Lämpötähtäimet ja -tähystimet Next item Tukkien vertailutaulukko

Lämpötähtäimet ja -tähystimet

Viime vuosina lämpötähtäinten ja -tähystimien hinnat ovat laskeneet sekä Suomessa lainsäädäntö mahdollistaa keinovalon käytön metsässä. Haitallisten vieraslajien metsästystä helpotettiin lakimuutoksella vuonna 2019 ja supikoiraa saa nyt metsästää tähdäten valonvahvistimien tai muiden pimeänäkölaitteiden läpi.

Markkinoilla on paljon eri hintaisi laitteita ja näiden vertailu ei ole aivan yksinkertaista. Tähän artikkeliin on kerätty lämpötähtäimistä tietoa eri valmistajien verkkosivuilta sekä julkisista lähteistä. Artikkelin tarkoituksen on auttaa tuotteiden vertailussa, jos lämpötähtäin tai -tähystin on hankinnassa.

Miten lämpötähystimet toimivat

Lämpötähystimet tunnistavat lämpötilan keräämällä infrapunasäteilyä, kun tavallinen kamera puolestaan muodostaa kuvan näkyvän valon perusteella. Infrapunasäteily on näkymätön paljaalle silmälle, mutta se voidaan tuntea lämpönä.

Kaikki esineet lähettävät jonkinlaista infrapunasäteilyä, ja se on yksi tapa siirtää lämpöä. Jos pidät kättäsi kuumien hiilien päällä grillissä, ne tuottavat paljon infrapunasäteilyä ja lämpö siirtyy käteen. Mitä kuumempi esine on, sitä enemmän se tuottaa infrapunasäteilyä.

Lämpökamera sisältää lämpöanturin (kennon), joka tunnistaa lämpötilan muutoksia. Lämpöanturin sisällä on joukko pieniä infrapunasäteilyä mittaavia mittalaitteita, joita kutsutaan mikrobolometreiksi joita jokaisella pikselillä on yksi. Mikrobolometri tallentaa lämpötilan ja määrittää sitten kyseiselle pikselille sopivan värin lämpötilan mukaan. Pikselit muodostavat näin kokonaisen kuvan kohteesta. Tämän jälkeen kuva käsitellään lämpötähystimen ohjelmistolla ja algoritmeilla, jonka jälkeen näistä muodostetaan kuva laitteen näytölle, joka näkyy paljaalle silmälle.

Lämpökameran resoluutio onkin yksi mittari sille miten tarkka kuvasta saadaan muodostettua. Näistä enemmän seuraavassa kappaleessa.

Terminologia ja teknisistä ominaisuuksista

Resoluutio (Resolution)

Lämpöanturin (mikrobolometrin) resoluutio on tärkeä ominaisuus anturin laadun arvioinnissa. Resoluutio on anturin muodostavien herkkien elementtien (pikselien) määrä. Anturit, joilla on suuri määrä pikseleitä voivat tuottaa yksityiskohtaisemman kuvan kohteesta.
Vakio lämpöantureiden koot ovat 160х120, 320х240, 384х288 ja 640х480 pikseliä. Markkinoilla lämpötähtäinten ja -tähystimissä yleisimpiä ovat 320×240, 384×288 sekä 640×480, joista viimeisintä voidaan pitää parhaana kuvan laadun kannalta.

Piksin koko/tiheys (Pixel Size/Pitch, µm)

Pikselitiheys on etäisyys mikrobolometrin kahden pikselin keskipisteiden välillä. Lämpöantureissa se mitataan mikronina (µm). Mitä pienempi etäisyys on, sitä enemmän yksityiskohta kuvassa on.
Markkinoilla yleisimpiä pikselin kokoja tällä hetkellä ovat 17 µm sekä 12 µm.

Täyttökerroin (Fill factor/density)

Täyttökerroin on kaikkien pikselien herkän pinnan suhde pikselien kokonaispinta -alaan. Anturit, joilla on suurempi täyttökerroin, voivat absorboida suuremman määrän energiaa. Suurempi pikselitiheys tuottaa yksityiskohtaisemman kuvan.

Lämpöherkkyys (NETD, mk)

Lämpöherkkyys (Noise Equivalent Temperature Difference) mitataan mikrokelvineinä ja tarkoittaa laitteen herkkyyttä tai pienintä havaittavaa lämpötilaeroa ottaen huomioon lämpökameran lämpösensorin aiheuttaman kohinan. Mitä pienempi lämpöherkkyys on, sitä tarkemmin lämpökamera pystyy näyttää tietyn lämpöisen kohteen taustasta, jonka lämpötila on hyvin lähellä kohdetta.

