Guns.ru Talks
  Ночная оптика
  Тепловизоры: мифы и легенды ( 2 )

вход | зарегистрироваться | поиск | реклама | картинки | календарь | поиск оружия, магазинов | фотоконкурсы | Аукцион
  всего страниц: 19 :  1  2  3  4  5 ... 16  17  18  19 
  следующая тема | предыдущая тема
Тепловизионные прицелы и монокуляры, ночная оптика Pulsar Тепловизионные прицелы FORTUNA ONE
СКИДКИ и ПОДАРКИ при покупке тепловизоров и ночных приборов PULSARМагазин www.tulon24.ru, Тепловизионные прицелы / монокуляры / насадки -Pulsar / Инфратех / Dedal / IWT / Guide / НПЗ /
тепловизоры и прицелы pulsar: apex/quantum/digisight 
Автор Тема:   Тепловизоры: мифы и легенды версия для печати
yevogre
5-2-2017 20:06 yevogre        первое сообщение в теме:

Открываю новую тему, в которой постараюсь собрать все то, что размазано по другим темам.
Буду отвечать на все вопросы всем интересующимся.
Ссылки на ответы буду помещать в шапку, чтобы не терялись.
Т.е. тема в стиле FAQ, но немного более специализированная.

Продолжу немного погодя, ибо не все картинки подготовить успел, а за базар отвечать надобно.

Хочу разъяснить прежде всего те вещи, по которым пояснения "профессионалов" уводят в обратную сторону.

1. Размер пикселя и его влияние на разрешение
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s47601436.html
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s48905789.html

2. Чувствительность матрицы и NETD
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s47602669.html

3. Разрешение входной оптики
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s47620765.html

4. Хроматизм входной оптики
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s47626304.html

5. Глубина резкости системы
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-m47637598.html

5. Атермализация оптической системы
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s47656089.html

6.Калибровка сенсора
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s47700154.html

7.Разрешение пары оптика/сенсор и относительное отверстие
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-m48147792.html

8.Затенение углов картинки или Виньетирование
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s48295865.html

9.Минимально разрешаемая разница температур
http://forum.guns.ru/forummessage/209/2021685-s48767737.html

edit log


 

 
горец
6-2-2017 21:51 горец    

Вот если вы оба сейчас опять начнёте сыпать терминами кои опираются на другие термины смысла которых не понимают осн число читателей все опять придет к обычному междусобойчику .

Очень доходчиво начато , большая просьба - продолжите в том же духе , на пальцах , чтобы понятно всем было .

Leser
6-2-2017 23:38 Leser    

quote:
Очень доходчиво

quote:
NETD

Эквивалентная шуму разница температур.
Определяется многократными последовательными считываниями сигналов с определенного участка сенсора при просмотре черного тела постоянной температуры, показания, не смотря на постоянную Т, в силу определенных причин всегда будут разными, разницу усредняют и приводят к температуре в mK.
Параметр показывает как бы "одинаковость" характеристик отдельных приемников относительно друг-друга и постоянство хар-к отдельных приемников, а то что он выражен в размерности температуры а не например сопротивления, может вводить неискушенных пользователей в заблуждения касательно разрешаемой сенсором разницы температур, на которую указывает другой параметр.
Так же NTED может вычисляться по формулам (теоритически):
https://books.google.ru/books?...XMC5oKHQPaAkQQ6 AEITzAH#v=onepage&q=NETD&f=false
quote:
MRTD

Минимально разрешаемая разница температур.
Определяется просмотром определенных мишеней на фоне черного тела известной температуры, температуру этих мишеней постепенно изменяют до того момента, пока мишень не станет различима на фоне черного тела, опыт так же проделывается многократно с различными мишенями. Это и будет разница температур которую способен уловить сенсор (в лабораторных условиях).
Параметр влияет на выделение (обнаружение) объектов.
Описание одной из методик измерения этих параметров (кому интересно):
http://www.ndt.net/article/ecndt2006/doc/Tu.4.6.4.pdf
Тут лабораторные значения для неохлаждаемых сенсоров получаются порядка 0.2-0.4 гр. С
MRTD современных сенсоров я в открытых источниках пока не нашел...

Вроде понятно написал...

edit log

yevogre
7-2-2017 06:35 yevogre    

quote:
Originally posted by Leser:

Т.е. все таки греется...


