Termal Kanalı Seçmek — Soğutmasız LWIR mi, Soğutmalı MWIR mi

Bize gelen taleplerin neredeyse tamamı yanlış yerden başlıyor: bir model numarasından. Oysa sistemi asıl belirleyen karar bir üst seviyededir — görevin hangi termal kanala ihtiyacı olduğu. Bunu doğru kurarsanız seçimin geri kalanı — pozisyoner, mast, arayüz — kendiliğinden gelir.

İki bant ve seçimin bedeli

Termal görüntüleyici yansıyan ışığı değil yayılan radyasyonu algılar. Kullanılabilir iki atmosferik pencere vardır: 8–14 µm civarındaki uzun dalga bandı ve 3–5 µm civarındaki orta dalga bandı. İkisi de tam karanlıkta çalışır. İkisi aynı davranmaz.

Soğutmasız LWIR, ortam sıcaklığında çalışan bir mikrobolometre dizisi kullanır. Soğutulacak bir şey yoktur; ünite daha az güç çeker, saniyeler içinde görüntü verir, yıpranacak bir kriyosoğutucusu yoktur ve belirgin biçimde daha ucuzdur. Seride bu sınıf SEG10, SEG12 ve SEG14’tür: 12 veya 17 µm piksel adımında 640 × 512 dedektör ve 30–50 mK NETD.

Soğutmalı MWIR, entegre bir soğutucuyla kriyojenik sıcaklıkta tutulan bir foton dedektörü kullanır. Ünitenin daha pahalı olmasının, daha fazla güç çekmesinin ve kullanımdan önce soğuma süresi istemesinin sebebi o soğutucudur. Karşılığında aldığınız şey duyarlılıktır: SEB20, 12 µm adımda 1280 × 1024 çözünürlüğe ve ≤ 20 mK NETD’ye ulaşır; soğutmasız ünitelerde bu değer ≤ 50 mK’dır. Daha düşük NETD, daha küçük sıcaklık farklarının görünür olması demektir; kullanılabilir menzili uzatan da budur.

Termal görüntülemenin yapmadığı üç şey

Bantları karşılaştırmadan önce üç varsayımı ortadan kaldırmakta fayda var; çünkü bunlar hiçbir spesifikasyon hatasının yapamayacağı kadar çok projeye mal oluyor.

Termal, sisin içini görmez. Duman, toz ve hafif pusun içini görür; çünkü bu parçacıklar kızılötesi dalga boyundan çok daha küçüktür ve onu ancak zayıf biçimde saçar. Sis ve bulut ise çapı tam da o dalga boyu mertebesinde olan su damlacıklarından oluşur ve kızılötesini görünür ışığı saçtığı kadar etkili biçimde saçar. Yoğun siste bir termal görüntüleyici, gözden esasen daha iyi durumda değildir. Akılda tutulacak kural şudur: termal, perdeleyen madde ince taneli olduğunda görünür bandı yener; ıslak olduğunda değil.

Termal görüntü bir sıcaklık haritası değildir. Yayılan radyasyonun haritasıdır; yayılan radyasyon ise yüzey sıcaklığı ile yayma oranının (emisivite) çarpımına, yüzeyin çevresinden yansıttığı her şeyin eklenmesiyle oluşur. Boyalı bir motor kapağı parlar. Aynı sıcaklıktaki parlatılmış bir metal panel ise soğuk okunur; çünkü emisivitesi düşüktür ve size gösterdiği şey gökyüzünün yansımasıdır. Islak asfaltın üstündeki havadan daha soğuk görünmesinin ve bir hedefin en parlak yüzeyinin çoğu zaman kaybolan yüzey olmasının sebebi budur.

Kontrast gün boyunca sabit değildir. Gün doğumu civarında ve gün batımından sonra bir kez daha, hedef ile arka planı ısınırken ya da soğurken aynı görünür sıcaklıktan geçer. O aralıkta termal kontrast sıfıra doğru çöker ve bütün gece çalışmış bir sistem kayda değer bir şey görmez. Bu olguya termal geçiş (thermal crossover) denir. Mühendislikle ortadan kaldırılamaz, yalnızca planlanabilir. Termal kanal gündüz kanalının yerine geçmez, onunla eşleştirilir; bunun dürüst sebeplerinden biri de budur.

Hangisi nerede kazanır

Dürüst özet şudur: LWIR sahip olma maliyetinde, MWIR menzil ve ayırt etmede kazanır. İstisnaları bilmekte fayda var.

