Valg av termisk kikkert

Hvordan fungerer en termisk kikkert, og hva skiller termiske kikkert fra annen nattoptikk?
Alle objekter med en temperatur over det absolutte nullpunkt (-273,15°C) avgir varmestråling (engelsk: black body radiation) i det elektromagnetiske spekteret. I dette spekteret, med lange radiobølger i den ene enden, til korte energirike og farlige gammebølger i den andre, kan menneskeøyet dessverre bare oppfatte en ytterst liten del av utsnittet mellom ultrafiolett og infrarød stråling.



Det menneskelige øye er altså ikke i stand til å oppfatte varmestråling direkte, selv om vi selvfølgelig kan kjenne effekten av varmen mot huden. Men det hjelper jo lite an en kan «kjenne» at elgen er varm når den står hundre meter unna! Heldigvis har kloke hoder klekket ut et teknologisk hjelpemiddel som er i stand til å konvertere den usynlige strålingen over til en skjerm, og det er slike hjelpemiddel vi skal ta for oss i denne teksten. En termisk (ofte også kalt varmesøkende) kikkert er designet for å «se» varmestråling i den delen av spekteret hvor objekter avgir elektromagnetisk stråling. Slike kikkerter ser med andre ord det vi kan kalle iboende stråling, mens konvensjonelle nattkikkerter (restlysforsterkere) ser reflektert lys fra sol, måne lyskastere og lykter. Og heri ligger det geniale med en termisk kikkert: Der hvor en restlysforsterker er helt prisgitt innfallende lys fra eksterne kilder, er en termisk kikkert i stand til å fungere i stummende mørke, helt fristilt eksterne lyskilder. Og siden termiske kikkerter ikke er basert på lysforsterking, er de ikke sensitive for dagslys. En termisk kikkert fungerer derfor like godt på dagtid som om natten.



Del 2: Pris, kvalitet og ytelse: Hva skiller billig fra dyrt?
Grunnen til den ofte enorme prisforskjellen fra modellserie til modellserie er et tilbakevendende spørsmål fra våre kunder. Kan prisdifferansen mellom en innstegsmodell til 12 000,- og en toppmodell til 40 000,- forsvares økonomisk? Svaret er noe nyansert, og kommer mye an på hva kikkerten skal brukes til, og hvorvidt kikkerten møter formålets og brukerens krav. Er målet å artsbestemme på mange hundre meters hold, kommer man ikke unna de dyreste modellene. Men er formålet å påvise hvor det står dyr, eller hvor det eventuelt befinner seg mennesker under redningsarbeid, vil de fleste brukere oppleve kvaliteten rimeligste enhetene som mer enn tilfredsstillende, skjønt realistisk påvisningsavstand vil kunne variere kraftig fra modell til modell også innenfor samme prisklasse. 

Inntil ganske nylig, ca. fire-fem år siden, var termiske kikkerter med akseptabel ytelse forbeholdt de dypeste lommebøkene. Men i takt med at enkelte av hovedkomponentene har blitt rimeligere å serieprodusere, har prisene de siste fire-fem årene gått kraftig ned. Det du for fem år siden måtte punge ut 40 000,- for, er i dag tilgjengelig for ca. 15 000,-. Faktisk vil enkelte av dagens innstegsmodeller ikke bare tangere, men direkte utkonkurrere, tre-fire år gamle toppmodeller på bildekvalitet og ytelse. Blant egenskaper som tidligere var forbeholdt de dyreste modellene, som nå er å finne på de rimeligste, kan vi nevne høy Hz-frekvens (dikterer bildeflyt), samt muligheten til å bytte mellom ulike fargemodus, der hvor standarden tidligere var sort-hvitt, også på de dyreste modellene. 



