Poradnik – dla kogo?
Termowizja na rynku cywilnym nie jest już niczym nowym. Producenci różnego rodzaju sprzętu od lat przyzwyczajają nas do tej technologii – bez względu na to, czy trafia ona do celowników, urządzeń pomiarowych czy choćby smartfonów. Mimo to, wciąż dla wielu osób sposób jej działania, zalety, wady i różnice pomiędzy poszczególnymi urządzeniami mogą wydawać się nie do końca zrozumiałe.
Ten poradnik napisany został dla osób początkujących, w oparciu o subiektywne doświadczenia, które są wynikiem niemal dekady korzystania z tej technologii w aktywnościach outdoorowych – głównie podczas nocnych i wielodniowych symulacji z wykorzystaniem zaawansowanego ekwipunku oraz sprzętu airsoftowego. W artykułach staraliśmy się jednak poruszyć kwestie uniwersalne dla wszystkich sposobów wykorzystania termowizorów podczas obcowania z naturą. Szukasz odpowiedzi na proste pytania dotyczące używania termowizji w praktyce? Zastanawiasz się, co jest faktem, a co mitem? Chcesz dowiedzieć się, na jakie parametry zwracać uwagę podczas wyboru właściwego urządzenia dla siebie?
2019 r. Celownik termowizyjny ATN Mars-HD 384. Wersja z bazowym przybliżeniem 1,25x i dużym polem widzenia.
Informacje zawarte w tym cyklu poradników mogą okazać się dla Ciebie pomocne. Czujemy się jednak zobowiązani wyjaśnić: artykuły poruszają głównie kwestie użytkowe i starają się tłumaczyć technikalia w sposób uproszczony, łatwy do zrozumienia dla osób niezaznajomionych z obrazowaniem termicznym. W Internecie dostępne są materiały podchodzące do tematu w sposób bardziej naukowy, a my nie widzimy sensu ich powielać.
Pierwsza część tekstu poświęcona jest ogólnemu opisowi działania termowizorów i weryfikacji krążących w środowisku teorii – co naprawdę można zobaczyć na ekranie takiego urządzenia, a czego nie? Czym różni się to od obrazu widzianego w noktowizorze?
2022 r. Zdjęcie wykonane za pomocą celownika Hikmicro Thunder TH25. Można bez problemu zidentyfikować odwróconą tyłem, uzbrojoną sylwetkę.
Kolejna część poradnika będzie dłuższa, podzielona na dwa rozdziały, i dotyczyć ma wyboru termowizora: skrócony opis istotnych parametrów technicznych i ich wpływ na komfort korzystania z urządzeń. Ostatni artykuł kierujemy do graczy airsoftowych i poruszamy problematykę wykorzystania termowizji w takim zastosowaniu.
Obrazowanie termiczne – opis, fakty i mity
Chęć postrzegania świata nocą przywodzi na myśl pytanie, co jest lepsze – termowizja czy noktowizja? Czy te dwie technologie są w stanie się zastąpić? Aby poznać odpowiedzi, warto lepiej zrozumieć, czym naprawdę jest obrazowanie termiczne.
Pytając przypadkowej osoby, do czego służy kamera termowizyjna, można niekiedy usłyszeć: "wykrywa i ukazuje ciepłe obiekty". To prawda, ale niepełna. Każda materia o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego ( -273,15 stopni Celsjusza) emituje pewne ilości promieniowania cieplnego, na które czuły jest sensor urządzenia termowizyjnego. Im wyższa temperatura, tym jest go więcej. Termowizor jest w stanie przetworzyć te napływające do czujnika dane i wyświetlić je w formie obrazu na ekranie. To, co zostaje przedstawione użytkownikowi, powstaje więc nie tyle w oparciu o "wykrywanie ciepłych obiektów", co o dostrzeganie przez sensor urządzenia niewielkich różnic w promieniowaniu cieplnym emitowanym przez wszystkie obserwowane obiekty. Na ostateczny wygląd obrazu mogą wpływać jeszcze dodatkowe czynniki, jak choćby refleksyjność materiałów, ale na potrzeby tych poradników możemy ten aspekt pominąć.
