Na co zwrócić uwagę przy wyborze kamery termowizyjnej?

Zakup odpowiedniej kamery termowizyjnej może być dla niektórych (zwłaszcza tych na początku przygody z termografią) nie lada wyzwaniem. Każdy chce mieć pewność, że przy zakupie otrzyma produkt o najlepszym stosunku jakości do ceny, a wybrana kamera będzie służyła przez długi czas. Dla niektórych najważniejsza będzie cena, dla innych zaś kluczowe są funkcje sprzętowe lub programowe. Bez względu na to, na którą kamerę termowizyjną się zdecydujesz, powinna ona być przede wszystkim wysokiej jakości i niezawodna. Warto również zwrócić uwagę na wsparcie techniczne i jej opiekę serwisową.

W tym artykule postaramy się przedstawić najważniejsze parametry, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie kamery termowizyjnej. 

Kiedy przydaje się kamera termowizyjna?

Stojąc przed wyborem odpowiedniej kamery termowizyjnej, na początku powinniśmy określić do jakich zastosowań będziemy ją wykorzystywać. Pomiary termowizją przydają się wszędzie tam, gdzie występuje różnica temperatury pomiędzy badanym obiektem, a temperaturą otoczenia (np. elementy elektryczne i elektroniczne, ruchome części maszyn lub instalacje HVAC). Kamery termowizyjne są stosowane do wykrywania usterek maszyn i urządzeń lub do weryfikacji poprawności pracy całych instalacji.

Rys. 1. Przykładowe zastosowanie kamery termowizyjnej do inspekcji instalacji elektrycznych.

Jakie temperatury chcemy zmierzyć?

Pierwszym parametrem, który ogranicza wybór odpowiedniej kamery termowizyjnej jest zakres mierzonych temperatur. Większość kamer termowizyjnych posiada zakres od -20 do kilkuset stopni Celsjusza. Na rynku dostępne są też rozwiązania znacznie przekraczające te wartości, gdzie zakres pomiarowy może sięgać nawet 2000°C (przy zastosowaniu specjalnych filtrów wysokotemperaturowych). Jednak w większości przypadków zakres do 400-500°C będzie w zupełności wystarczający.

Rozdzielczość detektora - kluczowy parametr

Drugim ważnym parametrem, który w znacznym stopniu determinuje cenę kamery termowizyjnej, jest jej rozdzielczość, a mówiąc dokładniej rozdzielczość detektora podczerwieni (IR, ang. infrared). Określa ona ilość pikseli, a więc punktów zbierania danych, które są wykorzystywane do stworzenia obrazu termicznego. Im więcej pikseli, tym większa ilość danych na badanym obszarze, dzięki czemu zdjęcie termograficzne jest bardziej dokładne.

Rys. 2. Zdjęcia termograficzne wzorca temperatury (black-body) o zadanej temperaturze 100°C wykonane kamerami: B20 o rozdzielczości 256x192 (z lewej) i M30 o rozdzielczości 384x288 pikseli (z prawej).

Do niedawna kamery termowizyjne z niższej i średniej półki cenowej miały rozdzielczość 80x60, 120x90 lub 160x120 pikseli. Dzisiaj można znaleźć przyrządy o znacznie wyższych parametrach i niższej cenie. Dostępne są kamery z rozdzielczością nawet 256x192 pikseli w cenie ok. 2500 zł netto. 

Czułość termiczna, NETD

Wartość NETD (ang. Noise Equivalent Temperature Difference) oznacza jakie szumy posiada dana kamera termowizyjna. Określa z jaką dokładnością detektor IR jest w stanie wykryć różnicę temperatur między dwoma punktami na obrazie termicznym. NETD w kartach katalogowych kamer jest podawana w mili Kelwinach (mK). Im ta wartość jest niższa, tym lepiej. Dla większości przenośnych kamer termowizyjnych czułość termiczna zawarta jest w przedziale od 35 do ok. 100 mK.

Pole widzenia (FOV) / Chwilowe pole widzenia (IFOV)

Pole widzenia (FOV, ang. Field Of View) jest zależne od zastosowanego obiektywu i odnosi się do zakresu sceny, którą kamera może uchwycić. Im większe pole widzenia, tym większy obszar lub przestrzeń, zostanie zawarta na obrazie termograficznym.

Chwilowe pole widzenia (IFOV, ang. Instantaneous Field Of View) określa wielkość jednego piksela na obrazie termograficznym. Jest to zmienny parametr zależny od odległości od obiektu w momencie robienia zdjęcia. Zazwyczaj IFOV podawany jest miliradianach (mrad) - wystarczy tę wartość pomnożyć przez wymaganą odległość (w metrach) od badanego celu, aby uzyskać rzeczywistą wielkość (w milimetrach) jednego punktu pomiarowego (piksela).

Np. dla kamery o rozdzielczości termicznej 192x256 pikseli i polu widzenia 37,2° × 50,0°, wartość IFOV równa się 3,33 mrad. Oznacza to, że z odległości 1 m, wielkość jednego punktu pomiarowego wyniesie 3,33 mm.

Znajomość odległości z jakiej będziemy używać kamerę oraz wielkości najmniejszego szczegółu, który chcemy zmierzyć w obserwowanej scenie, pozwala określić idealny układ optyczny dla naszego zastosowania.

Rys. 3. Widok z kamer o tej samej rozdzielczości IR i różnym FOV: M20 o FOV 25° × 18.8° (z lewej) i M20W o FOV 50° × 37.2° (z prawej).
 

Ostrość obrazu - stała czy zmienna?

