились, а купить новые очень сложно. Равно как и другим художникам, которые столкнулись с той же самой проблемой, ей пришлось использовать подручные материалы и даже зарисовывать старые картины. Корреспонденты

N + 1 отправились к Анастасии, чтобы продемонстрировать возможности камеры ближнего инфракрасного спектра.

Такие устройства позволяют оценить подлинность живописного полотна или узнать, как художник писал картину. С помощью камер ближнего инфракрасного спектра специалисты «Швабе» и Государственного научно-исследовательского института реставрации проверяли икону «Чудо Георгия о змие» начала XVIII века и картину «Натюрморт с кетой» Михаила Соколова.

Дело в том, что верхний слой краски может быть частично прозрачен для ближнего инфракрасного излучения. Благодаря этому камера способна «увидеть» черновые наброски художника, а иногда и вовсе «найти» под слоем краски другое изображение — например, картину, не пережившую коронавирусный дефицит. О том, как это выглядит и работает, смотрите в нашем ролике.

Помимо военных и представителей специальных служб, в последние несколько лет интерес к SWIR-камерам проявляют и различные частные и государственные компании.

«Такие камеры, благодаря особенностям пропускания инфракрасного излучения кремниевыми пластинами, можно использовать для контроля качества солнечных батарей», — рассказывает Храбров. SWIR-камеры позволяют обнаруживать и места утечки некоторых газов при обследовании трубопроводов, оценивать степень увлажнения почвы на полях, отслеживать обледенение железнодорожных путей и даже выявлять испорченные фрукты и овощи, которые при обычном визуальном осмотре выглядят вполне съедобно.


Кто делает SWIR-камеры?

Производством камер ближнего инфракрасного спектра во всем мире занимаются с середины 1990-х годов несколько компаний. В их числе Sensors Unlimited, Raptor Photonics, Xenics, Princeton Infrared Technologies, FLIR, Edmund Optics. В России крупнейшим разработчиком и производителем таких устройств является холдинг «Швабе», ГК «Ростех».

Специалисты разработали SWIR-камеру в конце 2015 года. Разработчики утверждают, что в определенный момент они обнаружили, что предприятие владеет всеми технологиями, необходимыми для производства готовых SWIR-камер — от производства матриц до изготовления камеры и создания управляющего программного обеспечения. Первое такое устройство было представлено публике в 2016 году.

«От первого дня, как мы начали работать над этой камерой, до получения первого готового устройства у нас ушло около года», — рассказал Храбров. По его словам, речь идет лишь о технологическом цикле; дополнительные испытания и организация серийного производства потребовали дополнительного времени.

Камеры ближнего инфракрасного спектра используются в системе внешнего наблюдения перспективного российского основного боевого танка Т-14, созданного на единой тяжелой платформе гусеничной бронетехники «Армата». Во время боя танк может поставить вокруг себя дымовую завесу, сделавшись невидимым для пехоты и части систем разведки противника. При этом, благодаря SWIR-камерам, экипаж Т-14 сможет видеть противника сквозь дым и вести по нему прицельный огонь. Камеры ближнего инфракрасного спектра также позволяют активной системе защиты танка обнаруживать инфракрасные лазеры, используемые для наведения некоторых противотанковых ракет.

К настоящему времени удалось уже наладить производство компонентов камер для склада. Это позволяет ускорить исполнение поступающих заказов. При этом готовые камеры на склад не поставляются. Дело в том, что заказчики нередко просят доработать устройство.

Сегодня предприятие выпускает камеры ближнего инфракрасного диапазона в компактном корпусе с двумя типами матриц: 320 × 256 и 640 × 512 пикселей. Эти устройства способны вести съемку с частотой до 200 кадров в секунду. В базовом варианте камера имеет габариты 62 × 56 × 60 миллиметров, однако размеры корпуса могут быть изменены в соответствии с пожеланиями заказчика.

Матрица камеры расположена в специальном блоке, заполненном инертным газом. Такое решение позволяет значительно увеличить срок службы чувствительного элемента. При этом матрица охлаждается с помощью элемента Пельтье.

В специальной версии корпус камеры выполнен в соответствии со стандартом IP67, то есть он может защитить электронику устройства от попадания пыли и даже воды при кратковременном погружении на глубину не более одного метра. Масса устройства составляет 600 граммов (всего 250 граммов в гражданской версии). Российские камеры ближнего инфракрасного спектра могут устанавливаться на беспилотные летательные аппараты, плавательные суда или вездеходы. Эту технику также разработали в «Швабе».

Производство покрывает изготовление матриц, а также финишную сборку электронных схем (сами платы по заказу изготавливает другое российское предприятие) и готовых устройств. Кроме того, предприятие проводит и полный цикл испытаний. В «Швабе» утверждают, что его мощности позволяют справиться с любым заказом, главное, чтобы в нем были четко определены все параметры и сроки. В крайнем случае, производство SWIR-камер можно будет быстро масштабировать для увеличения объемов выпуска.

Василий Сычёв, Елизавета Кочергина

Инфракрасные (ИК) камеры видеонаблюдения, прожекторы, подсветка, принцип работы

Начать стоит с того, что любая камера может осуществлять видеонаблюдение в инфракрасном диапазоне. Определяется это тем, что спектральная чувствительность матрицы видеокамеры в той или иной степени захватывает часть ИК диапазона.

Нужно сразу оговориться — речь пойдет о формировании изображения за счет отраженных инфракрасных лучей.

Фиксация собственного теплового излучения объекта под силу специальным устройствам — приборам ночного видения, тепловизорам, которые по принципу действия с камерами видеонаблюдения имеют мало общего.

Если ставится задача организации наблюдения преимущественно или исключительно в ночное время то при выборе камеры следует учитывать следующие моменты:

Монохромные (черно — белые) аналоговые камеры подходят для этих целей значительно лучше нежели цветные. Определяется это их устройством и принципом действия.

  • Во-первых, изготовленные по CCD (ПЗС) технологии матрицы, которые используются в этих приборах не имеют на своей поверхности дополнительных микроэлектронных элементов, соответственно, вся их площадь используется исключительно для формирования изображения.
  • Во-вторых, поскольку чувствительность матрицы во многом определяется количеством света, приходящимся на единицу ее площади, а для формирования цветного изображения используются три элементарные площадки (монохромного — одна) преимущество видеокамер черно-белого изображения становится очевидным.

Следом идет объектив. Чем больше диаметр его входного зрачка — тем большее количество отраженного излучения он может собрать. Кроме того, следует учитывать такой параметр как потери внутри оптической среды объектива.

Найти этот параметр в его описании представляется сомнительным, однако можно однозначно утверждать, что хороший объектив по определению дешевым быть не может.

Нельзя сбрасывать со счетов и такой параметр как уровень собственных шумов матрицы и камеры в целом. Для получения изображения нормального качества в инфракрасном диапазоне отношение сигнал/шум (S/N) должно быть не менее 50 dB.

Про остальные технические характеристики видеокамер можно почитать здесь.

ИК ПОДСВЕТКА ДЛЯ КАМЕР ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Какой бы высокой светочувствительностью не обладала видеокамера, но для организации видеонаблюдения в условиях недостаточной освещенности без дополнительной инфракрасной подсветки не обойтись. Причины, по которым используется ИК диапазон могут быть разными. Видеонаблюдение в инфракрасной области спектра может применяться:

  • в случаях, когда использовать искусственное освещение экономически нецелесообразно;
  • при необходимости обеспечить скрытность видеонаблюдения;
  • на объектах, где недопустимо применение источников видимого света.

Последний момент несколько специфичен, но при организации наблюдения, например, в кинотеатрах во время сеанса он должен быть учтен.

Нужно заметить, что эффективность ИК подсветки зависит, помимо прочего, от чувствительности камеры видеонаблюдения в инфракрасном диапазоне. Дело в том, что в большинстве случаев мы хотим за счет одной видеокамеры осуществлять наблюдение как днем, так и ночью. Причем в светлое время суток требуется получение качественного цветного изображения.

Эти две задачи противоречивы по своей сути. Наличие режима «день-ночь» у цветных камер видеонаблюдения полноценно это противоречие не устраняет. Лучшие результаты дает применение механического ИК фильтра.

