Достижения в разработках и новые функции расширяют спектр применения тепловизионной техники

Аналитики предполагают, что мировой рынок тепловизоров в ближайшие годы будет расти в среднем на 8% и к 2030 г. и достигнет объема 12,6 млрд долларов. Журнал "Системы безопасности" следит за этой темой, ежегодно организуя обзоры оборудования и собирая мнения экспертов. В этом материале представители ОКБ "Астрон", компании "АРМО-Системы", ООО "БИК-Информ", НПК "Фотоника" и "Фирмы "Видеоскан" рассказывают, что нового появилось на рынке тепловизоров и какие тенденции для него характерны.

Какие тенденции развития тепловизионной техники наметились в 2024 году?

Виталий Серов, ОКБ "Астрон"

С увеличением степени информатизации появляются все новые требования к системам безопасности, связанные с их автономностью и возможностями аналитики событий на базе нейросетевых алгоритмов. Конечно же, традиционно происходит постоянная миниатюризация и удешевление электронных компонентов за счет модернизации технологии. но в первую очередь это, конечно, внедрение искусственного интеллекта (ИИ) в системы безопасности.

Евгений Лебедев, АРМО-Системы

Тепловизионная техника развивается поступательно, и в целом в нынешнем году продолжились тенденции предыдущих лет.

Во-первых, особенно значимо появление биспектральных камер, которые, можно сказать, удвоили эффективность применения на объекте и тепловизоров, и камер видимого диапазона за счет совмещения возможностей каждого из устройств. Это касается, в частности, уменьшения количества ложных тревог благодаря применению аналитики по тепловому изображению и по двум каналам (тепловизионному и видимому).

Во-вторых, нельзя не отметить расширение производства и, как следствие, удешевление тепловизионного оборудования на порядки, если сравнивать с первыми образцами такой техники на рынке систем безопасности.

В-третьих, наблюдается тенденция к расширению функций аналитики, доступных для тепловизоров, а также сфер их применения, от охранной сферы (периметры, внешние и внутренние пространства) до противопожарной и промышленной сферы.

Появление новых моделей с усовершенствованными характеристиками разрешения, аналитики, защищенности от факторов внешней среды и температуры позволяет внедрять тепловизоры в сферы, где раньше применение такой техники не представлялось возможным, например для обнаружения аномалий и неисправностей производственного оборудования, трансформаторов на подстанциях, подвижного состава на железных дорогах и др.

Роман Поляков, БИК-Информ

В 2024 г. развитие тепловизионной техники продолжает идти по пути повышения качества изображения, миниатюризации, удешевления производства и интеграции с другими технологиями. Вот некоторые ключевые тенденции:

1. Улучшение качества изображения.

• Разрешение. Постоянно растет разрешение матриц тепловизоров, что делает картинку более детальной.
• Частота кадров. Более высокая частота кадров обеспечивает плавность изображения, что особенно важно для динамичных сцен.
• Чувствительность. новые материалы и технологии позволяют создавать тепловизоры, способные регистрировать минимальные различия температур, что делает их более информативными.
• Дальность действия. Разрабатываются тепловизоры, способные "видеть" на больших расстояниях, что актуально для охраны периметра, наблюдения и других областей.

2. Миниатюризация и снижение стоимости.

• Меньшие размеры и вес. Тепловизионные модули становятся все более компактными и легкими, что расширяет возможности их интеграции в различные устройства.
• Снижение стоимости производства. Развитие технологий производства делает тепловизионную технику более доступной для широкого круга пользователей.

3. Интеграция с другими технологиями.

• Искусственный интеллект (ИИ). ИИ используется для анализа тепловизионных изображений в режиме реального времени, что позволяет автоматизировать многие задачи, например обнаружение целей или диагностику оборудования.
• Дополненная реальность (AR). Наложение тепловизионного изображения на изображение с обычной камеры создает эффект дополненной реальности, что повышает информативность и удобство работы.
• Беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Тепловизоры все чаще интегрируются в БПЛА, что открывает новые возможности для мониторинга и инспекции труднодоступных объектов.

