Poniżej znajduje się drugi rozdział artykułu poświęconego parametrom technicznym termowizorów. Pierwszy dostępny jest tutaj, natomiast w obecnym opisaliśmy:
- Czułość termiczna (NETD), apertura
- Shutter czy shutterless - dlaczego mój termowizor klika?
- Inne ważne szczegóły techniczne
- Algorytmy post-processingu, oprogramowanie i przydatne funkcje

Czułość termiczna (NETD), apertura

Czułość termiczna, określana najczęściej parametrem NETD (Noise Equivalent Temperature Difference), to kolejny istotny czynnik warunkujący jakość wyświetlanego obrazu. Podawana w milikelwinach (mK) wartość określa, jak najmniejsze różnice temperatury w obserwowanym kadrze jest w stanie zauważyć sensor termowizora. Im niższy jest parametr podany w mK, tym lepsza czułość urządzenia.

2021 r. Zdjęcie wykonane przy użyciu termowizora ATN Mars 4 384. Urządzenie wyróżnia się bardzo długim czasem pracy na wbudowanym akumulatorze.

Istotną kwestią jest też apertura, wyrażona cyframi po literze f. Podobnie jak w przypadku klasycznej optyki, niższa wartość przekłada się na większą ilość napływającego do czujnika promieniowania, co w efekcie może skutkować poprawą jakości obrazowania. Warto wiedzieć, że czułość termiczna sensora często podawana jest dla apertury f/1.0 – w przypadku wyższej tej ostatniej wartości, rzeczywista czułość urządzenia może być niższa i odwrotnie.

Sensor o większej czułości pozwala na uzyskanie obrazu o wystarczającym kontraście, także w sytuacjach, w których obiekty w całym obserwowanym kadrze mają zbliżone temperatury (np. w niekorzystnych warunkach atmosferycznych). Działające w takich warunkach termowizory, które korzystają z czujników o mniejszej czułości, mogą prezentować zaszumiony obraz w zbliżonych do siebie odcieniach szarości, na którym odróżnienie poszczególnych elementów scenerii sprawi trudności lub będzie niemożliwe. Pogorszona może być także szczegółowość obserwowanych obiektów.

2017 r. Obiektywy monokularów obserwacyjnych Pulsar Quantum XQ30V Lite (po lewej stronie) oraz FLIR PS24 Scout II (po prawej stronie).

Opisany powyżej problem nie dotyczy w aż takim stopniu samej detekcji obiektów wyróżniających się swoją temperaturą z otoczenia. Te wyraźnie cieplejsze lub zimniejsze są zazwyczaj wciąż wykrywane z łatwością i prezentowane użytkownikowi zachowując właściwy kontrast na tle otoczenia, także w urządzeniach z sensorami o niskiej czułości – pomimo gorszego odwzorowania szczegółów.

Na chwilę obecną, na rynku znajdują się termowizory z zadowalającą czułością termiczną, jak <50 mK, <40 mK, czy nawet schodzące poniżej poziomu NETD 20 mK.

Shutter czy shutterless - dlaczego mój termowizor klika?

Sposób radzenia sobie z czystością obrazu termowizji - często określaną jako NUC (Non-Uniformity Correction) - nie jest cechą, która często gości w opisach dostępnych na rynku termowizorów. Wyjątkiem są modele działające w technologii shutterless, których dystrybutorzy zwykli podawać tą informację. O co tutaj chodzi?

Podczas prowadzenia obserwacji, każdy piksel czujnika zbiera dane w sposób ciągły. Ten nieustanny proces ma wpływ na dokładność kolejnych odczytów informacji, które docierają do sensora. Już po kilku-kilkunastu sekundach działania, poszczególne piksele mogą przestać swoją barwą wiernie odzwierciedlać zarejestrowaną temperaturę, co wpływa na pogorszenie jakości i rzetelności obrazu. Aby zapobiec temu zjawisku, duża część termowizorów dostępnych na rynku ma zamontowaną specjalną, ruchomą, fizyczną przesłonę między czujnikiem, a układem optycznym.

2022 r. Różne urządzenia do obrazowania termicznego w technologii shutter. Od lewej: monokular Pulsar Quantum XQ30V Lite oraz celowniki Delta Optical Neon S1, Himkicro Thunder TH25 i InfiRay Saim SCH50.