Конструктивно инфракрасная подсветка реализуется двумя способами:

  • встроенная в камеру видеонаблюдения;
  • выполненная отдельным блоком (ИК прожектор).

Последний вариант рассматривается ниже, а вот если вы остановили свой выбор на камере со встроенной подсветкой, имейте в виду, что большая дальность подсветки требует соответствующей мощности светодиодов. А большая мощность требует хорошего теплоотвода, иначе видеокамера тривиально перегреется (особенно это касается IP устройств).

Вы видели видеокамеры широкого применения с внешними радиаторами? Поэтому когда я вижу камеру с заявленной дальностью ИК подсветки более 20 метров меня терзают смутные сомненья в ее эффективности.

ИК ПРОЖЕКТОРЫ

Инфракрасные прожекторы для систем видеонаблюдения позволяют эффективно вести наблюдение в темное время суток. Конструктивно они представляют собой функционально законченное устройство в отдельном корпусе. По типу излучателя они могут быть:

  • ламповыми;
  • светодиодными.

Первые имеют относительно небольшой рабочий ресурс, небезопасны в эксплуатации, поэтому сейчас практически не применяются. Светодиодные прожекторы компактны, устойчивы в различного рода вибрациям и сотрясением, имеют высокий КПД. Их основными техническими характеристиками являются:

  • мощность излучения;
  • углом подсветки;
  • дальностью;
  • длиной волны ИК излучения.

Чем больше мощность инфракрасного прожектора и меньше угол подсветки тем на большем расстоянии он действует.

Мощность определяется количеством и типом светодиодов. Угол освещения также определяется двумя факторами: конструкцией светодиодов и характером их размещения в корпусе прибора. Поскольку сами по себе светодиоды формируют достаточно узкий пучок излучения, для подсветки больших площадей их оптические оси должны располагаться под углом друг другу.

Угол подсветки прожектора должен соответствовать углу обзора камеры видеонаблюдения. Исключение могут составлять случаи, когда места установки видеокамеры и прожектора разнесены. Кроме того, возможен вариант, когда один прожектор используется для освещения зоны обзора нескольких камер.

Обратите внимание, угол обзора видеокамеры определяет дальность эффективного наблюдения (про это здесь).

Например, для камеры с фокусным расстоянием 3,6 мм максимальное рабочее расстояние составит порядка 15 метров. Грубо прикидываем, что угол ее «зрения» составляет 600. Соответственно такие же параметры должен иметь ИК прожектор для совместной с ней работы.

Имейте ввиду, получить большую дальность подсветки при большом угле раскрыва излучения ИК прожектора — задача технически сложная. В широкой продаже такие устройства не встретишь или цена их будет чрезвычайно высока.

Так что к выбору устройства инфракрасной подсветки надо подходить вдумчиво и критически относиться к различного рода рекламным заявлениям.

  *  *  *


© 2014-2022 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

ПЗС камера Contour ближнего ИК диапазона

Описание

Камера CONTOUR-IR предназначена для наблюдения, регистрации и записи излучения в ближнем ИК диапазоне от инфракрасных источников, таких как GaAs светодиоды и диоды или твердотельные лазеры, а также для использования в инфракрасной микроскопии, инфракрасной люминесценции, экспертизе документов, криминалистике, художественной реставрации и так далее.

Камера CONTOUR-IR от Optogama основана на высокочувствительном малошумящем кремниевом ПЗС-датчике и явлении двухфотонного поглощения. Превосходное качество изображения достигается с помощью системы микролинз и специального покрытия на кремнии.

Особенности:

— Спектральный диапазон: 400-1700 нм;

— ПЗС камера с высокой чувствительностью;

— Малые размеры и компактность;

— Фиксируется на штативе;

— Небольшая стоимость;

— Видеовыход.

Применения:

— Юстировка лазеров и безопасность;

— Инспекция полупроводников;

— Криминалистика и художественная реставрация;

— Термальная визуализация;

— Обработка фото.

Кривая спектральной чувствительности ПЗС камеры CONTOUR-IR

Спецификация ПЗС камеры CONTOUR-IR

Параметры

Значения

Поле зрения

10°

Диапазон фокусировки

От 0,2 м (или 0,08 м с распорным кольцом) до бесконечности

Отношение сигнал/шум

48 дБ

Видео выход/вход

CCIR стандартное композитное видео

Питание

DC 10…14 В, 150 мА

Температурный диапазон

+5… +40°C

Вес

0.23 кг

Габариты (ДxШxВ)

90x50x58 мм

Цифровая CMOS камера Contour для ближнего ИК диапазона

Описание

Инфракрасная цифровая камера CONTOUR IR предназначена для наблюдения, регистрации и записи излучения в ближней инфракрасной области 400-1700 нм, излучаемого инфракрасными источниками, такими как GaAs светодиоды, диоды или твердотельные лазеры, а также для использования в ИК-микроскопии, ИК-люминесценции, экспертизе документов, криминалистике, художественной реставрации и др.

Камера основана на новейшей технологии производства КМОП-сенсоров с повышенной чувствительностью, микролинзами на фотоэлементах и усилением каскадов в каждом элементе. Камера подключается к ПК с помощью USB 2.0 (или USB 3.0). 

Особенности:

— Спектральный диапазон 400-1700 нм;

— Новейшая технология производства КМОП-сенсоров с микролинзами;

— Управляется с компьютера через USB2.0 и USB3.0;

— Высокая чувствительность;

— ИК фильтр и чехол в комплекте.

Применения:

— Юстировка лазеров и безопасность;

— Инспекция полупроводников;

— Криминалистика и художественная реставрация;

— Тепловизионные системы;

— Обработка фото.

Кривая спектральной чувствительности CMOS камеры CONTOUR

Спецификация CMOS камеры Contour IR

Параметр

Значение

Сенсор

КМОП 1/3” 1280(h)x960(w)

Размер пикселя

3.75×3.75 мкм

Размер сенсора1/3 ”, 6,0 мм x 4,96 мм
Спектральная чувствительность400-1700 нм

Динамический диапазон

60 дБ

ОбъективF1,4/25 мм с диафрагмой, CS/C-mount крепление
в комплекте C-mount адаптер
Диапазон фокусировки0,05 м — бесконечность

Отношение сигнал/шум

54 дБ

Поле обзора10°

Формат 1

1280×960 (4, 8, 12.5, 16, 25, 30 Гц)

Формат 2

1280×720 (5, 10, 15, 20, 30, 40 Гц)

Формат 3

800×600 (6.25, 12.5, 20, 30, 40, 50 Гц)

Формат 4

640×480 (8, 16, 25, 32, 50, 64 Гц)

Диапазон времени экспозиции

34 мкс — 34 мс

Вес

0,2 кг

Температурный диапазон+5… +40°C

Размеры (ДxШxВ)

49x49x75 мм

ЧТО МЫ ВИДИМ И ЧТО НЕ ВИДИМ?

ЧТО МЫ ВИДИМ И ЧТО НЕ ВИДИМ?

Решения многих задач в различных областях деятельности человека требуют применения специализированной техники и приборов, которые расширяют физические возможности данных человеку природой органов чувств.

Инфракрасное излучение

В повседневной жизни мы сталкиваемся с электромагнитным световым излучением в различных формах, например: видимый световой спектр, ультрафиолетовый спектр, радио волны и рентгеновское излучение, которые различаются друг от друга только длиной волны. Инфракрасное
излучение как сектор электромагнитного спектра занимает положение между волнами видимого диапазона и микроволнами.

NIR – ближний инфракрасный диапазон
SWIR – коротковолновый инфракрасный диапазон
MWIR – средневолновый инфракрасный диапазон
LWIR – длинноволновый инфракрасный диапазон

Обнаружение излучений различных типов

Все физические тела постоянно излучают инфракрасные волны. При нагревании тела излучение становится более интенсивным и смещается в диапазон более коротких волн. (Чем больше температура тела, тем интенсивнее оно излучает более короткие волны инфракрасного диапазона).
При умеренных температурах (выше 250 С) интенсивность излучения достигает уровня, определяемого как тепловое излучение. При температурах выше 800 °C интенсивность излучения доходит до такого уровня, который достаточен для преодоления границы видимого диапазона в области красного излучения. Например: сталь при нагревании сначала становится красной, а затем при повышении температуры – белой. Это показывает, что ИК и подобное тепловое излучение может быть обнаружено и измерено камерами, обладающими соответствующими характеристиками.

