El video puede parecer una barra de hierro de tungsteno con bolas de uranio brillante fundido, pero ... pero no. Y esta no es una imagen de una cámara termográfica, es el rango espectral infrarrojo más cercano. Tal vez ya no verá imágenes tan únicas que están ocultas debajo del corte, bienvenido ...
PD: las personas que leen el título en la versión móvil no ven la animación ahora, así que bienvenidos de inmediato al artículo ... su taza de café recién hecho está en adelante ... =)
Los detectores de CCD y CMOS de silicio convencionales no se pueden utilizar para obtener imágenes en el rango espectral con una longitud de onda de más de 1 μm. Los cuánticos con una longitud de onda de 1 μm no pueden inducir electrones en los detectores de silicio, y la eficiencia cuántica en el rango del infrarrojo cercano disminuye rápidamente a cero.
Los detectores basados en arseniuro de galio e indio (InGaAs) ya se utilizan para registrar la radiación infrarroja cercana. Bueno, hace unos años nos pusimos en manos de un detector comercial de este tipo de infrarrojo cercano (SWIR, Near-infrared). La resolución del detector es pequeña: elementos de 320x256. La característica espectral del detector se muestra en la figura siguiente.
Nada parecía presagiar dificultades, y el diseño de la cámara en este detector no debería ser diferente del diseño de la cámara del rango visible, pero esto no fue así. La principal dificultad resultó ser una corriente oscura muy grande del detector y una propagación muy grande en los parámetros de los elementos individuales. Eche un vistazo a la tabla a continuación:
Dentro de 16 ms, el pozo potencial de elementos individuales del detector se llena rápidamente en un 3-5%, y para una frecuencia de 25 cuadros por segundo (40 ms) esto ya es del 8-12%. Para la capacidad del pozo potencial del elemento detector 6 millones. un electrón es 600,000 electrones de la corriente oscura de un elemento individual, y el ruido en un píxel individual es más de 800 electrones. ¿Es mucho o poco? Para el registro de objetos iluminados, es bastante normal, pero para una cámara sensible que es capaz de detectar su propia radiación de objetos con temperaturas de hasta 100 ° C (como se muestra en el primer video), el ruido de 800 electrones es muy, mucho.
El gráfico muestra la radiación de un cuerpo completamente negro, como puede ver, para objetos con una temperatura de 300-400K, la radiación en el rango de 1-2 micras es muy débil.
La segunda característica es una variación muy grande en las características de cada elemento por separado. El desarrollo tomó varios años, el énfasis estaba en el desarrollo de circuitos analógicos de bajo ruido, así como en la aproximación de las características de los elementos individuales dependiendo de la temperatura. Repito, el detector es comercial, no pudimos enfriar el detector y no pudimos reducir directamente el nivel de corriente oscura, pero pudimos realizar el termostato del detector, lo que afectó significativamente la estabilidad de las características.
Anteriormente, en algunos artículos, mencionamos esta cámara y comparamos su funcionamiento con detectores del rango visible, así como con un convertidor óptico-electrónico del tubo intensificador de imagen 3+:
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Como las diferentes cámaras y dispositivos ven de noche "
También demostró las capacidades de esta cámara en el modo de observación diurna:
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Observación de estrellas durante el día o la astronomía diurna "
Ahora queremos complementar lo publicado anteriormente y demostrar otras capacidades únicas de la cámara de infrarrojo cercano.
La pregunta más común es "¿Cómo ve la cámara en la niebla?" No es fácil captar niebla de alta calidad, por lo que nos disculpamos de inmediato por el video posiblemente no muy revelador. Para demostrar, como se ve en la realidad a través de los ojos, se utilizó una cámara de rango visible PanasonicGM1.
Video de auto observación en cámara de niebla
los videos originales están disponibles en los enlaces
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Fuente de video VS320 "
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Video original de PanasonicGM1 "
Por si acaso, advertimos que las nieblas son muy diferentes entre sí, hay nieblas cuando no hay nada visible en ningún rango espectral. El resultado depende en gran medida de la dispersión de partículas de agua.
