Ключевые факторы, влияющие на точность тепловой съемки

Термографическая технология основана на инфракрасном излучении, излучаемом объектом-мишенью. С помощью многоступенчатого процесса, включающего передачу излучения в атмосфере, приём детектором, фотоэлектрическое преобразование, цифровую обработку и оптимизацию изображения, тепловое распределение на объекте визуализируется.

В этом процессе участвуют несколько важных этапов: генерация, передача и приём излучения. Точность обнаружения ограничивается множеством факторов, и любые изменения в этих условиях могут снизить качество изображения или точность измерений.

Поэтому при оценке точности термографического изображения необходимо учитывать, что результаты зависят от сочетания различных факторов. В следующих разделах мы систематически проанализируем основные влияющие факторы, включая характеристики поверхности объекта, условия окружающей среды и атмосферы, параметры работы устройства и методы его эксплуатации.

1) Влияние поверхностной излучательной способности

Излучательная способность поверхности цели является ключевым параметром, определяющим интенсивность ее инфракрасного излучения. При одинаковых условиях температуры объекты с разными уровнями излучательной способности излучают значительно разное количество излучения, что непосредственно влияет на работу термографических устройств. Как правило, объекты с более высокой излучательной способностью создают более сильные инфракрасные сигналы на одинаковом расстоянии наблюдения, что приводит к более четкому изображению поверхности на термограмме. Напротив, объекты с низкой излучательной способностью труднее обнаружить.

Излучательная способность зависит от множества факторов, включая свойства материала, шероховатость поверхности, степень окисления и цвет. Даже один и тот же объект может иметь разные значения излучательной способности при разных температурах и длинах волн. Эти вариации являются основной причиной ошибок измерений в инфракрасной термографии. Например, большинство неметаллических материалов, особенно металлические оксиды, имеют высокую излучательную способность, в то время как чистые металлы обычно имеют низкую. Шероховатость поверхности также играет важную роль: более шероховатые поверхности отражают меньше света, тем самым увеличивая излучательную способность, что особенно заметно у металлических материалов.

Кроме того, излучаемость зависит от направления, особенно для полированных или гладких поверхностей. Чтобы измерить истинную температуру объекта с излучаемостью ниже 0,9, тепловую камеру идеально нужно расположить перпендикулярно поверхности. Если это невозможно, угол измерения должен оставаться в пределах 30° от нормали к поверхности. В противном случае параметры излучаемости необходимо соответствующим образом скорректировать.

Понимание того, как излучаемость влияет на показания, является важным при оценке точности тепловой съемки, так как неправильные настройки излучаемости часто приводят к отклонениям температуры или неправильным интерпретациям.

1) Влияние атмосферных условий

Атмосферная пропускная способность является важным показателем, используемым для оценки того, как атмосфера влияет на инфракрасное излучение. Она определяется как отношение затухшего инфракрасного энергии, прошедшей через атмосферу, к исходному излучению, излучаемому объектом. Газы, такие как азот, кислород, углекислый газ и водяной пар, в различной степени поглощают и рассеивают инфракрасное излучение, что снижает интенсивность сигнала. Это затухание уменьшает способность тепловизорных устройств собирать сигналы, тем самым влияя на результаты обнаружения.

При экстремальных погодных условиях, таких как сильный дождь или снегопад, передача инфракрасного излучения дополнительно затрудняется. Когда капли дождя плотно расположены, инфракрасные сигналы не могут распространяться по прямой; вместо этого происходит рассеяние и поглощение, что приводит к потере сигнала. Во время снегопада снежинки вызывают как отражение, так и рассеяние, что не только создает помехи, но и поглощает и ослабляет инфракрасное излучение, в результате чего качество изображения снижается. Аналогично, туман, град и другие неблагоприятные погодные условия значительно снижают эффективность тепловой визуализации.