Что такое SWIR?

SWIR излучение – это общепринятое название светового излучения в диапазоне электромагнитных волн 0.9 – 1.7μm, хотя этот диапазон иногда расширяется до значений 0.7 – 2.5μm. Вследствие того, что кремний имеет потолок чувствительности примерно до 1.0μm, SWIR съемка требует особых оптических компонентов, работающих в диапазоне короткого ИК. Типичными сенсорами, используемыми при обычной съемке в SWIR диапазоне, являются сенсоры на основе арсенида индия-галлия (InGaAs), способные захватывать область от 550nm и вплоть до 2.5μm.

ПОЧЕМУ SWIR?

В отличие от излучения среднего ИК и длинного ИК диапазонов, которые исходят от самих объектов, SWIR излучение близко к видимому диапазону в том, что фотоны либо отражаются, либо поглощаются объектами, и это свойство обеспечивает широкий динамический диапазон,
необходимый для изображений с высоким разрешением. Атмосферное звездное свечение и фоновое излучение (ночное сияние) являются естественными источниками света SWIR диапазона и великолепной подсветкой объектов при ночной уличной съемке. Производимые сенсоры на основе InGaAs могут быть исключительно чувствительными, «подсчитывающими» буквально каждый фотон. Поэтому, камеры с встроенными в фокальные плоскости матрицами, которые насчитывают тысячи или миллионы мельчайших точечных сенсоров, или пикселов, способны работать в условиях глубокой темноты. Очки ночного видения, которые используются уже несколько десятилетий, работают по принципу обнаружения и усиления в так называемых трубках интенсификации (I-Squared ) отраженного света, который исходит от звезд или окружающих объектов. Данная технология хорошо подходит для очков непосредственного ночного видения. Но при возникновении необходимости передачи изображения на расстояние (например: разведывательный центр), нельзя воспользоваться ни одним методом, который бы был полностью надежен и не ограничивал чувствительность (например, ПЗС с оптическим усилением). А так как пользовательский интерфейс SWIR сенсоров конвертирует свет в электрический сигнал, эти сенсоры в основе своей совместимы с технологиями накопления и передачи сигналов.
       Другим исключительным преимуществом SWIR приборов является возможность использовать их в ночное время. Атмосферное явление, звестное как свечение ночного неба, излучает в пять-семь раз больше света, чем звездное свечение, и практически весь этот свет находится в диапазоне SWIR. Таким образом, SWIR камеры вместе с ночным свечением – часто называемым ночным свечением атмосферы – позволяют «видеть» объекты с большой четкостью в безлунные ночи и передавать такие снимки по сетям, т.к. никакие другие приспособления для съемки этого не делают.
        Можно задаться вопросом: неужели нет больше приборов, работающих в коротком ИК диапазоне. Есть, конечно. Это сенсоры, изготавливаемые на основе теллурида ртути-кадмия и антимонида индия, которые очень чувствительны в полосе SWIR. Однако для достижения
приемлемого для работы соотношения сигнал/шум такие камеры необходимо механически охлаждать, часто до сверхнизких температур. На больших военных самолетах, предназначенных для наблюдения и разведки, осуществление охлаждения не проблематично, так как установочные
платформы для камер проектируются с большим запасом пространства и питания, чтобы использовать систему охлаждения. Без усилий соответствующую чувствительность показывают приборы на основе InGaAs при комнатной температуре. Фактически камеры с сенсорами InGaAs могут быть небольшими и потреблять очень мало энергии, но выполнять значительные задачи. Сенсоры InGaAs ранее нашли применение в
телекоммуникационной отрасли, т.к. они обладают чувствительностью к свету, используемому в оптоволоконных сетях большой протяженности, обычно на уровне 1550 нм. Диоды и матрицы все еще используются в телекоммуникации, часто в оптических мониторах вместе со спектрометрами, которые работают в диапазоне SWIR. Удивительные результаты дает такая комбинация. Если использовать SWIR подсветку 1,55 мн лазеров или светодиодов, можно скрытно освещать объект, который становится видимым для SWIR камер. Например, так можно освещать дорогу военным грузовикам при недостаточном ночном свечении (если путь пролегает сквозь густой лес или по тоннелю) для обеспечения безопасного передвижения по вражеской территории. Камерам InGaAs с пользовательским интерфейсом невозможно найти замену в таких ситуациях. А с учетом того, что они безопасны для зрения, количество ограничений по их использованию невелико. Важно использовать объективы, предназначенные, оптимизированные и имеющие просветляющее покрытие для SWIR диапазона. Использование объективов, предназначенных для волн видимого спектра, приводит к получению снимков низкого разрешения с более высокой оптической абберацией. Так как волны SWIR проходят сквозь стекло, объективы и другие оптические компоненты (оптические фильтры и окна), предназначаемые для SWIR съемки, могут изготавливаться по тем же технологиям, которые используются для компонентов видимого диапазона, что снижает издержки производства и делает возможным использование фильтров и окон в рамках одной системы.
         Приборы SWIR применяются там, где использование приборов видимого излучения осложнено или невозможно. Водяной пар, туман и такие вещества, как силикон, прозрачны для SWIR волн. Кроме того, цвета, которые являются практически идентичными в видимом диапазоне, легко
различаются в диапазоне SWIR.

Итак, преимущества приборов SWIR

• высокая чувствительность
• высокое разрешение
• способность формировать изображение при свете ночного свечения или сиянии ночного
неба
• возможность круглосуточного применения
• возможность скрытой подсветки
• способность видеть скрытые лазерные сигналы и маячки
• отсутствие требований для глубокого охлаждения
• возможность использовать серийные бюджетные объективы видимого диапазона
• компактность
• низкое энергопотребление

Как работает камера с коротковолновым инфракрасным (SWIR) сенсором

Сенсоры, используемые в SWIR камерах, устроены аналогичным с ПЗС и КМОП сенсорами на основе кремния образом, они преобразуют фотоны в электроны, которые называются также квантовыми детекторами. В целях обнаружения светового излучения за пределами видимого
диапазона, чувствительная к свету область таких сенсоров изготавливается из такого материала, как арсенид индия-галлия (InGaAs ) либо из теллурида кадмия-ртути (MCT-HgCdTe). Таким образом, в зависимости от композитного материала (химической структуры) эти сенсоры чувствительны к световому излучению в различных диапазонах, а для получения требуемого коэффициента сигнал/шум такие сенсоры требуется охлаждать иногда до криогенных температур с помощью жидкого азота или компактных охлаждающих элементов Стирлинга. В отличие от ПЗС и КМОП сенсоров на основе только кремния, InGaAs сенсоры изготавливаются из разного сырья. Процесс комбинировании таких материалов относительно сложный и время емкий, так как технология включает в себя множество этапов и отличается относительно низкой производительностью. Причина этому обусловливается в основном сложностями, которые возникают в процессе присоединения модуля считывания к светочувствительной области сенсора, что делает производство таких сенсоров совсем недешевым. Следует также отметить, что современные технологии еще не обеспечивают 100% точности при присоединении считывающего модуля к светочувствительной области. Отсюда велик процент «плохих» пикселов по сравнению с ПЗС и КМОП сенсорами, что неизбежно влечет за собой необходимость соответствующей корректировки изображения. Более того, толщина слоя фосфида индия (InP) определяет диапазон спектральной чувствительности сенсора. Чем он тоньше, тем больше света с более высокой интенсивностью проходит сквозь него.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИБОРОВ SWIR

Определение влажности.

Вода абсорбируется в основном при показателях длины волны 1450 нм – 1900 нм. Данное
свойство с применением соответствующих фильтров и подсветки может быть использовано для
проведения различных исследований:
• определение однородности или степени увлажненности покрытий основного материала;
• определение уровня наполненности сквозь непрозрачный материал контейнера;
• выявление порченных или гнилых фруктов;
• определение относительного содержания влаги в растениях

Зоны с большим содержанием жидкости на снимках выглядят темнее.

