IFOV – Khoảng cách tối đa mà camera nhiệt của bạn đo được
Khoảng cách tối đa mà camera nhiệt của bạn đo được
Để đánh giá về chất lượng của một ảnh nhiệt được chụp bởi camera nhiệt hồng ngoại, thông thường cần xem xét đến một số yếu tố như độ phân giải, trường quan sát tức thời (IFOV), ống kính của camera… ngoài ra còn cần phải biết kích thước của vật thể cần đo cũng như khoảng cách từ người chụp đến vật thể.
Để hiểu được ảnh hưởng của các yếu tố này lên độ chính xác của kết quả đo ra sao, đầu tiên hãy tìm hiểu về tỷ lệ kích thước-điểm. Đây là một thông số sẽ cho biết bạn có thể kiểm tra được một vật thể ở khoảng cách tối đa bao nhiêu mà vẫn cho kết quả chính xác.
Để đo nhiệt độ chính xác nhất, vật thể cần được thể hiện trên càng nhiều pixel càng tốt. Điều này sẽ cung cấp thêm chi tiết trong hình ảnh nhiệt – cũng tương tự như khi chụp ảnh bằng máy ảnh thông thường. Khi camera nhiệt di chuyển ra xa vật thể được đo, khả năng cho chính xác sẽ giảm dần. Camera có độ phân giải càng cao, bạn càng có thể chụp được đối tượng ở khoảng cách càng xa với độ chính xác cao hơn. Zoom kỹ thuật số không cải thiện được độ chính xác, do đó camera có độ phân giải cao hơn hoặc trường quan sát (FOV) hẹp hơn là lựa chọn cần thiết.
Ví dụ, hãy xem xét cách đo nhiệt độ chính xác của một vật thể có kích thướt 20mm từ khoảng cách 15m với camera nhiệt của bạn. Trường quan sát (FOV) và độ phân giải của camera là những thông số cần thiết để tính toán. Giả sử độ phân giải của camera là 320×240 pixel với ống kính có FOV theo phương ngang là 240.
Bước đầu tiên là tính giá trị trường quan sát tức thời (IFOV) theo mili-radian (mrad) với công thức sau:
IFOV = (FOV / số pixel ) x [(3,14 / 180) x (1000)] ( Chọn số pixel tương ứng với phương ngang hoặc dọc của FOV).
Vì ống kính có FOV theo phương ngang là 240, ta lấy 24 chia cho độ phân giải pixel theo phương ngang của camera – trong trường hợp này bằng 320. Sau đó nhân kết quả với 17,44 – là kết quả của (3,14 / 180) x (1000) trong công thức trên:
(24 / 320) x 17,44 = 1,308 mrad
Giá trị IFOV là 1,308 mrad, sau đó cần phải tìm IFOV tính bằng milimét với công thức sau:
IFOV (mm) = (1,308 / 1.000) x 15.000 ** (mm) = 19,62mm.
(** Khoảng cách từ vật thể được chụp đến camera).
Vậy thông số này có ý nghĩa gì? Tỷ lệ kích thước-điểm là 19,62:15.000. Thông số này là kích thước tối thiểu có thể đo được của một pixel (1 x 1). Nói một cách đơn giản, kết quả này cho thấy camera nhiệt có thể đo được vật thể có kích thước nhỏ nhất là 19,62mm từ khoảng cách 15m.
Giá trị đo pixel đơn lẻ này được gọi là tỷ lệ kích thước-điểm lý thuyết. Một số nhà sản xuất liệt kê tỷ lệ kích thước-điểm lý thuyết trong thông số kỹ thuật của sản phẩm của họ. Mặc dù điều này có thể được coi là tỷ lệ kích thước-điểm thực sự, tuy nhiên nó có thể gây hiểu nhầm bởi vì có thể mang đến kết quả không chính xác, do nó chỉ cung cấp giá trị nhiệt độ của một khu vực rất nhỏ bên trong một pixel. Như đã đề cập ở trên, điều quan trọng là phải lấy càng nhiều pixel càng tốt trên vật thể để đảm bảo độ chính xác. Một hoặc hai pixel có thể đủ để xác định một cách định tính rằng có sự khác biệt về nhiệt độ, nhưng có thể không đủ để thể hiện chính xác về nhiệt độ trung bình của một vùng rộng hơn.
Một giá trị đo pixel đơn lẻ có thể không chính xác vì nhiều lý do:
• Camera nhiệt có thể bị lỗi ở một vài pixel.
• Sự phản xạ trên vật thể – một vết xước hoặc phản xạ từ ánh sáng mặt trời sẽ gây ra sai số cho kết quả.
• Vật thể phát nóng – giả sử đầu bu lông – với kích thước có thể gần bằng chiều rộng một pixel nhưng pixel có dạng hình học là vuông trong khi đầu bu lông có hình lục giác.
• Luôn có một số biến dạng trong các hệ thống và cơ chế quang học làm ảnh hưởng đến các giá trị đo.
