Тепловизор, что это такое и "с чем его едят"

Многие наверняка слышали это название — тепловизор, еще наверняка кто то видел его в фильмах и разных технических программах, но вряд ли много людей знает что это такое и как он устроен.
В этом обзоре я попробую простым языком рассказать, что же это за прибор.
Как всегда будет все, описание, небольшой тест и разборка.


Для начала скажу, что я очень давно хотел себе такой прибор, и вот перед Новым годом решился его заказать.
Дело в том, что стоят такие «игрушки» очень дорого, так как покупал я его себе то выбрал самый недорогой вариант, ну и конечно самый простой. Да, около 300 долларов за тепловизор это очень дешево, профессиональные варианты начинаются от нескольких тысяч долларов и выше.
У продавца постоянная скидка и постоянно заканчивается :) Но есть купон -6 баксов при покупке от 100, его я и использовал. Попросил сделать скидку немного больше, но не получилось :(

Для начала немного теории.
Любой предмет вокруг нас, при условии что его температура хоть немного выше температуры абсолютного нуля (-273 градуса), излучает тепло. Да, даже объект с температурой в -100 градусов тоже излучает, хоть это и кажется странным.
Ну а так как что-то излучается, то это при желании можно увидеть. Конечно человеческий глаз не способен видеть излучение в таком диапазоне, для этого необходимы приборы.

Многие точно видели и пользовались бесконтактными термометрами, я про один из вариантов делал обзор.

Принцип работы такого устройства относительно прост. Тепловое излучение от объекта наблюдения воспринимается датчиком термометра и дальше приводится в более понятное нам значение температуры.

Конечно будет вопрос, а как прибор определяет температуру, попробую объяснить.
Тела не просто излучают тепло, а излучают его с разной интенсивностью, и самое важное, с разной длиной волны.
Например диапазон длин волн видимого нам света находится в диапазоне от 380 до 740 нм (нанометров). Ниже чем 380 это ультрафиолет, выше 740 это инфракрасное излучение.


В диапазоне температур -50..+50 градусов Цельсия тела излучают с длиной волны 7..14 мкм (микрометр), температура около 100 градусов это уже 3..7 мкм.
Прибор «видит» это излучение и определяя на какой длине волны происходит максимум излучения выдает нам значение температуры.

Но при помощи термометра мы можем определить температуру только определенной точки, а хочется видеть объект целиком.
Например так:


Или так:


Достичь требуемого результата можно несколькими способами.
1. Сканировать изображение одним ИК датчиком или линейкой датчиков
2. Использовать матрицу из большого количества датчиков.

Первый вариант очень неудобен, так как измерение занимает длительное время, но разрешение изображения почти не ограничено, вопрос только во времени измерения. Да и в таком варианте присутствуют механические узлы.
Второй вариант проще, но с получением большого разрешения есть свои сложности.

Вот о втором варианте мы сегодня и поговорим.
Чувствительная матрица состоит из большого количества чувствительных элементов, которые воспринимают ИК излучение сфокусированное при помощи линзы объектива.
По сути это куча одиночных ИК термометров, без схемы обработки, собранных на одном кристалле.

Разрешение таких матриц не очень большое, топовые матрицы, доступные гражданским людям, имеют разрешение до 1280*720, но о стоимости даже говорить не хочется.
Для более менее бытового использования используются матрицы попроще, 60х60 — 384х288.

Особенности применения накладывают ограничения на разрешение матриц.
Дело в том, что мы смотрим за тепловым излучением, мало того что длина волны ИК излучения не позволяет сделать матрицу совсем компактной, так еще начинаются проблемы с паразитным подогревом или охлаждением соседних ячеек матрицы, следим то мы за тепловым излучением.
Т.е. возможна ситуация, когда тепло, попадающее на один из чувствительных элементов матрицы подогревает соседний элемент и возникает погрешность.

Матрица, которая воспринимает тепловое излучение, называется болометрической камерой.
Набирается такая матрица (в большинстве распространенных тепловизоров) из большого количества микроскопических тонкопленочных терморезисторов.
Собственно сам принцип измерения накладывает второе ограничение, такие матрицы медленные, обычно тепловизоры снимают с частотой 5-10 кадров в секунду.
Конечно существуют тепловизоры и с большей частотой кадров, но они дороже и больше нужны для например для систем управления автомобилями.

Сравнение тепловизора с 9 к/сек и 30к/сек.