Использование данной технологии применимо во многих производствах:
• пищевой и сельскохозяйственной;
• горнодобывающей;
• деревообрабатывающей;
• легкой промышленности;
• автомобильной промышленности

Камеры коротковолнового инфракрасного диапазона (SWIR) позволяют расширить области их применения и увеличить возможности систем машинного зрения проникать за пределы видимого спектра. Например, SWIR камеры зачастую могут «видеть» сквозь поверхности, не прозрачные для человеческого глаза. Такая способность помогает визуализировать скрытые параметры, такие как уровень наполняемости, наличие влаги или защитных элементов.

В отличие от MWIR камер, в SWIR камерах охлаждение сенсора требуется не всегда. Кроме того, нет необходимости в какой-либо специальной оптике, так как волны диапазона 900 нм – 2700 нм проходят сквозь простое стекло. Благодаря этому стоимость всей системы держится на умеренном уровне. Дополнительное использование дисперсионной оптики или источника монохромного света делают возможным получение четких снимков исследуемого объекта с понятными значениями оптической плотности.

Применение камер коротковолнового ИК диапазона на основе сенсоров из арсенида индия-
галлия (SWIR InGaAs) в оборонной промышленности

Основные преимущества:
• SWIR InGaAs сенсоры чувствительны к свечению ночного неба (1 to 1.6 μm)
• SWIR InGaAs камеры могут быть неохлаждаемыми, небольшими, легкими и экономичными
• В камерах для подсветки объектов могут использоваться невидимые и безопасные для глаз
лазерные лучи
• По сравнению с сенсорами длинного и среднего ИК диапазона (LWIR и MWIR
соответственно), SWIR InGaAs камеры «видят» отраженный свет. Использование SWIR InGaAs
сенсоров вместе с LWIR и MWIR, наделяет камеры исключительными свойствами.

Обнаружение лазерных целеуказателей

В настоящее время лазеры широкого применяются на поле боя: дальнометрические лазеры используются для определения удаленности объектов, а целеуказатели используются в наступательных операциях. Наиболее распространенные модели лазеров функционируют на длине
волн 850 нм, 1060 нм и 1550 нм. Два первых излучения детектируются очками ночного видения, третье, на длине волны 1550 нм, считается невидимым. Камеры SWIR InGaAs могут обнаруживать все три излучения одновременно.

Ночное видение и обнаружение целей

Термоскопические камеры, такие как неохлаждаемые длинноволновые ИК микроболометры, наилучшим образом выполняют задачи по обнаружению объектов в ночное время. Тем не менее, камеры SWIR InGaAs являются отличным дополнением к термоскопическим камерам.
Если термоскопические приборы легко обнаруживают присутствие объектов, выделяющих тепло, например: автомашины, грузовики, люди и т, то SWIR InGaAs камеры могут использоваться для идентификации и распознавания указанных объектов при более низких температурах окружающей
среды. Работа SWIR камер в ночное время основана на отражении ИК лучей атмосферного или ночного небесного свечения, а не теплового излучения. Поэтому изображения, получаемые SWIR камерами, представляют наиболее точно то, что различается в видимом диапазоне (см. Рисунок 1).
В сравнении с термоскопией, SWIR камеры обладают лучшим динамическим диапазоном. Термоскопические приборы являются другим классом камер с хорошими возможностями обнаруживать объекты, которые рекомендуются к использованию в дополнение к SWIR камерам.
Если термоскоп в состоянии определять присутствие теплых объектов на фоне более холодного окружения, SWIR камера может на самом деле идентифицировать, что это за объект, т.к. термоскопы не обладают разрешающей способностью и динамическим диапазоном, что характеризует матрицы фокальных плоскостей SWIR камер. В военном деле считается критически важной способность отличить военный транспорт от гражданского автомобиля. SWIR камеры могут способствовать распознаванию «свой-чужой». КМОПы и ПЗС-ки являются великолепными приборами, которые все время совершенствуются для использования в оборонной промышленности, но данным сенсорам, обыкновенно, требуется дневной свет. В свою очередь, одна и та же SWIR камера может использоваться круглые сутки для
выполнения поставленных задач.

Очевиден тот факт, что преимущество InGaAs камеры видимого ближнего диапазона (VISNIR InGaAs) состоит в ее способности фиксировать больше электромагнитных колебаний при наличии света видимого спектра, например: уличных фонарей или свечения населенных пунктов. К тому же, используя SWIR свет светодиодов или лазеров длиной волны 1150 нм, можно осуществлять невидимую подсветку, т.е. осуществлять наблюдение только при помощи SWIR камеры. Следует добавить, что SWIR лазеры безопасны для глаз; их можно использовать для безопасной подсветки объектов и людей.

Съемка с лазерной подсветкой

Съемка с лазерной подсветкой позволяет получать изображения удаленных объектов, в условиях низкой освещенности и при влияние атмосферных факторов. При такой съемке лазерный стробоскоп осуществляет подсветку объекта, а камера фиксирует отраженные лучи. В качестве подсветки для SWIR InGaAs камер используется невидимые и безопасные для глаз лазеры с длиной волны 1,54 мкм.

Событийная осведомленность – фиксация выстрела

Акустические сенсоры, которые «слышат» ударную волну от пули не являются единственным решением для фиксации выстрелов. След выстрела может быть обнаружен, локализован и обработан намного быстрее высокоскоростными SWIR InGaAs камерами как в ночное, так и в дневное время. Такие камеры фиксируют дымовые газы и горячие частицы, образуемые при выстреле.

Обеспечение видимости в тумане и дыму

По сравнению с камерами видимого диапазона, SWIR InGaAs камеры обеспечивают великолепное качество съемки в условиях запыленности, тумана или дыма (см. Рисунок 2). При наличии источника огня, он может быть легко локализован и обнаружен такими камерами.

Воздушная разведка, дистанционное зондирование и обзорное наблюдение

Небольшие потребляющие мало энергии и легкие SWIR InGaAs камеры могут устанавливаться на самолетах и беспилотных летающих аппаратах (БЛА) с целью проведения разведки и наблюдения. Суперспектральные камеры могут быть использованы для обнаружения уникального
спектрального следа военнозначимых предметов, например: камуфляжных материалов.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИБОРОВ SWIR ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

Уникальное свойство молекул абсорбировать свет выявляется не только в среднем ИК диапазоне, но также в диапазоне короткого ИК, ближнего ИК и видимой части спектра. Следовательно, спектральный отклик можно также получать, принимая отраженный либо проведенный свет.
Спектроскопия не требует разрушения объекта, равно как и другой специальной подготовки и становится возможным быстрый и последовательный анализ как качественных, так и количественных параметров множества образцов по очереди.

Применение:
• структурный анализ незнакомых веществ
• классификация веществ по количеству примесей на основе количественного анализа
• пробация основного материала без необходимости подготовительных мероприятий
(химиометрика)
• определение химических квалификационных значений
• качественный анализ сельхозпродукции
• сортировка пластиков

Тестирование проводников и солнечных батарей

В производстве кремниевых подложек и солнечных батарей на конечном этапе проверки качества и выявления микротрещин и дефектов литья используется явление электролюминесценции (ответная электрическому току эмиссия света). Как следствие, можно использовать явление
фотолюминесценции (ответная засветке эмиссия света) на протяжении всего производственного процесса. Наиболее подходящими для этого являются SWIR камеры, так как эмитированный кремнием свет имеет пиковую длину волны 1150 нм, а квантовая эффективность сенсоров на
основе InGaAs намного выше, чем у улучшенных камер ближнего ИК диапазона с использованием охлаждаемых и неохлаждаемых ПЗС и КМОП сенсоров, которые чувствительны к волнам до 1000 нм. Ко всему прочему кремний не прозрачен для волн длиной до 1150 нм, поэтому SWIR камеры лучше всего подходят для проверки металлизированных покрытий и качества контактов на обратной
стороне подложки.

ГРАЖДАНСКИЕ ОТРАСЛИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИБОРОВ SWIR

• Металлургия и стекольная промышленность: Термоскопия нагретых веществ (в диапазоне от
250 °C до 800 °C)
• Медицина, наука и биология: Лазероскопия
• Полиграфия: проверка банкнот
• Проверка произведений искусства
• Расширение диапазона зрения


Рисунок 4a. Снимок картины Судный деньThe Last Judgment кисти Яна Провоста в SWIR, сделанный в Детройтском институте живописи, показывает первоначальный замысел художника и бережно вскрывает эскиз, лежащий под слоем масляных красок.

