Усиление изображения: работа с тепловизором
Усиление изображения: тепловизоры
Большинство тепловизионных камер (TIC), используемых сегодня, работают в двух диапазонах усиления:
Существуют и камеры с трёх диапазонным усилением:
В этой статье рассматриваются двухдиапазонные и смешанные режимы усиления.
Что такое усиление (Gain)
Режимы усиления также могут называться:
В тепловизионной съёмке усиление означает чувствительность к тепловому сигналу. Оно позволяет камере обнаруживать и отображать небольшие различия температур.
Это похоже на настройку усиления на радиоприёмнике — когда увеличивается чувствительность, чтобы лучше различать сигнал.
Начальник Энди Старнс объясняет это так:
«Тепловизор не может эффективно одновременно видеть температуры от 0 до примерно 1100 °C. Поэтому диапазон разделён на высокий и низкий режимы усиления, чтобы камера могла точнее отображать температуру на экране».
Режим высокого усиления
Когда тепловизор включается, он запускается в режиме высокого усиления.
Температурный диапазон зависит от производителя, но обычно составляет примерно:
Это подчёркивает важность понимания возможностей и ограничений своего оборудования.
В режиме высокого усиления изображение на экране чёрно-белое. Камера лучше выделяет детали объектов, а не интенсивность тепла.
Этот режим считается оптимальным для поиска, поскольку позволяет легче обнаружить:
При входе в помещение сканирование тепловизором рекомендуется начинать снизу.
Сканирование нижней части помещения — ниже слоя тепла — позволяет камере оставаться в режиме высокого усиления, что даёт более чёткую картину и помогает лучше понять планировку помещения и обнаружить людей.
Если при сканировании нижней части помещения камера уже находится в режиме низкого усиления, это означает, что вы работаете в среде с экстремально высокой температурой.
В такой ситуации необходимо рассмотреть следующие действия:
Режим низкого усиления
Когда тепловизор фиксирует температуру, превышающую установленный производителем порог — либо по значению температуры, либо по количеству задействованных пикселей — камера автоматически переключается в режим низкого усиления.
Этот режим используется для того, чтобы лучше различать температуры в более высоком диапазоне.
В режиме низкого усиления тепловизор отдаёт приоритет обнаружению тепла, а не распознаванию объектов.
Разные модели камер переходят в этот режим при разных значениях, поэтому важно хорошо знать характеристики своего тепловизора.
Примеры перехода в режим низкого усиления:
- камера переключается, когда 2 % пикселей достигают примерно 150 °C и находятся в насыщении около 1 секунды;
- камера переключается, когда 3 % пикселей достигают примерно 110 °C.
В режиме низкого усиления также начинается цветовая индикация температуры, что добавляет ещё один уровень сложности при интерпретации изображения.
У разных тепловизоров цветовая индикация начинается при разных температурах:
Поэтому важно понимать, как именно работает ваш тепловизор. Разница почти 100 °C может серьёзно повлиять на оценку обстановки и тактические решения при сканировании помещения.
Режим смешанного усиления
Режим mixed gain работает так, как следует из его названия.
В отличие от двухдиапазонных тепловизоров, которые переключаются между режимами, камеры со смешанным усилением отображают высокий и низкий режим одновременно.
Как и в других случаях, параметры работы зависят от производителя, поэтому необходимо хорошо знать возможности своего оборудования.
- цветовая индикация пикселей начинается примерно с 150 °C
- сами пиксели переходят в режим низкого усиления примерно с 105 °C
Каждый пиксель на экране самостоятельно переключается между режимами, в зависимости от того, что находится в поле зрения камеры.
- режим высокого усиления лучше показывает людей и предметы
- режим низкого усиления в первую очередь показывает тепло
На экране тепловизора со смешанным усилением это происходит одновременно:
- пиксели в режиме высокого усиления отображают людей и объекты
- пиксели в режиме низкого усиления отображают источники тепла
Такой режим позволяет видеть планировку и возможных пострадавших даже при наличии сильного теплового воздействия, без переключения между режимами.
1. В режиме высокой чувствительности (high gain) в стандартном режиме отображения хорошо видны детали тела пожарного. Можно заметить различия температур на одежде в местах контакта с кожей — на ремне, подтяжках и в складках рубашки. (Фото автора, если не указано иное.)
2. В режиме низкой чувствительности (low gain) в стандартном режиме видно, как в левом верхнем углу появляется треугольный индикатор, обозначающий смену режима. Также заметно, что изображение начинает больше концентрироваться на тепле, а не на предметах по мере приближения к источнику тепла. Детали фигур пожарных становятся менее чёткими.
Тепловая инверсия
Один из важных факторов, который необходимо учитывать при работе с тепловизором — тепловая инверсия.
В режиме высокого усиления пожарные и пострадавшие обычно выглядят светлее на экране, потому что они теплее окружающей среды.
Однако в режиме низкого усиления пожарные и гражданские могут выглядеть темнее, потому что окружающая среда горячее их.
Многие пострадавшие не были обнаружены тепловизорами именно по этой причине — пожарные ожидали увидеть их светлыми, как на тренировках в гараже или при использовании имитационного дыма.
Тепловой контраст — это разница температур между объектом и окружающей средой. Чем больше эта разница, тем лучше объект виден на тепловизоре.
