Thermal Imaging — Membuat Detail Tersembunyi Terlihat

Kami menyukai sinar matahari musim panas yang hangat, menikmati pendinginan dengan minuman dingin atau berenang yang menyegarkan di kolam renang. Kami menghargai sentuhan hangat orang lain, menikmati teh panas atau menghangatkan perapian di musim dingin. Kita merasakan suhu, tetapi kita tidak bisa 'melihatnya' dengan mata kita.

Pencitra termal membuat terlihat bagian dari spektrum elektromagnetik yang tersembunyi dari mata kita. Karena hampir setiap objek di lingkungan kita memancarkan radiasi termal, pencitra termal dapat menghasilkan gambar lingkungan bahkan dalam kegelapan mutlak. Saat digunakan untuk keamanan &pengawasan, hanya sedikit yang tersembunyi dari pencitraan termal.

Dengan kalibrasi radiometrik penuh, pencitra ini tidak hanya dapat membuat perbedaan suhu terlihat, tetapi juga memberikan pengukuran suhu mutlak. Pencitra termal dengan sensor VGA dan kecepatan bingkai 60 Hz, dapat memberikan lebih dari 18,4 juta pengukuran suhu individu per detik.

Miniaturisasi dan Pengoptimalan Kinerja

Memproduksi imager termal langsung yang memvisualisasikan panas (yaitu mendeteksi dan menerjemahkan distribusi panas relatif dari suatu adegan yang dipertimbangkan ke dalam gambar yang ditampilkan) tidak lagi canggih. Anda dapat mengakses iPhone Anda dengan add-on imager termal dengan harga kurang dari $200. Tantangan teknis sebenarnya dimulai dengan meningkatnya tuntutan sensitivitas dan akurasi pengukuran – menampilkan perbedaan suhu terkecil atau mengukur suhu setepat mungkin – sekaligus mengecilkan imager termal dan tetap memenuhi kebutuhan kinerja pasar yang lebih luas.

Produsen imager termografis terkemuka saat ini menggabungkan NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) terendah dan akurasi pengukuran suhu terbaik dalam satu perangkat. Secara historis, kamera berperforma tinggi ini sensitif dan akurat - tetapi juga besar dan berat. Di sinilah tren miniaturisasi dan integrasi sistem membuka aplikasi baru untuk pencitra termal.

Semakin banyak aplikasi yang menggunakan pencitra termal, menghubungkannya dengan sensor lain, seperti kamera video berwarna atau sensor LiDAR. Aplikasinya beragam dan berkisar dari kamera pengintai cerdas untuk keamanan publik dan swasta hingga otomatisasi gedung; dari kontrol proses manufaktur hingga bantuan untuk layanan pemadam kebakaran dan penyelamatan; dari solusi penglihatan malam untuk kendaraan otonom hingga perawatan prediktif.

Parameter Kinerja Utama

Beragam aplikasi ini, demikian juga persyaratan untuk miniaturisasi teknologi imager termal dan integrasi sistem – karakteristik pengukuran, detektor, optik, antarmuka data, rumah, serta parameter desain dan manufaktur lainnya harus dioptimalkan untuk aplikasi spesifik. Namun, integrasi yang mudah ke dalam solusi sistem khusus aplikasi merupakan tantangan khusus bagi banyak OEM dan integrator sistem, karena imager termal yang kuat seringkali hanya ditawarkan sebagai produk standar dengan kemampuan konfigurasi terbatas.

Pencitra termal paling efektif dirancang untuk mengatasi tantangan ini dan mengisi celah ini dengan tepat di pasar. Tiga area di mana kinerja imager termal dan kemudahan integrasi terpengaruh adalah pada detektor, kemampuan radiometrik imager, dan fitur optik &listrik yang ditawarkan.

Teknologi detektor canggih terus-menerus mengurangi jarak piksel ke piksel. Tren ini sebagian besar didorong oleh industri ponsel dan paling jelas terlihat pada kamera tampak tetapi juga membantu meningkatkan pencitraan termal. Semakin kecil pitch pixel detektor – sambil mempertahankan atau meningkatkan sensitivitas (NETD) dan kinerja noise – semakin efektif imager termal. Pitch yang lebih kecil umumnya mendukung daya yang lebih rendah, batasan desain mekanis yang lebih kecil, dan biasanya dapat mengakomodasi optik f/# yang lebih lambat (ukuran sistem lebih lanjut dan penghematan berat). Selain itu, FPA pitch piksel yang lebih kecil juga memungkinkan pencitra termal resolusi lebih tinggi tanpa penalti yang signifikan dalam ukuran, berat, dan daya.

Properti kinerja radiometrik mencakup perluasan dari hanya pengukuran Region of Interest (ROI) ke pengukuran radiometrik penuh pada setiap piksel FPA, akurasi pengukuran suhu yang ditingkatkan, dan rentang suhu target yang diperluas.