С теорией я думаю немного стало понятнее (по крайней мере я надеюсь), пора перейти к практике.
Тепловизоры бывают нескольких типов.
Одни используются просто для наблюдения, например военными или охотниками, как вариант, службами спасения.
Эти тепловизоры отличаются большой дальностью работы, но не имеют функций, свойственных второму типу.


Второй тип относится к классу измерительных. Для них важна точность измерения температуры, ее отображение в нескольких точках, возможность записи фото или видео и прочее.
Такие тепловизоры выглядят немного по другому и скорее напоминают увеличенный вариант бесконтактного термометра.


Кроме того зачастую люди путают тепловизоры и приборы ночного видения ПНВ.
Это совсем разные приборы.
ПНВ это обычно активный прибор, который содержит мощную ИК подсветку, и камеру видящую в этом диапазоне отраженное от объектов ИК излучение.
Тепловизор же полностью пассивный прибор, сам по себе ничего не излучающий (кроме излучения собственно работы электроники) и принимающий тепловое излучение от объекта.

Каждый прибор имеет свои плюсы и минусы, например тепловизор не видит объекты, которые имеют температуру окружающего воздуха или видит их гораздо хуже. Кроме того тепловизор не видит объекты которые находятся за стеклом, так как обычное стекло почти полностью экранирует тепловое излучение.
Зато ПНВ не видит в тумане, кроме того теплые и холодные объекты на экране почти не отличаются.

Для сравнения я приложу небольшой ролик, который показывает разницу.



На этом вступительная часть закончена и я перейду к описанию того, что я купил и получил.
Остальные объяснения и описания я буду приводить уже в процессе обзора.

Как я писал во вступлении, заказал я тепловизор прямо перед Новым годом, в первых числах января продавец его отправил, но отслеживаться начал он только после 9 января.
Ну а 25 января я забрал его с почты. Шел он обычной почтой Китая, никаких EMS, DHL и пр.

Честно говоря я ожидал что он будет заметно меньше, раза так в 1.5-2 и когда мне на почте вручили большую коробку, то я даже немного удивился.
Вообще конечно можно было посмотреть размеры на странице товара, прикинуть размеры коробки, но я как то даже не подумал этого сделать.

Наиболее близкий по характеристикам, но фирменный, прибор это FLIR TG165.

Пришел в целости и сохранности, даже родная упаковка не пострадала.


Упаковка из прочного картона, за это зачет производителю. Она не пострадала даже при том, что ехала в обычном конверте с пупыркой.
Сверху присутствует краткая рекламная информация, а также фотография прибора.


Снизу коробки почти полное описание технических характеристик.
Размер экрана — 2.4 дюйма
Разрешение термочувствительной матрицы — 60х60 (3600) пикселей.
Разрешение камеры видимого изображения — 0.3мр. (в реальности меньше)
Угол «зрения» камер — 20 х 20 градусов, минимальное расстояние до объекта 0.5м (показывает и при меньшем, но камера сфокусирована на нормальную работы от 50см)
Тепловая чувствительность (минимальная регистрируемая разница температур) — 0.15 градуса Цельсия.
Диапазон измеряемых температур — -20-300 градусов С.
Точность измерения температуры ±2% или ±2 градуса.
Подстройка коэффициента эмиссии — 0,1-1
Частота измерений — 6 раз в секунду.
Диапазон регистрируемых длин волн — 8-14мкм
Фокусировка — фиксированная фокусировка
Цветовая палитра — цвет каления железа, радуга, контрастная радуга, Черно белый, черно белый инверсный.
Режимы отображения — пять режимов. Только камера, только тепловизор + три смешанных режима.
Карта памяти — microSD
Формат сохранения фотографий — BMP
Питание — 4 батареи 1.5В, размера АА
Время работы от одного комплекта батарей — до 6 часов
Автоотключение — 12 минут
Сертификат — CE (EN61326-1:2006). На самом деле этот сертификат оговаривает только ЕМС совместимость.
Размеры — 212х95х62мм
Масса — 320гр
Гарантия — 2 года


Когда открывал коробку, то чувствовал себя папуасом. Дело в том, что коробка открывается не привычным мне способом, а имеет крышку на паре мелких магнитов.
Я не знаю откуда производитель взял эту коробку, но когда я его открыл, то у меня было чувство, что мне прислали девчачий тепловизор :)
Цвет коробки, а также красивые голографические картинки (при смене угла зрение создается впечатление что они вращаются, красиво), вызывает некий диссонанс с назначением прибора.


