Морское тепловидение: навигация, поиск, наблюдение и ограничения окружающей среды

Морское тепловидение может добавить полезную визуальную информацию в темноте и при слабом освещении, но его эффективность по-прежнему зависит от погоды, дальности действия, теплового контраста и морской среды.

Ночью тепловизор может обнаружить разницу температур между судами, людьми, береговыми сооружениями, навигационными средствами, мусором и окружающей водой, даже если одну и ту же сцену трудно интерпретировать невооруженным зрением.

Но морское использование также создает некоторые из наиболее сложных условий для тепловидения.

Высокая влажность, туман, дождь, морские брызги, длинные атмосферные пути, движущаяся вода, небольшие удаленные цели и солевое загрязнение — все это может снизить практические характеристики.

Поэтому тепловидение следует рассматривать как дополнительный источник ситуационной информации, а не в качестве замены надлежащего наблюдения, радара, АИС, навигационных огней, карт или других соответствующих навигационных систем.

Международные правила столкновений требуют от судов сохранять надлежащую бдительность и использовать все доступные средства, соответствующие преобладающим условиям.

Ценность тепловидения заключается в том, что оно может добавить еще один визуальный слой, когда традиционные наблюдения в видимом свете ограничены.

Основополагающий принцип визуализации см. что тепловизор может показать сверх того, что видит человеческий глаз.

Почему тепловидение может быть полезно в море

Наблюдение в видимом свете зависит от отраженного освещения.

Ночью поверхность моря, береговая линия, плавучие объекты и далекие суда могут иметь очень слабый видимый контраст.

Тепловидение работает по-другому.

Он реагирует на различия в инфракрасном излучении, достигающем детектора.

Если объект создает достаточный тепловой контраст по отношению к окружающей сцене, его может быть легче обнаружить, даже если видимая освещенность чрезвычайно низкая.

Возможные морские применения включают:

• ситуационная осведомленность в ночное время;
• наблюдение за близлежащими береговыми сооружениями;
• обнаружение сосудов или людей, подвергшихся воздействию;
• выявление теплых машин или зон двигателя;
• проверка окрестностей гавани;
• наблюдение за дикой природой на поверхности воды или над ней;
• сопровождение поисковых операций.

Ключевое условие остается:

полезный тепловой контраст должен достичь детектора.

Сама по себе темнота не гарантирует полезного изображения.

Тепловидение — вспомогательное средство навигации, а не ее замена

Тепловое изображение может помочь оператору увидеть объекты, которые сложно различить визуально в ночное время.

В зависимости от дальности и условий это может включать:

• сваи;
• доки;
• суда, стоящие на якоре;
• буи;
• плавающий мусор;
• Особенности береговой линии.

Производители морских тепловизионных камер используют тепловидение именно для такого рода наблюдения в ночное время.

Однако тепловизионная камера не предоставляет всю навигационную информацию.

Это не заменяет:

• радар;
• АИС;
• графики;
• информация о глубине;
• навигационные огни;
• звуковые сигналы;
• зрительное и слуховое наблюдение.

Тепловое изображение — это еще один дополнительный канал наблюдения.

Поэтому он должен поддерживать, а не заменять, более широкую картину навигации.

Почему тьма — не единственная проблема на море

Проблемы морской видимости не ограничиваются недостатком света.

Атмосфера над водой может содержать:

• высокая влажность;
• туман;
• туман;
• дождь;
• спрей;
• аэрозоли.

Эти условия влияют на распространение инфракрасного излучения.

Даже при ясном воздухе некоторая часть теплового сигнала теряется на пути распространения в атмосфере.

При повышении влажности, тумана или дождя полезный контраст и дальность действия могут еще больше уменьшиться.

Морские аэрозоли могут быть особенно требовательны к тепловым наблюдениям на больших расстояниях.

Это означает:

тепловидение может превосходить видимое наблюдение в некоторых условиях низкой освещенности или легкого тумана,

а:

его не следует описывать как видение сквозь туман, дождь или морской туман.

Более глубокое объяснение см. как погода влияет на тепловизионное изображение.

Туман может значительно сократить тепловой диапазон

Туман состоит из взвешенных капель воды.

Эти капли могут рассеивать и поглощать часть инфракрасного сигнала, передаваемого между местом происшествия и детектором.

В относительно легком тумане тепловой контраст может оставаться полезным, даже если видимый контраст плох.

По мере того, как туман становится более густым, преимущество может существенно уменьшиться.

