Das Video mag wie eine Wolfram-Brechstange erscheinen, die geschmolzenes glühendes Uran schöpft, aber ... aber nein. Und dies ist kein Bild einer Wärmebildkamera - es ist der nächstgelegene Infrarotspektralbereich. Vielleicht sehen Sie solche einzigartigen Bilder nicht mehr, die unter dem Schnitt versteckt sind, willkommen ...
ps: Leute, die den Titel in der mobilen Version lesen, sehen die Animation jetzt nicht, also willkommen sofort zum Artikel ... Ihre Tasse frisch gebrühten Kaffee ist im Folgenden ... =)
Herkömmliche Silizium-CCD- und CMOS-Detektoren können nicht verwendet werden, um Bilder im Spektralbereich mit einer Wellenlänge von mehr als 1 & mgr; m zu erhalten. Quanten mit einer Wellenlänge von 1 μm können in Siliziumdetektoren keine Elektronen induzieren, und die Quanteneffizienz im nahen Infrarotbereich nimmt schnell auf Null ab.
Detektoren auf Basis von Galliumindiumarsenid (InGaAs) werden bereits zur Aufzeichnung von Strahlung im nahen Infrarot eingesetzt. Nun, vor einigen Jahren sind wir in die Hände eines kommerziellen Detektors dieser Art von Nahinfrarot (SWIR, Nahinfrarot) gelangt. Die Detektorauflösung ist klein: 320x256 Elemente. Die spektrale Charakteristik des Detektors ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Nichts schien auf Schwierigkeiten hinzudeuten, und das Design der Kamera auf diesem Detektor sollte sich nicht vom Design der Kamera im sichtbaren Bereich unterscheiden, aber dies stellte sich als falsch heraus. Die Hauptschwierigkeit stellte sich als ein sehr großer Dunkelstrom des Detektors und eine sehr große Streuung der Parameter einzelner Elemente heraus. Schauen Sie sich die folgende Tabelle an:
Innerhalb von 16 ms wird die Potentialwanne einzelner Elemente des Detektors schnell um 3-5% gefüllt, und bei einer Frequenz von 25 Bildern pro Sekunde (40 ms) sind dies bereits 8-12%. Für die Kapazität der Potentialwanne des Detektorelements 6 Mio. Ein Elektron besteht aus 600.000 Elektronen des Dunkelstroms eines einzelnen Elements, und das Rauschen in einem einzelnen Pixel beträgt mehr als 800 Elektronen. Ist es viel oder wenig? Für die Registrierung von beleuchteten Objekten ist dies ganz normal, aber für eine empfindliche Kamera, die in der Lage ist, ihre eigene Strahlung von Objekten mit Temperaturen bis zu 100 ° C zu erfassen (wie im ersten Video gezeigt), ist das Rauschen von 800 Elektronen sehr, sehr hoch.
Die Grafik zeigt die Strahlung eines vollständig schwarzen Körpers. Wie Sie sehen können, ist bei Objekten mit einer Temperatur von 300 bis 400 K die Strahlung im Bereich von 1 bis 2 Mikrometern sehr schwach.
Das zweite Merkmal ist eine sehr große Variation in den Eigenschaften jedes Elements separat. Die Entwicklung dauerte mehrere Jahre, der Schwerpunkt lag auf der Entwicklung rauscharmer Analogschaltungen sowie auf der Annäherung der Eigenschaften einzelner Elemente an die Temperatur. Ich wiederhole, der Detektor ist kommerziell, wir konnten den Detektor nicht kühlen und wir konnten den Dunkelstrompegel nicht direkt reduzieren, aber wir konnten eine Thermostatisierung des Detektors realisieren, was die Stabilität der Eigenschaften erheblich beeinträchtigte.
In einigen Artikeln haben wir diese Kamera bereits erwähnt und ihre Funktionsweise mit Detektoren des sichtbaren Bereichs sowie mit einem elektronenoptischen Wandler der Bildverstärkerröhre 3+ verglichen:
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Wie verschiedene Kameras und Geräte nachts sehen "
demonstrierte auch die Fähigkeiten dieser Kamera im Tagesbeobachtungsmodus:
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Beobachtung von Sternen während der Tages- oder Tagesastronomie "
Jetzt wollen wir die zuvor veröffentlichten ergänzen und andere einzigartige Fähigkeiten der Nahinfrarotkamera demonstrieren.
Die häufigste Frage lautet: "Wie sieht die Kamera im Nebel?" Es ist nicht einfach, hochwertigen Nebel zu fangen, daher entschuldigen wir uns sofort für das möglicherweise nicht sehr aufschlussreiche Video. Um zu demonstrieren, wie in der Realität mit den Augen gesehen, wurde eine PanasonicGM1-Sichtkamera verwendet.
Selbstbeobachtungsvideo in der Nebelwirbelkamera
Die Originalvideos finden Sie unter den Links
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VS320-Videoquelle "
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PanasonicGM1 Originalvideo "
Nur für den Fall, dass wir warnen, dass Nebel sehr unterschiedlich sind, gibt es Nebel, wenn in keinem Spektralbereich etwas sichtbar ist. Das Ergebnis hängt stark von der Dispersion der Wasserpartikel ab.
