Сравнение тепловизора и цифрового ночного видения не сводится к простому вопросу, какая технология «лучше»; каждое устройство формирует изображение по-разному и имеет свои сильные стороны и ограничения ночью.
Тепловизионный прицел формирует изображение по различиям теплового инфракрасного излучения, поступающего на его детектор. Цифровое ночное видение использует светочувствительный электронный датчик для регистрации отражённого видимого или ближнего инфракрасного света и преобразует эту информацию в цифровое изображение.
Именно это различие определяет сильные стороны каждой технологии.
Тепловизор часто особенно эффективен, когда первоочередная задача — найти в темноте объект с отличающимся тепловым контрастом. Цифровое ночное видение может давать более привычное визуальное представление рельефа, растительности, сооружений и деталей поверхности при достаточном окружающем или инфракрасном освещении.
Поэтому правильный вопрос не таков:
Какая технология всегда лучше?
А:
Какая информация важнее всего для данной задачи и условий?
Более подробное объяснение того, что тепловизор показывает иначе по сравнению с обычным зрением, см. в материале что тепловизор может показать сверх того, что видит человеческий глаз.
Тепловизионная съёмка и цифровое ночное видение используют разные сигналы
Самое важное различие возникает ещё до начала обработки изображения.
Тепловизионная съемка
Тепловизор регистрирует тепловое инфракрасное излучение, поступающее на датчик.
Объекты и поверхности создают разные инфракрасные сигналы в зависимости от температуры, коэффициента излучения, материала и условий окружающей среды. Детектор преобразует эти различия в данные изображения, которые затем можно обработать и вывести на дисплей.
Поэтому видимое освещение не требуется для основного процесса формирования теплового изображения.
Цифровое ночное видение
Цифровое ночное видение работает скорее как высокочувствительная цифровая система формирования изображения.
Объектив направляет отражённый видимый или ближний инфракрасный свет на электронный датчик изображения. Затем сигнал обрабатывается и выводится на внутренний дисплей.
Доступное освещение может исходить от:
- лунный свет;
- звёздного света;
- искусственного видимого света;
- ближней инфракрасной подсветки.
Когда естественного или окружающего освещения недостаточно, многие системы цифрового ночного видения могут использовать активную ИК-подсветку, чтобы обеспечить датчику изображения дополнительный отражённый свет.
Это принципиально отличается от тепловизионной съёмки, которой не нужна активная подсветка, чтобы выявлять тепловой контраст.
Что происходит в полной темноте?
Полная темнота особенно наглядно показывает одно из главных различий между двумя технологиями.
Тепловизор продолжает формировать изображение, поскольку видимое освещение не является необходимым для него сигналом.
Если объект достаточно отличается по тепловому контрасту от фона, он может оставаться заметным даже там, где человеческий глаз почти ничего не видит.
У цифрового ночного видения другое требование.
Если на датчик изображения поступает недостаточно окружающего видимого или ближнего инфракрасного света, может потребоваться активная ИК-подсветка.
Это не означает, что цифровое ночное видение хуже.
Это означает, что две системы решают задачу работы в темноте по-разному:
тепловизор регистрирует различия теплового инфракрасного излучения, уже существующие в сцене;
в то время как:
цифровому ночному видению нужен отражённый свет, поступающий на датчик.
Тепловизор часто упрощает обнаружение
Представьте, что вы просматриваете тёмное поле или линию деревьев.
В видимой сцене могут быть тёмная растительность, тёмная почва, затенённый рельеф и объекты со схожими цветами или текстурами.
Изображение цифрового ночного видения может сохранять значительную часть этой видимой структуры сцены.
Это может быть полезно, но также означает, что объект остаётся частью визуального фона.
Тепловизор отображает ту же сцену иначе.
Если инфракрасный сигнал объекта достаточно отличается от окружения, он может отчётливо выделяться даже при слабом видимом контрасте.
