作為一位戶外運動愛好者,戶外運動所需要的設(shè)備除了安全保障外,實用和舒適就是影響體驗的最主要因素。作為夜晚觀察動物、地形,預防危險和搜救驢友的神器,以往應(yīng)用在軍事上的紅外產(chǎn)品手持熱像儀開始走入民間,被越來越多的驢友和戶外愛好者所接受,并逐漸轉(zhuǎn)為必備裝備。
如何才能選擇一款好的熱成像儀呢?記者帶著這個問題走訪了紅外行業(yè)的幾位專家學者,整理如下:
一、選擇熱像儀,最重要的是心臟—-紅外熱成像儀的核“芯”。電腦的心臟是CPU,熱像儀的心臟是紅外探測器。
探測器分為制冷和非制冷,非制冷體積小功耗低,目前民用市場主流采用的都是非制冷紅外焦平面探測器,而作為感知紅外輻射與輸出信號間的橋梁,“熱敏感元件則是紅外探測器的這個核心的核心。”
目前紅外領(lǐng)域,非制冷熱敏主流材料以氧化釩(VOx)和非晶硅(α-Si)為主。二者比較,由于材料特性,氧化釩的靈敏度比非晶硅高一倍以上,“同樣TCR條件下,非晶硅噪聲高于氧化釩2個數(shù)量級”,具體表現(xiàn)為非晶硅的圖像有蒙紗感,不夠銳利通透,非晶硅成像效果明顯遜于氧化釩探測器。
氧化釩探測器主要的優(yōu)勢是測溫視域MFOV為1,溫度測量是精確到1個像素點。非晶硅測溫視域MFOV為9,即每點的溫度是基于3×3=9個像素點平均而獲得。氧化釩探測器的溫度穩(wěn)定性好、壽命長,溫度漂移小。
氧化釩技術(shù)早期主要掌握在美國幾大軍工大公司手上,如大名鼎鼎的DRS、BAE、Raytheon等都是采用氧化釩方案,多應(yīng)用于軍工國防等對成像質(zhì)量要求比較高的領(lǐng)域。
國際商用市場上,氧化釩機芯目前以美國FLIR為主。
非晶硅比較有代表性的是法國Ulis,在一般民品市場,非晶硅以較低的成本和價格優(yōu)勢擁有一定的市場份額。
“我們中國紅外起步較晚,起點高,國內(nèi)可以研發(fā)制造紅外芯片的公司一共四家,其中有三家選擇了氧化釩?!?/p>
“所以,在成像要求不高的行業(yè)和場景,可以選用非晶硅探測器,如果對成像要求高,或者成像距離遠,選用氧化釩探測器?!薄翱紤]到個人承受能力,預算不高考慮非晶硅,如果預算較高的話,首選氧化釩產(chǎn)品。”
二、第二重要的是靈敏度NETD。
熱靈敏度是熱成像儀的核心指標,NETD是噪聲等效溫差,數(shù)值越低成像越清晰。靈敏度差,被觀測點就被噪聲淹沒了,“看不見”,會導致在野外不能保障最基本的安全功能。同時,也要防止分辨模糊防止誤傷隊友。
記者看了不同的熱像儀后提出一個疑問:為什么熱像儀NETD數(shù)值一樣,但是成像效果差別很大呢?
專家指出,目前存在部分廠家虛標NETD情況,某些廠家以取到一個極限的NETD值,就把這個特定值當做常量來標注了。
“他的技術(shù)水平達不到,雖然把NETD調(diào)高了,但是成像全是噪聲,就像電視信號差時的雪花一樣,沒法看,慘不忍睹。”
“還有一個指標,MRTD,最小可分辨溫差,是一個主觀觀測指標,但是最真實不容作假的,軍品都是用這個指標”。
看來說到底,還是得拿肉眼看,拿幾個不同熱像儀成像的效果做對比。
三、第三重要的指標是探測器像素。
“一定不要混淆,探測器像素和目鏡的像素是兩碼事,有的商家經(jīng)?;煜@兩個概念。”
民用紅外熱像儀中相對高端的產(chǎn)品像素為640×512,此高端紅外熱像儀拍攝的紅外圖片清晰細膩,500米外可分辨出野兔大小的物體;
中端紅外熱像儀的像素為384×288,此系列紅外熱像儀可在700米外可準確識別出行走的人體。
有的探測器像素是320*240,較為低端紅外熱像儀的像素為160*120。
在高端民用領(lǐng)域,國內(nèi)廠家已經(jīng)開發(fā)出1024×768像素級別的紅外熱像儀產(chǎn)品,最近更已經(jīng)突破了百萬像素。
專家特意提醒,“384*288和160*120不是差了一倍,是差了將近6倍!”