2.1: Sensor og skjerm – de to hovedkomponentene
Det er særlig to komponenter som er styrende for kvalitet og pris: Det ene er enhetens varmesøkende sensor (mikrobolometer), som leser varmestrålingen og sender den videre til neste fordyrende komponent; skjermen. Selv om de fleste termiske kikkerter har et utseende som slekter mye på analoge monokular, er en termisk kikkert per definisjon et kamera. Du ser derfor aldri direkte "gjennom" en termisk kikkert. I stedet ser du (via sensoren) en temperaturbasert tolkning av virkeligheten gjengitt på en skjerm. Hvor raskt kikkerten avfotograferer/filmer oppgis alltid i Hz. Jo høyere Hz-verdier enheten har, jo mindre bildeforsinkelse (eng: lag) vil du oppleve. Dagens "markedsstandard" på HZ-nivå er blitt såpass høy (ca. 50 Hz) at du selv på de rimeligste enhetene ikke vil oppleve nevneverdig bildeforsinkelse.

Akkurat som på et moderne systemkamera er det på termiske kikkerter en klar korrelasjon mellom sensorstørrelse og pris. Og jo større sensor, jo større skjerm er nødvendig for å sikre full utnyttelse av sensorbrikkens potensiale, hvilket også er med på å trekke totalprisen opp. Selv om den tekniske utviklingen har presset tidligere toppytelse ned og inn i innstegsmarkedet, og slik skjøvet det relative begrepet "god" termisk optikk ned på et prisnivå som er mer spiselig for oss vanlige dødelige, har utviklingen av sensor- og skjermteknologi selvfølgelig ikke stagnert. En toppmodell vil fortsatt grisebanke en innstegsmodell på ytelse.



2.2: Temperatursensitivitet 
Utover oppløsning på skjerm og sensor har vi en tredje parameter som er sterkt utslagsgivende på bildekvaliteten. Dette er sensorens temperatursensitivitet målt i millikelvin (én tusendels kelvin), som har å gjøre med hvor små temperaturforskjeller enheten er i stand til å detektere og gjengi. En enhet med høy temperaturfølsomhet vil gi finere graderinger mellom kaldt og varmt (se bildeeksempel nedenfor). 

I dag ligger måleområdet på de fleste enheter omkring 30-100 mK, selv om vi registrerer at enkelte produsenter holder kortene tett til brystet ved å unnlate å nevne temperatursensitivet i spesifikasjonene. Graderingene gir seg til kjenne ulikt avhengig av hvilket visnings/fargemodus enheten står i, men jamfør bildet av underskrevnes kaffekopp nedenfor, vil man mot objekter med ujevn fordeling av varme se tydeligere hopp fra gradient til gradient hvis enheten har lav sensitivitet. Dette er ikke nødvendigvis utelukkende negativt hvis hensikten er å skille varmt fra kaldt, men en stor ulempe hvis man har behov for avgjøre med sikkerhet hva det er man ser på. Her er det nærliggende å trekke frem termiske riflesikter som eksempel: Med et billig termisk sikte risikerer du, selv på korte hold, å være ute av stand til å differensiere hund fra rådyr, ku fra elg, og menneske fra lemen - med potensielt tragisk utfall.



Del 2.3: Konkrete bildeeksempler på rimelig vs. dyrt
Nedenfor har vi gjengitt to bilder fra tre modeller, hvorav én i den desidert dyreste delen av prisspekteret, samt to innstegsmodeller til under 20 000,-. Bildene har til hensikt å illustrere to poeng: Det ene er hvor effektiv selv en rimelig enhet er i jobben med å påvise hvor det står dyr, selv om den øvrige bildekvaliteten kanskje ikke er noe å skrive hjem om. Det andre er at det likevel er en reell og veldig tydelig sammenheng mellom pris og kvalitet når vi ser hvor detaljrikt den dyreste enheten tegner. 

