Using a thermal scope during the day is possible because thermal imaging forms an image from infrared radiation rather than visible light. However, daylight changes the thermal scene. A thermal scope does not fully replace a conventional optical scope, as the two systems provide different kinds of information.
Sunlight changes the temperatures of the ground, vegetation, buildings, rocks, metal, and other surfaces. These changes can increase or reduce the thermal contrast between a target and its background. Reflections, weather, humidity, and atmospheric conditions can also affect how the scene appears.
Daytime thermal imaging is therefore not simply “nighttime performance with the sun turned on.”
Поэтому лучший вопрос заключается не только в следующем:
«Может ли тепловизионный прицел работать днем?»
а:
«Как дневная тепловая среда меняет то, что видит детектор?»
Если вы новичок в тепловидении, начните с нашего руководства по гид по тепловизионной технике для начинающих.
Тепловизионное изображение не требует видимого света
Камеры видимого света формируют изображения из света, отраженного от сцены.
Традиционные системы слабого освещения и усиления изображения также прямо или косвенно зависят от доступного света.
Тепловидение использует другой сигнал.
Объекты излучают инфракрасное излучение в зависимости от их температуры и свойств поверхности. Тепловой детектор улавливает различия в этой инфракрасной энергии и преобразует их в электрические сигналы, которые можно преобразовать в изображение.
Вот почему тепловизор может работать:
- при дневном свете;
- в сумерках;
- ночью;
- в полной темноте.
Видимое освещение не является основным требованием для формирования изображения. FLIR описывает тепловидение как способное создавать изображения как в темноте, так и при ярком дневном свете, поскольку детектор реагирует на инфракрасное излучение, а не полагается на видимое освещение сцены.
Более подробное объяснение самого детектора смотрите в нашем руководстве по тепловизионные FPA и микроболометры.
Дневной свет меняет термическую картину
Хотя видимый солнечный свет не требуется детектору, солнечный свет меняет температуру наблюдаемых поверхностей.
В течение дня солнечная энергия может обогревать:
- обнаженная почва;
- камней;
- стены и крыши;
- транспортные средства и машины;
- растительности;
- металлические поверхности;
- другие материалы для наружного применения.
Разные материалы нагреваются и охлаждаются с разной скоростью.
В результате сцена, наблюдаемая вскоре после восхода солнца, может иметь совершенно иную термическую картину, чем та же сцена в полдень.
Это основная причина, по которой дневное тепловидение не следует рассматривать как идентичное ночному.
Детектор может работать в обоих случаях.
The сцена изменилось.
Солнечная нагрузка может увеличить или уменьшить тепловой контраст
Тепловой контраст — это разница между инфракрасным сигналом цели и окружающим фоном.
Сильный тепловой контраст облегчает различение объекта.
Слабый тепловой контраст заставляет цель сливаться с окружающей средой.
Солнечный свет может дать любой результат.
Например, солнечное отопление может сделать одну поверхность намного теплее, чем ее окружение, увеличивая видимый контраст.
Но длительное нагревание также может привести к тому, что несколько материалов приобретут одинаковые видимые температуры, уменьшив контраст между ними.
В руководстве FLIR по инфракрасному изображению отмечается, что солнечная нагрузка на открытом воздухе может нагревать объектив, камеру и наблюдаемые поверхности, изменяя излучение, получаемое детектором, по сравнению с контролируемыми условиями.
Это означает:
более яркий дневной свет не означает автоматически лучшее или худшее тепловизионное изображение.
Важно то, как меняется тепловая сцена.
Тепловой кроссовер может затруднить интерпретацию сцены
Срок тепловой кроссовер часто используется неофициально для периодов, когда видимая температура цели и ее фона приближается к одинаковой.
Это может произойти во время экологических изменений.
Например, один материал может нагреваться быстрее после восхода солнца, а другой дольше сохраняет тепло после захода солнца.
В какой-то момент их тепловые сигналы могут стать относительно схожими.
В этом случае видимый тепловой контраст может уменьшиться, даже если детектор работает нормально.
Точные сроки зависят от:
- материал;
- состояние поверхности;
- солнечное воздействие;
- тени;
- ветра;
- температуры окружающей среды;
- влага;
- активности цели.