2020 r. Celowniki termowizyjne przystosowane są do wykorzystania na broni palnej. Na zdjęciu widoczny jest Delta Optical Neon S1 w towarzystwie lunety biegowej Vortex Strike Eagle 1-6x24 oraz zamontowanych na karabinku AR-15 16" firmy Fedarm akcesoriów: kolimatora Vortex Crossfire, latarki taktycznej Olight Warrior X oraz mechanicznych przyrządów celowniczych MAS7COM od LPA.
Dzięki temu, na wyświetlonym obrazie często można zobaczyć i odróżnić budynki, drzewa, krzaki, wodę i wiele innych obiektów, a nie tylko wykryć najcieplejsze istoty żywe lub przedmioty (bądź ich fragmenty), które rozgrzane zostały, np. promieniowaniem słonecznym, ogniem, lub kontaktem z inną ciepłą rzeczą. Równocześnie, coś, co jest zdecydowanie zimniejsze od otoczenia, także będzie się w obrazie termicznym wyróżniało: przyjmując barwę (lub jej odcień) przeciwną do obiektów gorących.
Warto wiedzieć, że wyświetlany przez termowizor obraz może być względny, dynamiczny. Urządzenie może podkreślić kontrast między najzimniejszymi i najcieplejszymi obiektami w obrębie i w granicach obserwowanej scenerii. Nie zawsze jest to feature, może to być również efektem ubocznym „oślepiania” czujnika, jeśli w pierwszym planie znajduje się obiekt znacznie cieplejszy od innych.
2021 r. Zdjęcie wykonane przy użyciu termowizora ATN Mars-HD 384. Uwagę zwracają niewielka czułość termiczna oraz efekt oślepienia czujnika, przez który obiekty w drugim tle nie są widoczne.
Wspominając o spektrum spotykanych na wyświetlaczu urządzenia barw i ich odcieni, należy zaznaczyć, że kolorystyka obrazu jest wyłącznie kwestią oprogramowania termowizora (w przeciwieństwie do analogowej noktowizji, w której jest to zależne od konkretnego przetwornika). Najczęściej spotykane są tryby kolorystyczne White Hot (najcieplejsze obiekty przedstawiane są jako białe) oraz Black Hot (najcieplejsze obiekty są czarne). Różni producenci dodają do oprogramowania dodatkowe tryby wyświetlania obrazu, zarówno takie, które różnią się tylko paletą odcieni lub barw reprezentacji temperatur, jak również pełnią więcej funkcji: np. podkreślenie na niestandardowy kolor najbardziej wyróżniających się elementów scenerii.
2023 r. Obraz widoczny przy zamkniętej osłonie flip-up celownika fuzyjnego Holosun DMS-TH w trybie termowizji.
Ponieważ czujnik termowizora nie korzysta z widzialnej części promieniowania elektromagnetycznego (czyli mówiąc potocznie: ze światła), to mówi się, że obrazowanie termiczne nie jest zależne od pory dnia i warunków oświetleniowych. Termowizja działa zarówno w dzień jak i nocą, choć w rzeczywistości, w prezentowanym użytkownikowi obrazie mogą zaistnieć różnice. Wynikają one z warunków atmosferycznych. Zwłaszcza w deszczowy dzień, rozbieżności w emitowanym przez obiekty promieniowaniu zacierają się nim dotrą do sensora. Pogarsza się więc kontrast, a cały wyświetlany obraz może przybierać zbliżone barwy i odcienie, utrudniając rozpoznanie poszczególnych elementów otoczenia. Obiekty zdecydowanie cieplejsze, jak dzikie zwierzęta, ludzie, czy np. rozgrzane samochody, zazwyczaj są nadal znacznie lepiej widoczne. W pogodne dni, kontrast się zwykle poprawia. Należy jednak mieć na uwadze, że w miejscach silnie nasłonecznionych może dojść do sytuacji, w której obiekty ponownie będą trudne do odróżnienia, dodatkowo zapewniając "termiczny kamuflaż" człowiekowi lub dzikim zwierzętom. Pogodny dzień często zwiastuje dobrą widoczność w termowizji nocą. Słońce nie ma już wtedy wpływu na otoczenie, a nagrzane przez dzień obiekty oddają swoje ciepło w różnym tempie, wzmacniając kontrast i szczegółowość obrazowania termicznego.