Именно поэтому тепловизор может быть особенно эффективен для обнаружение.
Однако обнаружение — лишь первый этап получения информации.
Обнаружение — не идентификация
Видимая тепловая сигнатура сама по себе не обязательно содержит достаточно пространственной информации, чтобы точно определить, чем она вызвана.
На расстоянии тепловое изображение может показывать:
- тёплую область;
- движение;
- примерный размер;
- частичный силуэт.
Этого может быть достаточно для обнаружения.
Но этого может быть недостаточно для распознавания или идентификации.
Для распознавания требуется больше полезной информации об общей форме объекта.
Для идентификации нужно ещё больше информации — в зависимости от того, какое именно различие требуется установить.
Та же оговорка относится и к цифровому ночному видению.
Яркое или визуально детализированное изображение само по себе не гарантирует надёжную идентификацию, если объект слишком мал, размыт, пересвечен, частично закрыт или находится за пределами полезной дальности оптической системы.
Полное объяснение различий см. в нашем руководстве по тепловому обнаружению, распознаванию и идентификации.
Цифровое ночное видение часто даёт более привычные детали сцены
У цифрового ночного видения есть важное преимущество, которое не следует недооценивать:
его изображение может быть ближе к привычной визуальной сцене.
В зависимости от освещения, оптики, характеристик датчика, фокусировки и обработки цифровое ночное видение может сохранять различимые детали таких элементов, как:
- текстура поверхности земли;
- ветви;
- ограждения;
- тропы;
- метки на поверхности;
- границы объектов;
- окружающий рельеф.
Это может сделать навигацию и интерпретацию сцены более интуитивными.
Тепловизионное изображение часто скрывает значительную часть такой видимой текстуры, поскольку отображает инфракрасный контраст, а не отражение видимого света.
Поверхность с большим количеством видимых деталей может выглядеть термически однородной.
И наоборот, две поверхности, которые визуально выглядят почти одинаково, в тепловом диапазоне могут сильно различаться.
Ни один из двух способов отображения не является более информативным во всех ситуациях.
Они показывают разную информацию.
Тепловой и визуальный контраст — не одно и то же
Цифровое ночное видение в значительной степени зависит от контраста отражённого света.
Если тёмный объект находится на столь же тёмном фоне, визуально отделить его может быть трудно даже при достаточной яркости изображения.
Тепловизор, напротив, опирается на различия инфракрасного излучения, поступающего на детектор.
Поэтому визуально замаскированный объект может оставаться заметным в тепловом диапазоне при достаточном тепловом контрасте.
Но возможна и обратная ситуация.
Если кажущаяся температура цели и фона становится близкой, тепловой контраст может снизиться, хотя при достаточном освещении объект всё ещё легко различим визуально.
Поэтому нельзя утверждать, что тепловизор автоматически превосходит другие технологии в любой ночной сцене.
Что происходит, когда цифровое ночное видение использует ИК-подсветку?
Активная подсветка в ближнем ИК-диапазоне может дать дополнительный свет, который регистрирует цифровой датчик изображения, даже если человеческий глаз почти или совсем его не видит.
При слабом окружающем освещении это может значительно улучшить изображение цифрового ночного видения.
Однако активная подсветка имеет свои особенности.
Поблизости:
- трава;
- ветви;
- осадков;
- пыль;
- отражающие поверхности
могут отражать инфракрасную подсветку обратно к системе визуализации, создавая яркий передний план или обратное рассеяние.
Практический результат зависит от:
- мощность осветителя;
- диаграмма луча;
- расстояние;
- погоды;
- чувствительность датчика;
- управление экспозицией;
- геометрия сцены.
Поэтому ИК-подсветку следует рассматривать как часть системы формирования изображения, а не как неограниченную замену естественному свету.
Есть ли у тепловизора преимущество при ярких засветках?
