O vídeo pode parecer um pé-de-cabra de tungstênio com urânio brilhante derretido, mas ... mas não. E essa não é uma imagem de um termovisor - é a faixa espectral de infravermelho mais próxima. Talvez você não veja mais imagens únicas ocultas, bem-vindo ...
ps: as pessoas que leem o título na versão móvel não veem a animação agora, então seja bem-vindo imediatamente ao artigo ... sua xícara de café acabado de fazer é a seguir ... =)
Os detectores convencionais de CCD e CMOS de silício não podem ser usados para obter imagens na faixa espectral com um comprimento de onda superior a 1 μm. Quantum com comprimento de onda de 1 μm não pode induzir elétrons em detectores de silício, e a eficiência quântica na faixa do infravermelho próximo diminui rapidamente para zero.
Detectores baseados em arseneto de gálio e índio (InGaAs) já são usados para registrar radiação no infravermelho próximo. Bem, há alguns anos atrás, chegamos às mãos de um detector comercial desse tipo de infravermelho próximo (SWIR, infravermelho próximo). A resolução do detector é pequena: elementos de 320x256. A característica espectral do detector é mostrada na figura abaixo.
Nada parecia indicar dificuldades, e o design da câmera neste detector não deve ser diferente do design da câmera na faixa visível, mas não foi assim. A principal dificuldade acabou sendo uma corrente escura muito grande do detector e uma propagação muito grande nos parâmetros de elementos individuais. Veja a tabela abaixo:
Dentro de 16ms, o poço potencial de elementos individuais do detector é rapidamente preenchido em 3-5% e, para uma frequência de 25 quadros por segundo (40ms), isso já é de 8 a 12%. Para a capacidade do poço potencial do elemento detector 6 mln. um elétron é 600.000 elétrons da corrente escura de um elemento individual e o ruído em um pixel individual é superior a 800 elétrons. É muito ou pouco? Para o registro de objetos iluminados, é bastante normal, mas para uma câmera sensível que é capaz de gravar sua própria radiação de objetos com temperaturas de até 100 ° C (como mostrado no primeiro vídeo) - o ruído de 800 elétrons é muito, muito.
O gráfico mostra a radiação de um corpo completamente preto, como você pode ver, para objetos com uma temperatura de 300-400K, a radiação na faixa de 1-2 microns é muito fraca.
O segundo recurso é uma variação muito grande nas características de cada elemento separadamente. O desenvolvimento levou vários anos, com ênfase no desenvolvimento de circuitos analógicos de baixo ruído, bem como na aproximação das características de elementos individuais, dependendo da temperatura. Repito, o detector é comercial, não conseguimos resfriar o detector e não conseguimos reduzir diretamente o nível de corrente escura, mas conseguimos realizar o termostato do detector, o que afetou significativamente a estabilidade das características.
Anteriormente, em alguns artigos, mencionamos esta câmera e comparamos sua operação com detectores da faixa visível, bem como com um conversor óptico-eletrônico do tubo intensificador de imagem 3+:
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Como diferentes câmeras e dispositivos veem à noite ”
também demonstrou os recursos desta câmera no modo de observação diurna:
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Observação de estrelas durante a astronomia diurna ou diurna "
Agora, queremos complementar o publicado anteriormente e demonstrar outros recursos exclusivos da câmera infravermelha.
A pergunta mais comum é "Como a câmera vê a neblina?" Não é fácil captar nevoeiro de alta qualidade, por isso pedimos desculpas imediatamente pelo vídeo possivelmente não muito revelador. Para demonstrar, como visto na realidade através dos olhos, foi usada uma câmera de alcance visível PanasonicGM1.
Vídeo de auto-observação na câmera swir nevoeiro
os vídeos originais estão disponíveis nos links
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Fonte de vídeo VS320 "
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Vídeo original PanasonicGM1 "
Apenas no caso, alertamos que os nevoeiros são muito diferentes um do outro, existem nevoeiros quando nada é visível em nenhuma faixa espectral. O resultado é altamente dependente da dispersão das partículas de água.