2) Влияние окружающей температуры

Окружающая температура также влияет на фактическую температуру измеряемой цели, что в свою очередь сказывается на точности измерения. В условиях высокой температуры цель может нагреваться, из-за чего показания могут быть выше реального значения. Наоборот, в условиях низкой температуры измеренное значение может быть занижено. Поэтому, когда рассматривается вопрос о точности тепловой визуализации, важно учитывать условия окружающей температуры, чтобы обеспечить надежные и точные результаты.

1) Инфракрасное разрешение

Разрешение инфракрасного детектора относится к количеству эффективных пикселей в инфракрасном детекторе, обычно выражаемому как “горизонтальные пиксели × вертикальные пиксели” (например, 256×192, 384×288, 640×512, 1280×1024). Чем выше разрешение, тем больше точек температуры можно захватить в единице площади, что приводит к более четким изображениям с более обширными деталями. И наоборот, более низкое разрешение создает размытые изображения с недостаточным количеством деталей, снижая способность распознавать цели.

2) Пространственное разрешение (ММП)

Пространственное разрешение, также известное как Моментальное поле зрения (ММП), представляет собой минимальное расстояние между двумя объектами, которое может различить термографическое устройство, обычно измеряемое в миллирадианах (мрад). Оно определяется шагом пикселей детектора и фокусным расстоянием объектива. При фиксированном фокусном расстоянии меньший шаг пикселей увеличивает количество пикселей, тем самым улучшая детализацию и четкость изображения. При фиксированном шаге пикселей более высокое пространственное разрешение означает большее фокусное расстояние, которое сужает поле зрения, но улучшает увеличение и резкость изображения. При постоянном расстоянии до цели более высокое пространственное разрешение позволяет камере захватывать более мелкие детали, делая изображение более четким.

3) Тепловая чувствительность (NETD)

Тепловая чувствительность, также называемая эквивалентной шумовой разностью температур (NETD), указывает на наименьшую разницу температур, которую тепловая камера может обнаружить между объектом и фоном, обычно выражаемую в милликильвинах (мК). NETD зависит от таких факторов, как оптика объектива (число F), тип детектора, время накопления и температура работы. Более низкое значение NETD означает, что устройство может обнаруживать меньшие разницы температур, обеспечивая более высокий контраст изображения и более детализацию - особенно это является преимуществом в условиях низкого контраста или слабых источников тепла.

4) Угловое поле зрения (FOV)

Угловое поле зрения - это угловой размер наблюдаемой сцены. Шире поле зрения позволяет камере охватывать более большую площадь обнаружения, но так как количество пикселей остается постоянным, плотность пикселей уменьшается, что приводит к более низкому разрешению изображения и меньшей детализации. Наоборот, более узкое поле зрения соответствует большему фокусному расстоянию, что уменьшает охватываемую площадь, но увеличивает плотность пикселей и разрешение, обеспечивая более четкие и детализированные изображения.

5) Частота кадров

Частота кадров - это количество кадров или изображений, отображаемых в секунду, измеряемое в герц (Гц). В термографии это количество инфракрасных кадров, показываемых в секунду - обычно 25 Гц, 30 Гц или 50 Гц. Более высокая частота кадров обеспечивает более плавное видео, особенно при наблюдении за быстро движущимися объектами, где это помогает более точно зафиксировать движение и уменьшает задержку изображения или размытие при движении.

При оценке точности термографии такие факторы, как разрешение, угловое разрешение пикселя (IFOV), минимальная различимая разность температур (NETD), поле зрения (FOV) и частота кадров, играют важную роль в определении как точности измерения, так и качества изображения.

Термографическая технология визуализирует распределение температуры, захватывая инфракрасное излучение, испускаемое объектами, обеспечивая точное и эффективное измерение температуры для промышленных осмотров, безопасности, научных исследований и других применений. Однако точность измерения зависит от множества факторов, включая поверхностные характеристики объекта, атмосферные и окружающие условия, а также характеристики самого тепловизора.

Теги: термокамера, термовизионная камера, точная термокамера