0,0
рейтинг
21 декабря 2012 в 14:55

Тепловизор: смотрим на мир глазами Хищника

Давно хотел дорваться до тепловизора — у меня в профиле наверное год висело объявление. Наконец, тепловизор удалось найти — и тем что удалось снять и рассказом о том, как они работают — хочу поделиться.

Температуру объектов можно определять потому что количество испускаемого объектами ИК света в первую очередь зависит от температуры и уже меньше — от материала (emissivity, в правильных пирометрах и практических всех тепловизорах можно настраивать поправку на emissivity, чтобы получать достаточно точную температуру.).

С ростом температуры — излучение становится более коротковолновым, с 700-800 градусов уже захватывая область видимого света. На этом принципе работают как тепловизоры, так и пирометры (инфракрасные термометры) и датчики движения.

Тепловизоры, как и многие интересные вещи в этом мире — изначально придуманы для военных. Любые теплые предметы неизбежно светятся в ИК свете (и днем и ночью), воздух свободно пропускает ИК-свет в диапазоне 7-14мкм и наконец — туман, пыль — гораздо меньше задерживает ИК свет, т.е в условиях плохой видимости видно может быть гораздо дальше.

Прозрачность атмосферы:


Оптика конечно требуется особая — обычное оптическое стекло после 1-1.5мкм уже не прозрачно, поэтому приходится использовать германий, кремний, селенид цинка, повареную соль (но оптика из неё требует покрытия защитной пленкой т.к. разрушается влагой воздуха) или зеркальную оптику (с покрытием золотом, алюминием, медью или молибденом). Также некоторые пластики прозрачны для ИК излучения — и например в пирометрах и датчиках движения можно встретить пластиковую оптику.

Увидеть ИК излучение можно измеряя нагрев им матрицы микро-термометров (это называется микроболометр). Каждый пиксель микроболометра имеет размер порядка 17-45 микрометров (меньше некуда, длина волны ИК света ведь 7-14мкм).

Материал, из которого изготовляют сопротивления — чаще всего может быть оксидом ванадия (требует подогрева до температуры фазового перехода, максимальная чувствительность) или аморфным кремнием (дешевле и проще в производстве, но меньше чувствительность). В датчиках движения — сенсор ферроэлектрический, он неудобен для измерения абсолютной температуры (т.к. реагирует на изменение потока излучения)

У военных также еще бывают ИК камеры для диапазона 3-4 микрометров — там обычно сенсор полупроводниковый, с намного большей чувствительностью, но требует криогенного охлаждения (в лучшем случае ядрёными элементами Пельтье, в худшем — жидким азотом). В гражданском секторе такого не увидешь особо.

Тепловизоры стремительно становятся более доступными — если раньше без 25 килобаксов и на порог не пускали, то сейчас — самый простой Flir i3 с матрицей 60x60 пикселей — уже можно найти за ~50 тысяч рублей. Тепловизор который попал ко мне — UlirVision Ti384 (матрица 384 x 288) чуть дороже, порядка 220 тысяч. Самые продвинутые — с матрицей 640x480 — еще раза в 3 дороже. А для более простых промышленных применений — уже есть MLX90620 — сенсор 16x4 за 65$, недавно засветившийся на хабре.

Практическое применение в гражданском секторе — контроль утечек тепла в домах и на производстве, контроль электрооборудования (если где плохой контакт — это будет видно задолго до поломки), производственных процессов. Ну и недавно была статья о тепловизоре в датацентре.

Сам тепловизор: UlirVision Ti384



Телеобъектив, 53мм, похоже на германий:


Сама матрица. Похоже она закрыта защитной крышкой, прозрачной только для ИК, так что в оптический микроскоп смотреть бесполезно:


Фотографии по заявкам

Кухня

Свежие оладьи:


Они же из холодильника:



Улица (большая часть — снято на «телевик» 53мм, стандартный объектив — 14мм)


Ванна воды


Окна, батареи и проч


Электричество
Щиток, потребление 2.35кВт:


Щиток, потребление 4.25кВт:


Розетка из которой выжирается 1.5кВт:


Пилоты:


Проводное месиво:




Железо всякое
AMD 6990 на улице:




Собака



Видео

К сожалению, этот тепловизор не умеет писать видео «в себя», только выдавать на аналоговый видеовыход, так что пришлось сдуть пыль с TV-тюнера.

Некоторые видео весьма длинны и нудны — там что смело используйте перемотку. Звуки и музыку придется включать свои.

