W poprzedniej części poradnika dotyczącego wykorzystania termowizji w praktyce, skupiliśmy się na ogólnym wyjaśnieniu jej działania, najważniejszych różnicach w zastosowaniu w stosunku do noktowizji i przyjrzeliśmy się kilku popularnym teoriom związanym z właściwościami obrazowania termicznego.

Przeglądając oferty sklepów można natknąć się na ogromne zróżnicowanie produktów i rozbudowane specyfikacje techniczne urządzeń. Na co zwracać uwagę dokonując wyboru własnego termowizora? Jak poszczególne parametry i cechy urządzeń wpływają na wrażenia z ich używania? W tym artykule staramy się opisać różnice między konstrukcjami i przybliżyć znaczenie wybranych parametrów, które naszym zdaniem są istotne przy podejmowaniu decyzji.

2022 r. Celownik termowizyjny Delta Optical Neon S1. Na zdjęciu widoczne są także maskowania polskiej produkcji - firmy Sniper Ghillie Systems.

Dla komfortu czytających, tą część artykułu zdecydowaliśmy się podzielić na dwa rozdziały. Pierwszy obejmuje:
- Rodzaj termowizora
- Rozdzielczość czujnika
- Przybliżenie bazowe, pole widzenia, rozmiar soczewki
- Zasięg urządzenia
- Częstotliwość odświeżania
- Rozmiar pikseli - 17 um czy 12 um?

W rozdziale drugim, który dostępny jest tutaj, pochylamy się nad kwestiami czułości termicznej (NETD), metodami korekcji NUC, rodzajami zasilania, algorytmami odpowiadającymi za jakość obrazu, normami odporności i innymi wartymi uwagi aspektami.

Rodzaj termowizora

Istnieje wiele rodzajów termowizorów - np. monokular, nasadka (clip-on), lornetka, celownik - jak zdecydować się na wybór tego właściwego? Wszystko zależne jest od planowanego dla urządzenia zastosowania.

2023 r. Niektóre monokulary termowizyjne (jak widoczny na zdjęciu ATN Odin LT 640) są przystosowane do noszenia na głowie.

Jeśli urządzenie ma służyć głównie do obserwacji lub przemieszczania się, sensownym wyborem mogą okazać się ręczne termowizory, także te kompatybilne z różnymi rodzajami montaży na głowę. W przypadku chęci korzystania z termowizji podczas aktywności obejmujących strzelanie, niezastąpione może być kupno właściwego celownika lub nasadki termowizyjnej montowanej na optykę dzienną. Ta ostatnia jest dość wszechstronnym rozwiązaniem, które niekiedy oferuje możliwość przekształcenia urządzenia w monokular obserwacyjny. Taka uniwersalność może być dla niektórych cenna, jednak z zasady sprawdzi się gorzej w odniesieniu do dedykowanych rozwiązań konkretnego typu.

2018 r. Nieprodukowane już, ręczne termowizory z serii Leupold LTO Tracker wyróżniają się wykorzystaniem zewnętrznego wyświetlacza zamiast klasycznego wizjera. Obserwację prowadzi się patrząc podobnie jak na ekran telefonu. Dostępne są też na rynku adaptery typu viewfinder firm trzecich.

Dostępne na rynku termowizory są zróżnicowane pod względem budowy i parametrów technicznych. Ich poszczególne rodzaje, ze względu na swoje przeznaczenie, mogą wymagać całkowicie odmiennej specyfikacji (np. niewielkiego przybliżenia dla urządzeń noszonych na głowie). Do rzadkości nie należy również sytuacja, w której do doświadczenia pełni korzyści płynących z obrazowania termicznego, zainteresowana osoba zainwestuje w więcej niż jeden typ urządzenia.

Rozdzielczość czujnika

Rozdzielczości czujnika nie należy mylić z rozdzielczością ekranu, na którym wyświetlany jest obraz termowizora. Ta pierwsza, to jeden z podstawowych parametrów, które szybko rzucają się w oczy w trakcie przeszukiwania ofert sklepów (czasami jest zawarta nawet w samej nazwie produktu). Producenci często kładą nacisk na uwidocznienie informacji o rozdzielczości czujnika termicznego, gdyż to jeden z czynników mających największy wpływ na jakość obrazu i końcową cenę termowizora  przeznaczonego na rynek cywilny. Ze względu na różne kwestie techniczne związane z obrazowaniem termicznym, próżno szukać w sprzedaży modeli o rozdzielczościach zbliżonych do tych, którymi poszczycić się mogą dzisiejsze aparaty fotograficzne i kamery cyfrowe.

2023 r. Flagowa lornetka termowizyjna firmy Pulsar - model Merger XL50 - pozwala na obserwację otoczenia w natywnej rozdzielczości 1024x768 pikseli.

