ドローン・車両・列車のサーマルコア：画像が流れるとき、温度が低く出るとき

フレームレートが限界ではない理由

非冷却マイクロボロメーターの画素はスナップショットを撮るわけではありません。熱時定数 τ に従って温まり、冷えます。このコアの τ は 12 ms 未満で、非冷却コアは一般に 10〜15 ms 程度です。コアは毎秒 30 フレームを出力しますが、各フレームには直前の数時定数の間の画素の変化が残っています。フレームレートを上げても、一度の通過で得られるフレームが増えるだけで、各フレームが鮮明になるわけではありません。

画像の流れはどのくらいか

移動体から横方向を見ると、対象上の流れはおおよそ 速度 × τ です。τ = 12 ms とすると：

• 15 km/h：約 50 mm
• 36 km/h：約 120 mm
• 80 km/h：約 270 mm

これは距離にもレンズにも依存せず、対象の大きさに対する流れの比率も同様です。50 mm の部品を横から見る場合、約 15 km/h を超えると、部品自身の長さ以上に流れます。

なぜ先に温度が低く出るのか

画素が対象の信号を完全に受け取れるのは、対象が十分長く視野にとどまる場合だけです。応答は 1 − e^(−t/τ) に従います。滞在時間 t はおおよそ、進行方向に沿った対象の長さから画素のフットプリントを引き、速度で割った値です。実際の温度上昇の 90% を読むには約 2.3 τ（約 28 ms）、95% には 3 τ（約 36 ms）が必要です。

例：13.5 mm レンズ、距離 10 m（画素のフットプリント約 9 mm）で、対象の 100 mm の辺 / 50 mm の辺に沿って読める実際の温度上昇の割合：

• 3.6 km/h（1 m/s）：99.9% / 97%
• 10.8 km/h：92% / 68%
• 18 km/h：78% / 50%
• 40 km/h：50% / 27%
• 80 km/h：29% / 14%

90% を読める上限は、100 mm の辺に沿って約 12 km/h、50 mm の辺に沿って約 5 km/h で、距離 5〜20 m の間でも、13.5 と 18 mm のレンズの間でもほとんど変わりません。道路を走る速度ではホットスポット自体は見えますが、読み値は背景側に引っ張られ、実際の温度上昇の半分以上下がることもよくあります。

斜め前方を見ても解決しない

斜めに見ると画像上の流れは短くなりますが、進行方向に沿った対象の長さも同じ比率で圧縮されます。角度にかかわらず、対象が画素ひとつの視線内にとどまる時間は、進行方向に沿った長さを速度で割った値のままです。

回転でも流れる

回転でも流れが生じます：角速度 × τ。ヨーやジンバルのパンが 10°/s のとき、ひとつの時定数の間にシーンは約 2.1 mrad 動きます。13.5 mm レンズ（IFOV 0.9 mrad）では約 2.3 画素、9.1 mm レンズ（1.3 mrad）では約 1.6 画素です（計算値）。

有効な方法

• ドローン：測りたい対象の前でホバリングするか、ゆっくり（約 1 m/s）通過します。
• 車両：小さな対象は歩く速さで。それより速い場合は、画像でホットスポットを見つけ、あとでゆっくり戻って測定します。
• カメラと同じ車両に取り付けられ、一緒に動く機器には相対運動がないため、速度による流れは生じません。ただし振動の影響は残ります。
• 対象を追尾するジンバルを使えば、相対運動の大部分をなくせます。
• 道路や鉄道の速度で通過する対象を正確に測るには、一般に積分時間の短い冷却型カメラが必要です。これは非冷却コアとは別クラスの製品です。

距離：画素数も数える

測定では、対象上に少なくとも 3 × 3 画素というのが一般的な目安で、最大距離は 対象の大きさ ÷ (3 × IFOV) です。50 mm の対象の場合：

• 9.1 mm（1.3 mrad）：理論上は約 13 m ですが、この固定焦点レンズが鮮明なのは 1.2〜5.5 m のみです
• 13.5 mm（0.9 mrad、3.8 m から鮮明）：約 18 m
• 18 mm（0.7 mrad、6.14 m から鮮明）：約 24 m

より厳しい 5 × 5 の目安では、約 8、11、14 m です（すべて計算値）。これらの数値は、モジュール資料の時定数とレンズデータに上記のモデルを組み合わせたものです。設計を確定する前に、サンプルを使い、実際の対象・速度・距離で確認してください。

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