Рисунок 4b. Видны десять труб ниже архангела вместо 5 в окончательном варианте картины. Оказывается, что размещение прописанных труб вызвало тогда необходимость переместить парусник. Ступни сверху глобуса написаны по-другому, как задумывалось на эскизе.

Сенсоры ближнего и короткого ИК для приборов оптической когерентной томографии
(ОКТ) внутренних органов высокого разрешения

Оптическая когерентная томография (ОКТ), методика низкокогерентной интерферометрии, прочно вошла в практику офтальмологии как неинвазивный клинический инструментарий для получения снимков высокого разрешения сетчатки глаза. Устанавливая значение центрального луча на уровне 1,05 нм, производители аппаратуры в настоящее время разрабатывают системы для получения снимков более глубокой области кровеносных сосудов глаза (так называемой хороидальной), лежащей позади сетчатки с целью диагностирования заболеваний и мониторинга
проводимой терапии. В настоящее время ведутся работы по внедрению метода в эндоскопии, как пищевода, так и артерий, и в стоматологии.

Сквозь стекло…

И в завершение: основной преимущественной характеристикой SWIR зрения, которое не реализуется никаким другим прибором, является способность «видеть» сквозь стекло. Это значит, что с SWIR камерами возможно использование обычных, бюджетных объективов практически для
всех применений, кроме самых требовательных. В большинстве случаев нет необходимости оснащать SWIR камеры специальной дорогой оптикой или стойкими к внешним воздействиям корпусами, что делает их пригодными к широкому использованию в различных отраслях. Так же
данная характеристика позволяет монтировать коротковолновые ИК камеры внутри защитных окон, делая работы по размещению видеосистемы на желаемой платформе чрезвычайно простыми.

ВЫВОДЫ

SWIR приборы, производимые КБ «ВиТА» (Россия), позволяют выполнять ранее невыполнимые задачи, и выгодно отличаются от присутствующих на современном рынке камер SWIR диапазона иностранных производителей в сегменте серийного коммерческого приборостроения. Несмотря на
то, что данное направление является инновационным для отечественного производителя, КБ «ВиТА» полностью освоила серийное производство SWIR камер с разрешением 320 х 256 пикселов и уже завершила проектирование SWIR камеры с большим разрешением. Так как продукция КБ
«ВиТА» является разработкой отечественного производителя, она имеет неоспоримое преимущество перед зарубежными аналогами в части стоимости и является конкурентоспособной по техническим характеристикам, сопутствующему обеспечению и универсальным интеграционным возможностям.

Составитель: А.Птицын, продукт-менеджер НПК «Фотоника»
 http://www.photonics.su/journal/article/4650

Найден способ обмануть инфракрасные камеры

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли и Национального университета Сингапура научились создавать на поверхности материала «обманки». Из-за них при съемке в инфракрасном диапазоне человек может неправильно определять температуру объекта. Статья об открытии опубликована в журнале Advanced Materials.

Инфракрасный свет невидим для человеческого глаза, но его можно обнаружить с помощью ряда устройств, таких как очки ночного видения и тепловизоры. Покрытия, разработанные американскими исследователями, позволяют поверхностям излучать инфракрасный свет того же диапазона, что и окружающая среда. Это позволяет добиться невидимости таких покрытий для инфракрасных камер.

Но самое главное в новом исследовании то, что ученые могут изменять покрытия таким образом, что при их наблюдении температура будет казаться выше или ниже фактической. Такая технология найдет применение в системах безопасности и военных технологиях.

Чтобы сделать такое покрытие, ученые экспериментировали с легированным вольфрамом диоксидом ванадия. Это вещество при определенных температурах может менять свои проводящие свойства от изолятора к хорошему проводнику. Исследователи экспериментировали с профилем легирования и добились выравнивания фазового перехода изолятор— металл. Благодаря этому конечное вещество стало источником постоянного инфракрасного излучения в широком диапазоне температур (15–70 °C). Это состояние равновесия не позволяет камере обнаружить истинное инфракрасное излучение от объекта при комнатной температуре.

Ранее другим ученым уже удалось добиться подобного эффекта. Однако исследователи из США и Сингапура пошли дальше: они не только научились маскировать инфракрасный сигнал, но и создавать ложные сигналы для ИК-камер. Для этого авторы выращивали пластины диоксида ванадия толщиной менее 100 нанометров на структурах из боросиликатного стекла и сапфира. Используя импульсные лазеры, исследователи легировали пленки различным количеством вольфрама, а затем переносили материал на специальную клейкую ленту.

Принципы работы и типы тепловизионных камер

Что такое инфракрасное излучение?

 

Латинская приставка «инфра» обозначает «под» или «внизу». Таким образом «инфракрасный» указывает на спектр за пределами красного конца спектра видимого света. Инфракрасная зона расположена между зонами видимого света и микроволновой зоной электромагнитного спектра. Поскольку разогретые объекты излучают энергию в инфракрасном спектре, его часто называют тепловой зоной спектра. Все объекты в какой-то степени излучают энергию в инфракрасном спектре, даже объекты комнатной температуры и лед.

 

Чем выше температура объекта, тем выше излучаемая им энергия и тем короче преобладающая или пиковая длина волны. Пиковое излучение от объекта возникает при комнатной температуре при длине волны в 10 мкм. Солнце имеет эквивалентную температуру 5900 К и пиковую длину волны 0,53 мкм (зеленый свет). Он излучает большое количество энергии в спектрах, начиная от ультрафиолета и заканчивая дальним ИК-диапазоном.

 

Большая часть спектра ИК-излучений не может быть использована системами обнаружения, поскольку данное излучение поглощается водой или углекислым газом в атмосфере. Однако существует несколько диапазонов длины волн, отличающихся хорошей передачей. Длинноволновое инфракрасное излучение (LWIR) представлено в диапазоне 8-14 мкм, при этом в диапазоне 9-12 мкм обеспечивается почти 100% коэффициент передачи. Диапазон LWIR обеспечивает отличную видимость большинства земных объектов. Средневолновой инфракрасный диапазон MWIR (3,3 – 5,0 мкм) также обеспечивает почти 100% передачу, имея при этом такое преимущество, как меньший уровень фонового шума. Коротковолновое и видимое инфракрасное излучение (SWIR) или ближнее инфракрасное излучение (NIR — 0,35-2,5 мкм) соответствует диапазону передачи в верхних слоях атмосферах и пиковому солнечному излучению, предоставляя возможности для использования датчиков с самой высокой видимостью и разрешением из всех трех диапазонов. Однако качество изображений SWIR значительно падает без лунного или искусственного освещения, при этом они не способны обеспечивать видимость объектов с температурой 300К.

 

 Технология коротковолнового инфракрасного излучения (SWIR)

 

Датчики коротковолнового инфракрасного излучения обладают уникальными возможностями, часто дополняющими датчики LWIR и MWIR. Датчик SWIR – это такой же оптический датчик, как и охлаждаемые датчики LWIR или MWIR. Но в отличии от них датчики SWIR используют (в основном) отраженный свет. По этому показателю датчики SWIR не отличаются от камер видимого диапазона или человеческого глаза. Поэтому изображения SWIR сравнимы с изображениями видимого диапазона (черно-белыми) по разрешению и детализации.

 

Начало использования материала InGaAs совершило прорыв в развитии датчиков SWIR без криогенного охлаждения. В датчиках SWIR из InGaAs обычно используются охладители Peltier. Они отличаются чувствительностью в диапазоне от 900 до 1700 нм.

 

Камеры SWIR могут использованы для съемки днем и ночью (при свете звезд), что выгодно выделяет их по сравнению с другими технологиями. Среди других преимуществ – небольшой размер (по сравнению с охлаждаемыми детекторами), возможность видеть скрытые лазеры, способность видеть через стекло.

 

Технология средневолнового инфракрасного излучения

 

Средневолновой инфракрасный диапазон также называют «тепловым инфракрасным», поскольку излучение в нем исходит от самого объекта и для его отображения не требуется сторонний источник света. На то, насколько ярким объект получается на изображении, влияют два фактора: температура объекта и излучательная способность (физическое свойство материала, указывающее, насколько эффективно излучает материал).