Kuvataajuus (Frame Rate, Hz)

Kuvataajuus tai ruutunopeus tai kehysnopeus tarkoittaa näyttötekniikassa näytölle sekunnissa piirrettyjen kuvien määrää. Yleissääntönä voidaan pitää, että mitä korkeampi kuvataajuus, sitä juohevammalta liike näyttää. Jos virkistystaajuus on suurempi kuin 30 Hz, aivot havaitsevat kuvien muutoksen liikkeenä. Kaikki alle 30 Hz virkistystaajuudella kuva näyttää luonnottomalta ja kuvien välit ovat selvästi näkyvissä.

Linssin koko (Objective Lens, mm)

Perinteisesti hämäräkäyttöön suunnitteluissa kiikareissa on 56-72mm:n objektiiveja jotka keräävät enemmän valoa ja antavat suuremman näkökentän. Lämpötähystimet eivät kerää valoa vaan ne toimivat lämpöanturilla, joten linssin koolla ei ole ratkaisevaa vaikutusta. Vaikka suurempi objektiivi voi parantaa kuvanlaatua, suurempi objektiivi ei ole yhtä tärkeä lämpötähystimessä kuin se olisi perinteisellä kiikaritähtäimellä.

Lämpötähystimessä linssin laatu on tärkein tekijä. Lämpötähystimen linssi on valmistettu germanium -nimistä materiaalista. Germaniumilla on korkea taitekerroin, alhainen optinen hajonta ja hyvä lämmönsiirto, joten se on tärkeä osa kuituoptiikkaa ja optisia instrumentteja, kuten lämpöoptiikkaa. Lämpöalueilla germanium linssin laatu ja linssin pinnoite ovat tärkeimpiä parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Suuri germanium linssi kerää enemmän infrapunasäteilyä kohteesta ja antaa enemmän luonnollista suurennusta, mutta samalla suuri linssi kaventaa katselukenttää.

Näkökenttä (Field of View)

Näkökenttä määrittelee alueen, jota voidaan tarkastella optisen laitteen läpi määrätyllä etäisyydellä. Näkökenttä annetaan yleensä asteina tai metreinä tietyllä etäisyydellä (yleensä 100 M) havaittuun kohteeseen. Mitä suurempi kennon koko tai pienempi polttoväli objektiivissa, sitä laajempi kulma on.

Lämpöanturin koon suurentaminen lisää näkökenttää, jos laitteen polttoväli pysyy samana. Esimerkiksi 160×120 kennolla 19 mm:n polttovälillä FOV on noin 12 astetta. Samalla objektiivilla 324×256 kennolla FOV on noin 24 asteeseen ja 640×512 kennolla FOV nousee 32 asteeseen.

Suurennuskerroin (Magnification)

Suurennusarvo osoittaa, kuinka monta kertaa havaittu kuva (optisen laitteen avulla) on suurempi verrattuna paljaalla silmällä havaittuun kohteeseen. Lämpötähystimessä natiivi suurennuskerroin tyypilliset on 1x – 5x.

Lämpötähystimissä linssin koko on suhteessa natiiviin suurennukseen. Pelkän suurennuksen lisääminen ilman linssin koon kasvattamista johtaa linssin valovoiman huomattavaan vähenemiseen, mikä johtaa huomattavaan kontrastin heikkenemiseen suhteessa taustaan.

Valovoimakkuuden laskua suurennuksen lisäämisen avulla voidaan kompensoida lisäämällä valoaukkoa, mutta tämä puolestaan ​​johtaa laitteen mittojen, painon ja optiikan suunnittelun monimutkaisuuden yleiseen kasvuun. Kaikki nämä tekijät vähentävät laitteiden käyttömukavuutta ja nostavat lämpötähystimen hintaa merkittävästi.

Digitaalinen suurennoskerroin (Digital magnification)

Lämpötähystimissä resoluutio määrittää kuvan tarkkuuden. Digitaalinen suurennoskerroin skaalaa kuvan 2x, 4x, jne. Jos lämpökameran kennon resoluutio on 640х480 digitaalisen zoomauksen 4x näkemäsi kuvan tarkkuus on vain 160×120 pikseliä.

Tunnistusetäisyys (Detection Range)

Lämpötähystimien suoritustuskyky voidaan ilmoittaa John Johnson kehittämällä ns. DRI matkoina. Lyhenne tulee sanoista Detection, Recognise, Identify eli vapaasta käännettynä havainto, tunnistus ja tunnistaminen. DRI ilmoitetaan yleensä 1.8×0.5m ja 2.3×2.3m kohteille ja määritellään seuraavasti:

Havainto: Kyky erottaa esine taustasta
Tunnistus: Kyky luokitella objektiluokka (eläin, ihminen, ajoneuvo, vene …)
Tunnistaminen: kyky kuvata esine yksityiskohtaisesti (mies hatulla, peura, jeeppi…)

DRI arvot voidaan laskea teknisten ominaisuuksien perusteella tai ne voidaan todentaa maastossa jolloin vallitsevat sää jne. vaikuttaa mittaustuloksiin.