Комплект поставки ну очень скромный.
1. Прибор
2. Чехол
3. Ремешок к чехлу
4. Инструкция
5. Карта памяти 4ГБ.


Я сделал несколько фотографий инструкции, основные страницы, возможно будет интересно.
Кроме того я сделал небольшой перевод основных пунктов инструкции.
---------------------------
---------------------------



Как я писал выше, в комплекте дали чехол, внешне похожий на кобуру.
Чехол плотный, верхняя часть фиксируется при помощи «липучки».


Чехол действительно прочный, качественно прошит.
По периметру имеет вставку из декоративной «молнии», т.е. самая обычная молния, но без бегунка. Сделано скорее всего для того, чтобы обеспечить жесткость.
На одной из сторон имеется крепление на пояс, но как по мне, очень хлипкое.
Внутри небольшой карманчик, очень неглубокий.


Ремешок для ношения на плече. Ремешок как ремешок. металлические карабинчики, крепкий, черный :)


А вот и сам прибор, на вид действительно немаленький.


По бокам наклейки с краткими параметрами прибора и названием.


Спереди блок с камерами, светодиодом и кнопкой «фото».


ИК камера находится сверху, ниже располагается камера для видимого спектра, под ними светодиод подсветки.
Светодиод реально мелкий и слабый, от меня вообще ускользает его смысл, так как подсветить он может только на расстоянии 20-30см и то еле еле.
На правом фото он включен.
Включается светодиод длительным удержанием кнопки «фото», выключение аналогичным образом.


С обратной стороны находится экран и клавиатура.


Размеры экрана почти полностью совпадают с размерами спичечного коробка, длина и ширина.
Клавиатура простая, 6 кнопок.
Кнопки меню и выбора я немного описывал в части с фото инструкции, расскажу про остальные.
Кнопки влево/вправо — выбор режима отображения, обычная камера, ИК или совмещение изображений.
Кнопки вверх/вниз — это отдельная тема. Данные кнопки необходимы для выбора и настройки параметров в меню прибора, в обычном режиме работы они не используются.

Все бы ничего, но кнопка вверх уменьшает параметр, вниз — увеличивает.
Ну вот как так можно сделать? Не иначе как специально, ведь это просто неудобно.
При этом перемещение по меню происходит нормально, но для увеличения параметра надо жать кнопку — вниз, где логика?


Когда я заказывал прибор, то знал что в комплекте должна быть карта памяти, но ее не было видно.
Сначала я даже немного растерялся, так как слот для карты памяти плотно закрыт резиновой вставкой под свет корпуса и внешне выделяется только лепестком для открывания.
Вообще корпус пластмассовый, серого цвета. То что на фото желтое, это резина, довольно толстая, это видно на фото с открытым отсеком для карты памяти.
Кстати карта памяти в комплекте не безымянная, а вполне себе SanDisc, правда 4 класса.


Снизу находится отверстие с резьбой для установки на штатив, по размеру такое же, как применяется в фототехнике.
Также там закреплен ремешок (темляк) на руку.


В руке прибор выглядит как то так.
Сидит удобно, но если без батареек, то кажется очень легким.


Масса прибора без элементов питания всего 227 грамм (в инструкции написано 320 грамм).


Крышка батарейного отсека сидит очень плотно, открывается сдвиганием вниз.


По бокам крышки присутствуют дополнительные «захваты», фиксирующие крышку в закрытом состоянии.
Для проверки прибора купил четыре самых дешевых щелочных батарейки. Но скажу сразу, «кушает» он их весьма активно. Потому лучше использовать либо NiMh аккумуляторы, либо переделывать под литий.


Батарейки сидят очень туго. Нет, точнее сказать ОЧЕНЬ туго. Вставлять лучше сначала пару которая уходит внутрь корпуса, потом нижние две.


Первое включение.
При включении отображается заставка с полосой загрузки ПО, после этого прибор переходит в последний установленный режим. Т.е. если у Вас было настроено микширование, то в таком режиме он и включится, очень удобно.


При работе явно видно небольшое запаздывание изображения с ИК камеры относительно камеры для видимого спектра.
Для примера я сделал коротенькое видео, где виден этот недостаток, а кроме этого показан процесс загрузки, работы, фотографирования и выключения.