A sensibilidade da câmera é demonstrada pelo vídeo, cujo fragmento é apresentado no título do artigo. Esta é uma xícara comum com um delicioso café acabado de fazer. No início do vídeo, observamos nossa própria radiação térmica de objetos e, depois de ligar a luz refletida. Até agora, a câmera VS320 é a única que pode demonstrar a emissão de vídeo de objetos até 100'C. Mostramos esse vídeo várias vezes em exposições e sempre enfrentamos ceticismo =)
Por exemplo: uma câmera colorida e um olho veem um metal quente com uma temperatura acima de 500 ° C, uma matriz CCD em preto e branco vê uma ponta de ferro de solda quente com uma temperatura de 400 ° C, uma câmera SWIR VS320 vê objetos de 50 a 60 ° C.
Medidas mais objetivas no modelo de um corpo absolutamente preto. A cerca de 50 graus, o ruído dos elementos detectores e o sinal do modelo do corpo negro são comparados.
o vídeo original pode ser obtido aqui (atenção! tamanho grande, como sem compressão)
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Vídeo do corpo preto VS320 "
Entre alguns pontos interessantes que encontramos ao trabalhar com câmeras,
esta é uma proteção especial aplicada às notas, talvez estes sejam marcadores luminescentes:
Imagens de notas sob iluminação normal não diferem das indicadas no site do Banco Central da Rússia, por exemplo 500r:
mas, quando iluminados com um espectro exclusivamente visível (lâmpada fluorescente), são observados marcadores localizados em notas diferentes em locais diferentes e que podem ser usados para classificação automática adicional de notas:
essa proteção não é indicada no site da RBC
Aparentemente, eles recusaram essa marcação em novas notas, agora o marcador está no mesmo lugar, arredondado com a letra P:
e aqui estão todas as notas juntas:
Note-se também que o céu noturno é muito brilhante no raio infravermelho próximo. Isso permite que você concorra com câmeras de infravermelho próximo com outros dispositivos de visão noturna, bem como com algumas aplicações, como a detecção de objetos contra um céu noturno "brilhante".
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VS320. O céu noturno no IR próximo. fonte (200 MByte) "
Mas, pelo contrário, no infravermelho próximo, o céu é muito mais escuro (comparado ao brilho do céu na parte visível do espectro), por exemplo, uma moldura em um dia ensolarado muito brilhante.
Essa propriedade pode ser usada para observar objetos celestes durante o dia, um caso especial descrito no artigo: "
Observação de estrelas durante a astronomia diurna ou diurna ".
A propriedade mais importante da câmera de infravermelho próximo (juntamente com a capacidade de melhorar a visibilidade no nevoeiro) é uma visibilidade significativamente melhor na neblina, para comparação, quadros de diferentes partes do espectro:
Mas o vídeo na faixa de infravermelho próximo na ponte estaiada a uma distância de 9 a 10 km.
e aqui está uma demonstração a uma distância de 9 km ao longo de Smolny (no meio do vídeo, a função de câmera está ativada: contraste local (analógico de HDR / DDE))
Ainda é possível falar muito sobre o alcance próximo do infravermelho, mas, infelizmente, isso está além do escopo de um artigo. Se for bem-sucedido e houver material suficiente, continuaremos definitivamente. Resumindo, podemos dizer que as câmeras infravermelhas próximas podem ser usadas:
- para melhorar a visibilidade no nevoeiro
- melhorar a visibilidade com neblina atmosférica, poluição atmosférica
- como dispositivos de visão noturna (melhoram a visibilidade noturna)
- procure objetos no céu diurno
- ao desenvolver câmeras multiespectrais, quando é importante observar temperaturas significativamente
objeto oculto no intervalo visível
- para aplicações especiais na indústria, quando essa faixa espectral é importante
- a busca de objetos mascarados, quando algumas cores se tornam de baixo contraste, enquanto outras, pelo contrário, escurecem nessa faixa ou luminosidade.
Gostaria de agradecer à organização NPK Photonika, que forneceu esse detector para desenvolvimento e financiou o trabalho por um longo tempo. O resultado do trabalho foi uma câmera com características de sensibilidade muito altas. Agradecimentos especiais aos colegas que o desenvolveram, revisaram várias vezes e também construíram um modelo matemático e desenvolveram uma técnica de calibração para um detector InGaAs tão obstinado.
Bem, na verdade a foto da câmera VS320 "em tamanho":
Estamos aguardando perguntas nos comentários, teremos o maior prazer em responder.