4. Расширение сфер применения.

• Медицина. Диагностика заболеваний, контроль эффективности лечения.
• Промышленность. Контроль технологических процессов, поиск дефектов, энергоаудит.
• Безопасность. Системы видеонаблюдения, обнаружение нарушителей, поиск и спасение людей.
• Автомобильная промышленность. Системы помощи водителю, повышение безопасности движения.

Развитие тепловизионной техники идет быстрыми темпами, и в ближайшие годы можно ожидать появления новых удивительных решений в этой области.

Наиболее массовой областью применения тепловизоров, безусловно, можно считать технологический контроль энергосетей, промышленного электрооборудования и трубопроводных систем. Распространено применение тепловизоров в охранных системах для обнаружения людей и техники в охраняемых зонах, особенно в ночное время.

Виталий Мишин, НПК "Фотоника"

Традиционно для устройств формирования изображений, к которым, безусловно, относится и тепловизионная техника, существует тенденция роста разрешающей способности детекторов. Это приводит к увеличению плотности пикселей на единицу площади детектора и, следовательно, уменьшению размеров пикселя, что, в свою очередь, ведет к снижению уровня чувствительности.

Естественно, нельзя обойти стороной и модную нынче тематику внедрения искусственного интеллекта во все сферы деятельности. Тепловизионное оборудование тоже не отстает и становится умнее, в первую очередь оснащается средствами автоматического анализа и распознавания информации. Мы точно знаем, что некоторые компании сейчас активно занимаются разработкой программного обеспечения для тепловизоров с нейросетевыми алгоритмами с целью идентификации и классификации объектов.

Николай Чура, Фирма "Видеоскан"

Основные тенденции развития тепловизионной техники связаны с расширением ассортимента оборудования практически для всех направлений применения тепловидения. Это происходит одновременно с некоторой стандартизацией и в каком-то смысле упрощением и типизацией структур, используемых алгоритмов и элементной базы устройств. Разнообразие инфракрасных (ИК) детекторов свелось к широкому использованию исключительно микроболометров на основе оксида ванадия VOx. Более чувствительные детекторы (до 20 мК) на основе MCT (КРТ, кадмий-ртуть-теллур) встречаются крайне редко и только для специальных задач в научных исследованиях либо системах безопасности периметральной, пограничной охраны или контроля побережья. В таких системах могут применяться и тепловизионные модули высокого разрешения (1280 х 1024) с повышенной кадровой частотой (до 100 Гц).

Средняя чувствительность распространенных тепловизионных приборов для всего спектра задач не превышает 60–50 мК при частоте кадров 25 Гц. Почти все модели снабжаются камерой наблюдения для видимого диапазона, а часто и лазерным дальномером.

В порядке шутки приведу строки из рекламного проспекта на миниатюрный "карманный" тепловизор – "недорогой тепловизор для строителей, инженеров, электриков, подходит для бытовых нужд, всего за 85 тыс. руб.".

Какая область применения тепловизоров является наиболее массовой?

Виталий Серов, ОКБ "Астрон"

Существуют две массовые области применения тепловизоров, которые меняют свой баланс в зависимости от политической обстановки, – это вооружения и специальная техника, а также системы видеонаблюдения в системах безопасности. С повышением угроз безопасности в 2010-х гг. наблюдалась динамика увеличения количества тепловизионных средств на 20–25% ежегодно, в настоящее время с 2020 г. потребность в тепловизорах увеличилась многократно, если не на порядок.