2020 r. Obraz widziany przez ręczny monokular termowizyjny Leupold LTO Tracker HD. Urządzenie umożliwia wyświetlenie nieregulowanej siatki celowniczej, jednak nie spełnia norm odporności pozwalających na montaż na broni.
Nawiązując do wcześniejszego akapitu i częściowej podatności termowizji na czynniki atmosferyczne, warto wspomnieć jeszcze o popularnej teorii: dym i mgła nie stanowią przeszkody dla termowizji. Czy na pewno? Promieniowanie cieplne rzeczywiście przez nie przenika, jednak gęsty dym, a w szczególności mgła, mogą znacząco wpłynąć na ograniczenie jego ilości, która dociera do czujnika. Jakość wyświetlanego obrazu, kontrast i efektywny zasięg urządzenia spadają. Mimo to, owszem, wykrycie w takich warunkach obiektu znacznie cieplejszego od otoczenia, jest zazwyczaj możliwe z odległości znacznie wykraczających poza zasięg nieuzbrojonego oka, tak w nocy jak i w dzień.
2020 r. Celowniki termowizyjne zdecydowanie ułatwiają dostrzeżenie celu podczas mgły i opadów atmosferycznych. Na zdjęciu widoczny termowizor Delta Optical Neon S1, korzystający z zaawansowanych algorytmów przetwarzania obrazu Ultra Clear.
Zakres promieniowania, z którego korzystają termowizory, jest też częściowo przepuszczany, np. przez niektóre rodzaje folii. Co natomiast stanowi przeszkodę dla tego spektrum? Zdecydowana większość materii, w tym także... szkło. Sensor nie jest w stanie wykryć obiektów znajdujących się za jednolitymi przeszkodami, w tym za szybą (która zazwyczaj zostanie odzwierciedlona jako zimny, nieprzezroczysty obiekt). Z tej przyczyny, do produkcji układu optycznego termowizorów wykorzystuje się specjalne, drogie materiały, jak np. german.
2023 r. Podczas targów SHOT Show 2023, firma ATN zaprezentowała kolejną generację swoich celowników termowizyjnych. Flagowym modelem jest ATN Thor 5 XD (na rynku europejskim powinien przyjąć nazwę Mars 5 XD), którego natywna rozdzielczość czujnika termicznego wynosi 1280x1024 piksele.
Czy można więc uniknąć detekcji w termowizji, chowając się, załóżmy, w gęstej trawie? I tak, i nie. Czujnik nie jest w stanie wykryć obecności człowieka przez znajdujące się przed nim rośliny, jeśli ten nie jest fizycznie dla niego widoczny. By termowizor wykrył taki przysłonięty obiekt, musi on chociaż w niewielkim stopniu prześwitywać między źdźbłami trawy. Czy w takim razie użycie tej technologii ma sens za dnia, skoro nieuzbrojone oko również byłoby w stanie dostrzec fragment ukrytej sylwetki? Jak najbardziej: ludzki wzrok może z łatwością przegapić, np. ledwo widoczny, pojedynczy palec, podczas kiedy termowizor błyskawicznie go wychwyci (gdy pozwoli mu na to rozdzielczość czujnika) i z dużym kontrastem zaakcentuje na wyświetlonym obrazie. Jeśli nie w trawie, to może ukrycie się jest możliwe za taflą szkła? Tak, ale samo szkło prawdopodobnie będzie mocno wyróżniało się w otoczeniu jako obiekt od niego zimniejszy. To jak wobec tego uniknąć wykrycia? Sprzyjają temu wszystkie naturalne przeszkody, jak drzewa czy ukształtowanie terenu. Także sztuczne osłony, pałatki, czy zamaskowane materiałem, swego rodzaju tarcze. Ważne, by były odpowiednio odsunięte od ludzkiego ciała (nie przejmowały jego ciepła), same miały temperaturę zbliżoną do otoczenia, nie miały regularnych, zwracających uwagę kształtów - i co najważniejsze - nie wystawiały na bezpośredni widok żadnego skrawka ciała. Proste? Bynajmniej – i dlatego termowizja jest tak chętnie wykorzystywana w zastosowaniach wojskowych, w ratownictwie i wszędzie indziej, gdzie szybka detekcja jest nieocenioną zaletą.