W kamerach termowizyjnych można wyróżnić 3 główne rodzaje układów ostrości:

• stała
• regulowana ręcznie
• ustawiana automatycznie (autofokus)

Kamery stałoogniskowe zazwyczaj mają niższą rozdzielczość i służą do obserwacji obiektów z odległości od ok. 30 cm do kilku metrów. Mogą być wykorzystywane w podstawowej diagnostyce i inspekcji nagrzanych elementów. Zaletą tego rozwiązania jest mniej skomplikowana konstrukcja i prostsza obsługa kamery.

Jeśli zależy nam na dokładnych wynikach pomiaru temperatury, warto zastanowić się nad kamerą z regulowaną ostrością. Można dzięki temu wykonywać dokładne pomiary z bliższej lub dalszej odległości od badanego obiektu. 

Automatyczne ustawianie ostrości znacznie przyspiesza i ułatwia pracę oferując wysoką jakość obrazów i dokładny pomiar w kilka sekund.

Wyświetlacz, częstotliwość odświeżania obrazu

Istotnym czynnikiem wpływającym na komfort pracy z kamerą termowizyjną jest wielkość ekranu. Większy wyświetlacz pozwala zauważyć więcej szczegółów podgrzanych elementów już w momencie wykonywania zdjęcia. Najprostsze kamery termowizyjne można znaleźć z wyświetlaczem o wymiarach nawet 3,2’’. W droższych modelach stosowane są np. 3,5 calowe ekrany dotykowe, znacznie zwiększające dokładność i funkcjonalność.

Przy okazji wyświetlacza należy wspomnieć o częstotliwości odświeżania obrazu czyli szybkości z jaką detektor podczerwieni tworzy obraz. Im wyższa wartość Hz (klatek na sekundę) tym większa będzie płynność obrazu przy poruszaniu kamerą lub oglądaniu ruchomych obiektów. 

Tryby wyświetlania obrazu

Przy wyborze odpowiedniej kamery termowizyjnej warto zwrócić uwagę na różne tryby wyświetlania obrazu. Kamery wyposażone dodatkowo w obiektyw fotograficzny pozwalają na podgląd w trybie rzeczywistym (z naniesionymi wartościami temperatury), obraz w obrazie (PIP, ang. Picture In Picture) oraz mieszanym (obraz termograficzny w 100% nałożony na rzeczywisty).

Rys.4. Tryby wyświetlania obrazu na przykładzie kamery HIKMICRO B20.

Komunikacja bezprzewodowa i współpraca ze smartfonem

Nowoczesne kamery termowizyjne posiadają szereg dodatkowych funkcjonalności. Praktycznie standardem jest już bezprzewodowa komunikacja (zarówno przez Bluetooth, Wi-Fi lub hotspot) ze smartfonem za pomocą aplikacji. Funkcja ta umożliwia zdalny podgląd obrazu z kamery w czasie rzeczywistym, obsługę kamery z poziomu smartfona,  natychmiastowe udostępnianie zdjęć czy też nagrywanie filmów termograficznych nawet przyrządem, który pierwotnie nie miał takiej możliwości.

Gwarancja

Przed zakupem danej kamery warto dowiedzieć się o warunkach i czasie trwania gwarancji. Każdy producent ma różne zasady jej przyznawania, szczególnie jeśli chodzi o jej długość. Zazwyczaj okres gwarancji wynosi od 12 do 24 miesięcy. Na rynku dostępne są też kamery ze standardową gwarancją wynoszącą 3 lata na całe urządzenie i nawet 10 lat na detektor IR (najważniejszą część kamery termowizyjnej). 

Oprogramowanie do obróbki zdjęć

Oprogramowanie na komputer służy do przeglądania i analizowania informacji o temperaturach zawartych w obrazach zarejestrowanych przez kamery termowizyjne oraz do generowania raportów. Dedykowane oprogramowanie umożliwia wykonanie wielu operacji, w tym skonfigurowanie pomiarów, dostosowanie ich parametrów, ustawienie trybu wyświetlania, kolorystyki itp. Po zakończeniu analizy obrazu można wyświetlić wyniki pomiarów, zapisać obrazy lub wyeksportować raport.

Wzorcowanie kamer termowizyjnych

Standardowo producenci kamer termowizyjnych do swoich produktów dołączają certyfikat kalibracji (ang. calibration certificate) lub deklarację sprawdzenia. Jest to dokument zaświadczający, że kamera została skalibrowana (czyli zestrojona) na etapie produkcji i spełnia warunki metrologiczne określone w specyfikacji technicznej. Certyfikat ten nie posiada jednak wyników pomiarów wskazanych przez przyrząd. Opcjonalnym dokumentem jest świadectwo wzorcowania, wydawane przez laboratorium wzorcujące, w którym zawarte są wyniki pomiaru wskazanego przez przyrząd wzorcowany i porównanie ze wzorcem wraz z podaną niepewnością.

Nasze Laboratorium Badawczo-Wzorcujące Merserwis jest wyposażone w specjalne stanowisko do pomiarów bezdotykowych mierników temperatury w podczerwieni. Jesteśmy w stanie wykonać wzorcowanie kamery termowizyjnej dowolnego producenta w zakresie: 0°C - 340°C z wykorzystaniem kalibratora i termometru wzorcowego. Bazując na informacjach różnych producentów kamer termowizyjnych, zalecamy ich wzorcowanie co 12 miesięcy.

Zachęcamy do zapoznania się z szeroką gamą produktów z naszej oferty kamer termowizyjnych czołowych producentów, m.in. HIKMICRO, FLIR, FLUKE lub SONEL.

inż. Piotr Pacześny