Jak wybrać obiektyw termowizyjny: 7 parametrów, które kupujący powinni potwierdzić

Kamera termowizyjna nie tworzy obrazu w taki sam sposób, jak konwencjonalna kamera wykorzystująca światło widzialne. Wykrywa promieniowanie podczerwone w określonym paśmie widmowym i przetwarza odebrany sygnał na obraz termiczny. Soczewka musi być zaprojektowana dla tego zakresu długości fali i dopasowana do detektora i zamierzonego zastosowania.

Dla kupujących wyzwanie polega na tym, że specyfikacja soczewki termowizyjnej może zawierać kilka parametrów, które wyglądają znajomo — ogniskową, liczbę F, pole widzenia i zakres ostrości — a także wymagania specyficzne dla obrazowania w podczerwieni. Wybór obiektywu na podstawie samej ogniskowej może spowodować, że montaż nie zapewni oczekiwanego pokrycia, czułości lub dopasowania mechanicznego.

W tym przewodniku przedstawiono siedem parametrów, które warto sprawdzić przy pozyskiwaniu aobiektyw termowizyjnydo zastosowań związanych z bezpieczeństwem, monitorowaniem przemysłowym, inspekcją lub innymi zastosowaniami w podczerwieni.

1. Potwierdź format detektora i rozstaw pikseli

Jeśli to możliwe, zacznij od modelu detektora. Określ przynajmniej rozdzielczość detektora, obszar aktywny i rozstaw pikseli. Typowe konfiguracje detektorów termicznych obejmują różną liczbę i rozstaw pikseli, a soczewka musi zapewniać okrąg obrazu i parametry optyczne odpowiednie dla detektora.

Rozstaw pikseli to odstępy pomiędzy sąsiednimi pikselami detektora. Jest to istotne dla szczegółów przestrzennych, jakie system może próbkować, ale nie określa niezależnie ostatecznej rozdzielczości obrazu. Ważna jest także wydajność optyczna, ostrość, przetwarzanie sygnału, warunki atmosferyczne i kontrast celu.

Soczewka przeznaczona dla jednego formatu detektora może nie pokrywać większego obszaru aktywnego. I odwrotnie, soczewka może fizycznie zakrywać detektor, ale nie zapewnia wymaganej jakości obrazu na krawędziach.

Zamawiając wycenę, należy podać dokładny model czujki lub jego kartę katalogową. Dzięki temu dostawca rozwiązań optycznych może ocenić kompatybilność, zamiast polegać wyłącznie na opisie takim jak „kamera termowizyjna 640 × 512”.

2. Określ pasmo widmowe i materiały optyczne

Soczewki termowizyjne muszą przepuszczać promieniowanie podczerwone odpowiednie dla detektora i zastosowania. Pasmo podczerwieni długofalowej (LWIR) jest powszechnie kojarzone z systemami obrazowania termowizyjnego, ale wymagany zakres widmowy należy raczej potwierdzić na podstawie specyfikacji detektora i systemu, a nie zakładać.

Materiały optyczne odpowiednie do kamer światła widzialnego nie są automatycznie odpowiednie dla każdej długości fali podczerwieni. Dla zamierzonego pasma widmowego należy wziąć pod uwagę transmisję materiału, powłoki, ochronę powierzchni i wymagania środowiskowe.

Wyjaśnij wymagany zakres długości fal i to, czy obiektyw musi zawierać powłokę przeciwodblaskową, czy przednią soczewkę ochronną. Jeśli kamera będzie używana na zewnątrz, zapytaj, w jaki sposób chroniona jest odsłonięta powierzchnia optyczna i jakie obowiązują ograniczenia dotyczące czyszczenia i obsługi.

Nie zakładaj, że „soczewka na podczerwień” opisuje jedną wymienną kategorię produktów. Obrazowanie w bliskiej podczerwieni i obrazowanie termowizyjne na falach długich mają różne wymagania optyczne. Dokładny zakres jest jednym z pierwszych szczegółów, które dostawca powinien potwierdzić.

