Jak działa kamera termowizyjna – technologia, zastosowania i zasada działania
Termowizja to technologia obrazowania pasywnego, która przetwarza promieniowanie podczerwone na obraz czytelny dla ludzkiego oka. W przeciwieństwie do noktowizji, nie wymaga ona światła szczątkowego (gwiazd, księżyca) ani sztucznych doświetlaczy. Jej działanie opiera się wyłącznie na detekcji różnic temperatur, co pozwala na prowadzenie skutecznej obserwacji w całkowitych ciemnościach, gęstej mgle czy zadymieniu.
Fizyka termowizji: promieniowanie podczerwone
Każde ciało o temperaturze wyższej od zera absolutnego (minus 273,15 stopnia Celsjusza) emituje własne promieniowanie. Opisuje to prawo Plancka. W przypadku obiektów o temperaturach typowych dla środowiska ziemskiego (zwierzęta, las, budynki), maksimum tej emisji przypada na zakres tak zwanej dalekiej podczerwieni (LWIR), czyli fale o długości od 8 do 14 mikrometrów.
Dla myśliwego kluczowe są dwa zjawiska fizyczne:
Zależność energii od temperatury: Ilość energii wypromieniowanej przez obiekt rośnie bardzo gwałtownie wraz z jego temperaturą (proporcjonalnie do czwartej potęgi temperatury). Oznacza to, że nawet minimalnie cieplejszy obiekt (np. dzik) na tle chłodniejszego lasu "świeci" dla kamery bardzo intensywnie.
Emisyjność: Różne materiały oddają ciepło z różną skutecznością. Tkanka żywa, sierść i kora drzew mają wysoką emisyjność (bliską 1), więc są doskonale widoczne. Polerowany metal czy szkło mają niską emisyjność i działają jak lustra dla ciepła – dlatego w termowizorze nie zobaczymy tego, co jest za zamkniętym oknem, lecz jedynie odbicie otoczenia.
Budowa kamery termowizyjnej
Urządzenie termowizyjne składa się z trzech modułów, które różnią się materiałowo od tych stosowanych w zwykłych kamerach czy lornetkach.
1. Optyka germanowa
Zwykłe szkło nie przepuszcza promieniowania podczerwonego (działa jak filtr). Dlatego soczewki w termowizorach wykonuje się z germanu – rzadkiego pierwiastka, który jest dla tych fal przezroczysty. German jest materiałem drogim, co bezpośrednio wpływa na cenę urządzeń, zwłaszcza tych z dużym obiektywem (np. 50 mm lub 60 mm).
2. Mikrobolometr (sensor)
W ognisku obiektywu znajduje się matryca detektorów, zwana mikrobolometrem. W produktach marek takich jak Nocpix, HIKMICRO czy ThermTec stosuje się technologię tlenku wanadu (VOx).
Zasada działania: Promieniowanie pada na piksel, nieznacznie go podgrzewając. Zmiana temperatury powoduje zmianę oporu elektrycznego, co elektronika przetwarza na obraz.
Rozmiar piksela: Obecnym standardem jest 12 mikrometrów. Mniejszy piksel pozwala uzyskać większy zasięg i powiększenie przy tej samej wielkości obiektywu.
3. Parametr NETD – czułość termiczna
NETD to najważniejszy parametr określający jakość sensora. Mierzy się go w milikelwinach (mK). Określa on, jak małą różnicę temperatur kamera potrafi wykryć.
NETD powyżej 30 mK: Standard podstawowy. Wystarcza w dobre warunki.
NETD poniżej 15-18 mK: Klasa mistrzowska (np. seria Nocpix Ace). Taka czułość jest niezbędna podczas deszczu, mgły czy opadów śniegu. W takich warunkach wszystko ma zbliżoną temperaturę, a tylko sensor o niskim NETD potrafi wyłowić sylwetkę zwierzęcia z tła.
Zastosowania i rekomendacje sprzętowe z Alexim.pl
Wybór sprzętu zależy od terenu polowania. Poniżej zestawienie modeli do konkretnych zadań.