Вторая попытка ответить на данный пост.
Да, греется.
В этом есть особенность материалов, используемых в неохлаждаемых микроболометрах.
Основных, БАЗОВЫХ, всего 2:
VOx - оксид ванадия, удельное сопротивление (сравнительное) 100 кОм
aSi - аморфный кремний, 30 МОм
Как видно из характеристик, оксид ванадия предпочтительнее, т.к. допускает бОльшие токи и все последствия этого.
Картинка более контрастная, чувствительность выше.
Применяется американскими фирмами и израильской SCD.
Данная технология имеет ограниченное распространение из-за патента, принадлежащего Honeywell.
Но патент распространяется не на материал, а на технологию изготовления матриц.
Как я понял из публикаций, это архитектура MEMS.
А сама технология изготовления называется micromashining - химическое фрезерование пленки после разварки на контакты.

В пику Хонейвелл в НПО "Ангстрем" работают над другой технологией изготовления этой пленки - называется Золь-гель.
Описание есть в сети, первые матрицы изготовлены уже давно.
Но есть проблема - нестабильность выхода по характеристикам. Пожелаем им удачи

aSi - это основной материал ULIS (Франция).
Также применяется турками (Microtasarim) и американской L3 (по данным аналитиков из YOLE Development).
Это технология на базе КМОП, более дешевая, но имеющая свои недостатки по чувствительности.

Азиатами ведутся работы по освоению новых материалов.
Корейцы (i3system) уже выпускают на основе оксида титана, а китайцы вовсю работают над простым алюминием.

На этом вводная часть заканчивается и переходим непосредственно к мифам и легендам.
Хочу сразу предупредить - многое будет противоречить вашим представлениям,
которые составлены на основе данных из других "поучительных" тем на этом форуме.
Некоторые представления будут просто перевернуты

hunter_308
7-2-2017 07:03 hunter_308    

...вложу в странички закладку)...
yevogre
7-2-2017 07:05 yevogre    

Итак МИФ ПЕРВЫЙ
Коснемся темы размера пикселя матрицы.
Точнее (так как уже в курсе конструкции) ШАГА пикселей.

Миф звучит следующим образом:

Чем меньше шаг пикселя, тем выше четкость изображения, круче матрица и самые передовые 12.5 мкм идут ТОЛЬКО в военку и крайне секретны.

Ну, сразу признаюсь, что в уверениях о повышении четкости что-то есть...
Но это не совсем соответствует действительности, ибо работает ТОЛЬКО в совокупе с оптикой и последующей обработкой.
Т.е. просто поменяв матрицу с 25-м пикселем на 17-й можно получить обратный эффект.

1. Общепринятый, хоть и оспариваемый, факт заключается в том, что РЕАЛЬНАЯ чувствительность приемника напрямую завязана на его площадь.
2. Пропорциональное нарастание шумов - неправда, ибо из 6 основных шумов с площадью сенсора связаны всего, ИМХО, 2.
3. Относительное отверстие большинства применяемых объективов, а так-же их качество сводят на "нет" всю возможную "пикселизацию"

Возникает резонный вопрос - а что, производители сенсоров полные дураки, если идут в ОБРАТНУЮ сторону?
Ответ, ИМХО, скрыт в технологии изготовления матриц - не зря я ее коротенько описал выше.
Ибо основная цена производства падает на площадь ваффера.
Так-же и патентные выплаты.
И если из одной "вафли" нарезать в 2 раза больше сенсоров (просто уменьшив площадь элемента вдвое), то получится весьма и весьма.
Для примера:
Стоимость Микро 80 от УЛИСа с пикселем 34 микрона составляет (грубо) 60 ЕВРО вместе с линзой.
Стоимость Pico 160, имеющего даже меньшую площадь из-за пикселя 17мкм, составляет 300 ЕВРО

При этом основные затраты (а в случае такой операции с оксидом ванадия и выплаты по лицензии) будут практически одинаковыми.