Не существует универсального «худшего времени суток».
Тепловой кроссовер зависит от реальной сцены.
Жаркий полдень не делает тепловидение автоматически бесполезным
Высокая температура окружающей среды не приводит к отключению термодатчика.
Однако жаркие условия могут снизить контраст между объектом и фоном, когда многие поверхности становятся теплыми.
Рассмотрим теплую цель на прохладной земле.
Температурное разделение может быть сильным.
А теперь представьте, что земля, камни и растительность нагреваются в течение дня.
По мере того, как фон становится теплее, кажущаяся разница может уменьшаться.
Чувствительный детектор все еще может сохранять небольшие различия, но доступный тепловой контраст изменился.
Именно здесь NETD становится актуальным.
Дополнительную информацию о чувствительности в сценах с низкой контрастностью см. NETD в тепловизионных системах.
NETD может помочь, когда дневной контраст слабый
NETD описывает тепловую чувствительность относительно шума системы в заданных условиях измерения.
Более низкий NETD обычно означает, что можно выделить меньшие температурные различия относительно шума, когда условия сравнения эквивалентны.
Это может быть полезно в дневное время с низкой контрастностью.
Но NETD не создает несуществующей разницы температур.
Он также не заменяет:
- разрешение детектора;
- оптика;
- фокусировка;
- поле зрения;
- атмосферное пропускание;
- обработке изображения.
Поэтому низкое значение NETD не следует интерпретировать как гарантию того, что каждая сцена жарким днем останется высокодетализированной.
Разрешение детектора по-прежнему контролирует пространственную выборку
Дневной свет не меняет исходное количество пикселей детектора.
Детектор 384×288 остаётся 384×288.
Детектор 640×512 остается 640×512.
Более высокое собственное разрешение детектора может обеспечить больше пространственных выборок при сопоставимых оптике и поле зрения.
Но разрешение не может полностью компенсировать слабый тепловой контраст.
Детектору высокого разрешения по-прежнему нужна полезная инфракрасная информация с места происшествия.
Вот почему разрешение и NETD решают разные проблемы:
- разрешение → пространственная информация;
- NETD → термическая чувствительность относительно шума.
Отражающие поверхности могут вводить в заблуждение
Не каждая поверхность, видимая термодетектором, ведет себя как идеальный излучатель.
Полезная концепция здесь излучательная способность.
Поверхности с высоким коэффициентом излучения эффективно излучают инфракрасное излучение.
Поверхности с низким коэффициентом излучения, особенно полированные металлы, могут отражать значительное количество инфракрасного излучения из окружающей среды.
FLIR отмечает, что полированные металлы могут вести себя почти как инфракрасные зеркала, поэтому тепловизионная камера может видеть отраженное излучение от окружающих объектов, а не простое представление собственной температуры поверхности.
Это становится особенно актуальным на открытом воздухе, где солнечный свет и другие теплые объекты могут влиять на видимую тепловую картину.
Следовательно, яркая или темная область на блестящей поверхности не должна автоматически интерпретироваться как фактическая температура этой поверхности.
Для нерадиометрического тепловизора практическое занятие проще:
отражающие поверхности могут создавать тепловые эффекты, требующие тщательной интерпретации.
Видимый цвет не говорит о тепловом излучении
Поверхность, которая выглядит темной в видимом свете, не обязательно является сильным инфракрасным излучателем.
Аналогичным образом, блестящая видимая поверхность может вести себя совершенно по-разному в диапазоне LWIR.
Термический внешний вид зависит от:
- материал;
- обработка поверхности;
- излучательная способность;
- отражение;
- угол обзора;
- окружающие инфракрасные источники.
Вот почему дневная термическая интерпретация требует большего, чем просто предположение:
горячее на вид = физически горячее.
Это особенно важно при работе с полированным металлом, стеклом, водой и другими отражающими или частично отражающими поверхностями.
Прямое воздействие солнца – отдельный вопрос
Использование тепловизора при дневном свете — это не то же самое, что намеренное наведение его прямо на солнце.
Прямое солнечное воздействие создает гораздо более концентрированный эффект, чем просмотр обычного освещенного солнцем пейзажа.
