Как оптика формирует итоговое изображение в дальнем инфракрасном диапазоне (8–14 мкм)
Обычное силикатное стекло непрозрачно для теплового излучения. LWIR-объективы изготавливают из специальных материалов — в первую очередь из монокристаллического германия (Ge). Правильный выбор объектива важнее, чем переплата за сверхчувствительную матрицу.
Определяет масштаб изображения. Увеличение фокусного расстояния сужает угол обзора, но увеличивает объект (как телескоп).
Инженерное правило: Увеличение фокусного расстояния утяжеляет объектив и нелинейно (быстрее, чем пропорционально) повышает его стоимость — растёт объём дорогой германиевой заготовки.
FOV жестко привязано к фокусному расстоянию и физическому размеру матрицы (шаг пикселя × количество пикселей).
При одинаковом разрешении сенсора один и тот же объектив 35 мм на матрице с пикселем 17 мкм даст одно FOV, а на матрице с пикселем 12 мкм (физически меньшей) — более узкое FOV: объект будет казаться ближе (эффект кроп-фактора).
Важно: сравнение корректно только при одинаковом разрешении матрицы (например, 640×480 в обоих случаях) — иначе на размер сенсора влияет и число пикселей.
Отношение фокусного расстояния к диаметру входного зрачка. Критически влияет на NETD и шумы.
f/1.0 — Пропускает максимум энергии. Идеальная резкость и минимум шума.f/1.4 — Пропускает в 2 раза меньше энергии. Появляется "зернистость".В LWIR диафрагма, как правило, зафиксирована в полностью открытом положении — регулируемая диафрагма или холодная диафрагма (cold stop) встречается в основном в охлаждаемых радиометрических системах.
Определяет коэффициент пропускания в диапазоне 8–14 мкм.
Голый германий отражает ~36% теплового излучения на каждой поверхности раздела Ge/воздух (эффект Френеля при показателе преломления n≈4.0). У линзы таких поверхностей минимум две, поэтому без покрытий сильные источники дают паразитные засветки («ленты»), а суммарные потери сигнала через объектив оказываются значительно выше, чем 36%.
DLC (алмазоподобное углеродное покрытие) снижает отражения до <1% на поверхность, обеспечивая высокий контраст и защиту от царапин.
Значения указаны на одну поверхность линзы, а не суммарно на весь объектив.
Стандартные объективы фокусируются от 0.5–2 метров. Ближе — картинка "мылит".
Для специфических задач (инспекция плат, облёт ЛЭП дронами, медицина) применяют макрообъективы с MFD от 5–10 см.
Дисторсия: Дешевые широкоугольные объективы дают «бочкообразную дисторсию» — прямые линии по краям изгибаются.
MTF: Дешевая оптика не может сфокусировать краевые лучи точно на пиксель. В центре картинка резкая, по краям — "мыльная". Профессиональная оптика держит резкость от края до края.
Выбор всегда строится на балансе между дальностью, углом обзора и бюджетом.
Решение: Длиннофокусные объективы (75 мм, 100 мм).
Ограничения: Крупные габариты, большой вес, высокая цена. Диаметр входной линзы германия при f/1.0 равен фокусному расстоянию.
Решение: Короткофокусные объективы (15 мм, 25 мм).
Преимущества: Компактность, малый вес, низкая стоимость. Идеально для БПЛА и автотранспорта.
Решение: «Золотая середина» — 35 мм или 50 мм с диафрагмой f/1.0 / f/1.2.
Результат: Оптимальный компромисс. Уверенное различение фигуры человека на 500–1000 метров.