Если честно, то удивило качество экрана, а вернее его углы обзора.
Ожидал что будет картина как со старыми ЖК мониторами, когда нормально видеть можно только при взгляде прямо в экран.
Но практика показала, что изображение отлично видно при взгляде со всех сторон кроме взгляда сверху. Слева, справа, снизу и прямо все отлично.
Кроме того экран очень яркий, по умолчанию стояла минимальная яркость 10%, с ней можно вполне нормально работать, я выставил 30%, так мне показалось лучше, при 100% уже очень ярко.

Заметил, что после установки батареек изменилась развесовка прибора, низ стал тяжелее и держать в руке стало гораздо удобнее.


Так как пункты меню я уже описал ранее, то сразу перейду к примерам работы.
Для начала встроенная камера. Я понимаю что она нужна только лишь для привязки реального изображения к термограмме, но как то совсем грустно.
Обусловлено это тем, что экран прибора всего 320х240 пикселей, соответственно и изображение с камеры имеет то же разрешение.
Для фото она подходит лишь условно, но реально для работы ее вполне достаточно.
Баланс белого в камере видимо настроен на естественный свет, потому как в помещении камера начинает «зеленить».


В процессе эксплуатации выяснилось, что изображение с камер не совпадает.
В принципе это было предсказуемо, так как камеры находятся не на одной оптической оси, а одна над другой.
Практика показала, что оптимальное расстояние составляет около 1-1.5м, но с ростом расстояния разбег увеличивается не сильно.
На фото я прошелся по всем пяти режимам отображения и заодно заглянул в морозилку (раз уж пришел на кухню).
Краткое пояснение того, что отображено на экране.
Вверху отображается температура в середине изображения (центральный маркер), справа заряд батареи.
Внизу отображается минимальная и максимальная температура в кадре. Два дополнительных маркера (при необходимости отключаются) показывают эти точки. Но маркеры на экране одинаковые, потому при очень маленькой разнице температур понять тяжело где какой.
По центру нижней части отображается текущее время, справа полоска режима цветовой палитры (я позже продемонстрирую ее работу).

Кстати прибор довольно корректно показал температуру в морозильной камере, и я даже воспользовался микрофонариком, который встроен в тепловизор (без него вообще ничего не было видно).


Для следующего эксперимента я сделал себе чашку кофе с молоком и решил проверить различные цветовые схемы. К сожалению пока экспериментировал и фотографировал, кофе остыл :(
Я не знаю точно название данных схем, но первой покажу ту, которая мне больше всех нравится.
Затем идет черно белая и черно белая негативная.


И еще две цветные схемы. Я не стал делать все 5 вариантов фото, а сократил лишь до максимального смешивания и полностью ИК.


Дальше я экспериментировал уже с тем, для чего он собственно покупался.
Так как я занимаюсь всякими блоками питания, да и просто разной электроникой. А как известно все это любит активно выделять тепло, то я решил что мне мало просто бесконтактного термометра, и удобнее будет «видеть» все это более основательно.
Для эксперимента я взял известный многим блок питания 24 Вольта 4 Ампера, и фотографировал его с разных сторон и в разных режимах.
Блок питания был предварительно прогрет током в 3.5 Ампера.
На этих фото явно видно смещение в вертикальной плоскости, там, где работает наложение одного изображения на другое.


Сорри за много фото, увлекся :)


На этом я пока с фото закончу, другие фотографии будут еще в конце обзора, а я займусь тем, что мне очень нравится, разборкой.

Так как устройство любопытное, то не разобрать я его просто не мог. Скажу даже больше, когда я его получил, то я уже хотел посмотреть что там внутри, просто из любопытства.
Я конечно прекрасно представлял, как оно собрано и что примерно я там увижу, но представлять и пощупать это разные вещи :))))
Дело в том, что я привык оценивать качество приборов и устройств не только по работе, а и по качеству сборки.