Zależnie od możliwości i oprogramowania urządzenia, ta przesłona może być aktywowana automatycznie, ręcznie, lub dawać użytkownikowi zadecydować, w którym z tych trybów ma działać. Po jej krótkotrwałym zamknięciu się (często towarzyszy temu charakterystyczne kliknięcie termowizora), wszystkie piksele rejestrują jednakowe dane termiczne z nieprzepuszczalnej bariery i czujnik „resetuje się”. Cały proces trwa ułamek sekundy, a po otwarciu przesłony, użytkownik widzi świeży, dobry jakościowo obraz, który precyzyjnie oddaje zarejestrowane różnice w emitowanym przez obiekty promieniowaniu cieplnym.

Wadą tego rozwiązania jest nieodłączny freeze urządzenia, podczas którego widoczny w wizjerze obraz na moment się zatrzymuje. Zazwyczaj nie ma to większego wpływu na komfort obserwacji, może jednak być irytujące, jeśli podczas korzystania z automatycznego trybu odświeżania, proces nastąpi, np. tuż przed chwilą oddania strzału. Z tej przyczyny, niektórzy producenci postanowili pójść inną drogą i wdrożyli do swoich urządzeń pozbawioną przesłony technologię shutterless, która dba o NUC za pomocą oprogramowania i odpowiednich algorytmów. Takie urządzenia nierzadko są droższe, jednak ich zaletą jest nieprzerywane wyświetlanie obrazu o niezmiennej jakości.

Inne ważne szczegóły techniczne

Wybierając właściwy dla siebie termowizor, warto zwrócić uwagę na kilka dodatkowych rozwiązań technicznych, które zwykle podawane są w pełnej specyfikacji urządzenia.

W zależności od warunków, w jakich użytkownik chce korzystać z termowizji, a także sposobu jej użycia, istotnymi kwestiami są wytrzymałość mechaniczna i odporność urządzenia na wodę. Ten pierwszy czynnik jest ważny szczególnie wtedy, kiedy rozważa się zakup celownika - powinien on być przystosowany do kalibru i broni, na której zamierza się go użyć. Warto wiedzieć, że na rynku znajdują się ręczne termowizory oferujące możliwość wyświetlenia siatek celowniczych (regulowanych lub nie), które nie są przystosowane do radzenia sobie z odrzutem podczas strzelania. Takie modele mają szansę spełnić się w roli prowizorycznych celowników dla bezodrzutowych konstrukcji, jednak mogą szybko ulec uszkodzeniu w kontakcie z wieloma typami broni palnej czy nawet wiatrówek.

2019 r. Urządzenia termowizyjne wyposażone w zewnętrzny ekran zamiast wizjera - jak Leupold LTO Tracker HD - mogą przyczynić się do poprawienia świadomości sytuacyjnej, bez konieczności rezygnowania z podstawowej optyki dziennej. Należy pamiętać, że montaż termowizora Leupold LTO na broni grozi jego uszkodzeniem.

W kontekście wodoodporności, absolutnym minimum jest standard IPX4, który zapewnia ochronę przed padającymi pod dowolnym kątem kroplami wody. Klasa IPX4 często wystarcza, by zabezpieczyć urządzenie przed działaniem niekorzystnych warunków atmosferycznych. Planując wykorzystanie termowizji bez względu na okoliczności i chcąc mieć względną pewność, że do żadnego uszkodzenia nie dojdzie, warto zainteresować się sprzętem spełniającym bardziej rygorystyczne założenia, np. w klasie IPX7 (IP67).

2021 r. Trudne warunki terenowe i atmosferyczne wymagają korzystania ze sprzętu o dużej odporności na wodę. Widoczne na zdjęciu urządzenia zabezpieczone są w klasie IPX4 (minimum) oraz IPX7.

Bardzo ważną kwestią, której nie należy pomijać dokonując wyboru, jest sposób zasilania urządzenia. Na rynku można spotkać konstrukcje działające w oparciu o baterie popularnych typów (w tym CR123), ładowalne ogniwa (np. 18650) lub z wbudowanym akumulatorem (wymiennym lub nie). Podobnie jak w innych dziedzinach urządzeń elektrycznych, każdy rodzaj zasilania ma swoje zalety i wady, które uzależnione są od sposobu, w jaki użytkownik planuje wykorzystywać swoje urządzenie.