Это ОЧЕНЬ грубо и является моими выводами после перелопачивания кучи статей по теме.
Так что возражения (с фактами и указанием источника) только приветствуются

edit log

kartmaxxx
7-2-2017 07:50 kartmaxxx    

Очень познавательно, а можно рассуждать как-то в рамках того, что в итоге мы видим в окуляре прибора...
К примеру, как я понял опять же, меньший шаг пикселя дает нам меньший физ размер матрицы и соответственно более растянутое изображение и в итоге прирост кратности и сама картинка, тем не менее, детальнее не становиться, так? И еще вопрос, - взяв одинаковые приборы, но один на 17мкм другой на 25, при равных опт хар-ах мы получим на одном кратность 2, к примеру, на другом 3,7 но вот если на том что на 25 мкм оптикой вытянуть кратность 3,7 как на 17 мкм, картинки схожие будут или какие-то отличия мы увидим???
yevogre
7-2-2017 08:06 yevogre    

quote:
Originally posted by kartmaxxx:

а можно рассуждать как-то в рамках того, что в итоге мы видим в окуляре прибора...


На тему того, что и кто видит в окуляр прибора, на форуме тем много-много.
И вывод из этих тем только один - каждый видит что-то свое и чаще всего то, что очень хочет увидеть.
Я стараюсь донести до вас "кухню" этих приборов.
На вопросы ФИНАЛЬНОГО плана - "так какой тепловизор лучче????" - я ответить не смогу.

Прочитав эту тему (когда до конца допишу), вы сможете сами постараться увидеть то, что я тут описываю.

По вашему вопросу - вы ПРАВЫ, ваш глаз в окуляре видит картинку с разрешением ДИСПЛЕЯ.
И перед выводом на дисплей картинка "улучшается" путем искажения исходной.
Степень "улучшения" зависит от полета фантазии "улучшателя" - программера.
Так что в финале (как и в "мыльничной" фотографии) вы видите то, что производитель решил вам показать.
Я-же хочу провести вас по всему пути и постараться пояснить, что-же вообще можно увидеть в эти приборы.

Есть еще один немаловажный момент - ваш глаз видит в ЛОГАРИФМЕ.
Если грубо, то для улучшения ВИДИМЫХ ГЛАЗУ параметров системы вдвое, эти параметры ФИЗИЧЕСКИ должны быть улучшены в 10(!!!) раз.

Leser
7-2-2017 09:30 Leser    

quote:
Чем меньше шаг пикселя

quote:
уменьшив площадь элемента вдвое

Все таки о чем идет речь в данном случае?
О шаге пикселя - расстоянии между их центрами или краями.
Или о размере диагонали площадки (от которой зависит площадь), которую пиксель занимает на матрице?

edit log

yevogre
7-2-2017 09:39 yevogre    

МИФ ВТОРОЙ
Тема чувствительность матрицы или NETD.

Чем меньше значение NETD, тем лучшую картинку показывает прибор.
Параметр показывает разницу температур объекта, которую улавливает сенсор

NETD - Noice Equivalent Temperature Difference. В переводе - разница температуры, эквивалентная шуму.
Мой коллега выше немного описал что это такое.
Попробую попроще и доходчивее:

Всем известно, что любые электронные устройства порождают помимо полезного сигнала кучу паразитных.
Вся совокупность этих ненужных сигнальчиков называется шумами.
У тепловизионной матрицы 3 типа шумов.
На языке оригинала эти группы звучат так:

1. Photon Noise - шум, порождаемый непосредственно сигналом
2. Detector-Generated Noise - шум, порождаемый детектором сигнала
3. Post detector Electronic Noise - шум, порождаемый последующей обработкой сигнала.

Рассматривать их отдельно скучная и долгая процедура.
Поэтому даже для тех, кто измеряет эти шумы, был выведен суммарный параметр, названный NETD.
Т.е. это сумма всех шумов, приведенная к понятному параметру - некоей разнице температур.

Для более точного понимания этого параметра опишу метод его измерения.
1. Матричный приемник (сенсор) с обвязкой соединяется с входной оптикой с относительным 1:1
2. При помощи полученной камеры делаются снимки поверхности имитатора Абсолютно Черного Тела (АЧТ) с постоянной температурой.
3. Из 40 последовательных снимков делается выборка по квадратам 100Х100 пикселей из одной зоны.
4. Сравнивается отображаемая температура этой зоны на 40 разных снимках и ее отклонение фиксируется как NETD.

Т.е. НИКАКОГО отношения к реально видимой разнице температур этот параметр не имеет.

Реальным параметром, улавливающим разницу температур зон/объектов является параметр MRTD - Minimum Resolvable Temperature Difference, минимальная РАЗРЕШИМАЯ разница температур.
Параметр в документации не указывается, ибо полезной информации не несет.
На деле он колеблется между значениями 0,5...1 градус или 500...1000 мК,
что на порядок отличается от NETD, который обычно берут за основу.

