Тепловизионный объектив выполнен по двухлинзовой схеме с асферическими поверхностями. Конструкция объектива предусматривает возможность герметичной установки в прибор посредством фланца в передней части объектива с герметизирующей прокладкой. Фокусное расстояние объектива (20 мм) достаточно мало и большинство наблюдаемых объектов для объектива находятся в бесконечности. Подстройка резкости этому объективу не требуется. Резкость по лучшим показателям передаточной функции устанавливается на предприятии-изготовителе и в дальнейшем не изменяется. Регулировка резкости производится вращением объектива по резьбе. Объектив производится серийно с 2010 года.

АО «ОКБ «АСТРОН» является единственным предприятием в России, имеющим полный цикл производства тепловизионной оптики от выращивания монокристаллов германия до законченных оптических систем. Оптика для тепловизионных систем рассчитана на спектральный диапазон длиной волны 3–5 мкм или 7–14 мкм. В длинноволновом диапазоне электромагнитного излучения основным материалом для оптики является монокристалл германия. Выращивание монокристалла германия производится по методу Чохральского. В России только два предприятия обладают технологией выращивания этих кристаллов, но только наше предприятие выращивает кристаллы оптического качества со стабильными показателями коэффициента оптического преломления. Также ОКБ «АСТРОН» обладает технологией выращивания монокристаллов германия со стабильными показателями dN/dT, изменения коэффициента преломления германия от окружающей температуры. Без технологической возможности выращивания германия с этими показателями невозможно разрабатывать и производить атермальные объективы, у которых фокальная плоскость не меняет положения при изменении температуры во всем диапазоне рабочих температур.

Наше предприятие является единственным в России серийным производителем тепловизионных объективов гражданского направления. Товарный выпуск объективов с фокусным расстоянием 100 мм и выше превышает 1000–1200 единиц в год.

Оптическая схема большинства объективов выполнена по традиционной двухлинзовой схеме с использованием одной или двух асферических поверхностей. Применение асферических поверхностей линз позволяет сократить количество линз в объективе, улучшить характеристики, устранить аберрацию и астигматизм.

АО «ОКБ «АСТРОН» – одно из немногих предприятий России, способных производить асферическую инфракрасную оптику, и обладает собственной автоматизированной линией фирмы Optoteh GmbH.

Представленные в разделе тепловизионные объективы производятся серийно с 2010 года. Общий объем выпущенных объективов, представленных в этом разделе, превышает 11 тысяч по состоянию на конец 2018 года.

Нужны ли дополнительные объективы для тепловизора?

При покупке тепловизора, этот вопрос каждый задаёт себе сам и сам же отвечает на него руководствуясь доступной информацией. Со своей стороны попробуем расширить количество той самой информации, чтобы выбор покупателя был более обоснованный.

Итак, зачем нужны дополнительные линзы/объективы?
Качество снимка зависит от нескольких параметров, но в первую очередь от качества тепловизионной матрицы её чувствительности и размера, а также от параметров объектива.
В первую очередь именно технические характеристики тепловизионной матрицы и объектива и определяют качество снимка. Как правило, сменить матрицу на большую не представляется возможным, поэтому остаются только сменные или дополнительные объективы которые повышают качество снимка. Я с изрядной долей скепсиса отношусь к заявлениям о том, что недостатки матрицы и объектива можно решить с помощью дополнительной программной обработки, и тем самым получить большее, чем это возможно исходя из аппаратных средств.

К примеру:
Матрица 384x288 с объективом 20⁰ обеспечивает пространственное разрешение: 0,91 мрад. Матрица 160х120 с таким же объективом 20⁰ обеспечивает разрешение в 2,2 мрад.
Иными словами на расстоянии 100 метров тепловизор с матрицей 384х288 может различить объект размером 9,1х9,1 см, в то время как для матрицы 160х120 минимальный объект должен иметь размеры не менее чем 22х22 см!
Очень оптимистично звучит возможность добиться разрешения 9x9 см, при том, что качество исходных, пусть даже сотни снимков, не лучше чем 22х22 см.
Очевидно, что опция «сверхразрешение» может несколько улучшить качество снимка, особенно в случае «естественного» дрожания рук, но возможность сделать чудо, увеличив разрешение в два раза, остается как минимум под сомнением.

Таким образом остается один естественный путь расширения эффективной дальности или области съёмки - дополнительные объективы. К стандартному объективу предлагают опционально два объектива - широкоугольный и узкоугольный.

Широкоугольный объектив , как правило, используется в случае необходимости съемки большой области с относительно небольшого расстояния. Не столь популярен как узкоугольный, так как всегда можно объединить серию стандартных снимков в панорамное изображение, тем более что широкоугольный объектив расширяет область съемки за счет снижения детализации, а это устраивает немногих.

Узкоугольный (телеобъектив) объектив применяют в том случае, когда важна высокая детализация относительно небольшого объекта удаленного на приличное расстояние. Здесь никакими программными ухищрениями нельзя решить задачу - нужен специальный объектив. В моей практике был случай, когда нужно было провести съёмку трубы ТЕЦ5 (высота over200м), в этом случае такой объектив был просто необходим.

Выбор тепловизора часто сводится к выбору разрешения сенсора и фокусного расстояния объектива, чтобы получить ту или иную дальность обнаружения цели. Например, в технических требованиях указывают: тепловизор с разрешением 640х480пикс и объектив 100мм.

