Vzdálenost, na jakou je termální kamera schopná detekce, se v oblasti termálních kamer nazývá range neboli dosah. Přesné určení efektivního dosahu vyžaduje sofistikované modelování a testování. Je zde mnoho proměnných, jako například typ použité kamery, typ použitého objektivu nebo klimatické podmínky a okolní prostředí a v neposlední řadě i definice, v jakém případě již lze mluvit o zachycení cíle.

„Rozpoznání“ objektu – cíle

Pro definici rozpoznání objektu, nazývanou také Johnsonovo kritérium, se využívá formulace sestavená Johnem Johnsonem za účelem definování efektivního dosahu infračervených kamer a senzorů. Přestože byla tato definice původně vyvinuta pro potřeby armády, z čehož plyne zaměření na detekci cíle, je velmi často využívána i pro stanovení dosahu běžných civilních aplikací. Je nutno rozlišovat mezi následujícími stupni detekce:

• DETEKCE: Pro určení, zda je objekt zájmu přítomen v zorném poli kamery, je nutné pokrytí objektu minimálně 1,5 pixelu, což je ekvivalent 0,75 cyklu užívaného v Johnsonově systému.
• ROZPOZNÁNÍ: Rozpoznáním objektu je myšlen stav, kdy je již možné určit, o jaký druh objektu se jedná, tzn. je možné určit, zda se jedná o postavu, vozidlo nebo například zvíře. Pro rozpoznání objektu se udává nutnost pokrytí 6 pixelů.
• IDENTIFIKACE: Jedná se o pojem vycházející z armádního nasazení, kde znamená, že je reálně možné určit, zda se jedná o „přátelský“ nebo „nepřátelský“ objekt. Pro tuto hranici rozpoznání je nutné pokrytí alespoň 12 pixelů.

Johnsova kritéria dávají 50% pravděpodobnost zachycení objektu mimo kritické parametry uvedené výše. Pro příklad můžeme uvažovat dospělého muže s výškou cca 1,8 m a šířkou 0,5 m, udávaný kritický rozměr bude tady 0,75 m. Hodnota je založená na empirickém sledování a vyhodnocování dat z termálních kamer. Při návrhu je potřeba zvážit takový systém infračervených kamer, aby 6 pixelů snímače odpovídalo pokrytí kritických rozměrů postavy při detekci ve vzdálenosti 1000 m (tj. 0,75 m šířka objektu). Dále je nutné zohlednit, zda je snímač kamery schopen zachytit dostatek tepelných kontrastů pro detekci objektu vůči chladnému pozadí. Pokud jsou tyto předpoklady splněny, je systém schopen efektivní detekce na vzdálenost 1000 m.

FLIR definuje, jaký rozsah je možné pokrýt termálním zobrazením při specifikaci detekce objektu velikosti člověka v podmínkách, které poskytují dostatečný tepelný kontrast scény. V závislosti na použitém objektivu jsou termovizní systémy FLIR schopny zachytit lidskou aktivitu na vzdálenost několika kilometrů. V závislosti na velikosti detekovaného objektu, se také zvedá maximální možná vzdálenost pro jeho zachycení.

Ohnisková vzdálenost

Kritickým parametrem určujícím, v jaké maximální vzdálenosti bude možné objekt zachytit, je ohnisková vzdálenost použitého objektivu. Ohnisková vzdálenost určuje pole pokrytí scény, tzv. fiedl of view (FOV), kamerového systému. To je zorné pole jednoho pixelu – nejmenší úhel, jaký je kamera schopna zpracovat při dostatečně kontrastní scéně.

Zorné pole

Zorné pole, tzv. instantaneous field of view (IFOV), pak určuje vzdálenost, na kterou je možné zachytit objekty na hraně kritických rozměrů a určuje počet pixelů nutných pro detekci, rozpoznání a identifikaci objektu. Delší ohnisková vzdálenost znamená zároveň menší zorné pole a větší počet pixelů pro scénu, tím pádem i efektivnější detekci. Systémy pro dohled na velké vzdálenosti, jako je dohled nad státními hranicemi, vyžadují malé zorné pole. Důvodem je nutnost detekce objektů (osob) na velké vzdálenosti v řádu kilometrů. Prakticky řečeno dlouhý objektiv znamená menší zorné pole a lepší pokryvnost scény. Vzniká zde kompromis, kdy je sice možné zachytit objekt i na velkou vzdálenost, ale díky malému zornému poli je složitější prvotní detekce – musíme vědět, kde se objekt nachází. V praxi se proto používají objektivy s proměnnou ohniskovou vzdáleností – krátké ohnisko pro rychlou detekci a dlouhé ohnisko pro přesnou identifikaci objektu přiblížením.