Baterie pozwalają bez końca przedłużać czas działania termowizora. Jego zużycie energii może być jednak wystarczająco duże, by narazić użytkownika na duże koszty i konieczność wymiany baterii co maksymalnie kilka godzin pracy, a niekiedy znacznie szybciej - np. w niskich temperaturach. Wiele urządzeń termowizyjnych zasilanych w ten sposób zapewnia możliwość użycia ładowalnych zamienników. Taka informacja podana jest zwykle w instrukcji obsługi urządzenia, z którą warto, w miarę możliwości, zapoznać się jeszcze przed zakupem konkretnego modelu. Niektóre firmy posiadają w ofercie specjalne adaptery pozwalające wydłużyć czas pracy termowizora w oparciu o akumulatory innego typu - np. 16650. Zdarza się także, że takie rozwiązania oferują osoby niezwiązane bezpośrednio z producentem sprzętu.

2020 r. Adapter IEB-2 do celowników termowizyjnych InfiRay oraz Delta Optical, pozwalający zasilać urządzenie ogniwami typu 16650.

Wsparcie dla popularnych, ładowalnych ogniw (np. 18650) ma wiele zalet. Są one tanie, lekkie i łatwe w utrzymaniu. Także dedykowane, ale wymienne akumulatory używane w konstrukcjach niektórych producentów dają duże możliwości przedłużania czasu pracy urządzenia, jednak zwykle ich zakup wiąże się z większym kosztem niż w przypadku uniwersalnych typów zasilania.

Wiele urządzeń posiada wbudowany, ładowany bezpośrednio, niewymienny akumulator. Dopóki zapewnia on wystarczający czas pracy (może to być kilka godzin, a może kilkanaście - zależnie od wymagań użytkownika), to wszystko jest w porządku. Jeśli interesujący produkt posiada niewymienny akumulator o pojemności, która może nie wystarczyć użytkownikowi, to nadal nie wszystko jest stracone. Często takie termowizory umożliwiają podłączenie i pracę w oparciu o zewnętrzne źródło zasilania, takie jak powerbank. Jest to jednak informacja, którą wypada potwierdzić w specyfikacji lub instrukcji obsługi konkretnego modelu. Korzystanie z takiego rozwiązania może też niekorzystnie wpłynąć na odporność urządzenia na działanie wody.

Jeszcze jednym z aspektów, na które warto zwrócić uwagę, jest rodzaj zastosowanego ekranu. Zważywszy że w obrazowaniu termicznym często korzysta się z monochromatycznych trybów wyświetlania obrazu, bazujących na odcieniach konkretnej barwy, wyświetlacz dobrze odwzorowujący czerń i inne kolory, który zapewnia właściwy kontrast, może wpłynąć na poprawę komfortu korzystania z urządzenia - podobnie jak jego duży rozmiar i wysoka rozdzielczość.

2020 r. Zdjęcie z rozgrywki airsoftowej "Lubieńgrad". Na zdjęciu widoczne są różne urządzenia termowizyjne zaadoptowane do roli celowników. Nie wszystkie z nich spełniają normy odpornościowe, które umożliwiłyby używanie ich na broni palnej. Od lewej: Pulsar Quantum Lite XQ30V, ATN Mars-HD 384, ATN Mars 4 384, Leupold LTO Tracker HD oraz zamaskowany Delta Optical Neon S1.

Obecność zintegrowanego modułu LRF (Laser Range Finder) lub ewentualna kompatybilność i wsparcie dla dedykowanych, zewnętrznych dalmierzy laserowych, to jeszcze jedna cecha termowizora, na którą warto zwrócić uwagę. Taki moduł pozwala szybko i precyzyjnie określić odległość od obserwowanego obiektu, bez konieczności przeprowadzania dodatkowych obliczeń. Z uwagi na charakterystykę obrazowania termicznego, może się również zdarzyć, że użytkownik nie będzie w stanie jednoznacznie rozpoznać tego, na co patrzy. Czy w zasięgu wzroku znajduje się coś niewielkiego na bliskim dystansie, czy większego na dalszej odległości? Dalmierz laserowy może pomóc rozwiać wątpliwości.

