على سبيل المثال، في ظل تفشي فيروس كورونا الجديد مؤخرًا، احتلت كاميرات التصوير الحراري مكانة مهمة للغاية. قد لا يكتشف بشكل مباشر وجود مسببات الأمراض. ولكن لنكن صادقين، لا يوجد جهاز أفضل في اكتشاف الحمى، وهي العرض الرئيسي للعدوى الفيروسية، من مسافة آمنة أكثر من كاميرا الأشعة تحت الحمراء. لا عجب أنه أصبح الآن تركيبًا دائمًا عند مدخل مراكز التسوق والأماكن العامة الأخرى.

ولذلك، فإن الفهم الدقيق لكيفية عمل كاميرات التصوير الحراري أمر بالغ الأهمية. من خلال اكتساب المزيد من المعرفة، ستتمكن من تحقيق أقصى استفادة من كاميرا التصوير الحراري الخاصة بك لأنها أحدثت ثورة في حياتنا على الأرض. وفي أغلب الأحيان، عندما تريد الحفاظ على سير الأمور بسلاسة، يمكنك أن تكون أكثر إنتاجية وكفاءة.

داخل التصوير الحراري: كيف يعمل

إن معرفة الأشعة تحت الحمراء شيء والتقاطها شيء آخر. يجب أن نفهم أن التصوير الحراري كما نعرفه اليوم هو نتاج عملية طويلة ومتعرجة استغرقت عقودًا من الزمن للوصول إلى الكمال. فمن ناحية، تتميز كاميرات التصوير الحراري لدينا اليوم بالقوة وسهولة الاستخدام. فهي ليست فقط ثقيلة ومكلفة، على عكس تلك التي استخدمها رجال الإطفاء منذ عقود مضت.

وبما أن كاميرات التصوير الحراري مصممة لالتقاط الطاقة الحرارية في البيئة المحيطة، فإن مكوناتها الرئيسية مصممة لمعالجة الأشعة تحت الحمراء. هذا ينطبق بشكل خاص على وحدات الإدخال. نحن نتحدث عن العدسات وأجهزة الاستشعار، المسار الذي يجب أن تنتقل عبره الأشعة تحت الحمراء.

عدسة

فكر في عدسة الكاميرا الحرارية، مثل جفنك. إذا لم تكن جفونك مفتوحة، فلن تتمكن من رؤية محيطك. من جانبه، يجب أن يحتوي جهاز التصوير الحراري على عدسة تسمح للأشعة تحت الحمراء وتردداتها المختلفة بالمرور من خلالها. عندها فقط يمكن للمستشعر معالجة الإشارة.

هذا هو الفرق الأكبر بين كاميرا الأشعة تحت الحمراء والكاميرا القياسية (الكاميرا الموجودة على هاتفك). على عكس الكاميرات العادية، يجب ألا تكون عدسات كاميرات الأشعة تحت الحمراء مصنوعة من الزجاج. لاحظ أن الزجاج يحجب الأشعة تحت الحمراء ذات الموجة الطويلة (LWIR)، وهو التردد الأكثر فائدة للتصوير الحراري.

ولذلك، فإن العدسات عادة ما تكون مصنوعة من الجرمانيوم، أو سيلينيد الزنك، أو فلوريد الكالسيوم، أو الياقوت. ومن خلال القيام بذلك، يمكن للعدسة استيعاب نطاق الطيف الكهرومغناطيسي للإشعاع الحراري الذي يتراوح من 7 إلى 14 ميكرومتر. نظرًا لأن معظم هذه المواد تحتوي على معامل انكسار مرتفع، فمن الضروري وضع طبقة مضادة للانعكاس على العدسة لتصحيح الانحراف.

الاستشعار

قلب كاميرا التصوير الحراري هو المستشعر. هذا هو المكان الذي تمر فيه الأشعة تحت الحمراء عبر كاشف الحرارة. يستجيب هذا الكاشف مباشرة للزيادة في الحرارة التي تحدث بسبب امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء الساقط.

ومع ذلك، مع مرور الوقت، هناك طريقتان بارزتان لإنجاز المهمة. هناك تقنية أحدث وشائعة تستخدم اليوم وهي من خلال المقاييس الدقيقة، في حين أن هناك طريقة أخرى تتمثل في استخدام المواد الكهروضوئية. التفاصيل هي كما يلي.

ميكروبولوميتر

من حيث المبدأ، يعتبر الميكروبولوميتر جهازًا حساسًا للإشعاع. تم اختراع أول مقياس للبولوميتر من قبل الفيزيائي/الفلكي الأمريكي المخترع صموئيل بيربونت لانغلي (1834-1906).

أي إشعاع يضرب مباشرة عنصر الامتصاص في مقياس الميكروبولومتر سيؤدي إلى زيادة مقابلة في درجة الحرارة. كلما زادت الطاقة الممتصة، ارتفعت درجة الحرارة.