• Nemli, puslu, dumanlı hava. LWIR genellikle daha iyi nüfuz eder. Su buharı soğurması orta dalga bandında belirgindir; kıyı veya tropik bir saha uzun dalgayı öne çıkarır.
• Küçük veya serin hedefe uzun menzil. MWIR kazanır. Yüksek dedektör çözünürlüğü ile düşük NETD’nin birleşimi, tarlanın kenarındaki bir insanı tarlanın kendisinden ayıran şeydir.
• Suya, cama veya ıslak metale alçak güneş açısı. Daha sakin görüntüyü LWIR verir. Orta dalga bandı hâlâ yansıyan güneş ışığını taşır; dolayısıyla soğutmalı bir görüntüleyici, uzun dalga bandındaki bir görüntüleyicinin hiç görmediği güneş parlamalarını yakalayabilir. MWIR üstünlüğü gerçektir ama güne eşit dağılmış değildir.
• Sürekli ve gözetimsiz çalışma. LWIR kazanır. Kriyosoğutucunun binlerce saatle ölçülen sonlu bir servis ömrü vardır ve hiç indirilmeyen bir mastta eninde sonunda ilgi isteyecek parça odur.
• Soğuktan hızlı tepki. LWIR kazanır. Soğutmasız ünite neredeyse anında kullanılabilir görüntü üretir; soğutmalı ünitenin soğuma süresi gerekir.
• Sıcak iklimler. Cezanın hangi yöne işlediğine dikkat edin. Soğutucu, dedektörü ortam sıcaklığına karşı aşağı çekmek zorundadır; yani en uzun soğuma süresi ve en ağır görev çevrimi en soğuk günde değil, en sıcak günde ortaya çıkar. Soğuma süresi bir yaz spesifikasyonudur.
• Güç kısıtlı platformlar. LWIR kazanır, çoğu zaman tartışmasız biçimde. İnsansız bir araçta veya bataryayla desteklenen uzak bir sahada belirleyici olan fiyat değil, soğutucunun tüketimidir.

Dedektörü değil zinciri okuyun

Dedektör, denklemdeki terimlerden yalnızca biridir. Diğerleri de en az onun kadar önemlidir.

Piksel adımı. 12 µm adım, aynı optiğin arkasına 17 µm’den daha fazla piksel yerleştirir. Sahnenin örneklenmesini iyileştirir; ama aynı zamanda her pikselin daha az enerji toplaması demektir ve dedektör tasarımının bunu telafi etmesi gerekir. NETD ile piksel adımını birlikte karşılaştırın; hiçbiri tek başına görüntünün nasıl olduğunu söylemez.

Optik ve görüş alanı. Menzil, dedektör kadar odak uzaklığının da fonksiyonudur. Dar görüş alanı uzaktaki hedefin üzerine daha çok piksel düşürür, ama onu bulmayı da zorlaştırır. Seride dar termal görüş alanının 1920 × 1080 ve 30× optik zoomlu geniş açılı bir EO kanalıyla eşleştirilmesinin sebebi budur: birinde ararsınız, diğerinde tanımlarsınız.

Hangi menzil veriliyor. Bir menzil değeri, hangi göreve ait olduğu bilinmeden hiçbir şey ifade etmez. Orada bir şey olduğuna karar vermek, onun hangi sınıftan olduğuna karar vermek ve hangi şey olduğuna karar vermek, aynı hedefe karşı üç ayrı mesafedir. Bu üç mesafe, aynı sırayla ve büyük farklarla kısalır. İki datasheet aynı sayıyı yazıp bir kuşak farkı olan performansı tarif edebilir. Üçünden hangisinin, hangi hedefe karşı ve hangi atmosferde verildiğini mutlaka sorun.

NETD’ye karşı MRTD. NETD, laboratuvar koşullarında ölçülen bir dedektör değeridir. MRTD ise optiği ve ekranı da içeren bir sistem değeridir ve operatörün gerçekte neyi ayırt edebildiğiyle daha iyi örtüşür. İkisinin de yayımlandığı yerde MRTD daha dürüst sayıdır.

Çalışan bir yöntem

1. Hedefi, menzili ve üç görevden hangisini kastettiğinizi yazın. “2 km’de insan teşhisi” ile “8 km’de araç tespiti” farklı sistemlerdir. Ürünlere bakmadan önce bunu yazın.
2. Ortamı yazın. Nem ve tipik pus LWIR’e iter. Berrak, kuru ve uzun görüş hatları MWIR’e iter. Sis ise hiçbir bandın onu çözmediğini kabul edip ikinci bir kapsama yöntemi planlamaya iter.
3. Görev çevrimini yazın. Sürekli ve gözetimsiz nöbet kriyosoğutucuyu cezalandırır.
4. Mevcut gücü ve bu gücün hangi azami ortam sıcaklığında mevcut olması gerektiğini yazın. Bu kısıt, seçimleri performanstan daha çok belirler.
5. Ancak bundan sonra modelleri karşılaştırın; NETD, dedektör çözünürlüğü, piksel adımı ve görüş alanına birlikte bakarak.

Size soracaklarımız

Bir talep bize hedef, menzil, ortam ve güç bütçesi yazılmış hâlde ulaştığında doğru kanal genellikle tek yanıtta söylenebilir. Model numarası olarak ulaştığında ise ilk işimiz zaten bu soruları sormak oluyor. Cevapları talebe eklemek bir gidiş dönüş kazandırır.