Оптические системы тепловизоров с высокой разрешающей способностью обеспечивают обнаружение объектов за счет детализации и контрастности термограмм. Качество получаемого сигнала является определяющим фактором при эксплуатации приборов. В данном материале рассматриваются физические и инженерные аспекты формирования высококонтрастного изображения в устройствах Nocpix.
Базовый элемент системы: микроболометрические матрицы собственной разработки
Тепловое излучение объекта не проецируется на дисплей напрямую. Для преобразования инфракрасного излучения в электронный сигнал с последующей конвертацией в цифровое изображение применяется микроболометрический сенсор. В устройствах Nocpix используются матрицы собственной разработки с разрешениями 256×192, 384×288, 640×512 и 1280×1024 пикселей. Данные сенсоры обеспечивают заданные показатели тепловой чувствительности и детализации, расширяя температурный и оптический диапазоны эксплуатации.
Технологические характеристики сенсоров Nocpix обусловлены следующими инженерными решениями:
Наличие собственной научно-исследовательской базы: компания направляет ресурсы на разработку и тестирование аппаратных компонентов.
Уменьшенный шаг пикселя: наряду со стандартным для рынка размером 17 мкм, в серийном производстве применяются сенсоры с шагом 12 мкм, а также внедряются матрицы собственной разработки с шагом 8 мкм.
Частота обновления кадров: увеличение частоты снижает задержку и размытие при движении. Сенсоры второго поколения работают на частоте 60 Гц.
Низкий показатель эквивалентной разности температур (NETD): при средних значениях по отрасли в 18-25 мК, базовый стандарт матриц Nocpix составляет ≤15 мК.
Полный цикл производства: самостоятельная разработка и выпуск сенсоров позволяют интегрировать актуальные аппаратные решения в конечные устройства с минимальными временными затратами, обеспечивая соответствие заявленным оптическим характеристикам.
Германиевые объективы с относительным отверстием F0.9
Чем меньше значение диафрагменного числа (F) германиевого объектива, тем выше коэффициент пропускания инфракрасного излучения. Значение F0.9 означает, что фокусное расстояние объектива практически равно диаметру входного зрачка. Производство оптики с малым F-числом требует повышенной точности обработки материалов. В тепловизионных прицелах, монокулярах и биноклях Nocpix применяются объективы F0.9. По сравнению с оптикой F1.0, объектив F0.9 пропускает на 20% больше теплового излучения, что снижает уровень шума и повышает детализацию термограммы. Это физически увеличивает яркость проекции и качество сигнала, обеспечивая читаемость изображения.
Алгоритм обработки изображений Reality+
Программный комплекс Reality+ (R+) использует алгоритмы нейросетей для обработки тепловизионного сигнала. Принцип работы R+ заключается в извлечении и слиянии детализированных признаков из нескольких последовательных кадров для расширения динамического диапазона и программного повышения разрешения, что приводит к сглаживанию артефактов и повышению резкости контуров.
Технические характеристики алгоритма Reality+:
Подавление шумов: алгоритм дифференцирует полезный сигнал от теплового шума, повышая соотношение сигнал/шум на итоговой термограмме.
Усиление контуров: программная интерполяция границ объектов снижает пикселизацию и повышает резкость линий.
Программное масштабирование: алгоритм увеличивает плотность пикселей по сравнению с исходным аппаратным сигналом, что способствует более точной идентификации тепловых сигнатур.
Оптимизация сигнала: комплексная обработка устраняет артефакты матрицы и компенсирует аппаратные ограничения микроболометра.
Обработка микроконтрастов: программное усиление минимальных температурных градиентов повышает общую чувствительность системы к флуктуациям, неразличимым в стандартном спектре.
Разработка оптико-электронных систем с высокой разрешающей способностью является профильным направлением Nocpix. Инженерная работа ведется в области оптики, сенсоров и программных алгоритмов. Формирование детализированной термограммы достигается за счет интеграции микроболометров с низким шагом пикселя, светосильных германиевых объективов и алгоритма R+. Дальнейшие исследования направлены на модернизацию аппаратной базы для эксплуатации в полевых условиях.
Техническая документация и спецификации тепловизионных приборов Nocpix доступны по ссылке: https://www.nocpix.com/category/products/
Технические вопросы и ответы по тепловизионным системам
Причина пониженной яркости изображения: проблема заключается в низком уровне яркости дисплея. Для устранения требуется калибровка настроек яркости экрана в меню прибора.
Функционирование тепловизионных биноклей в сложных метеоусловиях (пыль, облачность, осадки): тепловизионные системы регистрируют разницу температур и не зависят от фотонов видимого спектра. Плотные атмосферные осадки вызывают частичное поглощение и рассеяние инфракрасного излучения, что может снижать дальность обнаружения, однако базовый принцип регистрации тепловых сигнатур сохраняет работоспособность.
Снижение качества изображения тепловизионного прицела при отрицательных температурах: при низких температурах окружающей среды происходит выравнивание температурных градиентов между объектом и фоном. Это приводит к физическому снижению теплового контраста, что затрудняет дифференциацию объектов микроболометром. Данный физический процесс влияет на все тепловизионные системы независимо от форм-фактора. Аппаратные решения Nocpix направлены на компенсацию этого эффекта за счет расширения температурного диапазона эксплуатации. В частности, серия Vista рассчитана на работу при температурах окружающей среды от -20 до +50°C.