Рассмотрим реальную ситуацию выбора тепловизионной камеры, когда все предлагаемые сенсоры имеют требуемое разрешение 640х480пикс на основе технологии аморфного кремния (aSi), шаг пикселя 17мкм и тепловую чувствительность (NETD) равную 50мК – данные параметры являются типовыми для современных длинноволновых микроболометров. Также все предложенные объективы имеют фокусное расстояние 100мм, но отличаются по относительному отверстию F. Параметры объективов следующие:

С учётом указанных параметров светосилы и светопропускания в ИК-диапазоне (от 8 до 12мкм), можно посчитать сколько процентов света пройдёт через объектив:

Освещённость на матрице с объективом F1.6 и светопропусканием 88% = (1/1.6)2 х 0.88 = 34%

Освещённость на матрице с объективом F1.4 и светопропусканием 88% = (1/1.4)2 х 0.88 = 49%

Освещённость на матрице с объективом F1.2 и светопропусканием 88% = (1/1.2)2 х 0.88 = 61%

Соответственно, можно показать, что тепловая чувствительность системы тепловизор + объектив изменится с паспортных 50мК до

Таким образом паспортная чувствительность тепловизора 50мК сильно зависит от светопропускания объектива, и в нашем примере, в лучшем случае составляет 82мК (объектив 3) и в худшем случае – 147мК (объектив 1). То есть в результате тепловизор не сможет «увидеть температурную разницу» в 0.05 градуса, а лишь 0.08 ~ 0.15 градуса, что тоже, кажется, очень неплохо.

Как это повлияет на результат наблюдения? Если температурные контрасты велики, и наблюдаемый объект по температуре значительно отличается от фона, то все камеры одинаково хорошо покажут объект. Но если ситуация усложняется, то результаты начнут отличаться. Под усложнением ситуации наблюдения можно понимать: низкий тепловой контраст цели и фона, атмосферные осадки.

Внешний вид собранной установки для тестирования. Все объективы с фокусным расстоянием 100 мм, но с отличающимся F (слева направо объективы): F1.2, F1.4, F1.6. Можно заметить, как по цвету отражения различаются просветляющие/защитные покрытия объективов.

Для проведения тестирования потребовалось некоторое время, чтобы застать различные погодные условия и провести соответствующие съёмки.

Вид области наблюдения в видимом спектре. Дождь. Изображения получены в сухую тёплую погоду. Объективы 100мм, F1.6 – F1.4 – F1.2 соответственно.

Можно заметить, что в целом все объективы обеспечивают достаточное качество изображения, чтобы вести наблюдение. При этом объектив F1.4 не обеспечивает большой резкости на ближнем плане. Наиболее детализированная картинка с объективом F1.2 – это можно заметить по детализации проводов на заднем плане и по деталям на крыше здания на ближнем плане. В данной ситуации разница между объективами не является критической.

В дождь картина меняется. Объективы 100мм, F1.6 – F1.4 – F1.2:

В дождь возникает два негативных эффекта для наблюдения в ИК-спектре. Во-первых, дождь создаёт «препятствие» на пути прохождения ИК-света, а во-вторых, вода сравнивает температуру окружающей среды, тем самым уменьшая тепловой контраст.

Можно заметить следующее:

• при меньшем относительном отверстии F1.6 значительно снижается контраст изображения;
• объекты с низким тепловым контрастом плохо различимы – столбов на заднем фоне почти не видно;
• визуально изображение при F1.2 более понятно для оператора, чем F1.6 или F1.4.
• изображение значительно хуже, чем в ясную погоду.

Другой ракурс в сухую солнечную погоду. Объективы 100мм, F1.6 – F1.4 – F1.2 соответственно:

Есть незначительная разница в изображении, но в целом это не влияет на восприятие и анализ тепловизионного изображения.

Для полноты представления разницы между объективами не хватило выборки в различную погоду.

Тем не менее, можно сделать следующие выводы :

• чувствительность (NETD) тепловизионной камеры всегда ниже, чем чувствительность микроболометра;
• достаточные температурные контрасты обеспечивают качественную картинку даже при изменении относительного отверстия объектива от F1.2 до F1.6;
• качество тепловизионного изображения значительно снижается в плохих погодных условиях, при этом объектив с большим относительным отверстием всё же обеспечивает лучшую картинку по сравнению с меньшим относительным отверстием.

Тепловизионный объектив F50

Тепловизионный объектив F50 - самый дальнобойный сменный объектив, предназначенный для установки на тепловизионные монокуляры Pulsar Helion XP28 и Pulsar Helion XP38. Длина фокусного расстояния в 50 мм обеспечивает техническую возможность для комфортных наблюдений на дальних дистанциях. При использовании именного этого объектива вы сможете распознать цель ростом 1,7 метра (олень или человек) на дистанции 1800 метров, что в условии крайне плохой видимости является неоспоримым преимуществом перед другими оптическими приборами.

Оптическое увеличение тепловизора Pulsar Helion XP с помощью объектива F50 составляет 2,5х, но, применяя плавный цифровой зум в пределах 2х-8х, можно добиться максимального увеличения прибора на уровне 20 крат. Поле зрения на расстоянии в 100 метров составляет 21 метр. Использование сменных объективов на одном тепловизионном приборе значительно расширяет функциональные возможности прибора. Так при необходимости быстро отыскать тепловой объект на большой площади при небольшом удалении лучше воспользоваться короткофокусным сменным объективом, а при поиске целей на значительном удалении все прелести раскроет объектив F50.

Внимание! После физической смены объектива для корректной работы тепловизора вам необходимо в меню прибора выбрать соответствующее значение «50». Теперь ваш тепловизионный монокуляр будет работать корректно, изображение удаленных объектов будет высокого качества.