Евгений Лебедев, АРМО-Системы

Тепловизоры находят свое применение в самых разных областях, и если еще несколько лет назад ответ на вопрос о самой массовой сфере сводился к сфере охраны, то сегодня это промышленность. Огромное разнообразие технологических процессов и увеличение количества таких процессов требует контроля, в том числе температурного, с визуализацией рабочей сцены. В качестве примеров – производственные цеха, но далеко не только они, еще электрощитовые, кроссовые комнаты, серверные, аккумуляторные подстанции и т.п., где вовремя обнаруженные перегрев и неисправность могут предотвратить возгорание и/или выход из строя оборудования, стоимость которого в разы превышает затраты на организацию системы тепловизионного мониторинга.

Роман Поляков, БИК-Информ

Самой массовой сферой применения тепловизоров на сегодня остаются системы безопасности. Это и различные производства, БПЛА и БЭК (безэкипажные катера), различные судовые системы, охрана периметров протяженных объектов и т.д. В промышленности тепловизионная техника активно внедряется в системы технического зрения для мониторинга и обнаружения дефектов производства и контроля за температурным режимом технологического оборудования и материалов.

Виталий Мишин, НПК "Фотоника"

Если вести речь про использование на промышленных площадках, то, безусловно, это охрана объектов. Вызовы, которые сейчас стоят перед промышленными предприятиями, привели к явному перекосу в сторону создания всепогодных наземных систем дальнего обнаружения объектов для защиты периметра предприятий и объектов критической инфраструктуры.

Николай Чура, Фирма "Видеоскан"

Наиболее массовой областью применения тепловизоров, безусловно, можно считать технологический контроль энергосетей, промышленного электрооборудования и трубопроводных систем. К сожалению, чрезвычайно высокая цена этих систем препятствует более широкому их распространению. Даже весьма спорные методы обнаружения утечек углеводородов (природного газа, бутана, пропана и т.д.) имеют право на существование, несмотря на то, что обнаруживается не сам продукт, а лишь температурный градиент в результате его дросселирования через отверстие.

Естественно, распространено применение тепловизоров в охранных системах для обнаружения людей и техники в охраняемых зонах, особенно в ночное время.

Практически неизбежно использование тепловизионных прицелов и камер, установленных на подвижные средства и БПЛА в армии. Стремительное расширение этого применения мы наблюдаем сейчас.

Доля тепловизоров мегапиксельного формата будет неуклонно расти и через пять лет составит практически 100%. Информационное развитие, необходимость обнаружения малоразмерных целей (БПЛА) с приемлемой дальностью обнаружения, новые алгоритмы обработки изображений – все это требует постоянного увеличения детализации тепловизионной съемки.

Насколько текущая обстановка влияет на потребность в тепловизорах и могут ли наши российские предприятия обеспечить эту потребность?

Виталий Серов, ОКБ "Астрон"

Потребность превышает возможности предприятий, широко используется импортная компонентная база, да и готовая техника. Мы ориентированы на импортозамещение и участвуем в нескольких государственных программах для увеличения степени локализации тепловизионной техники и масштабирования ее производства. Не следует ждать быстрых изменений. Задача стоит совершенно грандиозная – полностью создать технологический стек, начиная со средств производства, материалов и заканчивая организацией полноценного международного сотрудничества в этой области. Сейчас в стране есть почти полный спектр мер поддержки для развития этих направлений, и мы это чувствуем.

Евгений Лебедев, АРМО-Системы

Потребность в тепловизорах, прежде всего для промышленного применения, с радиометрическими функциями, постоянно растет. Чем важнее объект, будь то металлургический комбинат, нефтеналивная станция или др., тем серьезнее последствия сбоев и тем нужнее превентивная защита, которую способны обеспечить тепловизоры. Отечественные предприятия вносят свой посильный вклад в удовлетворение этой потребности, но о полном обеспечении говорить пока рано. Больше мы видим на рынке сравнительно дешевых моделей из Китая, с которыми российские образцы конкурируют слабо. Налицо и отставание по времени: новые модели появляются не очень часто.

Роман Поляков, БИК-Информ

Текущая обстановка повышает потребность в тепловизорах, особенно для специальных систем. Несмотря на наличие собственных производителей, российский рынок тепловизоров сильно зависит от импорта, особенно в части комплектующих.