Obecnie, w każdym typie urządzeń termowizyjnych można się najczęściej spotkać z jedną z rozdzielczości: 160x120, 240x180, 256x192, 320x240, 384x288, 400x300, 640x480 oraz 640x512. Oprócz sporadycznie spotykanych modeli z matrycą o mniejszej liczbie pikseli, na rynku są dostępne także różnego rodzaju termowizory o rozdzielczości 1024x768 czy nawet 1280x1024, jednak modele wyposażone w takie czujniki i przeznaczone do zastosowania outdoorowego zaczęły się pojawiać na rynku dopiero w 2022 roku. Na tą chwilę, ich wybór jest ograniczony, a ceny wysokie.

Kamery termowizyjne z matrycą 160x120 pikseli traktowane są obecnie jako entry-level. W modelach pozbawionych dużego przybliżenia optycznego, ich realny zasięg detekcji obiektu wielkości człowieka, w normalnie spotykanych okolicznościach, często nie przekracza kilkudziesięciu metrów. W idealnych warunkach dostrzeżenie celu możliwe jest na nieco większym dystansie, jednak niewystarczająca szczegółowość obrazu stanowi istotne utrudnienie w jego właściwym rozpoznaniu. Na zwiększenie praktycznego zasięgu (kosztem pola widzenia) może wpłynąć większe przybliżenie bazowe danego urządzenia. Sęk w tym, że niewielu producentów decyduje się na rozbudowanie najtańszej linii produktów i oferowanie ich w wariantach różniących się przybliżeniem.

2018 r. Widoczny zewnętrzny ekran obserwacyjnego termowizora Leupold LTO Tracker.

Nieco większe możliwości zapewniają urządzenia o rozdzielczości 240x180 oraz 256x192 pikseli. Tutaj łatwiej o szerszy wybór przystępnych cenowo modeli zarówno w formie ręcznych monokularów jak i prostych celowników termowizyjnych, których realny zasięg detekcji i szczegółowość obrazu będą zadowalające dla mniej wymagających użytkowników. Za atrakcyjne rozwiązania pod względem stosunku możliwości do ceny można natomiast uznać modele korzystające z matryc 320x240 lub 384x288 pikseli. Takie termowizory cechują się przyzwoitą jakością obrazu, przy założeniu, że ich czułość termiczna oraz oprogramowanie nie stanowią wąskiego gardła. Ponadto, przy zastosowaniu odpowiedniej optyki i w sprzyjających warunkach, pozwalają dostrzec wyróżniające się temperaturą obiekty na odległościach liczonych w setkach metrów.

2018 r. Celowniki ATN Mars-HD słyną z dużej liczby zaimplementowanych funkcji dodatkowych, jednak korzystanie z nich może skutkować powstawaniem opóźnienia w wyświetlaniu obrazu.

Te modele, które jeszcze do niedawna uchodziły na rynku cywilnym za górną półkę, czyli termowizory z matrycą 640x480 lub 640x512 pikseli - mimo detronizacji przez hi-endowe obecnie rozdzielczości 1024x768 i 1280x1024 - nadal powinny być traktowane jako rozwiązanie jakościowe. Przykładowa rozdzielczość 640x480 składa się z około 3-krotnie większej liczby pikseli niż mają popularne urządzenia ze średniej półki cenowej. To przekłada się na wyższą szczegółowość obrazu, zwiększony zasięg i bardziej komfortowe korzystanie z funkcji zoomu cyfrowego.

2021 r. Celownik termowizyjny InfiRay Saim SCH50. W urządzeniu zastosowano czujnik 12 um 640x512 pikseli. Średnica soczewki obiektywu 50mm, apertura f/1.1 i przybliżenie bazowe około 2,9x.

Czy wybór właściwej rozdzielczości obrazu powinien być podyktowany wyłącznie odległościami, na jakich planuje się używać termowizora? Nie - im więcej pikseli, tym lepiej. Jest to cecha przydatna w każdym zastosowaniu, także przy obserwacji celu na niewielkim dystansie. Oprócz zwiększania zasięgu detekcji, rozpoznania i identyfikacji, duża rozdzielczość pomaga też precyzyjniej wycelować i wyraźniej dostrzec zarówno sam obserwowany cel, jak i elementy w jego otoczeniu, także te przesłaniające go.

Przybliżenie bazowe, pole widzenia, rozmiar soczewki

Z uwagi na ograniczone możliwości czujników termicznych w kategorii rozdzielczości, producenci termowizorów często starają się zapewnić jak najlepszą jakość obrazu na inne sposoby.