Uudelleenkalibrointi – “NUC” (Non-Uniformity Correction)

Kaikki lämpötähystimet ”polttavat” jatkuvasti kuvan lämpösensoriin. Esimerkkinä, jos metsästät ja jätät lämpötähtäimen osoittamaan samaan suuntaan muutaman minuutin ajaksi, se saattaa luoda ”haamukuvan” näyttöön niiden kohteiden päälle joihin tähtäin on osoittanut.

Kuva poltetaan jatkuvasti tilapäisesti kennon, ja jos laitetta ei kalibroida tai NUC-arvoa muuteta, kuva alkaa näyttää tummemmalta ja rakeisemmalta, kunnes siitä tulee käyttökelvoton pidemmän ajan kuluttua.

Ongelma ratkaistaan ​​uudelleenkalibroinnilla, jota kutsutaan lyhenteellä ”NUC”. Useimmat lämpötähystimet suorittavat toiminnon automaattisesti tai käyttäjän pakottamana, mutta jotkut vaativat manuaalisen uudelleenkalibroinnin. Riippuen laitteesta NUC toiminto voidaan suorittaa ohjelmiston avulla, jolloin tähystimen kuva voi pysähtyä hetkeksi toiminnon ajaksi. Laitteet varoittavat useasti ennen NUK toiminnon aloitusta ja käyttäjä voi peruuttaa NUC:n esimerkiksi metsästystilanteen vuoksi. Osa laitteista puolestaan suorittaa NUC toiminnon mekaanisella sulkijamekanismilla josta syntyy pieni naksahtava ääni.

Millainen lämpötähystin minulle

Käyttötarve määrittää luonnollisesti hankittavan laitteen ja markkinoilla olevat lämpötähystimet voi jakaa karkeasti kolmeen kategoriaa: lämpötähystimet/monokulaarit, lämpökiikaritähtäimet sekä clip-on tähtäinlaitteen eteen kiinnitettävät tähystimet.

Lämpötähystimet/monokulaarit ovat yleensä yhdellä kädellä käytettäviä laitteita, tai ne voidaan kiinnittää päähän. Laitteet ovat suunniteltu käytettäväksi esimerkiksi riistan etsintään tai tähystykseen. Laitteiden havaintoetäisyydet vaihtelevat muutamasta sadasta metristä aina useaan kilometriin.

Lämpökiikaritähtäimet ovat aseeseen kiinnitettäviä tähtäinlaitteita, jotka ovat varustettu ristikolla. Kiinnitys tapahtuu yleensä picatinnykiskoon, mutta myös tavallisiin kiikarin renkaisiin kiinnitettäviä laitteita on markkinoilla. Lämpökiikaritähtäimissä tähtäimen suurennus riippuu natiivi suurennuskertoimesta ja digitaalisesta suurennukset. Natiivi resoluutio riippuu laitteen linssistä ja optisista ominaisuuksista.

Esimerkiksi laitteen natiivi suurennuskerroin on 3x ja resoluutio 640×480. Näin ollen digitaaliset käytettävät suurennuskertoimet ovat 3x, 6x ja 12x, joista viimeisellä kuvan resoluution on 160×120 pikseliä.

Clip-On tähtäinlaitteen ovat aseen päivätähtäimen eteen kiinnitettäviä lämpötähystimiä. Laitteet kiinnitetään usein adapterilla suoraan kiikariin, ja joissain malleissa on mahdollista kiinnittää laite myös picatinnykiskoon tähtäimen eteen etutukkiin.

Clip-On laitteet ovat pääsääntöisesti 1x suurentavia koska laite kiinnitetään päivätähtäimen eteen ja lämpösensorin kuvaa katsotaan kiikaritähtäimen suurennuksen läpi. Tämä mahdollistaaa saman kiikaritähtäimen käyttämisen aseessa yöllä ja päivällä.

Huomioitavaa onkin että Clip-On laitteet toimivat parhaiten alhaisilla suurennuksilla kuten 1-9x. Koska laitteen näyttöä katsotaan suurentavan optiikan läpi, jossain vaiheessa kuva alkaa ”pikselöityä” ja muuttua epäselväksi. Valmistajat käyttävätkin erilaisia linssiratkaisuja optimoidakseen käytettävän suurennusalueen Clip-On laitteissa. Lisäksi lämpötähystimen kuvan resoluution merkitys korostuu kun sitä katsotaan kiikaritähtäimen suurennuksen läpi.