四、第四個重要性能指標:幀頻。
幀頻是指1秒鐘內(nèi)熱像儀處理圖像的數(shù)目。傳感器越快,內(nèi)部電路處理速率越高,幀頻越大。高幀頻的熱像儀適合抓拍物體的高速移動。一般電視幀頻為25Hz。戶外觀瞄、要地監(jiān)控、汽車輔助駕駛、醫(yī)療等領(lǐng)域所用的設(shè)備要采用高幀頻。
“好的紅外熱像儀的幀頻應(yīng)該達到30Hz~50Hz,否則在很多場合無法作業(yè)。幀頻的高低,直接說明了紅外熱像儀的性能好壞和反應(yīng)速度。由于美國政府管制,F(xiàn)LIR等公司出口的熱像儀產(chǎn)品都是低幀頻9Hz以下。”
五、第五個重要性能指標:像元間距。
非制冷紅外探測器在像元間距上,從45微米、35微米到25微米、20微米,現(xiàn)在的主流產(chǎn)品已經(jīng)是17微米了,14微米也有開始有產(chǎn)品涌現(xiàn)。越小的像元間距帶來了更優(yōu)化的光學系統(tǒng),更低的功耗,也代表了產(chǎn)品更高的科技水平。
據(jù)專家透露,目前在非制冷紅外領(lǐng)域,國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)成功12微米的產(chǎn)品了。
六、鏡頭、空間分辨率、視場、辨識距離等一些輔助指標。
長焦鏡頭會提高遠距離的辨識率,但是會大大縮小視野。相反短焦鏡頭,大大提高視野范圍,但是會降低辨識率。一般的紅外熱像儀的鏡頭都可以更換。廠家標配一般都是一個20MM左右的鏡頭。這種焦距的鏡頭,基本上兼顧了視野大小和放大比例兩個方面的指標。保證在一定距離內(nèi)觀察到目標后,還可以保證可以輕松的在大范圍內(nèi)進行搜索目標。如果在這個基礎(chǔ)上,能夠增加一個現(xiàn)場可更換的30mm焦距的鏡頭,那就可以完美解決大范圍搜索和遠距離觀察目標了。
空間分辨率、視場、辨識距離這幾個指標是由探測器分辨率和鏡頭焦距決定的。這些指標,很多品牌都在宣傳。其實紅外熱像儀的探測器分辨率和鏡頭焦距固定了,這幾個指標就固定,所以選購時不用過多的關(guān)注。
所以紅外熱像儀最為重要的指標是心臟:探測器分辨率,上面提及的其他指標,都可以通過鏡頭更換進行變化。
七、全溫區(qū)性能。
在戶外工作的熱成像設(shè)備要考慮環(huán)境溫度因素。
專家介紹,”正規(guī)熱像產(chǎn)品要經(jīng)過嚴格的全溫區(qū)成像檢驗,很多小公司的設(shè)計沒有考慮特殊的環(huán)境溫度變化,行業(yè)不規(guī)范,有的小廠甚至連檢測產(chǎn)品的高低溫箱都沒有。”
全溫區(qū)這里還有細分,分民品和軍品,民用探測器要求溫區(qū)是-40到65,軍品叫做全軍溫,探測器指標要求是-40到85。合格大廠的產(chǎn)品,要求在這個溫度區(qū)域內(nèi),保證成像的均勻性和一致性。
“目前國內(nèi)出現(xiàn)一個怪現(xiàn)象,軍工企業(yè)生產(chǎn)的民品對外給出的指標都留很大保守余量,而一些民企卻拼命往大了說?!?/p>
八、產(chǎn)品防水、抗跌落能力高。
因為戶外運動和驢友活動是各種爬山涉水。因此要求設(shè)備在活動期間不小心掉落后,撞擊到地面還能保證產(chǎn)品性能,所以對于跌落要求1米以上。而且戶外活動時,經(jīng)常會遇上下雨,設(shè)備掉落在水面的幾率也是很高的,而且還有可能設(shè)備掉落在泥濘地里,滿身泥巴,需要沖水清洗。因此需要設(shè)備具有一定的防水能力。
九、質(zhì)量保障。
紅外熱成像是高端精密儀器,想獲得有效的保障首選大公司,因為投資比較大,紅外熱像行業(yè)的公司注冊資本不會低于1個億。專業(yè)的紅外大廠商擁有健全的紅外產(chǎn)業(yè)鏈、質(zhì)量控制能力。
第二看保障體系,紅外由于屬于國防高精尖科技,紅外領(lǐng)域大公司都是軍工企業(yè),F(xiàn)LIR前身也是涉軍背景,軍轉(zhuǎn)民的。軍工體系有一套嚴格的GJB質(zhì)量標準,比通常的ISO9000系列要嚴格很多。這樣體系出來的民品的質(zhì)量、穩(wěn)定性和保障會更好。
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