Российские производители активно развиваются, стремясь предложить конкурентные решения как внутри страны, так и за рубежом.

Виталий Мишин, НПК "Фотоника"

Естественно, влияние чувствуется, потребность растет. По большей мере отечественные компании в состоянии закрыть потребность рынка в разнообразии номенклатуры тепловизионной техники для систем защиты периметра. В то же время в массовом производстве и производстве тепловизоров для гражданского использования, охоты и т.д. нет никаких шансов бороться с китайскими производителями.

Если вести речь о нашей компании, то у нас и желания заходить на этот рынок товаров широкого потребления нет.

Николай Чура, Фирма "Видеоскан"

Странно обсуждать влияние текущей обстановки на применение новых технологических приемов и оборудования. Например, интенсивное строительство дорог, промышленных объектов и жилья, естественно, требует эффективного оборудования для контроля и наладки инженерных коммуникаций.

С современными военными действиями это тем более очевидно. Относительно участия в производстве такой наукоемкой продукции российских предприятий, здесь, как обычно, их участие можно рассматривать только на уровне сборочных операций.

Существуют ли в настоящее время проблемы с локализацией производства тепловизионных детекторов? Какие именно? Как их можно преодолеть?

Виталий Серов, ОКБ "Астрон"

Существуют проблемы с некоторыми компонентами, которые могут быть поставлены с длительными сроками производства и в недостаточном количестве, как, например, микросхемы считывания, металлокерамические корпуса. Ну и, конечно же, существует традиционный дефицит компонентной базы для электронных блоков обработки. Преодолеть такие узкие места можно только с поддержкой государства, и эта задача решается усиленными темпами впервые за долгое время. В целом известно, что объем финансирования российской электронной отрасли за последние пять лет вырос в 20 раз: около 10 млрд руб. в 2019 г. против более 200 млрд руб. в 2024 г. Известно, например, что всего из госбюджета на поддержку российской электронной отрасли за последние восемь лет направлено 274 млрд руб., поддержано почти 600 конкретных проектов. Тепловизионные детекторы также входят в этот перечень.

Евгений Лебедев, АРМО-Системы

Да, проблемы с локализацией производства тепловизионных детекторов существуют. Тепловизор – наукоемкая конструкция, воплощающая в совокупности достижения научно-технические, технологические, базирующиеся на разработках в разных сферах и неразрывно связанные с современным развитием экономики. Решение экономических проблем позволит решить все остальные, что называется, автоматически. Желание вкладываться в производство может стать определяющим фактором для развития любой из отраслей. Преодолеть трудности можно экономическими мерами с поддержкой государства.

Виталий Мишин, НПК "Фотоника"

Проблемы не существует в связи с отсутствием локальных производителей детекторов, по крайней мере в LWIR-диапазоне. Да, мы неоднократно слышали громкие заявления на этот счет, есть ряд разработок в определенных, зачастую не самых востребованных, спектральных диапазонах, но на практике о массовом серийном производстве речи не идет. Со своей стороны мы готовы рассматривать альтернативу детекторам, которые используются в текущей линейке нашей продукции, более того находимся в постоянном поиске из-за динамично меняющейся конъюнктуры рынка, но на текущий момент альтернативы китайским производителям детекторов для нашего ассортимента тепловизионной техники мы не видим.

Николай Чура, Фирма "Видеоскан"

Говорить о локализации производства тепловизионных детекторов, на мой взгляд, просто глупо, поскольку нашей промышленностью не решена проблема даже типовых телевизионных детекторов. А может быть, это и не нужно!? Во всем мире эти изделия применяются как покупные комплектующие.

Запредельная стоимость тепловизоров высокого разрешения не позволяет надеяться на их сильное распространение. Высокая цена обусловлена физическими принципами, которые приводят к неизбежному росту размеров тепловизионного сенсора, а вместе с ним и размеров, и сложности используемой оптики.