Уже после всего процесса я вспомнил что не сделал замеры потребляемого тока. Для мобильного устройства это более чем важно.
Некоторые измерения меня несколько удивили.
1. В выключенном состоянии прибор в диапазоне 200мА ничего не регистрирует, т.е. ток менее чем 100мкА.
2. Ток потребления во время загрузки прибора около 144мА
3. В рабочем режиме и 30% яркости потребление меняется в диапазоне 120-130мА
4. Зайдя в меню я попробовал настроить 100% яркости, но при более чем 80% потребление составило более 200мА и прибор «зашкалило», поэтому оставил 80%
5. Изначально я думал, что пока прибор находится в режиме отображения меню настроек, то потребление меньше, так как нет обработки сигнала с камер. Но выяснилось, что как раз в меню потребление больше, чем в рабочем режиме.
Если в меню и 80% яркости ток был 193мА, то после перехода в рабочий режим упал до 166 мА.
6. А самым экономным режимом оказался режим тепловизора, когда обычная камера отключена.
Я еще во время работы заметил, что после перехода из режима тепловизора в любой другой, на долю секунды проскакивает предыдущее изображение. Оказывается. что в этом режиме обычная камера отключена и потребление заметно уменьшается.
При яркости 30% потребление падает до 81 мА. потому 6 часов работы от нового комплекте хороших батарей вполне реальны.


Ну и в конце немного фото различных предметов, которые я делал в процессе подготовки обзора.
Но для начала сравнительное фото до подъема камеры и после.
Слева до, справа — после.


1,2 Работа электронной нагрузки. Видно тепло от установленный внутри радиаторов, хотя они активно продуваются воздухом. Корпус закрыт.
3. Нагрев кабеля 2.5мм.кв под током 20 Ампер.
Кстати, заметил что довольно неплохо можно увидеть распределение тепла на кабеле.
4. Нагрев контактов разъема из моего прошлого обзора, ток около 20 Ампер.


1,2. Максимальная заявленная температура измерения 300 градусов. На самом деле прибор измеряет примерно до 320 градусов. На фото огонек сигареты в пепельнице.
Прибор постоянно пытался показать перегрузку, поэтому пришлось подбирать положение так, чтобы он показал максимум.
3, 4. Фотоаппарат после недолгой фотосессии.
5. Такое будет изображение если занести теплый прибор на балкон, когда на улице -20 градусов.
6. А такое изображение просто пола без ярких источников тепла.


Вот как бы и все. Теперь можно подвести небольшой итог.
Плюсы
Прибор полностью работает
В работе показал себя стабильно, отсутствуют какие либо сбои или зависания
Присутствует весь необходимый минимум настроек.
Хорошая, крепкая конструкция
Возможность записи фото на карту памяти
Карта памяти в комплекте
Крепкий чехол в комплекте.
Хорошая упаковка.
Цена, дешевле решения я не нашел.

Минусы
60х60 это реально самый минимум разрешения, лучше иметь хотя бы 80х80, а действительно комфортно должно быть начиная с 128х128.
Кнопка спуска все таки мягковата.
Несовпадение изображений с камер
Фонарик скорее есть, чем работает, однозначно переделывать.
Батарейное питание, аккумуляторное было бы гораздо удобнее.

Мое мнение. На самом деле данный прибор скорее занимает место между продвинутым ИК термометром и простыми тепловизорами. Частота обновления изображения в 6 к/сек реально более чем достаточна, для большинства измерительных работ ее достаточно с головой.
Если выбирать между тепловизором с большим разрешением и большой частотой кадров лучше выбрать большее разрешение. По крайней мере я бы так выбирал сейчас.
По своему я немного расстроен. Конечно я представлял как выглядит изображение 60х60 пикселей, но действительно хотелось бы больше.
А что действительно раздражает, так это несовпадение изображений с камер.
Я конечно к этому приспособился, но думаю доработать конструкцию добавив возможность регулировки.
Из плюсов тепловизора можно подчеркнуть то, что даже такой простой вариант реально помогает в работе, особенно при наблюдении в динамике. Можно просто осмотреть тот же блок питания с разных сторон и увидеть распределение тепла, холодные и горячие зоны.

Не знаю, поможет ли кому нибудь мой обзор, так как прибор очень специфический и даже в таком простом варианте довольно недешевый.

Предвижу вопрос, а почему не взять Seek Thermal, который имеет больше разрешение.
Цены устройств примерно одинаковы, мне хотелось законченное решение, а в случае покупки Seek Thermal мне пришлось бы докупать еще и смартфон. Кроме того, как я понял, он еще и не со всякими смартфонами может подружиться. А если к этому добавить еще и сложности при покупке…
В общем критерии были таковы, полностью законченное решение, способное отображать тепловую картину объекта и этим критериям обозреваемый тепловизор соответствует.

Как всегда, жду вопросов, дополнений, да и просто комментариев.
ИК фотографии несколько однообразны, но в будущем в процессе подготовки обзоров я планирую применять данный прибор, потому фотографии будут еще :)