Вот такой вот миф

edit log

yevogre
7-2-2017 09:42 yevogre    

quote:
Originally posted by Leser:

Или о размере диагонали площадки (от которой зависит площадь), которую пиксель занимает на матрице?


Именно о ней - площади непосредственно приемника.
Но так как архитектура MEMS-матрицы практически одинаковая, то размеры приемников будут пропорциональны ШАГУ пикселей и могут использоваться для сравнивания.
Leser
7-2-2017 10:04 Leser    

quote:
Да, греется.В этом есть особенность материалов, используемых в неохлаждаемых микроболометрах.

Я правильно понял, что уникальность этих материалов не только в большом ТКС (температурный коэффициент сопротивления) и "удобных" для регистрации зависимостях dT/dR (изменение сопротивления при изменении температуры), но и в том что они вообще греются при поглощении электромагнитного излучения диапазона LWIR, т.к. другие материалы либо не поглощают LWIR, либо не греются его поглощая?

edit log

yevogre
7-2-2017 10:33 yevogre    

quote:
Originally posted by Leser:

Я правильно понял


Да, это именно так. Поэтому выбор материала ограничен.
Есть, очевидно, еще ограничения - возможность получения тонкой пленки, стойкость к воздействию при вытравливании "жертвенного" слоя...
Думаю, еще немало причин.
Но факт остается фактом - обкатанные технологии базируются только на этих материалах на сегодня.

Вроде титан тоже начинает приживаться - метод разработан DEAWOO Electronics, матрицы выпускает i3system
http://www.i3system.com/RUS/n_product/product122.html

Leser
7-2-2017 11:04 Leser    

quote:
Да, это именно так

quote:
т.к. другие материалы либо не поглощают LWIR

или
quote:
не греются его поглощая

?
yevogre
7-2-2017 11:19 yevogre    

Затрудняюсь ответить корректно.
Сама мембрана является абсорбером - т.е. поглотителем волн этого диапазона.
Если материал электромагнитные волны поглощает, то он, естессна, греется.
У полупроводников несколько сложнее - там внутреннее электронное преобразование.
У болометра проще - то, что в других ПП является шумом, тут преобразуется в полезный сигнал путем расбаланса внешней цепи.
Есть еще серьезный момент - сброс сигнала.
Для этого ноги делают из другого сплава, который хорошо отводит тепло.
Ну а накопленное тепло, поднимающее уровень шума, сбрасывают при калибровке.
Так что материал не должен только поглощать волны, но и быстро отдавать собственное тепло.
Про калибровку несколько позже - там мифов нет, все реально.
Ну, где-то так на уровне моей подготовки.
Более подробно не смогу - не та специальность.

edit log

yevogre
8-2-2017 09:40 yevogre    

Продолжим помаленьку.
С матрицами практически определились, теперь приступим к тому, что на матрице картинку формирует.
Т.е. речь пойдет о ВХОДНОЙ ОПТИКЕ

Типичный входной объектив теплоприбора представляет из себя конструкцию-систему, состоящую их 2-х линз.

click for enlarge 1269 X 571 178.9 Kb

Для интересующихся - это давно известная система Пецваля, позволяющая строить объективы с большим относительным
и способная "выравнивать" картинку по полю, удаляя его кривизну.

А это картинка распределения энергии по поверхности сенсора с учетом ТОЛЬКО геометрических искажений в пределах одного пикселя 17мкм
За источник взят точечный объект с бесконечно малым размером - ТОЧКА предмета.

click for enlarge 1596 X 571 153.6 Kb

Как видите - все абсолютно идеально и, судя по этой картинке, размер пикселя можно было-бы уменьшить раз в 5 без потери качества изображения.

На этом мы подходим к целой СЕРИИ мифов, на которой строится целая индустрия рекламы бесконечных возможностей увеличения разрешения сенсоров.

Если есть вопросы - давайте.

Чуть позже пойду эту идиллию УХУДШАТЬ, приближая к реальности

edit log

Leser
8-2-2017 11:04 Leser    

quote:
Типичный входной объектив теплоприбора представляет из себя конструкцию-систему, состоящую их 2-х линз.

