Тепловизоры в сложных условиях эксплуатации

Тепловизионное наблюдение – это немного другой аспект вопроса, чем видеонаблюдение в оптическом диапазоне в сложных условиях. Но это важный вопрос, который необходимо прояснить, поскольку из некоторых рекламных публикаций о тепловизорах создается впечатление, что они "всемогущи".

Что усложняет работу тепловизора?

Тепловизионные камеры могут формировать изображения в полной темноте. им не нужен свет для создания четкого изображения. Однако туман, дождь, снег и другие атмосферные явления влияют на дальность работы камер и формируют сложные условия для наблюдения.

Влажный воздух действует как "экран" для инфракрасного излучения. В летние месяцы атмосфера обычно имеет более высокое затухание, по сравнению с зимними месяцами, из-за повышенной влажности. Туман и дождь могут очень сильно ограничить дальность видения тепловизионной системы вследствие рассеивания света от капель воды.

Чем выше плотность капель, тем сильнее ослабевает инфракрасный сигнал. но одних только атмосферных условий недостаточно, чтобы предсказать, как далеко можно видеть сквозь туман или дождь. Необходимо принимать во внимание размер цели и разницу температур с фоном. Более того, ограниченное пространственное разрешение оптики и датчика, а также помехи датчика и параметры обработки сигнала снижают контраст светимости цели с фоном.

Сложности тепловидения в туманной атмосфере

Туман – это видимая совокупность мельчайших капель воды, подвешенная в атмосфере. Когда воздух почти полностью насыщен парами воды, это означает, что относительная влажность близка к 100% и что туман может формироваться в зонах достаточного количества конденсационных центров, которыми могут быть частицы пыли или дыма. Существуют различные виды тумана. Адвективный туман формируется в результате смешивания двух воздушных масс с различными температурами или влажностью. другая его форма – это излучательный туман. Он формируется в процессе излучательного охлаждения воздуха при температурах, близких к точке росы. Некоторые полосы тумана бывают более густыми, чем другие, поскольку капли воды увеличиваются в размерах из-за приращения.

В условиях тумана капли могут поглощать больше воды и значительно увеличиваться в размере. Вопрос о степени рассеивания в инфракрасном диапазоне, по сравнению с видимым спектром, зависит от распределения размера капель. Причиной ухудшения видимости в туманной атмосфере является поглощение и рассеивание естественного или искусственного освещения частицами тумана.

Количество поглощения и рассеивания зависит от микрофизической структуры частиц тумана, которые также называют аэрозолями.

Технические решения для тепловидения в сложных условиях

Поскольку тип и плотность атмосферы влияют на дальность видения сквозь туман, большое значение имеет тип используемой инфракрасной камеры и особенно диапазон волн, в котором она работает. Существуют два основных волновых диапазона для тепловизионных камер: 3–5 мкм (MWIR) и 8–12 мкм (LWIR). Спектральное распространение в диапазонах MWIR и LWIR различается.

Поэтому и существует разница между дальностью видимости сквозь туман с помощью тепловизионной камеры с неохлаждаемым LWIR-датчиком по сравнению с охлаждаемым MWIR-датчиком.

Тепловизионные камеры с неохлаждаемыми датчиками работают в диапазоне длинных инфракрасных волн (LWIR) с длиной волны от 7 до 14 мкм, в котором наземные температурные цели излучают большую часть своей инфракрасной энергии и существуют условия для применения неохлаждаемого обнаружения. На излучение MWIR отрицательно влияют атмосферные загрязнения и газы (возможно повышенное атмосферное поглощение и/или повышенные уровни излучаемости на трассе – все это снижает контраст изображения цели). На LWIR это влияет меньше. Дождь может значительно снизить контраст цели (из-за повышенного атмосферного рассеивания и общего потемнения), а LWIR и MWIR ведут себя одинаково при дожде. Ухудшение производительности инфракрасной системы в условиях дождя очень зависит от расстояния. Поэтому универсального ответа на этот вопрос не существует.

Условия эксплуатации тепловизора на железной дороге очень сложные: к атмосферным явлениям добавляются мощные электромагнитные наводки, вибрация, пыль и др. Рано или поздно агрессивная среда окажет воздействие на прибор.

Это говорит о том, что заказчик не должен слепо ориентироваться на рекламные материалы или настаивать, что тепловизор должен видеть одинаково всегда. Необходимо обращение с предприятию-разработчику и совместный анализ каждой конкретной ситуации – выбор диапазона наблюдения, оптики и т.д.

Модульность оборудования и хороший сервис – залог успешной работы тепловизоров

Наш разговор касается очень специфичной области – тепловизионного наблюдения в сложных условиях. По опыту, в агрессивных условиях железной дороги главная проблема не кожух. Разумеется, есть более или менее удачные конструкции кожуха тепловизора. Но представьте себе условия эксплуатации тепловизора на железной дороге: помимо того, о чем мы уже говорили, добавляются мощные электромагнитные наводки, вибрация, пыль и др.

Поэтому рано или поздно по-настоящему агрессивная среда окажет воздействие на прибор. Для нас решение одно – обеспечение максимально быстрой замены вышедшего из строя узла, работа сервисных служб без сбоев. А вот разработка тепловизора должна быть подчинена этой задаче: быстросъемные модули, удобные крепления, быстро восстанавливаемая оптика и т.д.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №1/2021

Фото: ru.freepik.com