Termowizja w ochronie

Termowizja w ochronie, obok analityki wideo, to chyba jeden z najbardziej gorących tematów. Dlaczego? Jest to w pewnej części związane z faktem niedawnego znacznego wzrostu kosztów ochrony fizycznej (realizowanej przez człowieka) a co za tym idzie poszukiwaniem rozwiązań, które tego człowieka będą mogły zastąpić lub skutecznie wesprzeć. Druga kwestia, to fakt, że termowizja jest obszarem techniki, który w ostatnim czasie niezwykle się rozwiną, zminiaturyzował i staniał. Pamiętajmy, że pierwsze „kamery” termowizyjne budowano już w latach 50. XX wieku – głównie na bazie pojedynczych detektorów fotonowych promieniowania podczerwonego chłodzonych ciekłym azotem. Pod koniec lat 90. XX w. nastąpił przełom, bo skonstruowano względnie tanie matryce niechłodzonych detektorów termicznych. To co teraz obserwujemy to jest dalszy rozwój tej technologii. Tak więc to żadna nowość.

Powtórka z fizyki – czyli jak działa termowizja.

Czym termowizja różni się od normalnych kamer i dlaczego ta różnica jest tak istotna z punktu widzenia monitoringu wizyjnego wykorzystywanego w ochronie? Oto przypomnienie z fizyki w telegraficznym skrócie. Pytanie: dlaczego „coś” widzimy? Widzimy dlatego, że siatkówka w naszym narządzie wzroku (będąca czymś na wzór matrycy CCD w kamerze), rejestruje światło odbite od obserwowanego obiektu. Światło odbite, czyli takie które „leci” sobie ze słońca lub żarówki w kierunku obiektu a następnie się odbija i trafia do oka. Jak nie ma tego światła (jest totalne zero) to nic nie zobaczymy. I zwykła kamera też nie zobaczy. Żeby coś zobaczyć musimy włączyć światło. Proste. W przypadku klasycznych kamer CCD zamiast słońca czy żarówki, możemy też zastosować doświetlenie w podczerwieni (IR). Promiennik oświetla obiekt a matryca CCD rejestruje odbite promieniowanie. Szerszy zakres czułości częstotliwościowej (niż u człowieka) umożliwia kamerze przetworzenie tego obrazu i zaprezentowanie widzowi. Odpowiedź na pytanie: „dlaczego stosujemy IR a nie zwykłe światło” to już zupełnie inna kwestia…

Z termowizją jest zupełnie inaczej. Termowizja rejestruje promieniowanie elektromagnetyczne generowane przez sam obiekt. Nie odbite, tylko generowane. W tym przypadku jest to promieniowanie podczerwone, niewidzialne dla ludzkiego oka o długości fali od 780nm do 1mm, które potocznie określa się mianem promieniowania termicznego (ponieważ grzeje). W kamerach termowizyjnych korzystamy tylko z wycinka tego pasma od 7,5μm do 13,5μm. My tego nie widzimy ale maszyna (kamera termowizyjna) może zobaczyć. To jest właśnie ta istotna różnica między klasycznymi kamerami a kamerami termowizyjnymi. To z niej wynikają możliwości implementacji w konkretnych zastosowaniach, w tym w ochronie.

Zabawa w chowanego

Wyobraźmy sobie saunę, nie zbyt gorącą – taką z temperaturą 36,6 st.C – to temperatura ciała zdrowego człowieka. Wstawmy go tam (nagiego). Co należy zrobić, aby przez klasyczną kamerę zobaczyć człowieka w tej saunie? Trzeba włączyć światło. Proste. A co zrobić aby zobaczyć tego człowieka przez kamerę termowizyjną? Należy zwiększyć lub zmniejszyć temperaturę w saunie. Wówczas na tle ogólnej temperatury panującej w naszej saunie człowiek będzie albo cieplejszy albo zimniejszy i wówczas go zobaczymy. Proste? Oczywiście jest to przykład poglądowy. Jeżeli ktoś miałby wątpliwości zapraszam do komentowania.

Taki, a nie inny sposób obserwacji przez kamerę termowizyjną jest niezwykle pożyteczny w ochronie. Dlaczego? Bo obserwowana sylwetka znacznie wyróżnia się na z przeciętnego tła. Materia nieożywiona, stanowiąca często tło posiada temperaturę znacznie mniejszą niż ludzkie ciało – o ile nie są to ekstremalne warunki. Dlatego człowiek o temperaturze 36,6 jest dobrze widoczny. To tak samo, jak powinniśmy ubierać jasne ubrania z odblaskami abyśmy byli lepiej widoczni na drodze – wtedy lepiej się wyróżnimy od tła w świetle widzialnym. Spójrzmy na poniższy przykład. To samo ujęcie z dwóch kamer. Po lewej termowizja, po prawej kamera wideo o dużej czułości. Bez wysilania wzroku, na lewym zdjęciu wyraźnie widzimy człowieka. W tym przypadku, bardzo dobrze zadziała też analityka wideo, ale o tym napiszę w następnym artykule.

I co nam z tego w ochronie?

Bardzo dużo. Żeby sobie dokładniej wyobrazić potencjał technologi termowizyjnej w ochronie, spójrzmy na przykład poniżej. Po lewej stronie widzimy obraz ze zwykłej kamery wizyjnej, której najprawdopodobniej zabrakłoby dynamiki aby zobaczyć człowieka w środku pomieszczenia, nie mówiąc już, że przez dym z pewnością nie zobaczylibyśmy go. I nie widzimy. Po prawej to samo ujęcie z kamery termowizyjnej. Widać wyraźnie człowieka, bez wątpliwości. Tak więc przestajemy się martwić czy jest ciemno, czy jasno, czy mgła, czy dym – zauważymy intruza.