Del 3: Forstørrelse: Er høyere ensbetydende med bedre?
Det er naturlig å tolke høyere forstørrelse som ensbetydende med bedre, noe prisnivået på enheter med nettopp høy forstørrelse er med på å underbygge. Selv om det utvilsomt finnes mange bruksområder hvor høy forstørrelse er tilrådelig, skal vi se at til enkelte formål kan være mer hensiktsmessig med så lav forstørrelse som mulig. Før vi går videre er det viktig at vi presiserer to ting vedrørende forstørrelse/styrke på termiske kikkerter: Samtlige har, akkurat som en vanlig håndkikkert, en optisk grunnforstørrelse på eksempelvis 2 ganger. Noen har mer, noen har mindre, men stort sett ligger de fleste på mellom 1-4x forstørrelse, altså noe lavere enn det vi finner på håndkikkerter. 



Har du behov for å komme nærmere gir de fleste modeller mulighet til det ved hjelp av digital zoom. Den digitale zoomfunksjonen baserer seg på at enheten "klipper" ut og blåser opp et mindre utsnitt fra det opprinnelige bildeutsnittet på laveste forstørrelse. Fordelen er at du får opplevelsen av å komme mye nærmere. Ulempen er at oppløsningen i bildet går kraftig ned, ettersom du effektivt har klippet bort mesteparten av pikslene i synsfeltet. Resultatet på høy digital forstørrelse er et meget krovkornet bilde med få detaljer. Ønskes både lav grunnforstørrelse og god bildekvalitet med digital zoom, er man nesten nødt til å vurdere en toppmodell med god sensor- og skjermoppløsning, idet dette gir flere piksler å ta av når bildet klippes. Nedenfor ser du et konkret eksempel på hva som skjer når du zommer inn 4 ganger på en enhet med grunnforstørrelse på 2 ganger (dvs. at bildet lengst til høyre er forstørret opp 8 ganger). Selv om du opplever å komme nærmere og gir øyet et mer uforstyrret, isolert utsnitt å studere, går oppløsningen i antall piksler kraftig ned - faktisk så mye at du på høyeste zoom kan se enkeltpiksler. Det bør her presiseres at jo lenger unna motivet er, jo færre piksler vil motivet legge beslag på. Det gir desto færre piksler å jobbe med når du zoomer. På bildeeksemplet nedenfor har kikkerten et nesten urettferdig godt utgangspunkt ettersom vedkommende sitter fire-fem meter unna og slik opptar store deler av bildeflaten. Men hadde motivet vært storvilt på fem hundre meters hold, vil viltet kanskje oppta 50x50 piksler, hvilket gir enheten svært lite bildeinformasjon å jobbe med. 



Del 5: Bildekalibrering
Fra fabrikk har enhetene et gitt sett med forhåndsdefinerte innstillinger som har mye å si for hvordan den tegner omgivelsene. Som regel har du mulighet til å etterjustere kontrast og lysintensitet på bildet etter behov. Jamfør bildet nedenfor, fotografert gjennom samme modell (Dali S253) på samme fargemodus, ser vi tydelig hvor mye en brukerdefinert kalibrering har å si. Til venstre er lysintensiteten satt til 8 %, mens den er nærmere 90 % på bildet til høyre. Ettersom enheten forholder seg fortløpende til temperaturforskjeller, vil man uansett modell oppleve at bildet forandrer seg radikalt når et nytt og vesentlig varmere eller kaldere objekt kommer inn i synsfeltet. Hvis du for eksempel skanner et landskap hvor temperaturforskjellen mellom trær og skogbunn er det eneste sensoren har å basere et bilde på, vil kontrasten mellom trærne og skogbunnen likevel oppleves markant, dette til tross for at den reelle temperaturforskjellen i antall grader er svært liten. Men kommer det plutselig et element av vesentlig høyere temperatur inn i synsfeltet, eksempelvis et dyr, vil enheten bruke dette som et nytt referansepunkt, slik at kontrasten mellom trær og skogbunn går ned, mens kontrasten mellom dyr og trær/skogbunn går opp. 



Dette dokumentet er under utarbeidelse ...