Как вы оцениваете потребность в тепловизорах высокого разрешения? Будет ли она увеличиваться в ближайшее время?

Виталий Серов, ОКБ "Астрон"

Наиболее распространенным форматом пока является 640 × 480. Но тепловизоры на основе микроболометрических матриц активно переходят на формат 1280 × 960 с шагом 12 мкм, а передовыми являются микроболометрические матрицы формата 1920 × 1080 с шагом 8 мкм. Доля тепловизоров мегапиксельного формата будет неуклонно расти и через пять лет составит, думаю, практически 100%. Информационное развитие, необходимость обнаружения малоразмерных целей (БПЛА) с приемлемой дальностью обнаружения, новые алгоритмы обработки изображений – все это требует постоянного увеличения детализации тепловизионной съемки.

Евгений Лебедев, АРМО-Системы

Вчера, да и сегодня, тепловизоры с детектором высокого разрешения были востребованы в специфичных условиях, скорее как единичные решения. завтра ситуация может поменяться. Поскольку это напрямую связано с их высокой стоимостью, рост потребности можно будет прогнозировать по мере удешевления производства. Расширение ассортимента и увеличение массы доступных по цене устройств постепенно будет приводить к появлению
более совершенных моделей, которые будут нужны рынку.

Роман Поляков, БИК-Информ

Я считаю, что потребность в тепловизорах высокого разрешения однозначно будет расти в ближайшее время. Вот несколько факторов, которые будут этому способствовать:

1. Технологический прогресс. Разрешение тепловизионных матриц постоянно растет, а стоимость их производства снижается. Это делает тепловизоры с высоким разрешением доступнее для более широкого круга потребителей.
2. Расширение сфер применения. Высокое разрешение открывает новые возможности для использования тепловизоров. например, более точная диагностика в медицине (выявление мельчайших отклонений в температуре тела, что важно для ранней диагностики заболеваний) или контроль качества в промышленности – обнаружение дефектов на ранних стадиях производства, более точный контроль технологических процессов.
3. Развитие беспилотных систем. Тепловизоры с высоким разрешением необходимы для создания дронов с улучшенными возможностями зрения в сложных условиях (ночью, в тумане и т.д.).
4. Системы безопасности. Раннее и более четкое обнаружение и распознавание объектов на больших расстояниях.
5. Растущая осведомленность. Все больше людей и организаций узнают о преимуществах тепловизионной технологии, что также будет стимулировать спрос на более совершенные модели.

Конечно, тепловизоры с низким разрешением все еще будут востребованы в бюджетном сегменте, но именно модели с высоким разрешением станут основным двигателем развития рынка в ближайшие годы.

Виталий Мишин, НПК "Фотоника"

Спрос на тепловизоры высокого разрешения медленно, но растет. Повторимся, что у роста разрешающей способности есть обратная сторона медали в виде снижения уровня чувствительности. Применительно к нашей компании – видим трудности в том, что текущий рынок практически не предлагает детекторы высокого разрешения со встроенным элементом Пельтье, который помогает снизить уровень шума, тем самым оказывая положительное влияние на чувствительность детектора.

Николай Чура, Фирма "Видеоскан"

Отрицать потребность в тепловизорах высокого разрешения неразумно. Для подтверждения правоты этого достаточно сравнить термограммы, сделанные подобными приборами. Однако абсолютно запредельная стоимость подобной техники не позволяет надеяться на их сильное распространение. Высокая цена обусловлена физическими принципами, которые приводят к неизбежному росту размеров тепловизионного сенсора, а вместе с ним и размеров, и сложности используемой оптики. Причем для оптики используется дефицитный и сложный в обработке монокристаллический германий (Ge).

Назовите основные факторы (драйверы) роста отрасли.

