Съемка с тепловизором

Данная статья рассматривает основные принципы термальной съемки. Также рассказывается о возможностях использования термальной камеры на практике при оснащении ею беспилотников.

Что скрыто под понятием «термальной съемки» и как она может помочь в выполнении разных задач, что нужно знать, используя эту технологию?

Понятие термальной съемки

Благодаря применению термальных камер человеческому глазу удается увидеть то, что в обычных условиях невозможно или трудно. Невидимое излучение, отражение от объектов камера может уловить без привязки к имеющемуся освещению.

 

Под инфракрасным спектром следует понимать часть электромагнитного спектра. Это постоянная или константа, которая всегда есть вокруг нас. Ее не видно, кроме незначительной части по центру спектра, что и называют видимым светом.

Человек может улавливать только свет, отражаемый от поверхностей. При этом может быть разной длина волны, что и обеспечивает восприятие разных цветов. Это не относится к термальной энергии, она может не только отражаться, но и излучаться.

 

Говоря об эффективности отдачи термоэнергии, имеют в виду именно излучение. Для разных объектов оно происходит по-разному. На это влияет материал, состояние поверхности.

 

Так, люди, животные, скалы, характеризуются высокой степенью отдачи. Металлы, для которых характерен блеск, имеет низкую отдачу. Если их подвергнуть окрашиванию или они покрываются коррозией, ситуация поменяется.

 

Для 2 разных предметов, расположенных друг возле друга, имеющих похожую температуру, внешний вид на изображении, снятом термальной камерой, будет похож.

Для примера можно привести изображение крыши, которая не окрашена. Она отражает холодное небо.

 

Учитывая этот факт, помнить необходимо о следующем:

1. Термоэнергия – поверхностное явление, а сами устройства не улавливают излучения, если есть стекло либо стены.

 

1. На термосъемку влияет состояние поверхности, расстояние до объекта.

 

1. Камеры могут замерять разность в энергии, которая излучается, но она не привязана к температуре.

 

О чем говорят цвета на тепловизионных кадрах?

Для получения разных теплоизображений применяются определенные цветосхемы. Так как глаз не видит инфракрасные и тепловые излучения, для отображения применяются абстрактные тона, чтобы сделать энергию видимой.

Яркие оттенки или варианты разные по насыщенности серого являются специфическими, имеют большой набор данных. Знание возможностей того, что с помощью них можно отобразить, помогает использованию при необходимости даже в полевых условиях. Пользователь может определить и применить информацию относительно различных объектов.

 

К основным вариантам относится:

White hot для изображения горящего в белом цвете.

Черное и белое в данном контексте упрощает понимание сути содержания с большим пределом относительно температурной шкалы. Это удобно при необходимости исследовать природные ландшафты, территории городов.

Black Hot (отображение горячего черным).

Данная версия позволяет отобразить теплые объекты в черном цвете, а холодные – в белом. Применяется такой вариант, в большинстве случаев, правоохранительными органами, охотниками.

Ironbow.

Данный вариант палитры – универсальный. Он позволяет уловить тепловые отклонения, температуру предмета для предоставления информации относительно распределения тепла и некоторых деталей. При этом происходит визуализация теплых участков в теплых цветах, а тех, что относятся к холодным – оттенками синего.

• В менее востребованном варианте Sepia происходит отображение тепла в золоте и белом цвете, а холодного – в темных тонах. Принято считать, что такой вариант легче воспринимается и мозгом человека, и глазами. Применяется он в ситуациях, требующих длительного по времени видеонаблюдения.

• Rainbow HC. Данный вариант актуален для предметов с небольшой разницей в температуре, а также Arctic, подразумевающей подсветку золотом теплого и холодного совместно с Ironbow и Rainbow HC.

 

Выбирая способ отображения, нельзя сказать сразу, какой вариант лучше. По мнению некоторых пользователей, White Hot не обеспечит нужное количество деталей, другие же относят многоцветовое изображение к отвлекающему. Использовать White Hot и Dark Hot лучше при поиске небольших нагретых предметов, а также в условиях повышенной влажности и большой температуры. Ironbow также можно отнести к универсальному средству, актуальному для изучения крыш, солнечных батарей, электрооборудования. Arctic подойдет для повышения контрастности цветов.