Наверное имелось ввиду "из двух групп линз", т.к. линз на рисунке вроде 4...
Классический Пецваль - 4 линзы в 3-х группах:
Перед - склейка из 2-х линз, зад - две линзы с прослойкой воздуха.

edit log

yevogre
8-2-2017 11:09 yevogre    

МИФ ТРЕТИЙ
Тема разрешающая способность входной оптики

Входная оптика полностью вытягивает разрешение матрицы и имеет запас по разрешению,
который позволит в будущем уменьшать размер приемника и получать картинку, равную CCD

Все дело в том, что теплоприборы работают в диапазоне волн, длина которых исчисляется ДЕСЯТКАМИ микрон.
Видимый диапазон имеет длины волн на порядок меньше.
И тут включается уже не геометрия, а волновая теория с ее любимым детищем - ДИФРАКЦИЕЙ

Для простоты - любая оптика имеет входное отверстие (апертуру), которое чем-либо ограничено.
Т.е., грубо говоря, наличествует некое ПРЕПЯТСТВИЕ на пути волн сигнала.
При огибании этого препятствия волна сигнала начинает "крошиться" - препятствие само становится источником волн сигнала.
Это и называют дифракцией.
Определителем влияния дифракции является некий предел размеров светового пятна от точки предмета на сенсоре.
Этот размер называют кружком или диском Эйри
Он вычисляется по скучной формуле и для волн теплового диапазона (т.е. с длиной 10мкм) имеет размер 24.4 микрона при условии
применения оптики с относительным отверстием 1:1

Диаметр входной линзы
Параметр, сам по себе ни на что не влияющий.
Применяемым параметром является ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ОТВЕРСТИЕ объектива.
В даташитах указывается именно оно в совокупе с фокусом объектива:

Оптика - f'=60/1.2 Фокус 60мм, относительное отверстие 1.2
Это означает, что диаметр входа будет 60/1,2=50мм

Если диаметр минимального кружка рассеяния для относительного 1.0 будет 24.4 микрона,
то при увеличении относительного это значение просто умножается на его значение.
Для относительного 1.2 этот диаметр будет уже 29,3 микрона.
Соответственно и разрешение будет падать.

Все это скучная теория, так что далее в картинках:

Это диаграмма пятна БЕЗ дифракции

click for enlarge 1596 X 571 153.6 Kb

А это тот-же поток, только с добавлением влияния входного отверстия

click for enlarge 1596 X 571 206.5 Kb

Как видно, картинка уже не такая красивая

Если внимательно посмотреть на цифирьки на правой половинке графика, то можно увидеть СУЩЕСТВЕННОЕ снижение т.н. "освещенности"
или концентрации потока сигнала на единицу площади.
Именно этот параметр является определяющим при приеме сигнала малой мощности.
Т.е. он и определяет основные характеристики связки оптика-сенсор.
И не только в тепловидении

edit log

yevogre
8-2-2017 11:17 yevogre    

quote:
Originally posted by Leser:

Наверное имелось ввиду "из двух групп линз", т.к. линз на рисунке вроде 4...
Классический Пецваль - 4 линзы в 3-х группах:
Перед - склейка из 2-х линз, зад - две линзы с прослойкой воздуха.


1. На рисунке система из 2-х линз, f'=60, относительное 1:1
На рисунке присутствуют дополнительные линии - это прога так обозначает асферику.
2. Систему Пецваля вы описали правильно.
Только ГРУППЫ линз необходимы для исправления других типов ошибок, которые для германиевых линз не так существенны (ПОКА)

В термооптике применяют другие методы исправления ошибок - асферика и, с недавних пор, дифракционные поверхности на оной.

edit log

Leser
8-2-2017 11:18 Leser    

Т.е. в "теплом" Петцвале линз физически 2?

edit log

yevogre
8-2-2017 11:22 yevogre    

quote:
Originally posted by Leser:

Т.е в "теплом" Петцвале линз физически 2?


Ага. Больше просто не нужно, все вытягивается асфериками и их порядком.
У "коротких" объективов поверхность полевой линзы (которая сзади) похожа на волны от камня
Это когда порядок асферики уже к 12...14 подбирается....
  всего страниц: 19 :  1  2  3  4  5 ... 16  17  18  19 

следующая тема | предыдущая тема

похожие темы
 рекламно-маркетоидные легенды и мифы о кухонных ножах Кухонные ножи
 легенды и мифы "диванных теоретиков" от заточки Заточка режущего инструмента

темы поблизости
 Немного про дальномеры 
 про армасайт 
  Guns.ru Talks
  Ночная оптика
  Тепловизоры: мифы и легенды ( 2 )
guns.ru home