По мере нагревания объект излучает больше энергии и становится ярче для тепловизионных систем. Явления, которые обычно приводят к снижению видимости, меньше влияют на рассеивание в диапазоне средневолнового инфракрасного излучения, чем в диапазоне коротковолнового инфракрасного излучения, поэтому такие камеры менее чувствительны к таким явлениям, как дым, пыль или туман.

 

MWIR улавливает свет в диапазоне от 3 до 5 мкм. Камеры MWIR используются тогда, когда главной целью является получение высококачественного изображения, а не измерение температуры и движении.

 

Технология длинноволнового инфракрасного излучения (LWIR)

 

Уже несколько десятилетий инфракрасные камеры, использующие датчики длинноволнового инфракрасного излучения и средневолнового инфракрасного излучения, использовались военными для обнаружения передвижений человека. Такие тепловизионные камеры обнаруживают тепловое излучение людей, транспортных средств, животных.

 

Существует два типа детекторов длинноволнового инфракрасного излучения – неохлаждаемые микроболометры LWIR и гораздо более редкие охлаждаемые детекторы LWIR.

 

Неохлаждаемый микроболометр LWIR – это тепловой датчик, оснащенный, по сути, резистором на каждом пикселе. Микроболометры обычно изготавливаются из аморфного кремния (a-Si) или оксида ванадия (Vox). Значение сопротивления изменяется в зависимости от попадающего на датчик излучения, поскольку падающее инфракрасное излучение нагревает структуру резистора. Данное изменение сопротивления на каждом пикселе затем измеряется и учитывается для создания изображения. Обычно структура микроболометра оптимизируется для обеспечения наилучшей чувствительности в диапазоне от 8 до 14 мкм.

 

Охлаждаемый детектор длинноволнового инфракрасного излучения представляет собой оптический датчик, использующий обычно такие материалы как HgCdTe (ртуть-кадмий-теллурид) или QWIP (инфракрасный фотодетектор на квантовой яме). Фотодетектор использует полупроводники для трансформации фотонов в электроны (или более точно – электронно-дырочные пары). Наиболее распространенным фотодетектором является кремниевый ПЗС, используемый в большинстве камер сотовых телефонов (для видимого света). В зависимости от области применения фотодетекторы LWIR необходимо охлаждать до 77K или ниже, например, с помощью охладителя Стирлинга. Как правило, эти детекторы чувствительны к длинам волн от 7 до 12 мкм.

Инфракрасные камеры

Инфракрасные камеры Optris i представляют собой полностью радиометрические стационарные тепловизионные системы с отличным соотношением цены и качества . Тепловизионные камеры подключаются к ПК через USB и сразу готовы к использованию. Данные о температуре отображаются с помощью бесплатного программного обеспечения для анализа optris PIX Connect. Программное обеспечение также включает два SDK для Windows и Linux , а также драйверы для LabVIEW и MATLAB .

Модели Compact и Precision Line предлагают тепловизоры для всех областей применения. Который твой?

Общие преимущества обеих тепловизионных камер серии

Получение тепловых изображений в режиме реального времени с частотой кадров до 128 Гц, получение и сохранение быстрых результатов измерений в виде снимков или видеофрагментов или, благодаря превосходной термочувствительности, индикация даже самых незначительных изменений температуры — и это лишь некоторые из множество преимуществ.

Вместе с оптикой и кабелем тепловизионные камеры optris весят менее 320 граммов (11.3 унции), что делает их самыми маленькими инфракрасными камерами в мире (размеры до 46 x 56 x 90 мм [1,81 x 2,20 x 3,54 дюйма]).

Автоматическое обнаружение горячих точек

Объекты могут быть исследованы термически, а горячие или холодные точки могут быть найдены автоматически, чтобы выявить слабые места процесса.

Быстрое измерение температуры

Тепловизоры позволяют регистрировать распределение температуры на поверхностях с точностью до миллисекунды.

Расширенное программное обеспечение с режимом строчной развертки

Сопутствующее программное обеспечение optris PIX Connect поможет вам в комплексном анализе данных о температуре и документировании.Кроме того, программа содержит режим строчной развертки, который обычно используется для процессов с тестируемыми движущимися объектами.

Простая интеграция процесса

Усовершенствованные концепции интерфейса обеспечивают интеграцию в сети и автоматизированные системы:

  • Удлинитель кабеля USB до 100 м (328,1 фута) по Ethernet или до 10 км (6,21 мили) по оптоволокну
  • Интерфейс процесса (PIF) на ИК-камере в качестве аналогового входа/выхода (0–10 В) и цифрового входа (низкого и высокого уровня)
  • Программный интерфейс через Dynamic-Link-Library (DLL) и ComPort


🎈 Общественная лаборатория: камера ближнего инфракрасного диапазона

Видео Infragram Kickstarter, отличное введение в проект.

Введение

Виноградники, крупные фермы и НАСА используют фотографии в ближнем инфракрасном диапазоне для оценки здоровья растений, обычно путем установки дорогих датчиков на самолетах и ​​спутниках. В Public Lab, , мы разработали способ «сделай сам», чтобы делать такие фотографии , что позволяет нам контролировать окружающую среду с помощью количественных данных.

В нашей методике используется модифицированная цифровая камера для захвата ближнего инфракрасного и синего света на одном изображении, но в разных цветовых каналах.Затем мы подвергаем изображение постобработке (используя Infragram.org), чтобы попытаться сделать вывод о степени фотосинтеза. Это позволяет нам лучше понять и количественно оценить, сколько доступных световых растений метаболизируется в сахар посредством фотосинтеза.

Вы можете сделать это самостоятельно (как и со всеми инструментами Public Lab), но в магазине Public Lab можно также приобрести набор фильтров Infragram DIY.

Мы запустили на Kickstarter версию этой камеры, которую мы назвали Infragram .Подробнее об этом читайте здесь » Вот видео с Kickstarter, которое предлагает хорошее визуальное объяснение техники:

Для чего это нужно?

Мультиспектральная или инфракрасная/видимая фотография нашла множество применений за десятилетия, прошедшие с момента ее разработки. Мы сосредоточились на следующих вариантах использования:

  • Делайте снимки для изучения состояния растений в садах, на фермах, в парках и на близлежащих водно-болотных угодьях
  • Следите за домашними растениями
  • Расскажите учащимся о росте растений и фотосинтезе
  • Создавайте захватывающие проекты научной ярмарки
  • Создание поддающихся проверке открытых данных об окружающей среде
  • Проверка хода реализации проектов по восстановлению окружающей среды
  • Задокументируйте нездоровые области вашей местной экологии (например, цветение водорослей)

Известное использование включает эту фотографию неопознанного шлейфа материала в канале Гованус (и рецензию TechPresident) и различные проекты на небольшой ферме в Нью-Гэмпшире на ежегодном мероприятии iFarm.Морской консорциум университетов Луизианы также сотрудничал с участниками Public Lab для измерения потерь водно-болотных угодий после нефтяной катастрофы Deepwater Horizon.

Вот пример того, что видит одна из наших камер Infragram (слева), и анализ постобработки, который показывает фотосинтетическую активность или здоровье растений (справа). Эта фотография была сделана с борта коммерческого самолета:

.

Как это работает?

Модификация камеры: Мы работали над несколькими различными технологиями, от систем с двумя камерами до современной техники с одной камерой.Это включает в себя удаление фильтра, блокирующего инфракрасное излучение, почти с любой цифровой камеры и добавление специального синего фильтра.

Он отфильтровывает красный свет, а измеряет инфракрасный свет вместо , используя тщательно подобранный фильтр «NGB» или «инфрасиний». Подробнее о развитии этой техники читайте здесь. Вы также можете узнать больше о том, как датчики изображения цифровых камер определяют цвета, из этого замечательного руководства от Bigshot.

Постобработка: После того, как вы сделали многоспектральную фотографию с помощью модифицированной камеры, вы должны выполнить ее постобработку, скомбинировав инфракрасные и видимые данные для создания нового изображения, которое (если оно работает) отображает здоровые, фотосинтетически активные области как яркие. регионы.Подробную статью о технике Криса Фасти (хотя и с использованием красного цвета вместо синего для видимого света) можно найти здесь.