При очень плохой видимости тепловой диапазон может быть сильно ограничен.

Практический результат зависит от:

• плотность тумана;
• длина волны;
• расстояние;
• размера цели;
• контраст цели и фона;
• чувствительность детектора;
• оптика.

Не существует единого «теплового диапазона тумана», применимого к каждой системе.

Дождь и морские брызги создают разные проблемы

Дождь влияет на тепловой путь через атмосферу.

Морские брызги могут создать еще одну проблему ближе к устройству.

Капли воды или остатки соли на передней оптической поверхности могут уменьшить:

• контраст;
• резкость;
• передача.

Тепловизионная камера с хорошей защитой от воздействия окружающей среды может по-прежнему подвергаться ухудшению изображения, если внешняя поверхность линзы покрывается водой или солью.

Это проблема оптического загрязнения, а не обязательно неисправность детектора.

Правильная процедура технического обслуживания зависит от конкретного устройства и покрытия.

Тепловидение не видит сквозь воду

Одно из наиболее важных морских ограничений просто:

обычное тепловидение не обеспечивает подводного видения через морскую поверхность.

Тепловой детектор обычно принимает инфракрасное излучение от поверхности воды или от объектов, находящихся над ней.

Объект, полностью погруженный под поверхность, не отображается так, как если бы вода была прозрачной.

Тепловизионное изображение может показать:

• голова или тело человека над водой;
• часть животного, выступающая на поверхность;
• плавучий объект;
• температурный режим поверхности.

Нельзя полагаться на то, что вы увидите:

• затопленный мусор;
• подводная конструкция корпуса;
• полностью погруженный человек;
• подводные животные.

Это различие должно оставаться ясным в любой претензии, касающейся морских тепловидений.

Поисково-спасательные операции могут получить выгоду от теплового контраста

Поисково-спасательные работы — один из наиболее эффективных вариантов использования тепловидения на море.

Человека, находящегося в воде, может быть трудно обнаружить визуально в ночное время.

Если часть тела остается открытой над поверхностью и создает достаточный тепловой контраст, тепловизор может облегчить обнаружение этой открытой области.

Морские тепловые системы широко используются для поддержки операций по обнаружению человека за бортом и поисковым операциям.

Однако у тепловизора все еще есть ограничения.

Обнаружение зависит от:

• какая часть человека видна над водой;
• расстояние;
• волны;
• спрей;
• контраст цели;
• разрешение детектора;
• фокусного расстояния;
• фокусировка;
• погода.

Поэтому тепловидение следует рассматривать как средство поиска, а не как гарантию обнаружения.

Человек в воде может быть очень маленькой тепловой целью

На большем расстоянии лишь небольшая часть человека может оставаться над ватерлинией.

Эта открытая область может занимать всего несколько пикселей детектора.

Это создает знакомую проблему тепловидения:

обнаружение может произойти до того, как станет возможным распознавание или уверенная идентификация.

Более высокое разрешение детектора может помочь сохранить больше пространственной информации при сопоставимости других факторов.

Но сама по себе резолюция не устраняет:

• атмосферное ослабление;
• волновое препятствие;
• слабый контраст;
• плохой фокус.

Полную структуру см. тепловое обнаружение, распознавание и идентификация.

Волны могут неоднократно скрывать цель

Морская цель часто не всегда видна.

Человек, буй или небольшой предмет могут исчезнуть за гребнями волн, а затем снова появиться.

Это означает, что обнаружение может быть прерывистым, даже если сам тепловой контраст сильный.

Поэтому стратегия наблюдения имеет значение.

Один кадр без видимой цели не доказывает, что ничего нет.

Повторное сканирование и множество источников информации остаются важными.

Плавающие обломки не всегда термически очевидны

Распространено мнение, что тепловидение выделит каждый плавающий объект.

Это не обязательно так.

Такие объекты как:

• древесина;
• пластик;
• веревки;
• буи;
• плавающий мусор

может приближаться к кажущейся температуре окружающей воды.

Когда тепловой контраст между целью и фоном низкий, объект может быть трудно различить.

Камеры видимого света, радар, прожектор или прямое визуальное наблюдение могут предоставить информацию, которую не дает тепловидение.

Это еще одна причина, по которой морские тепловые датчики следует рассматривать как дополнительный датчик.

Теплую технику легче обнаружить

Сосуды и рабочее оборудование могут содержать термически различные компоненты, такие как:

• двигатели;
• выхлопные системы;
• машинные помещения;
• отапливаемые конструкции.