 

Понятие изотермы

Изотерм – вид цветовой палитры. Она позволяет увидеть диапазон определенной цветовой температуры.

 

Используется изотерма для выделения конкретного температурного предела, чтобы не был пропущен определенный объект.  

 

Использовать только изотермы не стоит. Примером служит человек и предмет, который располагается возле него. Если они имеют одинаковую температуру, энергии будет примерно равное количество, что приведет к скрытию объекта.

 

Чтобы исключить такие сбои, можно использовать сначала Black Hot и White Hot. Так как такого подбора может быть недостаточно, следует использовать не только изотермические изображения.

 

Поле зрения, разрешение тепловизоров для квадрокоптеров

При выборе объектива определения оптимального разрешения, не следует надеяться на то, что легко подобрать нужный вариант.

 

При большем разрешении можно получить больше количество пикселей. Это обеспечит лучшую детализацию. Маленький объектив обеспечит большее обозреваемое пространство, которое будет захвачено этим пространством. В то же время — это может привести к снижению комфорта во время поиска. Таким образом, необходимо обеспечить оптимальное соотношение по захватываемой площади детализацией и увеличением.

 

В качестве примера приведем образец с объективом в 9мм, камерой слева с разрешением 336 * 256, полем зрения 35° * 27°; справа объектив 640 * 480 полем зрения 69° * 56°. На приведенных рисунках видно, как меняется картинка в зависимости от выполнения отдаления объектива.

 

Из рисунков видно, что при использовании разрешении 640 мм получается выполнить больший охват. В то же время при отдалении разобрать содержание становится сложнее.

 

Это говорит о том, что необходимо находить золотую середину между детализацией, полем зрения и диапазоном обнаружения.

 

Еще один пример относится к 640, но с углом зрения 32° x 26° FOV.

В данном примере FOV меньше, наблюдаемый объект видно дальше на 640.

 

Последний объект получен при разрешении 640, линзами 9 мм (слева), 13 мм (центр), 19 мм (справа). При таких параметрах можно подобрать оптимальное соответствие области охвата и диапазона, при котором можно различать объекты при определенном разрешении.

 

Какова дальность обзора?

В вопросе применения дронов главными пунктами является дальность видения и высота полета.

 

Для детального рассмотрения вопроса можно ответы сделать отдельными для дальности, чтобы объект стал заметным и дальности для замера температуры.

 

Для определения расстояния нужно учитывать следующие моменты:

• размер объекта;

 

• количество тепловой энергии;

 

• условия в атмосфере;

 

• разность температур объекта окружающей среды.

 

 

Если же необходимы точные данные, главное понимание того, что видеть объект не просто для получения температуры.

 

Также при этом важно обращать внимание на такие параметры, как:

• фокус – величина фокусного расстояния объектива камеры;

 

• диапазон – величина, характеризующая чувствительность камеры, которую также следует учитывать во время подготовки;

 

• дистанция – расстояние от устройства фиксации информации до самого объекта.

 

Важно знать и величину цели, которую необходимо определить. Составлять план полета также необходимо таким образом, чтобы угол обзора, высота, расстояние шаблона были заранее определены, так как в ином случае объект трудно будет найти.

 

Для термографа важно заранее планировать маршрут полета, основываясь на «измерительное поле зрения» видеокамеры.

 

Дейв Ли из FLIR говорит о том, что MFOV представляет собой не 1 пиксель. Это комплекс из 5 * 5 пикселей. Для получения точного измерения объект должен попасть в пределы этого пятна или немного выйти из него.

 

Также он акцентирует внимание на том, что в случае, когда MFOV больше замеряемого объекта, данные могут исказиться, так как они будут соотноситься с энергией соседствующих объектов, а не только замеряемых.

 

Как влияет погода или окружение на дрон с тепловизором?

Если речь идет об использовании дрона с тепловизором, следует понимать, что поисковые задачи и инспекции промышленных объектов будут различаться.

 

Термографы для инспекции, в большинстве случаев, используются для наблюдения за известными участками, объектами. Они могут быть значительно меньше тех, которые применяются спасателями. Причина в мисси спасателей, которая заключается в поиске малого объекта на большой территории.