Различные детекторы и оптические системы могут реагировать по-разному.
Например, Teledyne FLIR заявляет, что не рекомендует намеренно наблюдать за Солнцем с помощью камер Boson, Tau2 или Quark2.FLIR сообщает, что для этих конкретных ядер просмотр солнечного света может привести к временным артефактам изображения и потребовать восстановления или коррекции плоского поля.
Эта информация должна не быть обобщены до утверждения о каждом термическом продукте.
Соответствующее правило:
следуйте указаниям по прямому солнцу для конкретного устройства.
Unless the manufacturer explicitly states otherwise, avoid prolonged intentional viewing of the sun. For a broader discussion of solar exposure and other equipment risks, see our guide to what can damage a thermal scope.
Не следует путать дневной свет и прямое солнце
Оба эти утверждения могут быть верными:
Тепловизионный прицел обычно можно использовать при дневном свете.
и:
Намеренное наведение системы прямо на солнце может быть нежелательным.
Противоречия нет.
Нормальный дневной свет на открытом воздухе означает наблюдение обычных сцен, освещенных и нагретых солнцем.
Прямое наблюдение за Солнцем означает помещение самого солнечного диска в оптическое поле.
Это совершенно разные условия воздействия.
Погода по-прежнему имеет значение в течение дня
Дневной свет не устраняет атмосферные эффекты.
Влажность, туман, дождь, снег и длина атмосферного пути все равно могут уменьшить количество инфракрасной информации, достигающей детектора.
Кроме того, погода меняет температуру поверхности и, следовательно, контраст между целью и фоном.
Например:
- дождь может охладить поверхности;
- влажные материалы могут изменить термическое поведение;
- облачный покров может уменьшить солнечное нагревание;
- ветер может изменить температуру поверхности;
- влажность может повлиять на передачу на большие расстояния.
Полную информацию об экологии см. как погода влияет на тепловизионное изображение.
Тени могут быть тепловидимыми
Тень видимого света создается, когда блокируется прямое освещение.
Тепловые сцены могут показать схожий, но другой эффект.
Поверхность, подвергающаяся воздействию солнечного света, может нагреваться сильнее, чем соседняя затененная поверхность.
Эта разница температур может оставаться видимой даже после изменения видимой картины освещения.
В результате тепловое изображение может выявить:
- теплые поверхности, подвергающиеся воздействию солнечных лучей;
- более прохладные затененные регионы;
- сохранение тепла после смены источника света.
Это реальные тепловые закономерности, но они могут усложнить интерпретацию, если их принять за тепловые сигнатуры конкретной цели.
Качество дневного изображения может меняться в течение нескольких минут или часов
Тепловая сцена динамична.
Меняется интенсивность солнечного света.
Облака движутся.
Поверхности нагреваются.
Тень движется.
Ветер сменяет конвективное охлаждение.
Влага испаряется.
Поскольку эти процессы происходят с разной скоростью, тепловое изображение одного и того же места может существенно меняться в течение дня.
Это означает, что сравнение продуктов, проведенное в 8:00 утра, не должно автоматически рассматриваться как эквивалентное сравнению, проведенному в 15:00.
При сравнении тепловых устройств по возможности используйте схожие условия окружающей среды и наблюдения.
Автоматическая регулировка усиления меняет презентацию
Тепловые устройства обычно используют функции обработки изображений, которые регулируют контрастность изображения в соответствии с текущей сценой.
Автоматическая регулировка усиления может перераспределить уровни отображения, чтобы полезные различия оставались видимыми.
Это может привести к тому, что изображение будет выглядеть совершенно иначе при смене сцены.
Это не означает, что физическое разрешение детектора или NETD изменились.
Это означает, что доступные данные детектора представлены по-другому.
Аналогично, выбор палитры может влиять на то, насколько легко пользователь заметит определенные различия, не меняя при этом основные тепловые измерения.
NUC/FFC — это не режим «день-ночь»
Многие неохлаждаемые тепловые системы выполняют коррекцию неравномерности, часто называемую NUC или FFC.
Это помогает компенсировать различия между элементами детектора и изменения в поведении детектора.