История проекта: Хотя раньше мы использовали систему с двумя камерами, исследования, проведенные Крисом Фасти и другими участниками Public Lab, привели к использованию одиночной камеры , которая может одновременно отображать изображение как в инфракрасном, так и в видимом свете . Фильтр Infrablue — это всего лишь кусок тщательно подобранного театрального геля, который был исследован с помощью спектрометра DIY.Вы можете использовать этот фильтр, чтобы превратить большинство веб-камер или дешевых мыльниц в инфракрасную/видимую камеру.

Фон: спутниковая инфракрасная съемка

Изучение окружающей среды Земли из космоса началось в 1972 году, когда был запущен первый спутник Landsat. Мультиспектральный сканер, как и сканеры всех последующих спутников Landsat, записывал изображения как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазоне. «Ученые» дистанционного зондирования быстро поняли, что, комбинируя видимые и инфракрасные данные, они могут получить важную информацию о здоровье растительности.Например, нормализованный разностный индекс растительности (NDVI) выделяет разницу между красной и инфракрасной длинами волн, которые отражаются от растительности. Поскольку красный свет используется растениями для фотосинтеза, а инфракрасный — нет, NDVI позволяет «ученым» оценить количество здоровой листвы на каждом спутниковом снимке. Тысячи «ученых», в том числе ландшафтные экологи, биологи глобальных изменений и специалисты по среде обитания, десятилетиями полагались на эти ценные спутниковые изображения NDVI.

Есть общедоступные источники инфракрасной фотографии для США, доступные через Министерство сельского хозяйства — NAIP и Vegscape — но эти изображения не собираются, когда, как часто, или в пригодном для использования масштабе для людей, которые управляют небольшими участками.

Подпись: фотография в обычном цвете (вверху) и изображение нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI). Изображение NDVI было получено из двух цветовых каналов на одной фотографии, сделанной камерой, модифицированной специальным инфракрасным фильтром.Обратите внимание, что стволы деревьев, коричневая трава и камни имеют очень низкие значения NDVI, потому что они не являются фотосинтезирующими. Здоровые растения обычно имеют значения NDVI от 0,1 до 0,9. Изображения Криса Фасти. Посетите галерею изображений в высоком разрешении Криса Фасти


Часто задаваемые вопросы

Задать вопрос об инфракрасном изображении


Как обрабатывать изображения

(этот раздел перемещен и обновлен на http://publiclab.org/wiki/near-infrared-imaging)

Мы работаем над простым процессом создания составных изображений в инфракрасном и видимом диапазонах, которые позволят раскрыть новые подробности о здоровье растений и фотосинтезе.Есть несколько подходов:

  • Самый простой способ  — это обработка изображений онлайн на бесплатном сайте Infragram.org с открытым исходным кодом
  • .
  • Плагин PhotoMonitoring Неда Хорнинга
  • Ручная обработка
  • Использование MapKnitter.org (устарело)
  • Обработка отдельных изображений из командной строки и рендеринг фильмов с использованием скрипта Python. Исходный код здесь

Примечание: Старые версии этой страницы хранятся на следующей вики-странице: http://publiclab.org/wiki/ближняя инфракрасная камера-история

Камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) Инструмент Webb/NASA

NIRCam будет обнаруживать свет от: самых ранних звезд и галактик в процессе формирования, популяции звезд в близлежащих галактиках, а также молодых звезд в объектах Млечного Пути и пояса Койпера.

НИРКам

Камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam)

+

NIRCAM будет работать в диапазоне длин волн 0.от 6 до 5 микрон

Камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) является основным устройством формирования изображений Webb, которое будет охватывать диапазон инфракрасных длин волн от 0,6 до 5 микрон. NIRCam будет обнаруживать свет от: самых ранних звезд и галактик в процессе формирования, популяции звезд в близлежащих галактиках, а также молодых звезд в объектах Млечного Пути и пояса Койпера. NIRCam оснащен коронографами, инструментами, которые позволяют астрономам делать снимки очень слабых объектов вокруг центрального яркого объекта, например звездных систем.Коронографы NIRCam работают, блокируя свет более яркого объекта, позволяя видеть более тусклый объект поблизости — точно так же, как заслонение от солнца от глаз поднятой рукой может позволить вам сфокусироваться на виде перед вами. С помощью коронографов астрономы надеются определить характеристики планет, вращающихся вокруг ближайших звезд.

Видео: Nircam 3d Diagram Rotation

+

NIRCam устанавливается в приборный модуль.Фотография команды JWST с завершенным модулем полетных приборов

+

Инженерная схема NIRCam

NIRCam был построен Аризонским университетом и компанией Lockheed Martin.

ПОДРОБНЕЕ: Технические детали для NIRCam

NIRCam имеет десять массивов детекторов ртутно-кадмий-теллурид (HgCdTe).Они аналогичны ПЗС-матрицам в обычных цифровых камерах. NIRCam — это научный инструмент, а также датчик волнового фронта элемента оптического телескопа, который обеспечивает нечто похожее на мгновенное LASIK коррекция зрения.

Другие ресурсы

Инфракрасные камеры сканирования области | ИЗОБРАЖЕНИЕ СТЕММЕРА

Конфигурация интерфейса

База PoECameraLinkGigE VisionUSB3 VisionUSB3.0

Размер датчика (мм)

Все1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.01.012.013.014.015.016.017.018.019.020.021.0 до All5.06.07.08.09.010.01.0112.013.014.015.012.017.018.019.020.021.026.023.024.029.026.027.028.029.030.031. 032.033.034.035.036.037.038.039.040.041.042.043.044.045.046.047.048.049.050.060.070.080.090.0

Модель датчика

AllULIS Gen2IMX991IMX990VGA Gen2 ROIC

Тип датчика

Allµ болометрInGaAs

Тип затвора

ВсеГлобальный затвор/Программное сканированиеГлобальный затворРолонирующийся затвор

Размер пикселя (мкм)

Все0.11234567891015202530 на Все567891015202530354045

Горизонтальное разрешение(пкс)

Все10020030040050060070080000 до Все40050060070080000200030004000500060007000800000001100012000130001400015000094003100002200310000 Вертикальное разрешение(пкс)

Все10020030040050060070080000 до Все300400500600700800001200140017001

00300040005000600070008000000011000010516130000 Производитель

AllTeledyne DALSAAllied VisionXenics

Конфигурация датчика

Один датчик

Формат датчика

Все1/4″1/2″2/3″1″4/3″Большой формат

Корпус

стандартныйбольшой форматохлаждаемый корпус

Термографическая камера: для стационарного и мобильного использования

Ручная и стационарная термографическая камера впечатляет высоким уровнем точности измерения и очень четкими тепловизионными изображениями.

Термографическая камера и модули инфракрасной камеры измеряют двухмерное распределение температуры в ходе быстрого и бесконтактного процессов. Благодаря высокому разрешению наших систем инфракрасных камер даже малейшие различия в температуре визуализируются в мельчайших деталях. Таким образом, термографическая камера характеризуется исключительно высоким и надежным уровнем точности измерения .

Тепловизоры являются продуктом более чем 25-летнего опыта в области технологий камер и инфракрасной оптики. С разрешением изображения от до 3,1 ИК-мегапикселей устройства устанавливают новые стандарты и делают Jenoptik технологическим лидером на рынке и пионером в области неохлаждаемых термографических камер сверхвысокого разрешения.

Термографическая камера имеет чрезвычайно прочный эргономичный корпус , что делает ее исключительно долговечной даже в тяжелых промышленных условиях .Поскольку неохлаждаемые камеры не требуют сложного обслуживания инфракрасного детектора, практически не требуются дополнительные расходы.

Выберите ту конфигурацию тепловизионной камеры, которая соответствует вашим потребностям, из нашего широкого ассортимента: мы предлагаем портативные термографические камеры из линейки VarioCAM ® HD для мобильного использования. Наши стационарные инфракрасные камеры из линейки IR-TCM HD могут использоваться для широкого спектра применений, включая мониторинг промышленных процессов, а наши модули ИК-камер позволяют нам собирать индивидуальные системы, которые вам нужны для ваших проектов.Все камеры могут быть легко интегрированы в существующие системы .