Persaingan pasar yang ekstrim dalam industri game, virtual dan augmented reality, smartphone, telekomunikasi, dan kendaraan otonom telah secara dramatis meningkatkan kemampuan pemrosesan elektronik sambil mengurangi jejak komponen dan konsumsi daya. Akibatnya, desainer thermal imager memiliki pilihan komponen elektronik yang lebih luas untuk dipilih yang tidak ada beberapa tahun yang lalu. Variasi pilihan komponen yang lebih luas juga memfasilitasi desain dan integrasi sistem yang lebih ringkas, lebih efisien, dan berkinerja lebih tinggi. Sementara itu, teknik fabrikasi optik dan opto-mekanis juga telah maju, yang memungkinkan desainer untuk mengganti optik konvensional dengan optik nontradisional untuk lebih mengurangi ukuran dan berat sub-rakitan optik. Tren industri yang lebih luas ini, ditambah dengan kemajuan detektor dan radiometrik yang berkelanjutan dalam segmen pencitraan termal, dapat menawarkan berbagai fleksibilitas kepada OEM dan integrator sistem saat pencitraan termal yang tepat mendukung opsi ini.

Contoh Pasar Pencitraan Termal Radiometrik

Tabel 1 merangkum sejumlah parameter kinerja utama untuk lima pencitra termal radiometrik saat ini dengan format piksel QVGA.

Untuk mengilustrasikan beberapa parameter kinerja utama yang diidentifikasi di bagian sebelumnya, kami fokus pada entri pertama dalam tabel, JENOPTIK EVIDIR. EVIDIR alpha adalah keluarga pencitra inframerah kompak, "plug and play", yang menawarkan berbagai opsi konfigurasi standar seperti format video (VGA atau QVGA), kecepatan bingkai, rana mekanis atau operasi tanpa rana stabil jangka panjang, beberapa antarmuka komunikasi standar (USB, GigE, dan CMOS) dan opsi lensa untuk memungkinkan bidang pandang pencitra dari 5 derajat hingga 60 derajat.

Pencitra berfungsi penuh sebagai perangkat yang berdiri sendiri, tetapi telah dirancang untuk memfasilitasi integrasi ke dalam aplikasi OEM (produsen peralatan asli). Pendekatan "kotak peralatan" EVIDIR untuk opsi konfigurasi yang tersedia digunakan untuk penyesuaian yang mudah. Pilihan seperti lensa, rana, format video, dan antarmuka komunikasi bersifat modular, memungkinkan pelanggan untuk memadupadankan yang paling sesuai dengan aplikasi mereka.

Versi QVGA dan VGA dari pencitra dan pencitra radiometrik berbagi antarmuka mekanis, optik, elektrik, dan perintah yang sama untuk memungkinkan kemampuan peningkatan yang mudah dan untuk meminimalkan waktu pengembangan OEM. Pencitra dibuat dengan piksel 12 m yang canggih, susunan bidang fokus bolometer mikro yang tidak didinginkan, dan gambar termal yang stabil dan seragam dengan standar NETD lebih baik dari 30 mK. Inti imager adalah tumpukan dua papan yang terdiri dari susunan bidang fokus (terintegrasi ke dalam rakitan sirkuit tercetak) dan papan prosesor.

Format keluaran asli imager adalah CMOS dan integrator OEM dapat memanfaatkan format ini untuk meminimalkan ukuran dan daya atau memilih papan antarmuka untuk mengonversi keluaran ke format gambar standar yang diinginkan (misalnya USB atau GigE). Versi CMOS dari imager menarik <950mW untuk imager QVGA yang berjalan pada 60Hz. Rakitan housing aluminium imager berukuran 20mm × 30mm × 30mm dan berat 27g tanpa lensa. Ada berbagai adapter lensa untuk memungkinkan banyak lensa yang tersedia untuk digunakan agar sesuai dengan aplikasi. Kamera radiometrik mendapatkan kalibrasi yang disempurnakan tetapi sebaliknya identik dengan versi imager.

Ringkasan

Pencitra termal mutakhir saat ini menawarkan OEM kinerja yang lebih tinggi, biaya lebih rendah, alternatif untuk kamera termal dan radiometrik QVGA dan VGA sebelumnya di pasar. Jika dirancang dengan tepat, kustomisasi thermal imager memungkinkan OEM untuk menyesuaikan kamera agar sesuai dengan aplikasi mereka dan meminimalkan biaya.

Peningkatan industri yang berkelanjutan akan memberikan pelanggan produk yang tepat untuk kebutuhan mereka termasuk sensor SXGA (1280 × 1024) dengan pitch 12μm, sensor XGA (1024 × 768) yang disempurnakan dan teknologi VGA (640 × 480), peningkatan resolusi, sub-frame, zoom elektronik digital (e-zoom) dan stabilisasi gambar elektronik, pengoperasian rana atau tanpa rana, kecepatan bingkai tambahan yang dapat dipilih, dan antarmuka elektrik opsional seperti CameraLink.

Artikel ini ditulis oleh Dr. Daniel Brenner, MBA, Divisi Cahaya &Optik, Sistem Optik JENOPTIK GmbH (Jena, Jerman). Untuk informasi lebih lanjut, klik di sini .