На рынке систем безопасности о тепловизорах не слышал только тот, кто не следит за последними новостями. При этом везде заявляется, что цена на тепловизоры неизменно снижается. Это обстоятельство, по идее, должно расширить область их применения, но пока на каждом углу их не видно и даже на специальных объектах устройства встречаются крайне редко. Цена, соизмеримая со стоимостью неплохой иномарки, за один тепловизор все еще делает его экзотикой.
Почему?
Потому что тепловизор – это не панацея. Даже если у заказчика много денег и цена тепловизоров его совершенно не смущает, результат все равно может быть непредсказуемым. Давайте попробуем разобраться почему.
Джонсон
В отличие от камер видимого спектра один из главных параметров тепловизора – уточнение расстояния, на котором можно «видеть цель». Причем видеть можно по-разному: обнаружить, опознать или идентифицировать. Эти критерии разработали американские ученые, и в конце 1950-х гг. результат подытожил Джон Джонсон, в честь которого и назвали данный критерий. Вероятно, существует и русский аналогичный критерий, но в широком доступе он не встречается по понятным причинам закрытости российской военной тематики. В результат часто можно увидеть следующее определение:
«Обнаружение, распознавание, идентификация человека с характерным размером 1,8 х 0,5 м».
И ниже подобные картинки, показывающие, как далеко может видеть тепловизор.
Если вы будете пользоваться этими графиками при гражданском применении устройства, то в большинстве случаев не достигните заявленных дальностей. Критерий Джонсона разрабатывался для военных целей, когда в направлении поля зрения камеры находятся в основном враги и необходимо принять решение стрелять или не стрелять и чем стрелять в направлении цели. В системах безопасности таких задач практически не встречается.
Задача в системе видеонаблюдения
Типовая задача в системе видеонаблюдения для тепловизора формулируется так: хотим видеть, что происходит на объекте вне зависимости от времени суток. И тепловизор позволяет ее решить. Но с достаточно большими оговорками. Во-первых, нельзя слепо следовать критерию Джонсона при выборе тепловизора и тепловизионного объектива и полагаться на сотни и тысячи метров в табличке. Во-вторых, необходимо учитывать погодные условия и тепловые контрасты в зоне наблюдения. В-третьих, тепловизионный объектив, как и всякий оптический прибор, имеет ряд параметров, которые положительным или отрицательным образом влияют на возможность решения визуальной задачи. В-четвертых, необходимо учитывать навык работы оператора с тепловизионным изображением, который может корректно интерпретировать увиденное на экране.
Ответ Джонсону
«Обнаружение: чтобы определить, присутствует объект или нет с вероятностью 50%, его критический размер должен покрываться 1,5 или более пикселями. 1,5 пикселя в антенной решетке эквивалентны 0,75 «цикла», что является единицей разрешения системы, изначально используемой в определении Джонсона» Этот критерий предполагает, что характерный размер ростовой фигуры человека составляет 0,75 м и, чтобы его идентифицировать, на него должно приходиться 1,5 пикселя. Соответственно, данное расстояние иллюстрирует зеленая полоса на графике, приведенном выше, и сообщает нам данные, о том, что, исходя из этого критерия, на тепловизоре с разрешением 640 х 480 пикс. и объективом 50 мм можно обнаружить человека на расстоянии порядка 1700 м с вероятностью 50%. Вопрос: может ли оператор увидеть на экране монитора цель размером 1,5 пикселя и 640 пикселей (или 0,2% от ширины экрана). С очень большой долей вероятности он эту цель просто не увидит.
Погодные условия
Как ни странно, но тепловизор, так же как и обычная камера телевизионного наблюдения, лучше видит в хорошую солнечную погоду (только если это не пустыня, где, кроме песка, ничего нет): тепловые контрасты максимальные, люди хорошо различимы и в тени, и на солнце, видны нагретые и охлажденные части автомобилей (можно понять, кто только приехал, а кто стоит давно). Но бывают и другие условия, когда идет дождь, снег, землю окутывает плотный туман. Эти погодные явления оказывают двойное негативное влияние на тепловое изображение: препятствуют прохождения ИК-лучей через атмосферу, тем самым ухудшая видимость, и сравнивают температуру поверхности, когда все, например, мокрое, то в тепловизоре просто не видны отличия дерева от машины, где температура обоих, например, 15 градусов Цельсия.
Тепловизионный объектив
Меньший угол поля зрения соответствует большей дальности наблюдения. Но это в идеальных условиях – чем дальше мы хотим увидеть с более узкоугольным объективом, тем сложнее это сделать в реальных условиях. Атмосферные осадки и низкая контрастность объекта не позволяют достигать максимальных дистанций наблюдения. Также при этом относительное отверстие объектива (F-число) и коэффициент пропускания ИК-света через объектив, равный примерно 80%, тоже препятствуют фиксации ИК-излучения в фокальной плоскости микроболометра (тепловизора).
Распознавание тепловизионных целей
В конечном счете результатом фиксации цели должна стать реакция оператора или аналитического программного обеспечения. И в первом, и во втором случае задача решается с большими сложностями: на предельных дальностях цели слишком низкоконтрастны и недостаточного размера, чтобы аналитика могла безошибочно увидеть их. В результате принятие решения о наличии цели можно более или менее гарантированно принять на гораздо меньших расстояниях в сравнении с указанными в рекламных листовках.
Итог
Если не учитывать реальные физические особенности тепловизионных камер и среды наблюдения, вероятность получения удовлетворительного результата на максимальных заявленных дистанциях по критерию Джонсона крайне невелика. Более подробные примеры с иллюстрацией работы тепловизионных камер в реальных условиях будут рассмотрены в следующих материалах.
Илья ФАТИН, компания «ДВТех Москва»
Источник:
http://www.tzmagazine.ru/jpage.php?uid1=1627&uid2=1726&uid3=1740