Termowizja a noktowizja
Wiedząc już o tych prostych zależnościach, łatwiej jest odpowiedzieć sobie na pytania zawarte na początku poprzedniej sekcji. Termowizja jest czymś odmiennym od bazującej na innym zakresie podczerwieni noktowizji. Każda z tych technologii ma swoje zalety i wady i lepiej sprawdza się w innych aspektach.
2016 r. Dobrze dobrany kamuflaż z materiałów o niskiej refleksyjności utrudnia dostrzeżenie obiektu w noktowizji.
O ile urządzenia noktowizyjne można nazwać optyką do działań nocnych, o tyle termowizja znajduje zastosowanie zarówno nocą jak i za dnia.
Niewielka rozdzielczość czujników termicznych, połączona z niewystarczającą czułością termiczną, mogą przełożyć się na słabe odzwierciedlenie szczegółów w obrębie obserwowanych obiektów. To może utrudnić identyfikację - np. odróżnianie od siebie osób i rozpoznawanie, co mają na sobie założone. Także przemieszczanie się w terenie nocą, korzystając z termografii, jest możliwe, ale może nie być wystarczająco komfortowe dla użytkownika.
2020 r. Zdjęcie wykonane przy użyciu telefonu CAT wyposażonego w sensor FLIR. Uwagę zwracają niska rozdzielczość obrazu oraz słaba czułość termiczna.
Wzmacniające światło przetworniki montowane w noktowizorach, choć jakość ich działania również jest zależna od warunków atmosferycznych oraz obecności szczątkowego oświetlenia (księżyc, gwiazdy, latarnie uliczne, itp.), prezentują zazwyczaj obraz o większej szczegółowości . Rozróżnianie poszczególnych osób, obiektów, lub przemieszczanie się nocą są zwykle znacznie łatwiejsze dla korzystających z takich urządzeń.
2018 r. Noktowizja zapewnia lepszą możliwość identyfikacji celów niż termowizja.
Noktowizja wyższych generacji, podobnie jak termowizja, jest systemem pasywnym. Nie emituje fal, tylko korzysta z tych, które są dostępne w otoczeniu. Obraz noktowizorów można dodatkowo wzmocnić oświetlaczem pracującym w podczerwieni, jednak jego użytkownik staje się wówczas zdecydowanie bardziej narażony na wykrycie, zarówno dla innych noktowizorów jak i nieuzbrojonego oka. Taki „aktywny” system działania cechuje głównie tańszy sprzęt noktowizyjny – zarówno cyfrowy jak i analogowy. Termowizja, nawet z dolnej półki cenowej, pozbawiona jest tego problemu, gdyż sama w sobie w żaden sposób nie sygnalizuje otoczeniu swojego działania. Z drugiej strony, z tej samej przyczyny, nie jest w stanie wykryć, np. popularnych, laserowych wskaźników celu 850 nm lub 940 nm, które często używane są na broni do wspomagania celowania przy noszonych na głowie noktowizorach.
2023 r. Widoczny nocą człowiek w środowisku miejskim. Zdjęcie zrobione z odległości 160 m, przy wykorzystaniu termowizora Leica o rozdzielczości sensora 640x512 pikseli i przybliżeniu bazowym 2,5x. Uwagę zwracają nieprzezroczyste szyby w oknach - szkło nie przepuszcza promieniowania cieplnego.