Эти области могут оставаться видимыми термически, даже если общий силуэт судна трудно увидеть в темноте.

Но сильная сигнатура оборудования не выявляет автоматически:

• идентификационные данные судна;
• курс судна;
• намерение оператора.

Видимый тепловой источник — это лишь часть картины ситуации.

Наблюдение за гаванью и побережьем

Тепловидение также может использоваться для общего наблюдения за гаванью или береговой линией.

В зависимости от условий оператор может различать:

• люди в доках;
• суда, движущиеся вблизи берега;
• теплое оборудование;
• береговые сооружения;
• деятельность вокруг портовой инфраструктуры.

Эта технология может снизить зависимость наблюдения от видимого освещения.

Но в этой статье тепловидение не рассматривается как автономная система наблюдения или идентификации.

Любая идентификация или оперативное заключение требуют достаточной информации со всего места происшествия.

Наблюдение за морской дикой природой

Тепловидение может быть полезно для наблюдения за животными, которые выставляют часть своего тела над поверхностью воды.

Примеры могут включать:

• всплывание морских млекопитающих;
• птицы на воде;
• береговая дикая природа;
• животные, перемещающиеся по прибрежным полосам.

Основное ограничение остается прежним:

детектор получает полезное тепловое излучение только от поверхностей, находящихся в пределах прямой видимости.

Полностью погруженное животное не видно сквозь воду просто потому, что она теплее, чем окружающее море.

Обнаружение — это не идентификация вида

Тепловая сигнатура на поверхности воды может выявить:

• движение;
• примерный размер;
• теплая открытая область.

Этого может быть недостаточно для определения вида.

Расстояние, угол обзора, частичное погружение и воздействие волн могут удалить важную информацию о форме.

Поэтому тепловые наблюдения за дикой природой должны разделять:

• обнаружение;
• признание;
• идентификация.

Та же логика DRI, что и на суше, применима и на море.

Температура поверхности воды может изменить фон

Море не является термически однородным фоном.

Температура поверхности может варьироваться в зависимости от:

• солнечный свет;
• течения;
• ветра;
• приток пресной воды;
• глубинное перемешивание;
• погоды;
• время суток.

Таким образом, видимый тепловой контраст между целью и водой может со временем меняться.

Цель, которая четко выделяется в одном наборе условий, позже может стать менее отчетливой.

Это делает морскую среду еще одним примером того, почему тепловые характеристики зависят от места действия, а не только от устройства.

Отражения и поверхности с низкой излучательной способностью могут усложнить интерпретацию

Не каждая яркая или темная область на тепловом изображении представляет собой простую разницу температур.

Материалы с низким коэффициентом излучения могут отражать инфракрасное излучение из окружающей среды.

Морская среда содержит отражающие поверхности, такие как:

• полированный металл;
• влажные поверхности;
• определенные структуры с покрытием.

Это может усложнить интерпретацию.

Поэтому тепловые изображения следует рассматривать как диаграммы инфракрасного излучения, а не как простые прямые карты температуры.

Разрешение детектора имеет значение для небольших морских целей

Удаленный буй, человек или небольшое судно могут занимать лишь небольшую часть детектора.

Больше выборок детектора по цели может предоставить больше пространственной информации.

Однако разрешение детектора необходимо оценивать вместе с:

• фокусного расстояния;
• поле зрения;
• шаг пикселя;
• фокусировка;
• размера цели;
• атмосферный путь.

Детектор с более высоким разрешением не создает автоматически полезное изображение на большом расстоянии в густом морском тумане.

Поле зрения определяет эффективность поиска

Более широкое поле зрения может облегчить сканирование:

• входы в гавань;
• рядом вода;
• береговая линия;
• районы поиска.

Более узкое поле зрения может привести к тому, что удаленная цель займет большую часть изображения.

Это создает обычный компромисс:

более широкое поле зрения → одновременно видно больше области

против:

более узкое поле зрения → больший выбор цели на расстоянии.

Поэтому морское тепловое оборудование следует выбирать исходя из реалистичной дальности наблюдения и требований к поиску, а не по максимальному числу фокусных расстояний.

NETD может иметь значение в низкоконтрастных морских сценах

NETD характеризует тепловую чувствительность при заданных условиях испытаний.

Когда объект намного теплее или холоднее фона, контраст уже может быть сильным.

Когда целевой и фоновый сигналы становятся ближе, шум системы становится более важным.