Это не переключение между дневным и ночным режимом работы.
Изменение температуры окружающей среды или температуры устройства может увеличить необходимость калибровки в некоторых системах, но конкретный процесс зависит от продукта.
FLIR описывает NUC как поправку на неоднородность детектора, а не как режим освещения.
Используйте точную процедуру производителя устройства.
Цифровой зум не становится более мощным при дневном свете
Цифровое увеличение увеличивает тепловую информацию, уже уловленную детектором.
Он не добавляет собственные пиксели детектора.
Дневной свет не меняет этого правила.
Сильный дневной тепловой контраст может облегчить интерпретацию увеличенной цели.
Слабый контраст может сделать увеличение менее полезным.
Но максимальный цифровой зум не следует путать с естественной пространственной детализацией.
Информацию о взаимосвязи между данными детектора и усовершенствованием вычислений см. в нашем руководстве по Обработка искусственного интеллекта в тепловизионных прицелах.
Дневное DRI по-прежнему зависит от всей системы
Обнаружение, распознавание и идентификация являются разными информационными задачами.
Дневной тепловой контраст может изменить расстояние, на котором каждая задача остается практичной.
Теплую цель на термически схожем фоне может стать труднее различить даже при идеально видимом дневном свете.
И наоборот, сильный контраст между целью и фоном может облегчить обнаружение.
Практическая DRI по-прежнему зависит от:
- размера цели;
- разрешение детектора;
- шаг пикселя;
- фокусного расстояния;
- поле зрения;
- теплового контраста;
- атмосфера;
- NETD;
- обработка.
Полное обсуждение см. тепловому обнаружению, распознаванию и идентификации.
Может ли тепловизор заменить обычный оптический прицел при дневном свете?
Не полностью. Тепловизионный прицел и обычный оптический прицел предоставляют разную информацию. Тепловидение подчеркивает различия в излучаемой инфракрасной энергии, что может облегчить обнаружение тепловых сигнатур на некоторых фонах. Обычный оптический прицел использует видимый свет и может предоставить цвет, текстуру, детали поверхности и другую визуальную информацию, которую не воспроизводит тепловидение.
Поэтому при дневном использовании тепловидение лучше рассматривать как дополнение, а не как универсальную замену обычной оптики. Тепловизор может быть полезен для обнаружения и сканирования, тогда как визуальная идентификация может быть полезна при использовании оптического прицела или бинокля, если позволяют условия. Практический выбор зависит от размера цели, теплового контраста, расстояния, поля зрения, детализации детектора, оптики и степени необходимости визуального подтверждения.
Какие характеристики важны для использования в дневном тепловом режиме?
Те же основные характеристики по-прежнему имеют значение в течение дня:
| Фактор | Почему это важно |
|---|---|
| Разрешение детектора | Собственная пространственная выборка |
| NETD | Чувствительность к малым тепловым различиям |
| Шаг пикселя | Геометрия детектора и IFOV с линзой |
| Фокусное расстояние / поле зрения | Охват сцены и угловая выборка |
| Качество линз | Инфракрасная передача и фокусировка |
| Обработка изображений | Представление имеющихся тепловых данных |
| Дисплей | Просмотр пользователя и презентация интерфейса |
| Рабочая температура | Поддерживаемый экологический диапазон для конкретного продукта |
| Аккумуляторная система | Практическое время работы |
| Защита от внешних воздействий | Пределы воздействия для конкретного продукта |
Дневной режим работы не создает отдельного комплекса теплофизики.
Это меняет сцену, в которой работает система.
Реальному продукту по-прежнему нужны точные дневные характеристики
Текущий термопродукт можно использовать здесь в качестве реального примера бренда, не утверждая, что одна модель подходит для всех условий дневного света.
Для конкретного продукта проверьте:
- собственная спецификация детектора;
- NETD;
- оптика;
- поле зрения;
- диапазон рабочих температур;
- наведение по прямому солнцу;
- защита окружающей среды;
- состояние батареи/время работы;
- процедура калибровки.
Не делайте вывод об этих характеристиках другого продукта того же семейства.
Реальное изображение продукта должно связывать техническую статью с линейкой Yubeen, а не служить доказательством неподтвержденных заявлений о производительности в течение всего дня.