 

Необходимо помнить, что для операций в направлении безопасности, количество теплоэнергии, а также место нахождения играет большую роль.

 

Ключ кроется в понимании принципов влияния окружающего пространства на видимое. Также есть 3 взаимосвязанные причины окружающей среды, о которых не следует забывать:

1. Дневной цикл.

 

1. Действия солнца.

 

1. Теплокроссовер (пересечение).

 

 

Под первым понятием следует понимать циклический процесс, связанный с началом дня с восхода солнца и окончанием, когда оно заходит. Чем день будет дольше, небо безоблачным, тем более нагретыми будут земля и предметы, объекты на ней.

 

С заходом солнца тепло переходит обратно в атмосферу.

Большое количество аккумулированной энергии негативно сказывается на определении конкретных предметов на земле. Это относится к солнечной нагрузке.

 

В процессе наблюдения можно заметить, что с увеличением степени поглощения излучения разница температур нужного объекта с окружающими становится все меньшей.

 

В момент большой солнечной нагрузки отличить один предмет от другого трудно, что хорошо прослеживается на рисунке. По зеленой стрелке видно, что там стоит человек, но определить объект не всегда можно на получаемом изображении.

 

В этот момент начинается тепловое пересечение, то есть определяемая зрительно разность температур между интересующим объектом и его окружением падает до такого предела, когда камера не способна их определить.

 

Бывают случаи, когда ранее видимые предметы на прохладном фоне показывается холодным на теплом.

 

Следует помнить, что теплоэнергия и температура - разные понятия и ощущение тепла человеком не всегда будет показано теплом.

 

Еще один важный фактор – погода. В особенности это касается тумана, облачности, влажности. Они могут изменить вид изображения. Это касается изменения картинки и в ночное время. Она будет иной, по сравнению со снятой днем.

 

Влажность также будет поглощать либо рассеивать теплоэнергию, снижая расстояние до определения, блокируя определение энергии от объекта до камеры. То есть чем большей будет влажность, тем большим будет результат. Дождь – яркий пример этого, так как он значительно понижает температуру разных предметов.

 

В некоторой степени наблюдение может усложниться. Тем не менее, по окончании дождя те объекты, которые излучают тепло, будут лучше заметны. Это можно увидеть по изображению людей на разноцветном фоне.

 

Возможности применения термальных камер на дроне

Применение дрона с тепловизионной видеокамерой (Mavic 2 Enterprise Dual, Matrice 200/210 V2 с тепловизором XT2) может оказаться актуальным в ситуациях, когда важна оперативность в спасении человека.

 

Примеры областей применения следующие:

• наблюдение за массовыми мероприятиями;

 

• поиск пропавших туристов;

 

• борьба с лесными пожарами;

 

• инспекция промышленных объектов.

Использование беспилотников с таким техническим обеспечением повышает шансы на быстрое и безопасное решение сложившейся ситуации, а также снижает стоимость необходимых спасательных мероприятий.

 

Примером является ситуация, когда беспилотник обследует большие территории, собирая важную информацию. Впоследствии, благодаря ей, удается принимать эффективные стратегические решения на расстоянии от зоны операции.

 

Полиция использует беспилотники при поиске пропавших беглецов, туристов. Пожарные следят с помощью них за скоростью и масштабами распространения огня в лесных массивах и тем, как выполняются операции по его ликвидации. Тепловая камера работает и через задымление.

 

В отношении технической инспекции беспилотники с термокамерой также важны. Учитывается:

1. Цена: в соотношении необходимых затрат на решение разных задач, теплокамеры оказываются рентабельными по сравнению с другими методами.

 

1. Скорость получения результата: изображение получается быстро за меньший промежуток времени. Надежность при этом повышается.

 

Также тепловизионные камеры могут использоваться для осмотра зданий. Благодаря этому можно своевременно определить утечки тепла, воды, проблемы с электроэнергией, другое. Благодаря всего одному дрону можно решить многие проблемы. При этом время, затрачиваемое обычно на те, или иные процедуры, будет значительно сокращено. Важно лишь обращать внимание на особенности работы техники, погоду, скорость аппарата, другие характеристики.

__________
Подпишитесь на нас в социальных сетях и будьте всегда в курсе новостей: Instagram, ВКонтакте, Facebook