يمكن قياس هذا التغير في درجة الحرارة مباشرة باستخدام مقياس حرارة المقاومة. وقراءتها كإشارة إلكترونية لإنتاج صورة إلكترونية. في الأساس، يتكون المقياس الدقيق من طبقة رقيقة من المعدن، والتي يتم بعد ذلك توصيلها مباشرة بخزان حراري (ثرموستاتي) عبر وصلة حرارية.

تعد مصفوفة المستشعر موطنًا لآلاف من وحدات بكسل الكاشف مرتبة في شبكة. مع العلم أن كل بكسل في المصفوفة يتفاعل مع الأشعة تحت الحمراء التي تضربه مباشرة، مما يخلق مقاومة يمكن بعد ذلك تحويلها إلى إشارة كهربائية. تتم معالجة الإشارة من كل بكسل من خلال تطبيق صيغة رياضية تشكل الأساس لخريطة ألوان لدرجة حرارة الكائن الملتقطة. يتم بعد ذلك إرسال الصورة الملونة اللاحقة إلى وحدة معالجة الكاميرا لعرضها.

اعلم أن كل بكسل يحتوي على مقياس ميكروبولوميتر لمزيد من الدقة. ولذلك فإن دقة الكاميرات الحرارية منخفضة جدًا مقارنة بأجهزة التلفاز الذكية أو الكاميرات العادية. في الواقع، تم بالفعل اعتبار 640 × 480 دقة عالية للكاميرات الحرارية.

تُعرف أيضًا كاميرات التصوير الحراري المعتمدة على الميكروبولوميتر بكاميرات التصوير الحراري غير المبردة نظرًا لعدم الحاجة إلى آلية تبريد منفصلة لتشغيل مستشعر الميكروبولوميتر. الميزة المباشرة هي أن كاميرات الأشعة تحت الحمراء هذه أخف وزنًا مقارنة بالنماذج المبردة التقليدية.

مادة كهروضوئية

هذه هي الكاميرات الحرارية التي تستخدم أجهزة استشعار مبردة. والمثال الساطع هو تنتاليات الليثيوم. تولد المادة فولتات صغيرة كاستجابة مباشرة للتغيرات في درجة الحرارة. وبهذا المعنى، فإنه يكتشف مباشرة فوتونات الأشعة تحت الحمراء. إنها كاميرات حرارية تعتمد على الخلايا الكهروضوئية بدلاً من الكاميرات الحرارية غير المبردة التي تستخدم الموصلية الضوئية.

على الرغم من أنها توفر العديد من المزايا، مثل الكشف بالأشعة تحت الحمراء طويلة المدى ونتائج أكثر دقة لدرجات الحرارة التفاضلية، إلا أنه يتم استبدال الكاميرات الحرارية المبردة تدريجيًا بأجهزة غير مبردة. ويرجع ذلك أساسًا إلى أسعارها الباهظة الثمن وأجسامها الضخمة.

تعد أجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء هذه ثقيلة وفقًا لمعايير اليوم لأن مستشعرات التصوير الخاصة بها يجب أن تكون متكاملة مع المبردات. ومما يزيد الطين بلة أن الأجزاء المتحركة في المبردات تكون عرضة للتآكل مع مرور الوقت.

معالج الصور

بعد الحصول على الأشعة تحت الحمراء، يجب معالجة البيانات لإنشاء الإخراج الذي يتم رؤيته على شاشة كاميرا الأشعة تحت الحمراء. تتضمن معالجة البيانات المعالجة المسبقة واستخراج الميزات والتصنيف. لاحظ أنه يتم استخدام التصفية لإزالة الضوضاء أو البيانات غير المرغوب فيها. هنا، يتم استخدام الخوارزميات أو المعادلات الرياضية لتوليد الصور المرئية.

معرض

هذا هو المكان الذي يتم فيه تحويل البيانات من معالج الكاميرا إلى إشارات إلكترونية. تذكر أن البيانات المذكورة مأخوذة من كل بكسل (غير - مبرد). من خلال تطبيق الخوارزميات الرياضية، يمكن إنشاء خريطة ملونة. ويمثل هذا توقيعًا حراريًا مميزًا للكائن قيد الدراسة. في السابق، كانت التمثيلات اللونية أو السوداء-و-البيضاء شائعة في شاشات التصوير الحراري.

حول ثيرمتيك

ThermTec هي شركة تصنيع عالمية رائدة للمنتجات المتعلقة بتقنيات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، حيث توفر أحدث وأفضل التقنيات والحلول الحرارية التي تعمل على تحسين الطريقة التي ينظر بها الناس إلى العالم، مما يخلق ظروف معيشة وعمل أكثر أمانًا وكفاءة للبشرية.