El video muestra la sensibilidad de la cámara, un fragmento del cual se presenta en el título del artículo. Esta es una taza común con un delicioso café recién hecho. Al comienzo del video, observamos nuestra propia radiación térmica de objetos, y después de encender la luz - reflejada. Hasta ahora, la cámara VS320 es la única que puede demostrar la emisión de video de objetos de hasta 100 ° C. Varias veces mostramos este video en exposiciones y siempre nos enfrentamos al escepticismo =)
Por ejemplo: una cámara a color y un ojo ven un metal caliente con una temperatura superior a 500 ° C, una matriz CCD en blanco y negro ve una punta de soldador caliente con una temperatura de 400 ° C, una cámara SW3 VS320 ve objetos de 50-60 ° C.
Medidas más objetivas en el modelo de un cuerpo absolutamente negro. Aproximadamente a 50 grados, se compara el ruido de los elementos del detector y la señal del modelo de cuerpo negro.
El video original se puede obtener aquí (¡atención! Tamaño grande, como sin compresión)
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Video del cuerpo negro VS320 "
De algunos puntos interesantes que encontramos al trabajar con cámaras,
Esta es una protección especial que se aplica a los billetes, quizás estos son marcadores luminiscentes:
Las imágenes de los billetes bajo iluminación normal no difieren de las indicadas en el sitio web del Banco Central de Rusia, por ejemplo 500r:
pero cuando se ilumina con un espectro exclusivamente visible (lámpara fluorescente), se observan marcadores que se encuentran en diferentes billetes en diferentes lugares y podrían usarse para la clasificación automática adicional de los billetes:
en el sitio web del Banco Central de la Federación de Rusia, dicha protección no está indicada
Aparentemente, rechazaron esta marca en los nuevos billetes, ahora el marcador está en el mismo lugar, redondeado con la letra P:
y aquí están todos los billetes juntos:
También debe tenerse en cuenta que el cielo nocturno es muy brillante en el rango infrarrojo cercano. Esto le permite competir con cámaras de infrarrojo cercano con otros dispositivos de visión nocturna, así como para algunas aplicaciones, como la detección de objetos contra un cielo nocturno "brillante".
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VS320. El cielo nocturno en el cercano IR. fuente (200MByte) "
Pero, por el contrario, en el infrarrojo cercano, el cielo es mucho más oscuro (en comparación con el brillo del cielo en la parte visible del espectro), por ejemplo, un marco en un día soleado muy brillante.
Esta propiedad puede usarse para observar objetos celestes durante el día, un caso especial del cual se describió en el artículo: "
Observación de estrellas durante el día o la astronomía diurna ".
La propiedad más importante de la cámara de infrarrojo cercano (junto con la capacidad de mejorar la visibilidad en la niebla) es una visibilidad significativamente mejor en la neblina, en comparación, los marcos de diferentes partes del espectro:
Pero el video en el rango infrarrojo cercano en el puente atirantado a una distancia de 9-10 km.
y aquí hay una demostración a una distancia de 9 km a lo largo de Smolny (en el medio del video se activa la función de cámara: contraste local (análogo de HDR / DDE))
Todavía se puede hablar mucho sobre el alcance del infrarrojo cercano, pero, desafortunadamente, esto está más allá del alcance de un artículo. Si tiene éxito y hay suficiente material, definitivamente continuaremos. En resumen, podemos decir que se pueden usar cámaras de infrarrojo cercano:
- para mejorar la visibilidad en la niebla
- para mejorar la visibilidad con neblina atmosférica, smog
- como dispositivos de visión nocturna (mejorar la visibilidad nocturna)
- busca objetos en el cielo del día
- cuando se desarrollan cámaras multiespectrales, cuando es importante ver mucho calor
objeto oculto en el rango visible
- para aplicaciones especiales en la industria, cuando este rango espectral es importante
- la búsqueda de objetos enmascarados, cuando algunos colores se vuelven de bajo contraste, mientras que otros, por el contrario, se oscurecen en este rango o luminiscencia.
Me gustaría dar las gracias a la organización NPK Photonika, que proporcionó este detector para el desarrollo y financió el trabajo durante mucho tiempo. El resultado del trabajo fue una cámara con características de muy alta sensibilidad. Un agradecimiento especial a los colegas que lo desarrollaron, lo revisaron varias veces, y también construyeron un modelo matemático y desarrollaron una técnica de calibración para un detector de InGaAs tan obstinado.
Bueno, en realidad la foto de la cámara VS320 "en tamaño":
Estamos a la espera de preguntas en los comentarios, estaremos encantados de responder.