Собачка топчется по полу
Закипает чайник
Бутановая горелка
Половина железной гантели нагретой до 90 градусов плавит лед

За гантелю спасибо kos32
Фонарик
Пайка феном
Заряд Li–Ion батареи — видно как поочередно нагреваются балансировочные резисторы


Драма

В общем, как в известной картинке, имея и 40W CO2 лазер (излучает 11мкм) и тепловизор (видит излучение 7–14мкм) вполне естественно попробовать применить их вместе :–)

Включаю лазер на минимальной мощности — вижу точку и кольца дифракции… Но луча не видно. (само собой только отраженный свет, самим лазером в объектив не свечу, так и матрицу разрезать можно). Ну, надо добавить мощности… 5W, 15W, 25W… И тут внезапно замечаю что пятно в точке, в которую светит лазер — оставляет на экране тепловизора шлейф… С характерным стуком вываливается пара кирпичей.

Выключаю все, через 5 минут включаю тепловизор снова — «шлейф» по прежнему на экране. Вот тут кирпичей вывалилось неслабо. «Шлейф» конечно уменьшился, но оставался все равно (внизу по центру):

Следуя золотому правилу лазерщиков «не смотреть на излучение оставшимся глазом», решил лазер не фотографировать.

К счастью, шлейф на экране постепенно проходил со временем, так что все обошлось.
Если у вас будет и CO2 лазер и тепловизор — рекомендую не делать как я

Update: Dave на EEVBlog вовремя сделал видеообзор:
Михаил Сваричевский @BarsMonster
карма
917,5
рейтинг 0,0
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (111)

  • +5
    Стиралка от души вышла. Мордор.
    • +3
      Собаку, вроде, этим тепловизором с другой стороны снимали, да?
      • +5
        Да, собачья задница есть в видео.
        • +5
          На нее отлично может навестить ракета :)
  • +8
    Только не чужой, а Хищник.
    • +1
      Опс :-) Надо пересмотреть, запамятовал :-)
    • +3
      Сэм Фишер!
  • +7
    Глазами Хищника же! Чужой ориентировался больше с помощью запахов.
    • +9
      И с помощью звука, явно бегал на крики «Аааа, оно здесь! Бежим! Разделимся! Ааа!».
    • +24
      Запаха кирпичей? )
  • 0
    А сколько такая штука стоит? В моём топике про проект с кикстартера в обсуждениях говорили, что подобные устройства очень дороги.
    Ведь даже как развлечение, игрушка, тепловизор был бы очень интересен.
    • +1
      Тепловизор который попал ко мне — UlirVision Ti384 (матрица 384 x 288) чуть дороже, порядка 220 тысяч.


      Написано же! Был бы дешевле, я бы уже очень постарался заполучить такой на новый год)
      • +2
        Ну я читал не очень внимательно, а потом делал поиск по словам «стоимость» «рублей» и «долларов» :-)
        • +2
          Гугл по названию прибора второй ссылкой выдал магазин продающий сей тепловизор за 218 500 р.
    • 0
      В тексте есть суммы. Именно модель автора стоит 220 тыс.руб.
  • +1
    эээ… тут все девушку сфотографированную тепловизором ждали… с продолжением…
  • +2
    Был в Тарту, в музее AHHAA, увидел себя в тепловизоре. Оказывается, у меня очень холодная борода. image
    • +1
      Ух ты! Надо будет иметь ввиду: в случае нападения Хищника — замотаться бородой, тогда он ничего не увидит, му-ха-ха! :-D
      • +3
        Иракские снайперы заматывались в одеяло, чтобы с апачей не видно было ;-)
        • –3
          А они не становились от этого большим и заметным теплым пятном?
          • +1
            Температурная разница намного меньше становится + все тепло которое уходит с нагретым воздухом и потом — не видно в любом случае
        • 0
          А наши торгаши в электричках переняли у иракцев эту технологию и заматывают в одеяла пиво и, даже, мороженое.
  • +2
    Давно хочу найти такую штуку и просканировать баню на наличие слабых мест.
    • +3
      Есть же куча фирм, которые этим промышляют за разумные деньги — дают человека с тепловизором. Ему тыкаешь пальцем, что снимать, он снимает. Результат отдают в цифровом виде.
  • 0
    Вот бы для MLX90620 найти оптику за аналогичную цену…
    • 0
      А там встроенная оптика :-)
      • 0
        угу. Оптическое разрешение 20:1 с заводской ненастраиваемой фокусировкой на 1 метр, если я правильно помню ТТХ.
  • +6
    А как же обнажённые девушки в объективе тепловизора, народ же просил?
  • +4
    В ванну как будто лавы налил раскаленной!
    • +4
      Первая мысль была о том, что надо непременно купить и переснять сцену из Терминатора 2
  • 0
    Ждем когда Гугл (или Китайцы) сделают очки дополненной реальности с тепловизором на борту!
    А вообще интересно, какие еще бывают устройства для визуализации других диапазонов электромагнитных волн? Радиоволны разных диапазонов, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение… было бы интересно посмотреть на мир.
    • +2
      УФ камеры есть и используются чтобы видеть коронный разряд на электро сетях и пламя двигателей ракет, есть еще терагерцовое излучение.