3. Wybierz ogniskową na podstawie docelowej odległości i zasięgu

Ogniskowa i wymiary detektora razem określają kątowe pole widzenia. W praktyce wybór zależy od tego, jaką część sceny musi objąć kamera i jak daleko będzie znajdował się cel.

Krótsza ogniskowa zazwyczaj zapewnia szersze pole widzenia na tym samym detektorze, co może być przydatne do monitorowania obszaru. Dłuższa ogniskowa zawęża widok i może umieścić więcej pikseli na odległym celu, pod warunkiem, że układ optyczny i warunki atmosferyczne zapewniają wymaganą szczegółowość.

Przed wybraniem ogniskowej określ odległość celu, rozmiar celu, wymagane pokrycie w poziomie i pionie oraz czy kamera ma obserwować zarówno obiekty bliskie, jak i odległe. Często pomocny jest prosty diagram scen.

Jeśli system musi wykryć mały obiekt w znanej odległości, pytanie nie dotyczy tylko tego, czy cel pojawi się na obrazie. Chodzi o to, czy cel zajmuje wystarczającą liczbę pikseli detektora, przy wystarczającym kontraście, dla zamierzonego zadania wykrywania lub pomiaru. Może to wymagać oceny na poziomie systemu, a nie samego obliczenia ogniskowej.

4. Zrozumienie liczby F i jej kompromisów

Liczba F opisuje stosunek ogniskowej do efektywnej średnicy apertury. W obrazowaniu termowizyjnym niższa liczba F może pomóc układowi optycznemu zebrać więcej promieniowania, co może być przydatne podczas wykrywania celów o niskim kontraście lub pracy z ograniczonym czasem integracji.

Jednak niższa liczba F nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. Należy również wziąć pod uwagę złożoność konstrukcji optycznej, kontrolę aberracji, rozmiar obiektywu, koszt, tolerancję ostrości i jakość obrazu w całym polu widzenia. Detektor, elektronika, proces kalibracji i warunki pracy mają wpływ na ostateczny obraz termiczny.

Porównując soczewki kandydujące, potwierdź liczbę F wraz z wymaganym pasmem widmowym, detektorem, ogniskową i polem widzenia. Unikaj porównywania wartości apertury bez sprawdzenia, czy produkty są przeznaczone do tych samych wymagań systemowych.

Odpowiednia przysłona to taka, która spełnia wymagania dotyczące czułości i jakości obrazu w ramach rozmiaru projektu, kosztu i ograniczeń produkcyjnych.

5. Określ zakres ostrości i minimalną odległość roboczą

Kamery termowizyjnej można używać do monitorowania na duże odległości, dokładnej inspekcji lub kombinacji obu. Dlatego też należy wyraźnie określić wymagany zakres ostrości.

Niektóre zastosowania skupiają się na nieskończoności lub w jej pobliżu, podczas gdy inne wymagają kontroli sprzętu lub komponentów z mniejszych odległości. Obiektyw zoptymalizowany dla jednego zakresu może nie zapewniać akceptowalnej wydajności w innym zakresie. Przed wyborem montażu należy potwierdzić minimalną odległość ogniskowania, mechanizm ogniskowania oraz możliwość regulacji ostrości.

Jeżeli kamera będzie instalowana za okienkiem ochronnym, należy uwzględnić to okno w dyskusji na temat systemu. Materiał, grubość i umiejscowienie mogą mieć wpływ na transmisję lub parametry optyczne, w zależności od pasma widmowego i konstrukcji.

Podaj najbliższą i najdalszą odległość do celu oraz określ, czy ostrość musi być regulowana w terenie, czy stała podczas montażu. Szczegóły te są szczególnie ważne w przypadku sprzętu OEM, w którym obiektyw będzie zintegrowany w szczelnej lub kompaktowej obudowie.