Тепловизионные камеры для дронов / Инфракрасные камеры для дронов

Тепловизионные камеры и аксессуары для дронов Интернет-магазин

Тепловизионные камеры являются одними из наиболее важных инструментов, которые могут иметь в своем распоряжении предприятия, доказывая, что они являются важной технологией во многих отраслях, в том числе:

Общественная безопасность: Правоохранительные органы и службы безопасности могут использовать тепловизионные камеры в качестве неинвазивной альтернативы традиционным средствам обнаружения и идентификации подозреваемых.

Инспекция: тепловизионные камеры могут обнаруживать инфракрасную энергию, невидимую невооруженным глазом, что позволяет им обеспечивать беспрецедентную информацию о любых проблемах, которые могут возникнуть в процессе строительства, таких как влажность или электрические неисправности. Радиометрические тепловизионные камеры могут обеспечивать точные измерения температуры на уровне пикселей в режиме реального времени.

Поисково-спасательные работы: Тепловидение может идентифицировать людей, потерявшихся или оказавшихся в ловушке в таких ситуациях, как лавины, землетрясения, лесные пожары или любые другие стихийные бедствия.

Сельское хозяйство: тепловизионные камеры отлично подходят для осмотра урожая, поскольку они обнаруживают разницу температур, что может помочь выявить больные или недостаточно политые растения.

Пожаротушение: тепловизионные дроны используются пожарными для обеспечения инфракрасной перспективы пожарной зоны, что позволяет пожарным точно предсказывать горячие точки.

Одним из наиболее эффективных тепловизионных решений DSLRPros является FLIR Vue TZ20.

Сделано в США, эта полезная нагрузка с тепловым зумом предназначена для максимального успеха пилотов корпоративных БПЛА, управляющих планерами DJI V2 Matrice 200 и 300.Его датчики с двойным бозоном обеспечивают пользователям широкое поле зрения 95 градусов для максимальной оперативной осведомленности и узкое поле зрения 18 градусов для обеспечения теплового увеличения с высоким разрешением. TZ20 может отображать в четыре раза больше пикселей на каждом уровне увеличения по сравнению со всеми конкурентами и предлагает возможность масштабного 20-кратного увеличения. Помимо других вариантов использования, Vue TZ20 позволяет пользователям проводить миссии SAR в расширенной области поиска и вести дискретное наблюдение правоохранительных органов с безопасного расстояния. Используйте Flir Vue TZ20, чтобы уменьшить количество ложных срабатываний и быстрее принимать важные решения.Это лишь некоторые из особенностей, которые делают FLIR Vue TZ20 одной из самых привлекательных тепловизионных камер для дронов на современном рынке.

Если у вас возникнут вопросы о TZ0 или любой из наших тепловизионных камер, щелкните здесь, чтобы связаться с нашими экспертами по тепловизионным дронам в DSLRPros.

Что такое FLIR (ИК переднего обзора)?

Термин FLIR, расшифровывающийся как «Infrared Forward Looking Infrared», относится к технологии, используемой для создания инфракрасного изображения сцены без необходимости «сканировать» сцену движущимся датчиком, что требовалось ранее.Это также название крупнейшего производителя тепловизионных камер (FLIR Systems). С 1950-х годов помимо FLIR появилось много производителей тепловизионных инфракрасных камер. Использование термина FLIR в отношении всех тепловизионных камер больше не является точным, за исключением случаев, когда речь идет о камере под торговой маркой FLIR.

Чтобы «видеть» излучаемое тепло, необходимы специальные линзы и датчики для фокусировки и обнаружения электромагнитного излучения в MWIR (средневолновом инфракрасном) и LWIR (длинноволновом инфракрасном) диапазонах.

Тепловые инфракрасные датчики изображения обнаруживают тепловую энергию с помощью специальных FPA (решеток фокальной плоскости). Эти FPA можно разделить на два типа: охлаждаемые и неохлаждаемые детекторы. Охлаждаемые детекторы существуют для обеспечения максимальной эффективности обнаружения. Поскольку мы обнаруживаем излучаемое тепло, любое тепло от самих компонентов камеры затрудняет просмотр изображения сцены. Как наши датчики высокого разрешения MCT (ртуть-кадмий-теллурид или HgCdTe), так и наши датчики с анимонидом индия (InSb) оснащены криогенной системой охлаждения для снижения «шума» от нагрева внутренних компонентов камеры и самого датчика.Это позволяет определять тепловую энергию с точностью до 0,025 °C.

Также доступны неохлаждаемые детекторы

, которые более доступны по цене и компактны из-за отсутствия криогенного охладителя. Мы используем детекторы на основе оксида ванадия (VOx) в наших неохлаждаемых камерах и комбинируем их с объективами с широкой апертурой, чтобы максимизировать их эффективность (см. ниже).

LWIR (длинноволновые инфракрасные камеры) являются наиболее распространенным типом тепловизионных инфракрасных камер наблюдения FLIR (переднего обзора), поскольку (LWIR) работает на длине волны от 7 до 14 микрон (7000–14 000 нм), где земные температурные цели излучают большую часть их инфракрасная энергия и, в отличие от охлаждаемых тепловизионных камер, не требуют охлаждения или обслуживания.В камерах Infiniti optics LWIR используются новейшие неохлаждаемые тепловые датчики LWIR 12 мкм с разрешением от 384×288 до 1280×1024 HD.

Неохлаждаемый тепловизионный датчик LWIR более доступен по цене, чем охлаждаемый тепловизионный датчик MWIR, поскольку датчики не имеют движущихся частей, что устраняет необходимость регулярного технического обслуживания. Камеры Infiniti LWIR имеют репутацию лучших в отрасли характеристик, поскольку мы сочетаем наши неохлаждаемые датчики с высокоточными объективами GE с большой апертурой, позволяя большему количеству тепловой энергии достигать датчика, что дополнительно оптимизирует изображение за счет динамического повышения контрастности изображения DICE для обеспечения высокого контрастные четкие изображения для распознавания и идентификации на большом расстоянии.

Охлаждаемые тепловизионные камеры обычно продаются как средневолновые инфракрасные камеры MWIR, как следует из названия, в них используется встроенный криогенный охладитель, который охлаждает тепловизионную сердцевину до температуры до -196 °C (-321 °F) , чтобы увеличить чувствительность и точность теплового изображения. Неохлаждаемые камеры основаны на инфракрасном датчике VoX и часто не охлаждаются и работают на длинноволновом инфракрасном диапазоне LWIR. Охлаждаемые тепловизионные камеры видят больший диапазон, чем неохлаждаемые камеры, поскольку их более высокая чувствительность позволяет использовать более крупный и менее эффективный объектив, чем у LWIR-камер.Охлаждаемые тепловизионные камеры Infiniti размером 0–1400 мм обеспечивают обнаружение транспортных средств на расстоянии до 55 км в соответствии с военными стандартами DRI, что делает их лучшим выбором для дальнего ночного видения, но они стоят дороже, чем стандартные неохлаждаемые LWIR-камеры. Infiniti предлагает инфракрасные модули MWIR Cooled и LWIR Uncooled с разрешением 640×512, 1024×720, 1280×1024, 1920×1080 и до 5 МП. Мы продаем модули с открытой рамой (с объективом и датчиком) или полностью интегрированные PTZ-камеры с датчиками видимого и SWIR-диапазонов для получения изображений на сверхдальнем расстоянии и обнаружения угроз даже в полной темноте.

Одним из недостатков является то, что охлаждаемые тепловизионные камеры MWIR стоят дороже, чем стандартные неохлаждаемые камеры LWIR. Infiniti предлагает инфракрасные модули MWIR Cooled и LWIR Uncooled с разрешением 640 x 512, 1024 x 720, 1280 x 1024, 1920 x 1080 и до 5 МП. Мы продаем модули с открытой рамой (с объективом и датчиком) или полностью интегрированные PTZ-камеры с датчиками видимого и SWIR-диапазонов для получения изображений сверхдальнего действия и обнаружения угроз даже в полной темноте.
 

Infiniti optics изготавливает на заказ все типы ЭО/ИК-решений и может предлагать их в виде модулей с открытой рамой (с прикрепленными объективом и датчиком) или в виде полностью интегрированных PTZ-камер с датчиками видимого и SWIR-диапазонов для получения изображений сверхдальнего действия, необходимых множеству военных и оборонные приложения.

Камера инфракрасного диапазона: Швабе — Продукция — Камера коротковолнового ИК-диапазона спектра

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх