OGI検出器のピクセルサイズについて
大きなピクセルが優れている理由
解像度はこれまで赤外線カメラの選択において重要な仕様でしたが、一部の石油・ガス画像アプリケーションではその選択は適用されません。
Craig O'Neill、FLIR Systems, Inc.
カメラを選ぶとき、多くの場合、仕様の中で最も重要なのは解像度です。しかし、一部のガス検知用赤外線カメラを必要とする場面においては、最も効率のいいパフォーマンスを実現するために低解像度のカメラを選択することが有益な事もあります。
この記事では、カメラの解像度が高い事がすべてのガス検知用赤外線（OGI）カメラにおいて必ずしも重要でない理由、高解像度が望ましい状況に注目し、お客様の業務内で遭遇する可能性のある、あらゆる解像度のニーズを満たすFLIR OGIソリューションをご紹介します。
仕様内容はすべての状況に適用するとは限らない
石油・ガス事業者が使用する装置の多くは、仕様のみに焦点を当てて購入され、解像度は最重要事項ではないにしても、最も重要な仕様の1つと見なされています。このような購入方法は、効率的で費用対効果が高い反面、OGIカメラのユーザーが（故意にせよ不注意にせよ）、特定のアプリケーションにおける機器の性能に重要ではない仕様に注目してしまうという危険性があります。
素晴らしい仕様とは、紙面で魅力的に見える仕様のことです。機能性はまったく異なるものです。これは状況の背景、特にアプリケーション領域と予算に依存します。
解像度が、議論の要です。あるベンダーが「当社のカメラは解像度がXで、競合他社のカメラは解像度が低い」と言うかもしれません。解像度は高いほど良いので、その会社へ入札することはより魅力的です。議論は理にかなっています。理解しやすく、ほぼ普遍的に受け入れられます。また、赤外線(IR)カメラ(非OGI)を選択する際に考慮しなければならない重要な仕様は、これまでにおいて解像度です。しかし、より高い解像度は必ずしも正しい選択ではありません。
より優れた解像度が望みだとおっしゃるでしょう。
OGIカメラは赤外線波長で作動します。したがって、ほとんどの赤外線アプリケーションでは、より正確な測定と画質の向上(解像度の向上による)を得るためには、より小さなスポットサイズ(測定可能視野領域)を求め、さらにピクセル数をより多くする方が良いと容易にわかります。
ただし、効果的なOGIは、赤外線解像度とガス感度の両方に依存します。感度は、ノイズ等価濃度長（NECL）という値で表示されます。これはカメラの固有ノイズを、特定の長さのパス上で検出できるガスの濃度で示したものです。
これらの2つの特性がどのように相互作用するかを理解するには、いくつかのパラメータが重要であり、カメラ購入における重要な考慮要素を構成するものです。
- ピクセルサイズ
- ピクセルピッチ
- 温度分解能（NETD）
- ガスの吸光度
1.) OGIのピクセルサイズにおいて、解像度とNECLは比例しません。実際には、互いに相反します。先に述べたように、非OGI赤外線カメラのアプリケーションでは、解像度が高いほど、カメラが問題を放射分析で診断する能力が高くなることがあります(すなわち、カメラに到達する赤外線放射強度を測定し、被写体の表面温度として表示する)。1ピクセルが小さくなり、測定する被写体の大きさが同じサイズであれば、測定画像上におけるピクセル数が増え、測定精度が向上します。
同様の傾向で、温度測定とOGIを比較します。図1では、解像度がより大きい/ピクセルが小さいほど、単一のピクセルにより多くの白い部分が表示されます。そのピクセルのすべての領域(すなわち、色)を平均化した場合、そのピクセルを占める白い色が多ければ多いほど、温度(強度)測定値はより正確になります。これは、高解像度が有利になる状況です。
図1
一般に、より詳細なガス漏れ識別をするような、または小さな面積のガス漏れを見つけるようなOGIアプリケーションにはより高い解像度が求められます（図２）。
図2
2.) ピクセルピッチ 逆に言えば、ガス検知では、ユーザーは通常、表示されているオブジェクトと比較したピクセルのサイズは気にしません。ガス検出では、赤外線放射量が1ピクセルにより多く達することが求められます。できるだけ多くのエネルギーが、そのピクセルに達するようにします。