Системы видимого света и цифрового ночного видения могут страдать от ярких источников видимого света и отражений, поскольку их изображение строится на отражённом свете.
Тепловизор не реагирует на засветку видимым светом таким же образом.
Например, луч видимого прожектора не становится основным сигналом формирования изображения для теплового детектора.
Это не означает, что тепловое изображение неуязвимо для любых сцен с высоким контрастом.
Очень горячий объект, большой тепловой контраст, отражающие поверхности с низким коэффициентом излучения или работа автоматической регулировки усиления всё равно могут доминировать на отображаемом изображении.
Корректный вывод таков:
тепловизор меньше зависит от условий видимого освещения, но не защищён от всех сцен с высоким контрастом.
Какая технология лучше работает среди растительности?
Ни одна из технологий не видит напрямую сквозь плотную растительность.
Листья, ветви, стволы и плотные физические преграды могут блокировать информацию.
Тепловизор может облегчить обнаружение открытых частей объекта с заметным тепловым контрастом через просветы в редкой растительности.
Цифровое ночное видение может лучше показывать видимые детали таких элементов, как:
- листья;
- ветви;
- просветы;
- структура поверхности земли;
- окружающий рельеф.
Отсюда следует важное различие:
тепловизор помогает находить тепловой контраст;
в то время как:
цифровое ночное видение даёт более привычную структурную информацию о видимой сцене.
Плотная физическая преграда остаётся плотной преградой для обеих технологий.
Туман, дождь и влажность влияют на обе системы
Технически корректное сравнение не должно утверждать, что какая-либо из технологий не зависит от погоды.
Тепловое инфракрасное излучение может ослабляться из-за:
- туман;
- дождь;
- влажность;
- длина атмосферного пути.
Цифровое ночное видение также может терять контраст при плохой видимости.
При использовании активной ИК-подсветки влага или частицы в воздухе также могут отражать свет обратно к датчику и усиливать обратное рассеяние.
Какое изображение останется более полезным, зависит от:
- интенсивность погодных условий;
- расстояние;
- контраст цели;
- доступное освещение;
- длина волны;
- оптика;
- чувствительность датчика;
- обработка.
В некоторых условиях плохой видимости тепловизор может превосходить системы видимого диапазона, но нельзя говорить, что он буквально видит сквозь плотный туман.
Полное объяснение влияния окружающей среды см. в материале как погода влияет на тепловизионное изображение.
Значения разрешения двух технологий нельзя сравнивать напрямую
Возникает соблазн сравнить:
разрешение теплового детектора
с:
разрешение цифрового CMOS-датчика
и считать, что большее число автоматически означает лучшую систему.
Такое сравнение неполно.
Датчики собирают разные типы информации.
Цифровой датчик ночного видения может иметь миллионы пикселей, но при слабом освещении сцены всё равно давать мало полезной информации.
Тепловой детектор может иметь меньше исходных отсчётов, но при высоком тепловом контрасте обеспечивать сильное отделение цели от фона.
Качество изображения зависит от всей системы:
- датчик;
- оптика;
- поле зрения;
- чувствительность;
- освещение;
- фокусировка;
- обработку;
- дисплей.
Одно только количество пикселей не определяет, какая технология полезнее.
NETD важен для тепловизоров, но не применяется к цифровому ночному видению таким же образом
NETD — это показатель чувствительности тепловизионной системы.
Он показывает, насколько малую разницу температур система способна различить относительно собственного шума при заданных условиях измерения.
Для цифрового ночного видения применяются другие характеристики, поскольку его датчик в основном реагирует на отражённый видимый или ближний инфракрасный свет, а не на тепловое инфракрасное излучение.
Это означает, что такую характеристику, как:
18 мК
нельзя напрямую сравнивать с разрешением или характеристикой работы при низкой освещённости CMOS-датчика цифрового ночного видения.
Они описывают разные свойства.
Подробнее см. NETD в тепловизионных системах.
