Comment fonctionne une image infrarouge nette ?
Les caméras thermiques contribuent à rendre les processus de production plus rapides et plus sûrs, et à améliorer la qualité des produits finis. Mais comment l’appareil photo capture-t-il l’image et de combien de pixels a-t-il besoin pour ce processus ?
Une lentille est utilisée pour focaliser le rayonnement infrarouge d’un objet sur un capteur, ce qui génère un signal électrique proportionnel au rayonnement. Le signal est amplifié et, par le biais du traitement numérique du signal suivant, converti en une taille de sortie correspondant à la température de l’objet. La valeur mesurée peut être affichée sur un écran ou représentée sous la forme d’un signal analogique. Le composant principal d’une caméra thermique, le capteur d’image, est un réseau de plans focaux (FPA) de 150 nanomètres d’épaisseur qui peut comporter entre 20 000 et un million de pixels. Les pixels eux-mêmes sont constitués de microbolomètres dont la taille varie de 17 × 17 à 35 × 35 µm² et dont la valeur de résistance change lorsqu’ils absorbent le rayonnement thermique. La variation de la résistance entraîne une variation de la tension du signal qui diminue à travers la résistance du bolomètre et est ensuite analysée.
En principe, plus de pixels signifie plus de détails. Les lois de la physique s’appliquant également aux caméras thermiques, les capteurs à grand nombre de mégapixels sont soumis à des effets négatifs. Comme pour les appareils photo numériques, de plus en plus de pixels sont désormais logés sur la même petite surface. De ce fait, chaque pixel a de moins en moins d’espace pour capter le rayonnement thermique. Cela signifie que les signaux faibles doivent être amplifiés. Cependant, cela augmente le bruit contenu dans le signal, ce qui donne lieu à des pixels perturbateurs et à des imprécisions dans la mesure de la température. Ce phénomène est contrecarré par la réduction du bruit par logiciel qui retouche l’image capturée. Il en résulte que les structures fines de l’image sont également lissées, de même que le bruit. Certaines caméras infrarouges à haute résolution tentent d’améliorer la richesse des détails, soit par interpolation, soit en superposant différentes images produites par des mouvements mécaniques de la puce dans la plage des sous-pixels.
Le pixel surmené
Outre le bruit, un deuxième problème se pose : comme dans un verre d’eau, des pixels de plus en plus petits ne peuvent absorber qu’une certaine quantité de rayonnement thermique avant de “déborder”. Si une région de l’image est cartographiée exactement pendant ce “blooming”, d’autres régions auront des détails qui ne pourront pas être identifiés.
Mais la qualité de l’objectif de l’appareil photo, souvent négligée, joue un rôle décisif. À quoi sert un capteur avec un nombre maximal de pixels si l’objectif ne peut pas transmettre l’énergie infrarouge émise par l’objet à mesurer au capteur d’image de la manière la plus transparente possible ? Si le pixel individuel qui peut être entièrement résolu par l’objectif est plus grand que le pixel individuel du FPA, plus d’un pixel à la fois sera exposé. Il en résulte un flou évident. Ce n’est qu’en tenant compte de l’interaction entre l’objectif et les capteurs que l’on peut trouver la résolution réelle.
Chaque pixel a besoin de temps et de capacité de stockage
Plus la résolution d’une caméra thermique est élevée, plus d’autres effets secondaires désagréables apparaissent en plus des impacts qualitatifs. Le flot de données produites lors de l’enregistrement avec l’appareil photo doit être traité avant d’être sauvegardé. Dans ce cas, les interfaces dont les taux de transfert de données en direct sont limités représentent le premier obstacle. Le transfert de données prend alors un certain temps et entraîne un ralentissement du taux d’échantillonnage de la fonction vidéo. Il faut également tenir compte de l’espace important qu’occupent les images thermiques sur l’ordinateur et les supports de stockage connectés.
L’utilisation correcte est un sujet tout aussi important. Les caméras thermiques, tout comme les caméras numériques normales, sont équipées d’un champ de vision (FOV) qui peut couvrir des angles de 6° pour un téléobjectif, 26° pour un objectif standard et jusqu’à 90° pour un objectif grand angle. Plus on s’éloigne de l’objet, plus la région de l’image capturée est grande et plus les détails de l’image qu’un pixel individuel peut capturer sont importants.
La résolution optique du dispositif de mesure doit être choisie en fonction de la taille de l’objet à mesurer et de la distance qui le sépare du capteur. Dans le graphique de gauche, le point de mesure étant trop grand, le rayonnement thermique de la carte de circuit imprimé, nettement plus froide, a été pris en compte, ce qui fausse considérablement la mesure de la température. C’est pourquoi le point de mesure de la caméra ne doit pas être plus grand que la taille de l’objet à mesurer.
C’est pourquoi les résolutions élevées sont essentielles pour les objets de mesure très petits ou pour les grandes distances entre la caméra thermique et l’objet de mesure. Lors d’un essai mené par Optris, deux résolutions différentes ont été utilisées pour mesurer la température d’un fil à une distance identique et dans des conditions environnementales identiques. Alors qu’un point chaud de 70,4°C a été détecté avec précision à une résolution de 640 x 480 pixels, la mesure à une résolution de 80 x 80 pixels n’a donné qu’une valeur moitié moindre.
Further Case Studies
Contact pour conseils et ventes dans le monde entier
Nous vous offrons des conseils complets pour vos applications individuelles
Nos ingénieurs d’application expérimentés garantissent un service clientèle compétent et fiable sur le terrain. En outre, Optris travaille en étroite collaboration avec de nombreux partenaires de distribution dans le monde entier.
International
Ferdinand-Buisson-Str. 14
13127 Berlin, Germany
Phone: +49 30 500 197-0
E-Mail: sales@optris.com
Internet: www.optris.com
Directeur général :
Dr.-Ing. Ulrich Kienitz