Die Empfindlichkeit der Kamera wird durch das Video demonstriert, von dem ein Fragment im Titel des Artikels dargestellt ist. Dies ist eine gewöhnliche Tasse mit köstlichem frisch gebrühtem Kaffee. Zu Beginn des Videos beobachten wir unsere eigene Wärmestrahlung von Objekten und nach dem Einschalten des Lichts - reflektiert. Bisher ist die VS320-Kamera die einzige, die die Videoemission von Objekten bis zu 100 ° C demonstrieren kann. Wir haben dieses Video mehrmals auf Ausstellungen gezeigt und waren immer mit Skepsis konfrontiert =)
Beispiel: Eine Farbkamera und ein Auge sehen ein heißes Metall mit einer Temperatur über 500 ° C, eine Schwarz-Weiß-CCD-Matrix sieht eine heiße Lötkolbenspitze mit einer Temperatur von 400 ° C, eine VS320 SWIR-Kamera sieht Objekte von 50-60 ° C.
Objektivere Messungen am Modell eines absolut schwarzen Körpers. Bei etwa 50 Grad werden das Rauschen der Detektorelemente und das Signal des Schwarzkörpermodells verglichen.
Das Originalvideo ist hier erhältlich (Achtung! groß, wie ohne Komprimierung)
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VS320 Schwarzkörpervideo "
Von einigen interessanten Punkten, auf die wir bei der Arbeit mit Kameras gestoßen sind,
Dies ist ein besonderer Schutz, der auf Banknoten angewendet wird. Möglicherweise handelt es sich hierbei um Lumineszenzmarker:
Die Bilder von Banknoten bei normaler Beleuchtung unterscheiden sich nicht von denen auf der Website der russischen Zentralbank, z. B. 500r:
Bei Beleuchtung mit einem ausschließlich sichtbaren Spektrum (Leuchtstofflampe) werden jedoch Markierungen beobachtet, die sich an verschiedenen Orten an verschiedenen Banknoten befinden und für eine zusätzliche automatische Sortierung von Banknoten verwendet werden können:
Auf der Website der Zentralbank der Russischen Föderation ist ein solcher Schutz nicht angegeben
Anscheinend haben sie diese Markierung in neuen Scheinen abgelehnt, jetzt befindet sich die Markierung an derselben Stelle, rund mit dem Buchstaben P:
und hier sind alle Banknoten zusammen:
Es ist auch zu beachten, dass der Nachthimmel im nahen Infrarotbereich sehr hell ist. Auf diese Weise können Sie mit Nahinfrarotkameras mit anderen Nachtsichtgeräten sowie mit einigen Anwendungen wie der Erkennung von Objekten vor einem "hellen" Nachthimmel konkurrieren.
VS320. Der Nachthimmel im nahen IR. Quelle (200 MByte)Im nahen Infrarot ist der Himmel jedoch viel dunkler (im Vergleich zur Helligkeit des Himmels im sichtbaren Teil des Spektrums), beispielsweise ein Rahmen an einem sehr hellen, sonnigen Tag.
Diese Eigenschaft kann verwendet werden, um Himmelsobjekte während des Tages zu beobachten. Ein Sonderfall davon wurde im Artikel beschrieben: "
Beobachtung von Sternen während der Tages- oder Tagesastronomie ".
Das wichtigste Merkmal der Nahinfrarotkamera (zusammen mit der Fähigkeit, die Sichtbarkeit im Nebel zu verbessern) ist eine deutlich bessere Sichtbarkeit im Dunst, zum Vergleich von Bildern verschiedener Teile des Spektrums:
Aber das Video im nahen Infrarotbereich auf der Schrägseilbrücke in einer Entfernung von 9-10km.
aber eine Demonstration in einer Entfernung von 9 km entlang Smolny (in der Mitte des Videos ist die Kamerafunktion eingeschaltet: lokaler Kontrast (analog zu HDR / DDE))
Sie können immer noch viel über den nahen Infrarotbereich sprechen, aber dies geht leider über den Rahmen eines Artikels hinaus. Wenn es gelingt und es genügend Material gibt, werden wir definitiv weitermachen. Zusammenfassend können wir sagen, dass Nahinfrarotkameras verwendet werden können:
- um die Sichtbarkeit im Nebel zu verbessern
- zur Verbesserung der Sichtbarkeit mit atmosphärischem Dunst, Smog
- als Nachtsichtgeräte (Verbesserung der Nachtsichtbarkeit)
- Suche nach Objekten am Tageshimmel
- bei der Entwicklung von Multispektralkameras, wenn es wichtig ist, deutlich warm zu sehen
Objekt im sichtbaren Bereich versteckt
- für spezielle Anwendungen in der Industrie, wenn dieser Spektralbereich wichtig ist
- die Suche nach maskierten Objekten, wenn einige Farben kontrastarm werden, während andere im Gegensatz dazu in diesem Bereich oder in dieser Lumineszenz dunkler werden.
Ich möchte mich bei der Organisation NPK Photonika bedanken, die diesen Detektor für die Entwicklung zur Verfügung gestellt und die Arbeit lange Zeit finanziert hat. Das Ergebnis der Arbeit war eine Kamera mit sehr hohen Empfindlichkeitseigenschaften. Besonderer Dank geht an die Kollegen, die es entwickelt, mehrmals überarbeitet, ein mathematisches Modell erstellt und eine Kalibrierungstechnik für einen solchen hartnäckigen InGaAs-Detektor entwickelt haben.
Naja, eigentlich das Foto der VS320 Kamera "in Größe":
Wir warten auf Fragen in den Kommentaren, die wir gerne beantworten.