Поле зрения важно для обеих технологий
Поле зрения определяет, какая часть сцены видна одновременно.
Более широкое поле зрения может облегчить обзор и навигацию.
Более узкое поле зрения может сделать так, что удалённый объект займёт большую часть изображения датчика.
Этот компромисс относится как к тепловизионным, так и к цифровым системам.
Поэтому полезное сравнение должно учитывать:
- фокусного расстояния;
- размеры датчика;
- базовое увеличение;
- поле зрения;
- предполагаемая дистанция.
Поле зрения не следует оценивать изолированно.
Цифровой зум не добавляет исходной информации ни одной системе
Для тепловизора и цифрового ночного видения действует одно правило:
цифровой зум увеличивает информацию, уже захваченную датчиком.
Он не добавляет новых физических отсчётов детектора.
Цифровой датчик с более высоким разрешением может позволить большее увеличение до того, как ухудшение станет заметным.
Аналогично, тепловой детектор с более высоким разрешением может сохранять больше пространственной информации при увеличении.
Но:
максимальный цифровой зум — не то же самое, что исходная детализация изображения.
Обработка изображения и сверхразрешение могут менять представление, но их следует оценивать отдельно от исходной информации датчика.
Что лучше для быстрого обзора?
Когда основная задача —
быстро найти в тёмной сцене объект с заметным тепловым контрастом,
тепловизор часто имеет преимущество.
Цель может выделяться на фоне визуального «шума», поскольку система не зависит от видимого цвета или контраста отражённого света.
Это не означает, что каждый тепловой сигнал соответствует искомому объекту.
Камни, сооружения, техника, недавно нагретые поверхности и другие объекты также могут создавать сильные тепловые сигнатуры.
Поэтому за обнаружением должны следовать интерпретация и подтверждение.
Что лучше для понимания сцены?
Когда основная задача —
интерпретировать рельеф и привычную визуальную структуру сцены,
цифровое ночное видение может иметь существенное преимущество.
При достаточном окружающем или активном освещении изображение может сохранять:
- тропы;
- структуру растительности;
- ограждения;
- рисунок поверхности;
- метки на объектах;
- пространственный контекст.
Это может упростить сопоставление сцены с обычным дневным визуальным восприятием.
Обратная сторона в том, что та же визуальная детализация может усиливать «загруженность» фона.
Что лучше на большой дистанции?
Технически обоснованного ответа, основанного только на названии технологии, не существует.
Полезная дальность зависит от всей конфигурации.
Для тепловизионной системы важны такие факторы, как:
- размера цели;
- тепловой контраст между целью и фоном;
- разрешение детектора;
- NETD;
- фокусного расстояния;
- поле зрения;
- пропускание атмосферы.
Для цифрового ночного видения важны такие факторы, как:
- размера цели;
- доступное освещение;
- чувствительность датчика изображения;
- оптическая апертура;
- фокусного расстояния;
- поле зрения;
- ИК-подсветка, если она используется;
- атмосферные условия.
Поэтому заявленные производителями значения дальности следует сравнивать только тогда, когда ясно, о какой задаче идёт речь.
Тепловизионную дальность обнаружения не следует напрямую сравнивать с дальностью наблюдения цифрового ночного видения или дальностью ИК-осветителя, как будто эти показатели описывают одно и то же.