6. Sprawdź pole widzenia, zniekształcenie i pokrycie obrazu

Soczewkę termowizyjną należy ocenić pod kątem wymaganego pola widzenia i części detektora, która musi pozostać zdatna do użytku. Kąt nominalny to tylko część obrazu.

Względne oświetlenie, zniekształcenie i parametry optyczne w całym polu widzenia mogą wpływać na spójność wyglądu celów od środka do krawędzi. W zastosowaniach obejmujących pomiary, śledzenie lub automatyczną analizę zachowanie zniekształceń i kalibracja mogą być szczególnie ważne.

Jeśli kamera musi obejmować konkretny korytarz, maszynę, szafkę elektryczną lub obszar zewnętrzny, podaj wymiary sceny i odległość kamery od celu. Zapytaj o poziome i pionowe pole widzenia, a nie tylko o wartość przekątnej, jeśli aplikacja ma określone proporcje.

Wyjaśnij także, czy kamera będzie używana do obserwacji jakościowych, automatycznego wykrywania czy pomiaru temperatury. Zadania te mogą stawiać różne wymagania całemu systemowi obrazowania. Specyfikacja obiektywu powinna być powiązana z zamierzonym rezultatem, a nie tylko z listą parametrów optycznych.

7. Sprawdź wymagania środowiskowe, mechaniczne i produkcyjne

Soczewki termowizyjne są często używane w wymagających środowiskach, w tym w monitoringu zewnętrznym, inspekcjach przemysłowych i sprzęcie pracującym w szerokim zakresie temperatur. Określ oczekiwane temperatury pracy, narażenie na wilgoć, wibracje, ochronę przed kurzem i wszelkie odpowiednie wymagania dotyczące uszczelnienia.

Integracja mechaniczna zasługuje na równą uwagę. Sprawdź interfejs montażowy, średnicę obiektywu, całkowitą długość ścieżki, położenie detektora, dostępną przestrzeń i metodę regulacji ostrości. Jeśli projekt uwzględnia ochronny element przedni lub okno, wyjaśnij jego rolę i wymagane właściwości.

W przypadku projektów OEM należy podać oczekiwaną liczbę prototypów, szacunkową roczną wielkość, docelowy koszt jednostkowy i harmonogram projektu. Te informacje komercyjne pomagają dostawcy określić, czy odpowiedni jest standardowy obiektyw, czy też należy ocenić projekt dostosowany do indywidualnych potrzeb.

Na koniec określ, w jaki sposób próbki będą oceniane. Detektor, obiektyw, kalibracja i środowisko testowe powinny być zgodne z przeznaczeniem. Uzgodnij odległość testową, procedurę ustawiania ostrości, warunki docelowe i kryteria akceptacji przed zatwierdzeniem produkcji masowej.

Wniosek: podać cały system termowizyjny

Wybór obiektywu termowizyjnego wymaga czegoś więcej niż tylko dopasowania ogniskowej lub liczby F. Format detektora, rozstaw pikseli, pasmo widmowe, pole widzenia, zakres ostrości, parametry optyczne, ograniczenia mechaniczne i środowisko pracy mają wpływ na to, czy obiektyw jest odpowiedni.

Kompletny arkusz danych detektora, informacje o odległości celu, wymagania dotyczące sceny i rysunek mechaniczny stanowią znacznie solidniejszą podstawę do oceny niż krótkie zapytanie o „soczewkę termiczną”.

Boshi Optics, częśćShanghai Silk Optical Technology Co., Ltd., oferuje produkty optyczne do zastosowań w obrazowaniu, w tym opcje soczewek termowizyjnych i niestandardowe rozwiązania optyczne. Jeśli kupujesz obiektyw do nowej kamery termowizyjnej, podaj model detektora, pasmo widmowe, wymagane pole widzenia, zakres ostrości i dostępne wymiary mechaniczne.

Poznaj naszeprodukty z zakresu soczewek termowizyjnychIniestandardowe rozwiązania optyczne lub skontaktuj się z nami poprzezWitryna internetowa firmy Boshi Optics aby omówić Twoją aplikację.