      В теории можно сделать гамма-камеру (с дырочками в свинцовом монолите) — не знаю, есть ли такие уже.
      • +1
        > гамма-камеру
        Ну матрицу детекторов сделать можно, а вот с оптикой будет напряг.
        Существуют телескопы, работающие в рентгеновском диапазоне, там для фокусировки используют систему зеркал. Но изготовление рентгеновского зеркала — нетривиальная задача.
        • +1
          Гамма-pinhole
          • +2
            Пинхол — как вариант. Если смириться с потерей 99,9% квантов ;)

            Вот, нашел, есть штука круче: ru.wikipedia.org/wiki/Кодирующая_апертура
            И да, гамма-камеры существуют, используются в медицине (для отслеживания препаратов, меченых радионуклидами) и в астрономии.
      • 0
        А для радиодиапазона что-нибудь есть? Вся проводка в стенах будет светиться, а металлические предметы — за счет отраженных волн… Особенно интересно, можно ли сделать максимально широкий диапазон — от десятков герц до гигагерц…
        • +1
          Есть компактные радиолокаторы )
          Опять же, небольшая антенна с АФАР — может видеть источники радиоизлучения.

          Но с разумными габаритами можно говорить только о диапазоне 1-2ГГц и выше.
        • 0
          Обычная радарная решётка, да. Только пиксели очень крупные — от сантиметров.
          А на десятках герц пиксели будут вообще километровыми.
  • 0
    Интересно, почему природа в процессе эволюции не создала тепловизоры в глазах реальных, а не голливудских хищников? Получается, реализованный природой алгоритм генетического поиска дал сбой?
    • +2
      Строго говоря, ИК излучение видит человек, руками )
      Просто мы к этому привыкли и не замечаем.

      А вот с ИК оптикой не повезло, да.
      • +2
        видит-видит, только очень близоруко :)
      • 0
        Если быть точным, человек ощущает кожей тепло, но само по себе это ощущение не различает тепло в виде излучения и тепло в виде контакта с нагретым воздухом. Как-то различить их позволяет косвенно комбинация других ощущений.
        • 0
          Точно так-же и в тепловизоре…
          Только по нагреву можно увидеть дальний ИК, и человеку и микроболометру :-)
          • +1
            Ну, мы же не можем поместить себя в термостат, прозрачный для ИК-излучения, а потому только осязание позволяет нам понять, что это на нас теплый ветер дует, а не направлено сильное ИК-излучение. :)
            Понятное дело, что микроболометр без оптики и корпуса также не в состоянии будет это различить, находясь в нагретой среде но речь-то о сравнении человека и тепловизора, а не человека и микроболометра. :)
    • +3
      Примитивная способность «видеть» тепловое излучение есть у некоторых змей (питонов и гадюк). Отвечают за это органы, расположенные на верхней челюсти. У гадюк их по одному, у питонов — по несколько с каждой стороны.
    • 0
      Потому что у обычного света меньше длина волны, и следовательно больше плотность энергии. Можно было бы видеть в УФ, но озоновый слой поглощает большую часть излучения.
      А так вполне могли бы видеть хоть радиоволнами (или звуком, как сорвиголова :) ).
      • 0
        Глаза некоторых птиц видят УФ, им же это зачем-то нужно.
        • 0
          У некоторых цветов есть специальные метки в невидимом диапазоне, некоторые насекомые ориентируются в том числе и по ним.
    • +1
      Думаю мы, как _теплокровные_, просто не сможем адекватно видеть ИК. Просто уровень собственных помех будет большой, в принципе природа могла бы сделать и механизм охлаждения глаз, но это, наверное, затратно выйдет и неэффективно.
      Змеи хладнокровные — им можно.
      • 0
        Так микроболометры на оксиде ванадия тоже теплокровные, подогреваются до температуры фазового перхода, около 60 градусов :-)
        • +1
          Я не думаю, что природа пошла бы на подобный шаг — он энергетически слишком затратный.
          Я не специалист в этой области, но мне кажется, что подогреваемый до определенной температуры и просто излучающий, потому что так получается — это разные вещи в плане помех.
    • 0
      Вероятнее, что иметь 2 пары глаз разного типа — неэффективно :)
    • +3
      Получается, реализованный природой алгоритм генетического поиска дал сбой?