Precyzja na dużym dystansie (pola, otwarte przestrzenie)
Wymagana jest tutaj wysoka rozdzielczość sensora (klasa 1280 lub 640 pikseli) oraz duża ogniskowa obiektywu dla lepszego przybliżenia.
Model: Nocpix Ace S60R (Celownik)
Specyfikacja: Sensor o rozdzielczości 1280x1024 pikseli (czterokrotnie więcej punktów pomiarowych niż w standardzie), czułość NETD poniżej 15 mK, obiektyw 60 mm.
Zastosowanie: Pozwala na pewną identyfikację celu na dystansach przekraczających 500 metrów. Wysoka rozdzielczość umożliwia duże powiększenie cyfrowe bez utraty ostrości obrazu.
Obserwacja i rozpoznanie (las i mieszany teren)
Do monitorowania łowiska najlepiej sprawdzają się urządzenia obuoczne lub monokulary z dalmierzem.
Model: HIKMICRO Habrok Pro HX60LN (Lornetka multispektralna)
Specyfikacja: Połączenie termowizji o wysokiej rozdzielczości (1280x1024) z cyfrową noktowizją 4K.
Funkcjonalność: Umożliwia wykrycie ciepła termowizją, a następnie ocenę szczegółów (np. wiek, poroże) za pomocą obrazu noktowizyjnego. Posiada wbudowany dalmierz laserowy.
Model: ThermTec Wild 650L (Monokular)
Specyfikacja: Sensor 640x512 pikseli, czułość NETD poniżej 18 mK.
Zastosowanie: Poręczne urządzenie obsługiwane jedną ręką, z wymiennym akumulatorem i dalmierzem, idealne do aktywnego podchodu.
Szybki rekonesans (lekki ekwipunek)
Dla myśliwych szukających urządzenia pomocniczego, które nie obciąża kieszeni.
Model: Nocpix Lumi H35
Cechy: Bardzo niska waga (ok. 345 g) i niezwykle jasny obiektyw (przysłona F/0.9).
Zastosowanie: Kompaktowy monokular, który dzięki jasnej optyce oferuje jakość obrazu znacznie przewyższającą typowe urządzenia w tej klasie cenowej.
Taktyka użycia: palety kolorystyczne
Termowizja zamienia temperaturę na kolory. Wybór palety barwnej wpływa na skuteczność polowania:
White Hot (Biały gorący): Ciepłe obiekty są białe, tło ciemne. Najlepsza paleta do wykrywania zwierzyny, ponieważ ludzkie oko instynktownie reaguje na jasne punkty.
Black Hot (Czarny gorący): Ciepłe obiekty są czarne. Często wybierana do rozpoznawania szczegółów anatomicznych, gdyż obraz wygląda bardziej naturalnie (jak negatyw).
Red Hot (Czerwony gorący): Najcieplejsze elementy obrazu są zaznaczane na czerwono. Przydatna do szybkiego przeszukiwania zarośli – czerwony punkt natychmiast alarmuje o obecności żywego celu.
Fakty i mity techniczne
W celu rzetelnego przedstawienia tematu, należy sprostować najczęstsze błędne przekonania:
MIT: Termowizja widzi przez ściany.
Promieniowanie podczerwone nie przenika przez materiały budowlane. Kamera widzi jedynie temperaturę powierzchni ściany.
MIT: Termowizja widzi przez szybę.
Szkło nie przepuszcza fal termicznych. Działa ono jak lustro dla podczerwieni – patrząc przez okno, zobaczymy jedynie swoje odbicie.
FAKT: Skuteczność w dzień.
Kamera termowizyjna działa niezależnie od pory dnia. Jest bardzo skuteczna również w pełnym słońcu, na przykład przy poszukiwaniu postrzałka w wysokich trawach, gdzie kontrast temperatury krwi i ciała zwierzęcia jest wyraźny na tle roślinności.