Představme si lidskou postavu ve vzdálenosti jednoho kilometru. Efektivní úhel se vypočítá vydělením kritického rozměru objektu vzdáleností – 0,75 m/1000 m nebo 750 microradiánů. Pro identifikaci potom potřebujeme minimálně 12 pixelů pro pokrytí 0,75 m na vzdálenost 1000 m. Identifikace zde neznamená přímou identifikaci dané osoby, ale například rozpoznání mezi člověkem držícím zbraň a člověkem držícím lopatu. Ohnisková vzdálenost 500 mm v kombinaci s čipem s roztečí 15 micron mezi pixely poskytuje zorné pole 30 microradiánů. Budeme mít 750 microradiánů děleno 30 microradiány na pixel, neboli 25 pixelů na cíl, což je dostatečné pro zdařilou identifikaci (kritická hodnota je 12 pixelů).

Chlazené vs. nechlazené termální kamery

Další faktor ovlivňující dosah termální kamery, je použití chlazené nebo nechlazené koncepce. Chlazené kamery jsou dražší, avšak jejich efektivní dosah je vyšší. Typická chlazená kamera má rozteč mezi středy pixelu 15 micronů. Objektiv s ohniskovou vzdáleností poskytne zorné pole 30 microradiánů. Při běžném kritickém rozměru 0,75 m, bude postava detekována na vzdálenost až 2,1 km.

Pro srovnání se podíváme i na nechlazenou variantu termální kamery. Citlivost takové kamery je o řád nižší, než u kamer chlazených. Typická rozteč u nechlazené kamery je 38 micronů. Díky tomu je při použití shodného objektivu 500 mm efektivní detekční vzdálenost max. 0,8 km. Důležitý aspekt je ovšem také nepraktičnost použití 500 mm objektivu na nechlazené kameře, objektiv má nízkou světelnost F/1.6 a průměr objektivu je 313 mm, a proto je toto řešení velmi drahé vůči efektivitě nasazení. Doposud největší objektivy dodávané na nechlazené kamery dosahují maximálního ohniska 367 mm. Toto ohnisko v kombinaci s roztečí 38 micronů poskytuje efektivní dosah pouze 600 m.

Pro efektivní detekci lidské postavy je tedy na  velké vzdálenosti vhodný objektiv s ohniskovou vzdáleností 500 mm a pro aplikace, kde je nutný dlouhý efektivní dosah, jsou vhodné výlučně chlazené kamery, kde je výkon úměrný ceně a výsledkům při detekci.

Atmosférické podmínky

Ačkoliv z podstaty termálního zobrazení je možné provádět detekci a pozorování i za špatnách klimatických podmínek, je zde řada faktorů, které ovlivňují efektivitu a výkonnost systému. V případě, kdy je viditelnost snížena deštěm, mlhou nebo různými atmosférickými poruchami, dochází zejména u infračervených kamer k masivní ztrátě signálu putujícího ke kameře – signál se láme a rozpadá do té míry, že do objektivu dorazí jen zlomek.

Déšť nebo mlha znatelně snižují efektivní dosah kamer, déšť je stejně jako mlha tvořen kapkami vody, které odrážejí a deformují vlnění směřující ke kameře a do objektivu tak dopadne jen zlomek, což snižuje efektivní dosah pod úroveň jednoho kilometru.

V praxi se objevují různé druhy deště i mlhy, čím je déšť nebo mlha intenzivnější, tím bude efektivní dosah menší. Dalším faktorem komplikujícím detekci je fakt, že dopadající voda ochlazuje povrch objektu a tím snižuje tepelný kontrast okolí na hranici rozpoznatelnosti. I přes tato omezení je termální zobrazení stále schopno poskytnout obsluze dostatečné informace pro přehled o situaci.

Range neboli dosah termální kamery

Dosah je ovlivněn mnoha faktory. Pokud si shrneme dosavadní informace, je jasné, že určení efektivního dosahu kamery je ovlivněno mnoha faktory. Odpověď na otázku „jak daleko uvidím termální kamerou?“ je díky tomu velmi nesnadná. Reálné výsledky jsou značnou měrou ovlivněny volbou kamery, prostředím, kde bude kamera nasazena a v neposlední řadě klimatickými podmínkami dané lokality. Při správné volbě vám mohou pomoci především odborníci distributora.

Výpočet dosahu kamery

Dobrá cesta pro výpočet dosahu dané kamery je použití nomografu. Nomograf je grafický kalkulátor, který poskytuje výpočty na základě proměnných veličin, jako je ohnisková vzdálenost, druh kamery, počet pixelů a poskytuje základní model pro návrh systému. Tento výpočet ovšem nezahrnuje podmínky v dané lokalitě, atmosférické vlivy nebo kontrast scény. Výsledek lze tedy považovat především za orientační a jako maximální horní hranici za ideálních podmínek.

Recenze / technika, uloženo 26.10.2012, vytisknout článek

Hodnotit článek: 13 0

Sdílet článek: |