Do hiện tượng tán sắc quang học, bức xạ từ một khu vực rất nhỏ sẽ không cung cấp đủ năng lượng để cảm biến có thể thu được và cho ra giá trị nhiệt độ chính xác, do đó, hãy đảm bảo rằng khu vực phát nhiệt cần đo có thể được thể hiện trên một độ phân giải ít nhất là 3×3 pixel. Để làm điều này, hãy nhân tỷ lệ kích thước-điểm lý thuyết lên ba lần, để có tỷ lệ kích thước điểm là 3×3 pixel thay vì 1×1 pixel. Con số này sẽ cho ta kết quả đo chính xác hơn.
Nhân IFOV = 19,62mm với 3 ta được kết quả bằng 58,86mm. Điều này có nghĩa là camera có thể đo chính xác được vật thể có kích thước là 58,86mm từ khoảng cách 15m.
Bây giờ giả sử bạn muốn đo một vật thể có kích thước là 20mm. Bạn có thể đo được kết quả chính xác với khoảng cách tối đa là bao nhiêu theo tính toán ở trên? Hãy thực hiện phép nhân chéo với d là khoảng cách cần tìm:
58,86 : 15.000
20 : d
=> 15.000 x 20 = 58,86 x d => d = 5096,8mm hoặc khoảng 5,1m.
Vậy bạn có thể đo một vật thể 20mm từ khoảng cách 5,1m bằng một camera nhiệt có độ phân giải 320×240 pixel.
Các nhà sản xuất khác có thể không sử dụng thông số này khi họ thảo luận về IFOV hoặc SSR; nhưng trên thực tế, nó sẽ cho bạn một kết quả đảm bảo độ chính xác tại các vị trí có vấn đề về nhiệt.
Cuối cùng, tỷ lệ kích thước-điểm quan trọng vì nó giúp chứng minh liệu một camera nhiệt có khả năng đo chính xác nhiệt độ ở khoảng cách cần thiết hay không. Khi đo các vật thể nhỏ từ khoảng cách xa, việc biết tỷ lệ kích thước-điểm của camera nhiệt cũng như bạn có đang đứng trong phạm vi cho phép đo chính xác hay không là rất quan trọng.
Nếu bạn đang lên kế hoạch kiểm tra nhiệt độ cho hệ thống của mình, hãy suy nghĩ xem bạn có thể đến đủ gần mục tiêu để có được kết quả chính xác không. Điều này có thể không được đề cập trong các thông số kỹ thuật camera nhiệt của bạn.
Hình bên trên mô tả một camera nhiệt với trường quan sát tương ứng. Ví dụ camera nhiệt sẽ chụp cho các vật thể số 1, 2, 3 và 4. Các vật thể 1, 2, và 3 nằm ở các vị trí cùng khoảng cách so với camera nhiệt và có kích thước khác nhau. Vật thể số 4 có cùng kích thước với vật thể số 1, tuy nhiên nằm ở vị trí gần camera nhiệt hơn. Hình vẽ mô phỏng cho ta thấy vật thể số 1 chỉ được thể hiện trên 1 pixel, vật thể số 2 được thể hiện trên 3 pixel và vật thể số 3 là 5 pixel. Theo các tính toán ở trên thì nhiệt độ của vật thể số 2 và 3 sẽ có thể được đo chính xác, trong khi vật thể số 1 sẽ không chính xác. Vật thể số 4 có cùng kích thước với vật thể số 1, tuy nhiên nằm gần camera nhiệt hơn và được thể hiện bởi nhiều pixel hơn nên sẽ cho kết quả chính xác hơn. Vì thế nếu muốn đo nhiệt độ chính xác cho vật thể số 1, ta phải di chuyển camera đến gần hơn.
Bên dưới là bảng tính IFOV cho một số camera có độ phân giải và trường quan sát (FOV) thường gặp, cũng như một số giá trị về kích thước vật thể và khoảng cách đo tương ứng:
Chụp nhiệt hồng ngoại là phương pháp nhanh và an toàn nhất đề tìm ra các lỗi của phần điện, cơ khi và dây chuyền sản xuất ở giai đoạn rất sớm mà không cần dừng vận hành thiết bị. Là công ty tiên phong trong lĩnh vực bảo trì chẩn đoán, VPower Reliability cung cấp các dịch vụ chụp nhiệt cho các thiết bị:
- Máy biến áp, tủ điện động lực, thanh dẫn điện, bảng điều khiển
- Hệ thống nhiệt lạnh và đường ống dẫn nhiệt, gối trục và motor,…
Ngoài ra, chúng tôi cũng cung cấp cửa số hồng ngoại phục vụ cho việc chụp nhiệt và lắp đặt. Cửa sổ IR là giải pháp được dùng kiểm tra nhiệt cho các thiết bị che khuất như tủ điện trung thế, hộp nối cáp motor,…