- пожарный с температурой около 38 °C в помещении 16 °C будет выглядеть светлым;
- тот же пожарный в помещении 150 °C будет выглядеть тёмным.
Это и называется тепловой инверсией.
Цвет или оттенок пожарного на экране меняется из-за температуры окружающей среды, а не из-за температуры самого пожарного.
Если температура помещения примерно равна температуре тела человека, то из-за отсутствия температурного контраста человек может вообще не отображаться на тепловизоре.
Эта проблема становится ещё серьёзнее при наличии:
Знайте свой тепловизор
Пожарные часто спрашивают, как тренироваться работать с тепловизором.
Первый шаг — изучить характеристики своей камеры, включая:
- разрешение
- пороги переключения режимов усиления
- температуры начала цветовой индикации
- доступные режимы работы.
Режимы работы зависят от производителя и могут включать:
Некоторые из этих режимов могут запутать пожарного и повлиять на принятие решений.
Например, если тепловизор находится в режиме поиска и спасения или обзорном режиме (в зависимости от модели), а вы находитесь в помещении с пожаром, изображение на экране может стать полностью красным.
При этом шкала температуры на боковой части экрана снижается, чтобы выявлять более слабые тепловые сигналы.
Это однодиапазонный режим, максимальный динамический диапазон которого составляет примерно 150 °C.
Этот режим можно использовать при тушении, если:
Многие подразделения успешно применяют этот режим для поиска очага пожара в условиях низкой температуры.
Общее правило для режима поиска и спасения:
Если при первом сканировании экран показывает большое количество красного цвета, достаточно нажать зелёную кнопку и вернуться к базовому режиму TI Basic.
Понимание режимов тепловизора и умение быстро вернуться в базовый режим так же важно, как и понимание работы усиления.
Простая тренировка
Один из простых способов обучения — использовать газовую плиту или гриль.
- Включите гриль и наблюдайте за ним через тепловизор по мере нагрева.
- Камера начнёт работу в режиме высокого усиления.
- На большинстве камер изображение будет чёрно-белым, а источник тепла будет выглядеть белым.
Затем попробуйте переключать разные режимы камеры, чтобы:
Обратите внимание, как некоторые режимы могут:
Это может привести к ошибочным решениям или нехватке информации в момент, когда необходимо принимать агрессивные, но обоснованные тактические решения.
Поэтому важно научиться быстро возвращаться в базовый режим, если это происходит во время пожара.
Как меняется чувствительность камеры
После этого наблюдайте, как меняется чувствительность камеры, когда вы направляете её на нагревающийся гриль.
Это происходит потому, что она адаптируется к новому тепловому сигналу и «закрывает глаз», чтобы перенастроиться на новую температуру.
Когда тепловизор переходит в режим низкого усиления, в левом верхнем углу экрана появляется зелёный треугольник, а изображение начинает окрашиваться.
(Это характерно для тепловизоров, выпущенных после 2013 года, за исключением моделей со смешанным усилением.)
В этот момент полезно изучить руководство по эксплуатации, чтобы понять:
Разные тепловизоры начинают цветовую индикацию при разных температурах:
Эта разница может существенно повлиять на оценку обстановки и скорость реакции.
Известно, что повышение температуры:
Как и любой другой инструмент, тепловизор требует понимания его работы.
Тепловизор — это не камера “наведи и нажми”.
Информация на экране постоянно меняется.
Смешанный режим усиления
В режиме смешанного усиления высокий и низкий уровень чувствительности работают пиксель за пикселем.
- Детали тепловых зон в режиме низкого усиления хорошо различимы.
- Детали объектов в режиме высокого усиления также остаются чёткими и заметными.
фото 3. Режим высокого усиления (высокая чувствительность)
Режим высокого усиления больше ориентирован на распознавание людей и предметов, чем на отображение температуры.
В этом режиме вы легче заметите:
Например, при сканировании комнаты человек может быть виден в нижней правой части экрана.
фото 4.Режим низкого усиления (низкая чувствительность)
Режим низкого усиления больше фокусируется на тепловых зонах.
В этом режиме сложнее различить:
Пострадавший может быть хуже заметен, потому что камера переключает внимание на отображение тепла.
Важно помнить, что тепловизор меняет свою «точку зрения» в зависимости от режима работы — он либо помогает искать людей и объекты, либо выделяет тепловые зоны.
Тот, кто владеет инструментом
Любой инструмент эффективен только в руках человека, который умеет им пользоваться. Тепловизор (TIC) — не исключение.
Представьте себе мобильный телефон: если использовать его только для звонков, вы упускаете массу возможностей — отправку писем, интернет, игры, банковские приложения и многое другое.
То же самое с инструментом пожарного, например, ломом Halligan: если вам сказали использовать только один конец, вы не используете весь потенциал инструмента.
Чтобы эффективно работать с TIC, нужно:
- знать его возможности и ограничения;
- понимать, что он может показать в разных ситуациях;
- тренироваться, чтобы максимально использовать его потенциал.
Изучайте свой инструмент, раскрывайте его возможности и получайте результаты («gains») от его использования.
Автор: Джозеф ДеВито — капитан пожарного округа Fort Myers Beach (Флорида), служит 18 лет, общий стаж работы в публичной службе 27 лет, включая волонтёрскую и EMS-службы. Сертифицирован по инфракрасной термографии уровня 1 и имеет звание Fire Officer от Центра безопасности общественных служб (Center for Public Safety Excellence).