Как оценить тепловизор при дневном свете
Практическая оценка может быть проведена в следующем порядке:
- Выберите реалистичную сцену.
Включите как теплые, так и холодные материалы, а не одну искусственно высококонтрастную цель. - Наблюдайте более чем в одно время суток.
Утренние и дневные термические режимы могут существенно различаться. - Проверьте контрастность цели и фона.
Определите, остаются ли объекты различимыми при нагревании фона. - Внимательно осмотрите отражающие поверхности.
Не думайте, что каждая видимая тепловая картина отражает температуру поверхности. - Сравните тот же FOV.
Различные поля зрения могут сделать одну систему более детальной, чем другую. - Используйте сопоставимый фокус.
Плохая фокусировка может свести на нет различия между детекторами. - Проверьте обработку изображений отдельно.
Сильное повышение резкости или регулировка усиления могут изменить внешний вид, не изменяя при этом возможности встроенного детектора. - Избегайте намеренного наблюдения за прямым солнечным светом, если это явно не разрешено.
- Проверьте текущие пределы рабочей температуры для конкретного устройства.
- Сравните продукты в аналогичных условиях окружающей среды.
Неконтролируемые скриншоты, сделанные в разное время, являются слабым доказательством.
Что может и чего не может рассказать дневное тепловидение
Тепловизионная система может:
- работать без видимого освещения;
- оставаться пригодными для использования при ярком дневном свете;
- выявить различия в инфракрасном излучении, которые могут быть не видны на видимых изображениях;
- выявить тепловые эффекты от солнечного света, тени и нагрева поверхности;
- поддерживать наблюдение как в дневных, так и в ночных условиях.
Тепловизионная система не может:
- гарантировать одинаковый контраст в любое время суток;
- сделать все поверхности легко интерпретируемыми;
- устранить отражение от низкоэмиссионных поверхностей;
- превратить цифровой зум в дополнительное разрешение детектора;
- гарантировать одинаковую дальность DRI в дневное и ночное время;
- оправдать длительное наблюдение под прямыми солнечными лучами без рекомендаций по конкретному продукту.
Ключевой момент прост:
дневной свет не препятствует тепловому изображению, но изменяет отображаемую тепловую среду.
Часто задаваемые вопросы
Can a Thermal Imaging Scope Work in Bright Daylight?
Да. Тепловидение не зависит от освещения в видимом диапазоне, поэтому обычный дневной свет не препятствует формированию изображения. Однако солнечный нагрев может изменить тепловой контраст между целью и фоном и, следовательно, изменить внешний вид сцены.
Дневное тепловидение так же эффективно, как и ночное?
Не обязательно лучше или хуже. Производительность зависит от теплового контраста конкретной сцены. Некоторые цели могут выделяться сильнее ночью, в то время как другие дневные условия могут создавать полезный контраст.
Могут ли прямые солнечные лучи повредить тепловизионный прицел?
Ответ зависит от конкретного продукта. Использование при дневном свете в обычном режиме и намеренное направление оптики прямо на солнце — это разные условия. Некоторые производители тепловизионных матриц прямо не рекомендуют намеренно смотреть на солнце, поэтому следуйте указаниям для вашей конкретной модели.
Почему тепловой контраст иногда ухудшается жаркими днями?
Солнечный нагрев может сблизить температуры различных поверхностей. Когда сигналы цели и фона становятся схожими, тепловой контраст уменьшается, несмотря на то, что детектор продолжает работать нормально.
Почему блестящий металл может выглядеть странно на тепловизионном изображении?
Поверхности с низким коэффициентом излучения, такие как полированный металл, могут отражать инфракрасное излучение из окружающей среды. Таким образом, отображаемый рисунок может включать отраженную тепловую энергию, а не представлять только собственную температуру поверхности.
Улучшает ли дневной свет дальность тепловизионного обнаружения?
Не автоматически. Солнечный нагрев в дневное время может увеличивать или уменьшать контрастность цели. Практический диапазон по-прежнему зависит от разрешения детектора, оптики, температурной чувствительности (NETD), поля зрения, размера цели, атмосферы и обработки.