焦点面アレイ（FPA）に解像度（より多くのピクセル）を追加すると、各ピクセルのサイズ（マイクロメートルで測定され、ピクセルピッチ、または1つのピクセルの中心から次のピクセルの中心までのスペース）は通常、 検出器全体のサイズを小さく保つように機能します。これにより、各ピクセルが集まる赤外線放射量が減少し、イメージャーの感度が低下します。一般的には、これら2つは互いに相反しています(解像度が上昇し、感度が低下します)。したがって、OGIでは、より大きな赤外線放射量がより感度を上昇させるので、より大きなピクセルピッチが好ましいです。
例えば、FLIR冷却OGIカメラのうち、Gx320カメラはピクセルピッチが30µm、G620カメラは15µmであり、Gx320はG620よりも若干感度が高くなります(15mK対20mK)。NECLに関しては、メタンのG620 NECLは、Gx320の約2倍です。G620 は、EPA NSPS 40 CFR Part 60、Subpart OOOa など、感度レベルにおける最も厳しい要件を満たすのに十分な感度を維持していますが、すべての高解像度OGIカメラに当てはまるわけではありません。
ガス漏れが小さい場合G620の解像度(640x480対320x240、図2参照)が高いと、いくつかの利点があります。まず、ガス漏れの存在確認をより明確に確認でき、ガス漏れの詳細を知ることができます。この大きな解像度係数をイメージャーのデジタルズーム機能と組み合わせることで、より鮮明な画像を表示し、さらに小さなガス漏れを視覚化できます。
3.) 熱感度 またはノイズ等価温度差 (NETD) は、カメラで見ることが可能な最小の温度差を示します。数値が低いほど、赤外線システムの熱感度は高くなります。この測定は、一般に、業界標準温度 30℃ で行われます。
測定する被写体の温度差が大きい場合は、NETD が良いカメラは必要ではありません。ただし、水分の検出など、より微妙なアプリケーションには、より感度が高いことが望まれます。多くの場合、OGIは単にガスの存在/漏れに焦点を当てられているのではないでしょうか？ NETDの重要度は、ピクセルピッチよりも低くなっています。
4.） ガスの吸光度 赤外線カメラのスペクトル範囲でガスを吸収しないと(フィルター処理されているかどうかに関わらず)、イメージャーはガスを検知することができません。言い換えれば、赤外線カメラの解像度は、画像化されたガスがカメラの波長範囲でエネルギーを吸収しない場合、ガスを検知するカメラの能力には影響しません。
図2
さらに、FLIRの特許取得済み高感度モード(HSM)は、より多くのピクセルに関して強化されており、より小さな漏れの検出に役立つ可能性を持っています。この基本的なOGI属性は、ガスによって異なります。吸光度は、ガス反応係数(RF)の観点から表すことができ、値が高いほど、ガスはより良く画像化されます。例として、プロパンは、炭化水素とVOCのガス漏れを視覚化するために使用されるFLIRのOGIカメラのフィルター処理された赤外線波長領域でより多くのエネルギーを吸収するため、冷却カメラの RF 値はメタンよりも高くなります（約3倍）。（図3）
結論
高解像度画像は、すべてのOGIアプリケーションにおいて最も重要な要因ではないかもしれませんが、他のアプリケーションでは非常に有益です。
漏れ検出・修理(LDAR)や健康・安全担当幹部(HSE)としての業務を担当する個人は、OGIカメラを使用して、保守または規制コンプライアンスにおいて、修理が必要なガス漏れを見つける任務を負っています。FLIRカメラは、これらの作業員が微量の漏れを見つけて、発見した漏れの特徴を明らかにし、プロセス全体を通して従業員の安全を維持するのに役立っています。
解像度やNECLのニーズが何であっても、FLIRは、Gx320、G320、G620など、炭化水素およびVOCガスの検出用に特別に設計されたOGIカメラを提供しています。
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