Более низкий NETD может помочь сохранить меньшие температурные различия, когда другие переменные сопоставимы.

Но NETD не определяет:

• разрешение детектора;
• видимость под водой;
• зона поиска;
• проникновение погодных условий;
• идентификационное расстояние.

Это остается частью целостной системы.

Цифровой зум не добавляет морских деталей

Цифровой зум увеличивает уже полученную информацию детектора.

Это может помочь оператору осмотреть небольшую область дисплея.

Он не создает новые термические образцы.

Если удаленная цель занимает всего несколько пикселей детектора, большой цифровой зум не сможет восстановить детали, которые никогда не были захвачены.

Это особенно важно при оценке небольших целей на открытой воде.

Лазерный дальномер может быть полезен, но зависит от продукта

Морская среда часто дает меньше знакомых визуальных ориентиров расстояния, чем суша.

Если тепловизионное устройство включает в себя совместимый лазерный дальномер, измеренное расстояние может добавить полезную информацию.

Однако производительность LRF зависит от:

• отражательной способности цели;
• размера цели;
• размещение балок;
• геометрия;
• диапазон;
• атмосферных условий;
• точное оборудование.

Сама по себе открытая вода может не обеспечивать такую же стабильную поверхность для измерения дальности, как твердая цель.

Следовательно:

Возможности LRF следует проверять по документации на конкретное изделие.

Его не следует описывать как определение гарантированно точного расстояния до каждого объекта на воде.

Запись может поддерживать документацию

Некоторые тепловизоры обеспечивают запись неподвижного изображения или видео.

Там, где это возможно, запись может поддерживать:

• рассмотрение инцидента;
• наблюдение за дикой природой;
• обучение;
• оценка оборудования;
• документальное оформление условий.

Запись не универсальна.

Емкость памяти, частота кадров и функции записи зависят от продукта.

Водостойкость и морская долговечность — не одно и то же

Это различие имеет решающее значение.

Рейтинг IP описывает конкретные испытания корпуса на защиту от проникновения.

Он не устанавливает автоматически:

• длительная устойчивость к солевому туману;
• коррозионная стойкость;
• морская сертификация;
• пригодность для постоянной установки резервуара.

Соленая вода особенно агрессивна по отношению к материалам и электрическим интерфейсам.

Продукт, предназначенный для обычного морского использования, нуждается в точной оценке его экологических характеристик, а не только наличия водонепроницаемости.

Солевой туман может повлиять на оптическую поверхность

Даже если вода не попадает в устройство, на внешней линзе могут оставаться остатки соли.

Этот остаток может снизить качество изображения.

После воздействия морской среды очистка должна выполняться в соответствии с процедурой, указанной для конкретного продукта.

Не предполагайте:

• каждый термоприбор можно промыть под краном;
• каждое покрытие терпит любое чистящее средство;
• Водонепроницаемость означает неограниченную свободу очистки.

Внешняя линза и корпус по-прежнему требуют соответствующего ухода.

Морское тепловидение должно дополнять радар, АИС и наблюдение

Тепловидение предоставляет визуальную информацию.

Радар предоставляет разную информацию.

АИС предоставляет передаваемые судном идентификационные и навигационные данные, если таковые имеются.

Карты, приборы глубины, навигационные огни, визуальные наблюдения и звук снова предоставляют другую информацию.

Ни одну систему нельзя рассматривать как достаточную для каждой ситуации.

Тепловое изображение может помочь показать:

• как объект выглядит термически;
• где появляется термически различимая особенность;
• как визуально меняется активность.

Он не заменяет навигационную картинку, созданную из всей доступной информации.

Практическое сравнение морских тепловизоров

Морская задача	Что может добавить тепловидение	Важное ограничение
Ночное наблюдение	Тепловой контраст без видимого освещения	Контраст по-прежнему зависит от сцены
Осведомленность о навигации	Визуализируйте некоторые препятствия и структуры.	Не является заменой радара/АИС/смотрящего.
Поиск человека за бортом	Может выявить открытое тепло тела	Волны, дальность действия и погода могут скрыть цель
Обнаружение малых целей	Может выявить тепловые аномалии	Мало пикселей детектора на расстоянии
Туман/туман	В некоторых условиях может превосходить видимую визуализацию	Дальность все еще ухудшается
Дождь	Может оставаться пригодным для использования в условиях освещения	Сильный дождь снижает контрастность/дальность
Плавающий мусор	Может раскрыть некоторые объекты	Низкоконтрастные обломки могут оставаться трудными
Наблюдение за дикой природой	Можно показывать обнаженных животных	Не могу видеть сквозь воду
Наблюдение за техникой	Может выявить теплые компоненты	Не идентифицирует судно или намерение
LRF	Можно добавить диапазон, где это поддерживается.	Зависит от цели/геометрии
Запись	Может документировать наблюдения	Специфический для продукта
Использование соленой воды	Возможно при наличии соответствующего оборудования.	Один только рейтинг IP ≠ морская долговечность

Дело не в том, что тепловидение слабое.