      А, может, наоборот? То, до чего мы дошли — самое эффективное? ;)
      • +2
        Природа не ищет самое эффективное, останавливается на минимально достаточном для определенных условий :)
  • –2
    Я тут на днях зашёл на склад на работе. На глаза попалась маленькая коробочка. Открыл. Посмотрел. Повертел в руках. Фигня какая-то… А потом глянул на складе стоимость… Вот и повертел в руках 600 000 :)
  • +1
    А где же фотографии писающего мальчика?
    • +1
      А вон на снимках ванной есть струйки :-)
  • +1
    Вот интересно: как Вы определили, что объектив этой штуки из германия сделан?
    Это из личного опыта? Или по каким-то признакам?
    • +2
      Список подходящих материалов достаточно скромный, откровенно тёмные — только кремний с германием. Но кремний у меня есть, и он не такой. Остается только германий.
    • +1
      Многие вещи можно заключить, основываясь на теоретических фактах, а не на эмпирическом обосновании (опыте). :)
      Ну а если что — у меня была часть корпуса инфракрасного лазера с германиевым окном, оно имело тот же темный металлический блеск что и эта линза.
    • +2
      Вот, к примеру, настоящий германиевый объектив для ИК:
      image
      Кстати, обратите внимание на максимальную диафрагму. Обычные объективы с такой крайне редки и дороги.
  • +1
    Интересно, если посмотреть ролик с греющимся чайником, то можно заметить, что максимальная температура в кадре повышается до 108 градусов максимум. Это ошибка (погрешность) прибора или...?
    • +6
      1) Чайник — не абсолютно черное тело, отсюда погрешность.
      2) Самая горячая точка чайника — не кипяток, а часть нагревателя, которая не контактирует с водой, и следовательно, может нагреться выше ста градусов.
      3) Температура кипения воды повышается с ростом атмосферного давления. Нет, нереально, для 108° почти полторы атм. нужно.
      4) Возможно, вода жесткая, температура кипения повышается за счет растворенных солей.
      • +5
        А возможно просто пар, который можно греть до полного разложения.
        В момент образования пузыря из водяного пара на нагревательном элементе, пузырь может иметь температуру >100 градусов.
  • +1
    Тушино?
  • 0
    Военные и промышленные тепловизоры работают обычно в диапазоне 3-5 микрометров, а для охлаждения детекторов используют не Пельте-элементы, а криокулеры на цикле Стирлинга, например, такие такие .
  • 0
    Хорошая игрушка, я наконец то выскреб у шефа подобный (TH9100) первым делом прошелся по компу, много интересного увидел, например почему то один чип на плашке памяти на 5 градусов теплее был, заменил планочку на всякий случай.
    Буду теперь после нг осваивать его тщательно
  • 0
    Скажите, а лампу накаливания Вы фотографировали выключенной, после работы?
    • 0
      Нет, включенная, 60W
      • 0
        Интересно, почему тогда патрон горячее спирали?
        • +2
          Попытаюсь угадать: лампочка непрозрачная, а покрыта составом, пропускающим видимый свет наружу, и отражающим ИК внутрь — для повышения КПД. (линк)

          Получается, что колба лампочки почти не испускает ИК, зато много ИК отражается внутрь в патрон — туда, где нет этого анти-ИК покрытия.
        • 0
          В люминисцентной ведь тоже спираль, только к стеклу она гораздо ближе. Вот и результат.
          • 0
            То есть, как сказали выше колба лампы настолько не пропускает ик, что она видится холодной? Если не так — то ведь температура спирали во много раз больше чем температура патрона.
            • 0
              Стекло конечно вообще не пропускает дальний ИК (7-14мкм), тепловизор видит только свечение самого нагретого стекла.

              Стекло пропускает только ближний ИК (до 1-1.5мкм, если это конечно не кварц)
              • 0
                Спасибо большое, теперь все понятно.
            • 0
              Ну так спираль на том снимке вообще не видно.
              Отсюда очевидно, что стекло для ИК непрозрачное.
              • +1
                Не поэтому-ли я первым делом спросил — включена-ли лампочка?:)
          • 0
            Надо попробовать найти кварцевую, у нее с прозрачностью получше. И инфракрасные светодиоды, насколько ими можно обмануть тепловизор?
            • 0
              Кварц до 7мкм не достает.


