#

Termal Kamera, insan gözü tarafından tespit edilemeyen ışınım bandında yer alan ısı enerjisini dijital olarak görüntüye çeviren sistemlerdir.

Termal kameralar diğer sistemler gibi aydınlatmaya ihtiyaç duymazlar, bu nedenle termal kameraların çalışma prensipleri diğer güvenlik kameralarından farklıdır.

Termal kameraların çalışma prensiplerini daha iyi analayabilmek için diğer kameraların nasıl çalıştığına bir göz atalım;

Güvenlik kameraları ve diğer normal kameralar cisimlere çarpan ışınların yansımasından faydalanırlar. Aydınlatma ne kadar yüksek ise o kadar iyi görüntü verirler.

Normal kameralar ile aynı yapıda çalışırlar. Ancak daha düşük ışık kaynaklarında da görüntü verebilirler.

Kendi yakın kızıl ötesi enerjilerini yayarak cisimleri aydınlatırlar. Aktif kızıl ötesi kameralarda düşük enerji ile cisimlerden yansıyarak görüntü oluşur.

Cisimlerin yaymış oldu ısı enerjisi ile görüntü oluştururlar. Hiçbir ışık kaynağına ihtiyaç duymazlar. Zifiri karanlık, duman gibi durumlarda dahil görüntü sağlarlar.

Diğer tüm elektronik cihazlar gibi termal kameraların kalitesini ve verimliliğini belirleyen etmenler vardır.

Termal kameraların kalitesini ve verimliliğini belirleyen etmenler şu şekildedir;

  • • Dedektör Tipi
  • • Dedektör Çözünürlüğü
  • • Piksel Aralığı (Pixel Pitch)
  • • Çalışma Bandı (LWIR, MWIR, SWIR)
  • • Soğutulmuş / Soğutulmamış Olması

Termal Dedektörler : Soğutulmamış metal yada yarı iletkenler ile yapılan dedektörlerdir. Microbolometerler buna amaçla kullanılır. Isının materyalde yapmış olduğu değişikliklere göre tepki verirler.

Kuantum Dedektörler : Özel materyellarden yapılmış olup, materyalin elektronlarını bir üst seviyeye taşımak için absorve edilen foton değişimlerini ölçer.

Dedektör çözünürlüğü bir kameranın ısı sensörlerinin sayısı gibi algınabilir. Bunlar belirli bir dizilimde yer alırlar. Ne kadar çok olurlarsa o kadar daha detaylı ve belirgin görüntü oluşması sağlanır.

Soğutulmamış sistemler günümüzde 640×480 boyutuna gelebilmiştir. Soğutulmuş sistemlerde ise bu 1080×640 boyutundadır.

Dedektör çözünürlüğünün yüksek olmasının faydaları şu şekildedir;

  • • Daha ayrıntılı ve yüksek çözünürlüklü görüntü elde edilmesini
  • • Görüş açısının artmasını (%40 civarı)
  • • Daha uzak mesafeden tespit imkanını sağlar. (%50 civarı)

Piksel aralığı; pikseller yani dedektörler arasında ki aralığı belirtmek için kullanılır.

Piksel aralığının az olması bizlere ciddi faydalar sağlamaktadır;

  • • Yüksek kontrastlı görüntü
  • • Daha detaylı imajlar
  • • Daha uzun menzil

Çalışma bandı olarak;

  • • SWIR görünür banda daha yakın olup 700 – 3000 nanometre aralığında çalışır.
  • • MWIR 3 – 8 mikrometre aralığında çalışır.
  • • LWIR 8 – 15 mikrometre aralığında çalışır.

Aşağıda çalışma bandlarına göre örnek görüntüler verilmiştir. Dikkat edilirse SWIR bandının görünür banda en yakın olması nedeniyle benzer bir görüntü oluşturduğu görülmektedir.

Çalışma bandları atmosferin geçirgenliğine göre ortaya çıkmaktadır. Menzil arttıkça LWIR’da geçirgenlik daha hızlı kaybolmaktadır. Bu nedenle daha kısıtlı bir menzile sahiptir.

Sensörleri soğutmaya ihtiyaç olmayan kameralara denir. Dedektörlerine genellikle mikrobolometre denilmektedir. İyi bir termal izolasyonu olan düşük ısı kapasiteli, geniş bir yüzeye sahip silikon üzerinde yüksek bir sıcaklık katsayısı olan ufak bir vanadyum oksit direnç genellikle kullanılan tasarımdır.

Görüntülenen ortamın sıcaklığındaki farklar bolometre sıcaklığını değiştirir ve bu da elektrik sinyallerine dönüştürülüp bir imaja dönüştürülmek üzere işlenir. Soğutulmamış kameralar 7 ila 14 mikron arasındaki uzun dalga kızıl ötesi dalga boylarında çalışır. Arazide çoğu hedef termal enerjilerinin çoğunu bu dalga boylarında yayarlar.

Sensöre entegre edilmiş bir sistem ile sensörün sıcaklığını yaklaşık -200ºC’ye kadar soğutulur. Bu sayede termal gürültü görüntülenen nesnelerin gönderdiği sinyalin seviyesinin altına indirilebilir.

Nesnelerin sıcaklıklarındaki en ufak bir farkı bile tesbit edebilirler. Soğutulmuş kameralar orta veya uzun dalga kızıl ötesinde çalışmak üzere tasarlanabilirler.

Orta dalga kızıl ötesinde termal kontrast daha fazladır. Orta dalga kızıl ötesini ise sadece soğutulmuş termal kameralarla görmek mümkündür.

Yüksek Hız

Soğutulmuş kameralar; daha yüksek hızlı resim yakalama imkanına sahiptir. Bu sayede daha fazla ayrıntıya ulaşılabilir.

Çözünürlük

Soğutulmuş kameralar; daha yüksek çözünürlüğe sahiptirler.Daha düşük ısı farklarını yakalayabilirler. Bu sayede daha detaylı görüntü oluşturulabilir ve de büyütebilme imkanına sahip olunabilir.

Hassasiyet

Soğutulmuş kameralar; daha yüksek hassasiyete sahiptirler. Daha düşük ısı farklarını yakalayabilirler. Bu sayede oluşturulan görüntüler, daha detaylı ve daha uzun sürelidir.

Soğutulmuş kameralar için ısı hassasiyeti 20mK iken soğutulmamışlar için ise 50 mK’dir.

Karşılaştırma