Metodą poprawiania szczegółowości obrazu na większym dystansie, z której chętnie korzystają producenci, jest zwiększenie bazowego przybliżenia optycznego. Warto wziąć pod uwagę, że inne wartości tego parametru sprawdzą się lepiej w celownikach, inne w ręcznym monokularze lub lornetce obserwacyjnej, a jeszcze inne w urządzeniu, które ktoś kupuje z zamiarem noszenia na głowie. Nie ma tutaj prawd uniwersalnych - nawet w obrębie wymienionych rodzajów termowizorów, ostateczny wybór zależy od własnych preferencji i zastosowania sprzętu: myślistwo, ratownictwo górskie, airsoft, itp. Na chwilę obecną nie istnieją produkty, które oferowałyby płynny zoom optyczny, tak jak ma to miejsce w klasycznych rodzajach optyki obserwacyjnej i celowniczej. W obecnej dekadzie na rynku pojawiły się natomiast termowizory pozwalające dwustopniowo przełączać się między mniejszym, a większym przybliżeniem bazowym. Można więc oczekiwać, że i ta funkcja będzie z biegiem czasu rozwijana.

2023 r. InfiRay Rico RH50 Pro, to jeden z pierwszych dostępnych na rynku cywilnym celowników termowizyjnych, które oferują możliwość dwustopniowej zmiany przybliżenia bazowego (zachowując przy tym pełną, natywną rozdzielczość czujnika termicznego).

Jest kilka czynników warunkujących rzeczywiste przybliżenie bazowe termowizorów, a jednym z nich jest rozmiar soczewki obiektywu. W wielu przypadkach osiągnięcie jego wysokich wartości wymaga zastosowania dużej optyki, która wpływa na cenę urządzenia, a nierzadko też na jego gabaryty.

W zamian, wielu producentów termowizji oferuje w swoich produktach szeroki zakres zoomu cyfrowego. Z uwagi jednak na niewielką rozdzielczość popularnych sensorów termicznych, korzystanie z dużego cyfrowego powiększenia znacząco wpływa na pogorszenie jakości i zwiększającą się pikselizację obrazu. Z tej przyczyny, bazowe przybliżenie optyczne staje się jeszcze ważniejszym kryterium wyboru.

2023 r. Zwiększanie poziomu zoomu cyfrowego skutkuje pikselizacją obrazu.

Większe przybliżenie bazowe pozytywnie wpływa na szczegółowość obrazu na dalszym dystansie, ale najczęściej powoduje też zawężenie pola widzenia (podobnie jak w klasycznej optyce). Osoby rozważające zakup celownika, zwłaszcza te, które strzelają na duże odległości, powinny zainteresować się termowizorami z dużą wartością bazowego przybliżenia – w szczególności, jeśli budżet ograniczony jest do urządzeń z matrycą o słabszej rozdzielczości. Trzeba jednak pamiętać, że skanowanie otoczenia w poszukiwaniu celu za pomocą takiego celownika może być uciążliwe. W takich przypadkach, komfort przemieszczania się i obserwacji może wspomóc drugi, ręczny lub noszony na głowie termowizor, o mniejszym przybliżeniu bazowym i większym polu widzenia.

2020 r. Urządzenia termowizyjne z soczewkami zabezpieczonymi przed refleksami słonecznymi oraz skutkami trafień podczas manewrów z wykorzystaniem sprzętu airsoftowego. Widoczne są: Pulsar Quantum XQ30V Lite, Delta Optical Neon S1, ATN Mars 4 384, Leupold LTO Tracker HD, oraz ATN Mars-HD 384.

Optymalny wybór może być odmienny w przypadku osób korzystających z termowizji na mniejszych odległościach: np. podczas aktywności z wykorzystaniem sprzętu airsoftowego. Czy postawić na komfortowe i szybkie wykrywanie zagrożeń, czy precyzyjne prowadzenie ostrzału? Wybór nie jest prosty, a może zaważyć o skuteczności nie tylko samego użytkownika, ale i całej jego grupy.

Zasięg urządzenia

Wspominając o rozdzielczości czujnika i przybliżeniu bazowym w odniesieniu do zasięgu urządzenia, nie sposób pominąć tej problematyki i pokrótce objaśnić, czym jest „DRI” (Detection, Recognition, Identification).

W specyfikacjach technicznych dostępnych na stronach internetowych producentów i dystrybutorów, bardzo często można się spotkać z deklarowanym zasięgiem termowizora. Niekiedy jest podana wyłącznie maksymalna odległość, na której urządzenie jest zdolne do detekcji celu (D), a czasami zamieszczone są dodatkowo informacje dotyczące możliwości jego rozpoznania (R) oraz identyfikacji (I).

2020 r. Obraz widoczny w termowizorze starszej generacji - Pulsar Quantum XQ30V Lite w niesprzyjających warunkach atmosferycznych. Uruchomiona jest funkcja do korekcji wadliwych pikseli.