Дело в том, что ее ценность зависит от того, как она интегрирована с другой информацией.

Когда морское тепловидение особенно полезно

Тепловидение может быть особенно полезно в следующих случаях:

• видимая освещенность очень низкая;
• близлежащие структуры лишены четкого визуального контраста;
• цель состоит в том, чтобы обнаружить теплые открытые цели;
• береговая линия требует наблюдения без дополнительного видимого освещения;
• поисковые работы продолжаются после наступления темноты;
• дополнительный визуальный датчик может дополнять радар или другие системы.

Точная производительность по-прежнему зависит от тепловой системы и окружающей среды.

Когда тепловидение в море становится сложнее

Производительность может стать более сложной, если:

• туман густой;
• дождь сильный;
• влажность высокая;
• морские брызги загрязняют линзу;
• расстояние в атмосфере велико;
• цели небольшие;
• волны неоднократно затеняют цель;
• Температура цели и воды становится одинаковой.

Эти условия не обязательно делают тепловизор бесполезным.

Они уменьшают количество и достоверность доступной информации.

Текущие тепловые продукты Yubeen не должны представляться как морские сертифицированные системы без соответствующих доказательств.

Текущая линейка тепловизоров Yubeen включает в себя специализированные тепловизионные продукты.

Показанный здесь продукт следует рассматривать как пример современной технологии тепловидения Yubeen.

Эта статья делает не классифицировать его как:

• морская навигационная система;
• сертифицированное поисково-спасательное устройство;
• постоянная морская камера, установленная на судне;
• морской инструмент, пригодный для работы в солевых туманах

если только в точной документации на продукт не установлены эти моменты.

Характеристики конкретной модели, такие как:

• разрешение детектора;
• NETD;
• объектив;
• LRF;
• записи;
• время выполнения;
• класс IP;
• рабочая температура

необходимо проверить в текущей документации для конкретной модели.

Более широкую схему термического выбора см. как выбрать тепловизионный прицел.

Вы также можете просмотреть актуальную линейку тепловизионных продуктов Yubeen для получения текущей информации о продукте.

Как оценить тепловидение для морского использования

Используйте этот контрольный список:

1. Какие морские задачи должна поддерживать система?
2. Это наблюдение, умение ориентироваться, наблюдение за дикой природой или поиск?
3. Какой размер цели имеет значение?
4. На каком реальном расстоянии?
5. Какое поле зрения необходимо?
6. Какое разрешение детектора и NETD доступны?
7. Как часто будет туман, дождь или высокая влажность?
8. Достигнут ли соляные брызги оптической поверхности?
9. Какую защиту от воздействия окружающей среды обеспечивает конкретная модель?
10. Доступны ли испытания на соляную коррозию?
11. Является ли устройство портативным, стационарным или имеет другую архитектуру?
12. Требуется ли измерение дальности?
13. Требуется ли запись?
14. Какие еще системы навигации и наблюдения будут использоваться наряду с ним?

Такая оценка гораздо полезнее, чем вопрос, «работает ли тепловидение просто в море».

Морское тепловидение ценно, поскольку оно добавляет информацию

Тепловидение может стать мощным визуальным каналом для морских наблюдений.

Он может выявить тепловой контраст в полной темноте.

Он может помочь обнаружить незащищенных людей, суда, береговые сооружения и теплое оборудование.

Он может поддерживать поиск, наблюдение и осведомленность о ситуации в ночное время.

Но оно по-прежнему подлежит:

• атмосферное ослабление;
• туман;
• дождь;
• влажность;
• спрей;
• диапазон;
• выборка детектора;
• линия обзора;
• ограничения водной поверхности.

Поэтому правильный вывод не таков:

тепловидение заменяет традиционные морские навигационные инструменты.

А:

тепловидение может добавить информацию, которую не могут предоставить наблюдения в видимом свете, особенно при использовании вместе с другими соответствующими морскими системами.

Часто задаваемые вопросы