Algorytmy post-processingu, oprogramowanie i przydatne funkcje

Kiedy rozważone zostaną już wszystkie sprzętowe czynniki warunkujące jakość wyświetlanego obrazu, pozostaje jeszcze jeden niezwiązany z nimi bezpośrednio, a równie ważny: algorytmy odpowiedzialne za post-processing. Różni producenci termowizorów są w stanie w sposób lepszy lub gorszy przygotować oprogramowanie, które znacząco może zmienić to, co widać na ekranie. Przed rozpoczęciem zakupów, warto rozejrzeć się po popularnych portalach internetowych w poszukiwaniu zdjęć i filmów przedstawiających obraz rejestrowany przez budzący zainteresowanie produkt.

2020 r. Bardzo ważnym aspektem termowizorów są algorytmy odpowiedzialne za poprawę jakości obrazu. Na zdjęciu porównanie widoku przez znacznie starszy, ręczny monokular FLIR PS24 Scout II (na górze) oraz celownik termowizyjny Delta Optical Neon S1 (na dole).

Podobnie jak w przypadku innych rodzajów elektroniki, producenci termowizorów prześcigają się w wymyślaniu kolejnych udogodnień i rozbudowują oprogramowanie swoich urządzeń, chcąc zapewnić nabywcom sprzęt o możliwościach przewyższających konkurencję. W opisach produktów powtarza się kilka funkcji, których przydatność może wydawać się zarówno niepodważalna jak i dyskusyjna. Teoretycznie, im więcej ciekawych rozwiązań oferuje dany produkt, tym lepiej. W niektórych przypadkach zdarza się jednak, że równoczesne korzystanie z licznych dodatkowych udogodnień może skutkować spowolnieniem działania urządzenia, podobnie jak w przypadku elektroniki użytkowej obsługującej zbyt wiele zadań naraz. Różnorodność opcjonalnych funkcjonalności jest obfita, a ich użyteczność uzależniona od wymagań użytkownika. Powstrzymamy się więc od wymieniania i traktowania o ich przydatności w tym artykule, gdyż wydźwięk wypowiedzi mógłby być aż nadto subiektywny.

Podsumowanie, zapowiedź części trzeciej

Odpowiedni i przemyślany wybór termowizora nie jest prosty. Przed podjęciem decyzji zalecamy dokładną analizę przyszłego zastosowania urządzenia, które zamierza się kupić.

Mamy nadzieję, że ten artykuł rozwiązał niektóre Twoje dylematy, lub naświetlił problematykę, która nie była Ci do końca znajoma. Jeśli nie zgadzasz się z naszymi subiektywnymi przemyśleniami i wnioskami, a masz czas na polemikę, to zachęcamy do wyrażenia swojego zdania. Większa liczba punktów widzenia ma pozytywny wpływ na obiektywność całego przekazu.

2019 r. Zaadoptowany do roli prowizorycznego celownika, ręczny termowizor FLIR PS24 Scout II. Na zdjęciu widoczny jest w towarzystwie zamontowanego na nakryciu głowy NVG Cap monokularu noktowizyjnego typu PVS-18.

W naszym cyklu poradników dotyczących termowizji umyślnie nie poruszaliśmy kwestii konkretnych producentów oraz modeli urządzeń. Artykuły zawierające takie dane są w większym stopniu narażone na utratę aktualności. Jest również możliwe, że produkty jednego producenta, które nie do końca trafiają w gust jednej osoby, z nawiązką spełnią wymagania innej.

To był drugi rozdział drugiej części poradnika. Pierwszy rozdział poświęcony parametrom technicznym dostępny jest tutaj. Jeśli natomiast trafiłeś na ten artykuł w pierwszej kolejności, a czujesz, że brak Ci pewnych podstaw w zrozumieniu zasad działania obrazowania termicznego, to zachęcamy do rzucenia okiem na część wstępną, w której więcej uwagi poświęciliśmy tym właśnie kwestiom.
Trzecia część poradnika skierowana jest do osób zainteresowanych wykorzystywaniem termowizji w zastosowaniu airsoftowym - zapraszamy do lektury.