Główną zaletą termowizorów w stosunku do noktowizorów jest jednak olbrzymia przewaga w detekcji obiektów, dzięki wykrywaniu różnic temperatur. Czy są to zwierzęta łowne, czy zagrożenie w postaci wrogiego strzelca, termowizja bez problemu wykryje obiekt na dużym dystansie, bez względu na to czy jest w ruchu czy nieruchomy. Monochromatyczny obraz noktowizji może niewystarczająco dobrze uwidocznić cel, zwłaszcza gdy ten ma odpowiednio dobrany ubiór z materiału o niskiej refleksyjności. Przewaga termowizji w tym aspekcie dodatkowo nasila się w niesprzyjających warunkach atmosferycznych (mgła), oświetleniowych (bezksiężycowa, ciemna noc) lub w mocno zadymionym środowisku.
2015 r. Termowizja zapewnia znacznie większe możliwości detekcji zagrożenia niż noktowizja. Zdjęcie niestety jest prześwietlone w przypadku noktowizorów wyższej generacji, na co wpłynął zalegający śnieg.
Jeszcze jedną przewagą termowizorów nad noktowizorami, jest ich całkowita niewrażliwość na sztuczne światło. Nawet skierowanie silnego strumienia o potężnych wartościach kandeli w kierunku termowizora, nie jest w stanie go uszkodzić ani oślepić. Światło to zostanie w całości zignorowane przez czujnik, umożliwiając użytkownikowi termowizji dostrzeżenie wszystkiego, co znajduje się za jego źródłem - tak, jakby w ogóle go nie było. Równocześnie, termowizory pozostają wrażliwe na nadmiar promieniowania cieplnego, przez co niewskazane jest kierowanie urządzenia w stronę, np. słońca.
2023 r. Jedna z możliwych kombinacji obrazu w celowniku wielospektralnym Pulsar z serii Thermion Duo. Termiczna warstwa widoczna jest w pełnym kadrze, podczas gdy spektrum barw widzialnych wyświetlone zostało w pomniejszonym oknie (Picture in Picture).
Oba opisane typy urządzeń – termowizory oraz noktowizory - mimo iż częściowo spełniają podobne zadania, nie są w stanie całkowicie się zastąpić. Stąd w ostatnich latach, powoli uwidacznia się trend wśród producentów do tworzenia urządzeń fuzyjnych, wielospektralnych, które zapewniają połączone możliwości różnego rodzaju obrazowania.
Podsumowanie – zapowiedź części drugiej
W tej części poradnika staraliśmy się przybliżyć sposób działania termowizorów i osobliwości obrazowania termicznego bazując na własnych doświadczeniach i odczuciach z używania tej technologii. O wielu innych cechach nie da się jednak dowiedzieć z suchego tekstu opatrzonego zdjęciami.
2022 r. Zdjęcie z gry terenowej "Anoda IV Noc" organizowanej przez stowarzyszenie MIWO. Na zdjęciu widoczne są różne celowniki termowizyjne. Od lewej: ATN Mars 4 384, Delta Optical Neon S1, dwa egzemplarze Hikmicro Thunder TH25 oraz InfiRay Saim SCH50.
Z tej przyczyny, druga część poruszać będzie kwestie wyboru właściwego urządzenia dla osób, które zechcą bezpośrednio zakosztować świata termografii. Wymienimy i pokrótce objaśnimy najistotniejsze (naszym zdaniem) parametry urządzeń, które znaleźć można w specyfikacjach technicznych na stronach internetowych sklepów. Publikację tekstu planujemy na przyszły tydzień - zachęcamy do śledzenia portalu.
Jeśli interesujesz się wykorzystaniem termowizji podczas aktywności airsoftowych, to również będziemy mieli coś dla Ciebie. W trzeciej części naszego poradnika, bazując na własnych doświadczeniach, poświęcimy uwagę korzystaniu z zaawansowanego sprzętu podczas rywalizacji.