Тепловизор и цифровое ночное видение: практическое сравнение
| Вопрос | Тепловизионная съемка | Цифровое ночное видение |
|---|---|---|
| Основная информация о сцене | Различия теплового инфракрасного излучения | Отражённый видимый / ближний ИК-свет |
| Необходим видимый свет | Нет | Использует окружающее или активное освещение |
| Полная темнота | Возможна пассивная работа | Может потребоваться ИК-подсветка |
| Поиск теплового контраста | Часто сильная сторона | Зависит от визуального контраста |
| Привычная детализация рельефа | Обычно менее естественно | Часто сильнее |
| Визуальная маскировка | Может иметь меньшее значение при наличии теплового контраста | Может сохранять визуальное значение |
| Плотная физическая преграда | Не видит сквозь | Не видит сквозь |
| Туман / дождь | Может ухудшаться | Также может ухудшаться |
| Активная подсветка | Не требуется для формирования теплового изображения | Часто полезна при очень слабом освещении |
| Цифровой зум | Не добавляет исходной детализации | Не добавляет исходной детализации |
| Полезная дальность | Зависит от системы и сцены | Зависит от системы, освещения и сцены |
Цель этой таблицы — не назвать одного победителя.
It shows why the two technologies solve different parts of the night-observation problem. If you are comparing thermal systems specifically, see our guide to thermal imaging rifle scopes for night observation.
Когда тепловизор обычно подходит лучше
Тепловизор может быть более подходящим выбором, если приоритетом является:
- просматривать большую тёмную область в поисках тепловых сигнатур;
- работать без активной подсветки;
- обнаруживать объекты, визуально сливающиеся с фоном;
- работать при меняющихся условиях видимого освещения;
- ставить обнаружение выше привычного визуального представления сцены.
Точный результат всё равно зависит от разрешения детектора, NETD, оптики, поля зрения, фокусировки, обработки и самой сцены.
Когда цифровое ночное видение обычно подходит лучше
Цифровое ночное видение может быть более подходящим выбором, если приоритетом является:
- видеть рельеф в привычном визуальном виде;
- различать ветви, ограждения, тропы и детали поверхности;
- работать там, где достаточно окружающего или активного освещения;
- использовать визуальную информацию сцены как часть распознавания;
- использовать цифровую дневную/ночную платформу, рассчитанную и на освещённые, и на слабоосвещённые условия.
И здесь точный результат зависит от конкретного изделия и окружающей среды.
Актуальный пример цифровой дневной и ночной системы Yubeen
The YUBEEN DH9 представляет текущую цифровую дневную и ночную платформу Yubeen.
Её архитектура формирования изображения использует CMOS-датчик и цифровую цепочку обработки изображения, а не тепловой детектор.
Это различие важнее простого сравнения количества пикселей датчиков.
Цифровое ночное видение и тепловизор получают от сцены разную информацию, поэтому значения разрешения их датчиков нельзя считать прямо эквивалентными показателями производительности.
Полный набор актуальных характеристик см. в странице продукта YUBEEN DH9.
Тепловизионные продукты Yubeen используют другой подход к формированию изображения
В актуальных тепловизионных продуктах Yubeen используется архитектура с тепловым детектором, а не CMOS-цепочка видимого / ближнего инфракрасного диапазона, применяемая в цифровых дневных и ночных системах.
Их практические характеристики зависят от всей системы, включая:
- разрешение детектора;
- NETD;
- объектив;
- поле зрения;
- фокусировка;
- обработка изображения;
- тепловой контраст между целью и фоном;
- условия окружающей среды.
Эти характеристики всегда следует проверять по документации именно текущей версии модели, а не переносить со старого изделия или другой модели линейки.
Поэтому в этой статье характеристики одного тепловизионного продукта не используются как универсальный эталон для сравнения с DH9.
Цель — сравнить технологии, а не сводить несопоставимые характеристики к числовому рейтингу.
Можно ознакомиться с актуальную линейку тепловизионных продуктов Yubeen после того как определено, какой тип информации о сцене наиболее важен для предполагаемого использования.
Могут ли две технологии дополнять друг друга?
Да.
Тепловизор и цифровое ночное видение могут давать разную информацию об одной и той же окружающей среде.
В общем виде:
тепловизор часто особенно эффективен для поиска теплового контраста;
в то время как:
цифровое ночное видение часто особенно хорошо передаёт привычные визуальные детали сцены при достаточном освещении.
Это не означает, что каждому пользователю нужны обе технологии.