              ИК светодиоды — опять же, не дальше 1.5мкм.
  • –1
    Я один прочитал «Телевизор»?
    • +1
      Видимо да.
  • +1
    А существуют ли какие-то термо-метки, которые можно использовать потом в качестве опоры для трекинга? К примеру, построить не только 3D-модельку, но и получить температуру на поверхности модельки, крутя ее потом в 3D как вздумается. К примеру, актер ходит по комнате, его движения скармливаются трекеру, а потом можно посчитать, как температура менялась на тех или иных участках тела, получить своего рода температурную текстуру, изменяющуюся со временем.

    Или такое нереально пока?
    • 0
      Есть тепловизоры, комбинированные с обычной оптической камерой, которые пишут сразу и то и то.
      Если обычные видимые метки клеить, то все это можно реализовать.
      • 0
        Ох, вот даже как. Я весь потек от возможностей, пошел делать стартап.
    • 0
      Flir когда-то делал только для американской военщины, а сейчас используют их тепловизионные камеры не только для бомбардировок Багдадов-Белградов, но и для съемки в мирных целях.
      Комбинированную съемку, к примеру, этот позволяет делать Flir T640
      Естественно, речь не идет про HD-качество в ИК-диапазоне: 640х480
    • +2
      Только сейчас вспомнил — у американских солдат идентификация свой-чужой (чтобы свои же вертолеты не покрошили) — на ИК метках, фактически это — кремниевые лампочки с большой площадью «спирали».

      Сигнал модулируется с частотой до 30кГц — соответсвенно в тепловизор на вертолете эти метки видно.
  • 0
    Сфотографируйте плиз двигатель работающей машины. Ну и саму машину — непрогретую и прогретую
    • +1
      Фото машин есть в разделе «Улица».
      • +3
        Да, их я видел — но хотелось бы посмотреть:
        1. На прогретый двигатель при открытом капоте
        2. Съемка изнутри машины — как там потоки горячего воздуха идут через вентиляционные отверстия и пр.
        3. Как нагревается заднее стекло при включении обогрева стекол
        4. Как нагревается сиденье при включении обогрева сидений
        • 0
          Не рекламы ради, но Авторевю практически в каждом «зимнем» обзоре выкладывают фотографии эффективности обогрева сидений, стекол и зеркал. Тут внизу есть, например.
        • 0
          К сожалению тепловизор уже отдал…
  • 0
    С таким щитком сгорите ко всем чертям — меняйте срочно! Он же у вас 88'C греется (и это снаружи!). Внутри будет 120.
  • +1
    А у собаки классная теплоизоляция кроме морды и задницы :)
  • 0
    Глядя на первую картинку, вспомнил кадр из фильма «Heat» с Пачино и Де Ниро:

  • 0
    Сфотографиру кошку, это же самое важное в посте. А еще сравнить LCD-монитор и тёплый ламповый. Входную дверь из улицы в помещение +20 с обеих сторон. Ну и сравнение стеклопакетов с обычными стёклами.
    И одетого человека на улице, насколько эффективна одежда в удержании тепла. Вроде всё.
    • 0
      Вот, еще была байка, что горящий окурок видно через сантиметровую фанеру за километр. Совсем не обязательно за километр, но насколько окурок прогреет поверхность?
      • +1
        Прогревание может быть только если окурок прямо вплотную к фанере, и насчет 1км сомневаюсь…
        А тепловизор уже отдал, заказы принимать не могу :-)
  • 0
    Когда-то мы оценивали новостройки с точки зрения теплоэффективности, используя аналогичный тепловизор. Выяснили кучу интересных подробностей. Например, иногда дорогие, почти не пропускающие тепла стеклопакеты устанавливают так плохо, что вокруг рамы тепло утекает фактически беспрепятственно.
    • 0
      > Например, иногда дорогие, почти не пропускающие тепла стеклопакеты устанавливают так плохо, что вокруг рамы тепло утекает фактически беспрепятственно.

      О да, наблюдал такое периодически — сам пакет и все соединения (форточка/др. открывающиеся окна) герметичны и изолированы, а вот из-под подоконника, например, бывает, прямо сквозит. А один раз вообще иней (!) зимой наблюдал на подоконнике.
      И ведь, что самое печальное, после установки все эти моменты не проконтролируешь без спец. оборудования :(
  • 0
    3.14.by/files/flir/P095631.jpg

    Здорово, я как-то не ожидал, что в стекле будет видно ИК отражение.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.