Виталий Серов, ОКБ "Астрон"

Из новых направлений можно назвать развитие робототехники и беспилотного транспорта, которые требуют совершенствования систем технического зрения, способных работать круглосуточно, в любое время года и при любых погодных условиях. Но основными факторами, как и в прошлом веке, является увеличение военных потребностей и появление новых угроз в сфере безопасности, таких как беспилотное оружие. Государство вынуждено реагировать и в условиях беспрецедентных санкций все больше обращает внимание на импортозамещение и технологическую безопасность. Рост промышленных показателей страны с началом СВО представляет собой вполне наглядный пример.

Евгений Лебедев, АРМО-Системы

Производственный фактор – основной драйвер развития тепловизионных и биспектральных камер, в особенности с функцией измерения температуры. В силу многочисленности и разнообразия специфических задач температурного контроля производственных процессов на такую технику спрос будет расти. Более того, потребность в производстве и усложнение технологических процессов могут стать причиной появления многообразия форм подобных устройств.

С другой стороны, драйверы роста могут быть связаны и с административной сферой: так, ультракомпактные "биспектралки" с успехом могут обнаруживать такие нарушения, как, скажем, курение в неположенных местах на бензозаправках, в помещениях торговых и бизнес-центров, на прилегающих территориях и т.п.

Роман Поляков, БИК-Информ

Вот основные факторы (драйверы), стимулирующие рост этой индустрии:

1. Технологическое развитие и снижение стоимости.

• Усовершенствование сенсоров. Производство микроболометров (основной тип тепловизионных сенсоров) становится все более технологичным, что приводит к повышению разрешения, чувствительности и снижению стоимости.
• Миниатюризация. Тепловизоры становятся компактнее, легче и энергоэффективнее, что расширяет сферы их применения.
• Интеграция с другими технологиями. Тепловизоры все чаще интегрируются с другими устройствами и системами – смартфонами, дронами, системами видеонаблюдения, дополненной реальностью, что делает их более доступными и функциональными.

2. Расширение сфер применения.

• Строительство и ЖКХ. Уже стало стандартом использование тепловизоров для энергоаудита, поиска протечек, контроля состояния инженерных сетей.
• Промышленность. Неразрушающий контроль, мониторинг оборудования, предотвращение аварий – вот лишь некоторые области применения в промышленности.
• Медицина и ветеринария. Диагностика заболеваний, мониторинг состояния пациентов, исследования – тепловизоры находят все более широкое применение в медицине.
• Безопасность и оборона. Системы охраны, поиск и спасение, патрулирование, военные действия – традиционные сферы применения тепловизоров.

3. Рост осведомленности и доступности.

• Снижение цен. Тепловизоры становятся доступнее для широкого круга пользователей, от строителей до владельцев домов.
• Популяризация. СМИ, интернет-ресурсы, выставки способствуют повышению осведомленности о возможностях тепловизионной технологии.
• Государственная поддержка. В некоторых странах существуют государственные программы, стимулирующие внедрение тепловизоров (например, в энергоэффективном строительстве).

4. Глобальные вызовы.

• Пандемия COVID-19. Тепловизоры стали востребованы для бесконтактного измерения температуры в общественных местах.
• Энергетический кризис. Рост цен на энергоносители стимулирует поиск эффективных решений по энергосбережению, где тепловизоры играют важную роль.

В целом рынок тепловизоров демонстрирует устойчивый рост, и, по прогнозам, эта тенденция сохранится в ближайшие годы.

Виталий Мишин, НПК "Фотоника"

Будем краткими, ведь ответ тут очевиден: СВО. Ответ на вопрос "Почему?" мы все каждый день видим в лентах новостей.

Николай Чура, Фирма "Видеоскан"

Если мы имеем в виду всю отрасль – тепловидение, то особых драйверов роста не просматривается, если только не считать простейших дистанционных термометров, завезенных из Китая. Что касается остальной продукции, которая к тому же достаточно дорогостоящая, то общая экономическая ситуация не способствует росту.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 3/2024

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Фото: ru.freepik.com