На рынке систем безопасности о тепловизорах не слышал только тот, кто не следит за последними новостями. При этом везде заявляется, что цена на тепловизоры неизменно снижается. Это в теории должно расширить область их применения, но пока на каждом углу их не видно, и даже на специальных объектах встречаются крайне редко. Цена соизмеримая со стоимостью неплохой иномарки за один тепловизор всё ещё делает его экзотикой. Почему?

Потому что тепловизор — это не панацея. Даже если у заказчика много денег и вопрос покупки тепловизоров не стоит, результат всё равно может быть непредсказуемый и в конечном счёте разочарующим. Давайте попробуем разобраться почему.

Критерий Джонсона

В отличии от камер видимого спектра одним из главных параметров тепловизора уточняют расстояние на котором можно «видеть цель». Причём видеть можно по-разному: обнаружить, опознать или идентифицировать. Эти критерии разработали американские учёные и подытожил результат Джон Джонсон в конце 1950х годов, в честь которого и назвали данный критерий.

Критерий Джонсона - график дальности обнаружения

В результате часто можно увидеть следующие слова: Обнаружение, распознавание, идентификация человека с характерным размером 1,8 × 0,5 м

И ниже подобные картинки, показывающие как далеко может видеть тепловизор. И если вы будете пользоваться этими графиками в «гражданских» целях, то в большинстве случаев вы не достигните заявленных дальностей.

Критерий Джонсона разрабатывался для военных целей, когда в направлении поля зрения камеры находятся в основном враги и необходимо принять решение о том стрелять/не стрелять и чем стрелять в направлении цели. В системах безопасности не стоит таких задач!

Задача в системе видеонаблюдения

Типовая задача в системе видеонаблюдения для тепловизора формулируется так: хотим видеть, что происходит на объекте вне зависимости от времени суток. И тепловизор позволяет её решить! Но с достаточно большими оговорками:

Нельзя слепо следовать критерию Джонсона при выборе тепловизора и тепловизионного объектива и полагаться на сотни и тысячи метров в табличке
Необходимо учитывать погодные условия и тепловые контрасты в зоне наблюдения
Тепловизионный объектив имеет ряд параметров, которые влияют на возможность решения визуальной задачи
Необходимо учитывать навык работы оператора с тепловизионным изображением

Пример тепловизионного изображения

Ответ Джонсону

«Обнаружение: Чтобы определить, присутствует объект или нет с вероятностью 50%, его критический размер должен покрываться 1,5 или более пикселями»

Этот критерий предполагает, что характерный размер ростовой фигуры человека составляет 0,75м, и чтобы его идентифицировать на него должно приходиться 1.5 пикселя. Соответственно, на тепловизоре с разрешением 640×480 пикс и объективом 50мм обнаружить человека на расстоянии порядка 1700м можно с вероятностью всего 50%!

Вопрос — можно ли оператору увидеть на экране монитора цель размером 1.5 пикселя из 640 пикселей (или 0.2% от ширины экрана!)? С очень большой вероятностью он эту цель просто не увидит!

Погодные условия

Как ни странно, но тепловизор, также как и обычная камера телевизионного наблюдения, лучше видит в хорошую солнечную погоду: тепловые контрасты максимальные, людей хорошо видно и в тенях и на солнце, видны нагретые и охлаждённые части автомобилей.

Но бывают и другие условия, когда идёт дождь, снег, плотный туман. Эти погодные явления оказывают двойное негативное влияние на тепловое изображение:

Препятствуют прохождению ИК-лучей через атмосферу, ухудшая «видимость»
Сравнивают температуру поверхности — когда всё мокрое, в тепловизоре не видно отличия дерева от машины

Влияние погодных условий на тепловизионное изображение

Тепловизионный объектив

Меньший угол поля зрения соответствует большей дальности наблюдения. Но это в идеальных условиях. Чем дальше мы хотим увидеть с более узкоугольным объективом, тем сложнее это сделать в реальных условиях — атмосферные осадки и низкая контрастность объекта не позволяют достигать максимальных дистанций наблюдения.

Также относительное отверстие объектива (F-число) и коэффициент пропускания ИК-света порядка 80% препятствуют фиксации ИК излучения в фокальной плоскости микроболометра.

Распознавание тепловизионных целей

В конечном счёте результатом фиксации цели должна стать реакция оператора или аналитического программного обеспечения. И в первом и во втором случае задача решается с большими сложностями: на предельных дальностях цели слишком низкоконтрастны и недостаточного размера, чтобы аналитика могла безошибочно «увидеть» цель.

Итог

Если не учитывать реальные физические особенности тепловизионных камер и среды наблюдения, вероятность получения удовлетворительного результата на максимальных заявленных дистанциях по критерию Джонсона крайне невелика.