Największa wartość zawsze dotyczy detekcji. Jest to parametr, który określa maksymalny dystans, na którym urządzenie jest w stanie wychwycić cel (zazwyczaj o wymiarach zbliżonych do sylwetki człowieka). Najczęściej jednak oznacza to, że widoczny na podanej odległości obiekt – co ważne, w idealnych warunkach – będzie reprezentowany przez zaledwie dwa piksele. Możliwym jest więc stwierdzenie „coś tam jest”, ale nic poza tym.

Nieco więcej o rzeczywistym zasięgu obserwacji może mówić wartość przedstawiona jako „rozpoznanie”. Wspomina ona o odległości, z której możliwe jest stwierdzenie klasy obiektu, np. czy jest to człowiek czy pojazd (minimum 6 pikseli). Jeśli nie jest to przedstawione w opisie termowizora, można przyjąć, że zasięg rozpoznania jest około 3-krotnie niższy niż detekcji.

Ostatni parametr – identyfikacja – oznacza odległość, na której możliwe jest rozróżnienie dalszych szczegółów (minimum 12 pikseli). Można stwierdzić jaki jest typ obserwowanego pojazdu, albo czy widoczny człowiek jest żołnierzem czy cywilem. Realny zasięg identyfikacji jest również około 3-krotnie niższy niż rozpoznania.

2022 r. Celowniki termowizyjne o niewielkim przybliżeniu bazowym sprawdzają się także podczas użytku na bliskim dystansie. Na zdjęciu widoczne są modele Hikmicro Thunder TH25 oraz Delta Optical Neon S1 zamontowane na replikach ASG przeznaczonych do rozgrywek o charakterze CQB.

Biorąc pod uwagę te wszystkie czynniki, łatwiej określić, na jakiej odległości wybrany termowizor sprawdzi się w praktycznym zastosowaniu. Jeśli jego zasięg detekcji obiektu wielkości człowieka wynosi, np. 1800 metrów, to rozpoznanie powinno być możliwe z około 600 metrów. Identyfikacja może nastąpić dopiero na dystansie 200 metrów. Dodając do tego niepełną widoczność sylwetki, albo niekorzystne warunki atmosferyczne, można spodziewać się dodatkowego ograniczenia rzeczywistego zasięgu.

Częstotliwość odświeżania

Na rynku można znaleźć termowizory różniące się częstotliwością odświeżania obrazu. Do najbardziej popularnych opcji należą: 9 Hz, 25 Hz, 30 Hz, 50 Hz i 60 Hz.

2018 r. Stara generacja termowizorów FLIR PS24 Scout II oferowała odświeżanie obrazu na poziomie zaledwie 9 Hz. Nie zapewnia to wystarczającego komfortu używania, sprawdzając się głównie przy obserwacji statycznych scen.

Im wyższa częstotliwość odświeżania, tym bardziej komfortowe jest korzystanie ze sprzętu. Warto wiedzieć, że do samej obserwacji terenu, przy dość statycznej scenerii, wysoka częstotliwość odświeżania nie jest warunkiem koniecznym. Jednakże, w urządzeniach przeznaczonych do celowania lub przemieszczania się, płynność obrazu jest bardzo istotna. Dla zachowania właściwego komfortu użytkowania termowizora, warto rozważyć szczególnie modele oferujące co najmniej 30 Hz, a najlepiej więcej. Może się to jednak wiązać ze zwiększonym zużyciem energii.

Rozmiar pikseli - 17 um czy 12 um?

Technologia stosowana w urządzeniach termowizyjnych znajdujących się obecnie w sprzedaży różni się także parametrem dotyczącym rozmiaru pikseli. Najczęściej można spotkać się z dwiema wartościami: 17 um oraz 12 um. Czym się one różnią?

12 um pozwala na zmniejszenie rozmiaru czujników termicznych. To, z kolei, ma swój wpływ, np. na niższy koszt niektórych komponentów, jak choćby optyki. Mniejszy rozmiar pikseli pozwala uzyskać większe przybliżenie, w stosunku do technologii 17 um, współpracując z soczewkami o takim samym rozmiarze. Z drugiej strony, rozmiar pikseli 17 um potrafi zgromadzić więcej danych z otoczenia, co może przełożyć się na lepszą jakość samego obrazu.

2020 r. Soczewki termowizorów są niestety podatne na rozbicie. Koszt optyki wykonanej z germanu może być znacznie wyższy niż tej stosowanej w klasycznych lunetach celowniczych, także z wysokiej półki.

Trzeba jednak pamiętać, że jakość sensorów i oprogramowania cały czas się poprawia. Nowsze urządzenia typu 12 um mogą zapewniać równie dobrą jakość obrazu (lub lepszą) niż starsze typu 17 um.

Drugi rozdział części poświęconej parametrom technicznym urządzeń termowizyjnych został już opublikowany - zapraszamy do lektury.

Wcześniejszy artykuł dotyczący podstaw, faktów i mitów, dostępny jest tutaj.