Стоимость, масса, рабочий процесс, способ установки, местные нормы, дистанция наблюдения и фактическая задача влияют на то, имеет ли смысл одна технология или их сочетание.
Всегда следует проверять применимые правила охоты и использования оборудования в месте, где оно будет эксплуатироваться.
Как выбрать между ними
Ответьте на следующие вопросы:
- Что важнее в первую очередь: найти объект с заметным тепловым контрастом или понять рельеф?
- Обычно будет доступно достаточное полезное окружающее освещение?
- Практична ли активная ИК-подсветка в предполагаемых условиях?
- Насколько важна пассивная работа в полной темноте?
- Какие размер цели и дистанция реалистичны?
- Что важнее: обзор широкой области или более узкий дальний обзор?
- Насколько важны привычные визуальные детали для распознавания?
- Какие погодные условия наиболее вероятны?
- Какие масса, время работы, органы управления и схема крепления приемлемы?
- Что разрешают местные нормы?
Затем сравните конкретные продукты, а не выбирайте только по категории технологии.
Универсального победителя нет
Тепловизор и цифровое ночное видение не являются двумя способами получения одной и той же информации.
Они изначально работают с разной информацией.
Тепловизор акцентирует инфракрасный контраст и не требует видимого освещения.
Цифровое ночное видение использует отражённый свет и при достаточном окружающем или активном освещении может давать более привычное изображение сцены.
Для быстрого обнаружения в полной темноте тепловизор часто имеет существенное преимущество.
Для интерпретации привычного рельефа и деталей поверхности цифровое ночное видение может быть полезнее.
Поэтому лучший выбор определяется задачей, сценой и конкретным продуктом, а не универсальным рейтингом.
Часто задаваемые вопросы
u003cstrongu003eu003cstrongu003eIs Thermal Always Better Than Digital Night Vision?u003c/strongu003eu003c/strongu003e
Нет. Тепловизионное наблюдение может быть особенно эффективным для обнаружения теплового контраста при отсутствии видимого освещения, в то время как цифровое ночное видение при наличии достаточного света может обеспечить более привычную детализацию местности и поверхностей.
u003cstrongu003eu003cstrongu003eCan Digital Night Vision Work in Complete Darkness?u003c/strongu003eu003c/strongu003e
Это возможно, когда в системе используется подходящая активная инфракрасная подсветка. Без достаточного количества окружающего или активного освещения цифровому датчику ночного видения может не хватить отраженного света для формирования полезного изображения.
u003cstrongu003eu003cstrongu003eDoes Thermal Imaging Need an IR Illuminator?u003c/strongu003eu003c/strongu003e
Нет. Тепловизионное оборудование регистрирует тепловое инфракрасное излучение сцены и не требует активной ИК-подсветки для формирования теплового изображения.
Какая технология лучше подходит для обнаружения животных в ночное время?
Тепловизионное изображение часто облегчает обнаружение теплоконтрастного животного на темном фоне, но обнаружение — это еще не идентификация. Расстояние, тепловой контраст, разрешение, оптика и атмосфера по-прежнему имеют значение.
Что дает более естественную детализацию?
Цифровое ночное видение обычно формирует изображение, более близкое к обычной сцене в видимом свете, поскольку оно основано на отраженном видимом или ближнем инфракрасном свете.
Видит ли тепловизор сквозь кустарник лучше, чем цифровое прибор ночного видения?
Ни одна из технологий не видит сквозь плотную растительность. Тепловизор может выявлять открытые тёплые участки через просветы при наличии теплового контраста, а цифровое ночное видение может лучше показывать видимые структурные детали самой растительности.
У какой технологии больше дальность?
Ни одна из технологий не имеет универсального преимущества по дальности. Полезная дистанция зависит от конкретного датчика, оптики, поля зрения, освещения или теплового контраста, состояния атмосферы, размера цели и задачи.
