Например, во время недавней вспышки нового коронного вируса тепловизионные камеры заняли очень важное место. Он не может напрямую обнаружить наличие патогенов. Но давайте будем честными: ни одно устройство не сможет лучше обнаружить лихорадку, главный симптом вирусной инфекции, на безопасном расстоянии, чем инфракрасная камера. Неудивительно, что теперь это постоянное приспособление у входа в торговые центры и другие общественные места.

Поэтому тщательное понимание того, как работают тепловизионные камеры, имеет решающее значение. Получив больше знаний, вы сможете максимально эффективно использовать свою тепловизионную камеру, поскольку она произвела революцию в нашей жизни на Земле. И по большей части, если вы хотите, чтобы все работало гладко, вы можете работать более продуктивно и эффективно.

Внутри тепловизора: как это работает

Знать, что такое инфракрасное излучение – это одно, а уловить его – совсем другое. Мы должны понимать, что тепловидение в том виде, в котором мы его знаем сегодня, является результатом длительного и сложного процесса, на совершенствование которого ушли десятилетия. С одной стороны, наши сегодняшние тепловизионные камеры мощны и удобны в использовании. Они не только тяжелые и дорогие, в отличие от тех, которые использовались пожарными десятилетия назад.

Поскольку тепловизионные камеры предназначены для улавливания тепловой энергии окружающей среды, их основные компоненты предназначены для обработки инфракрасного излучения. Особенно это касается блоков ввода. Мы говорим об линзах и датчиках, о пути, по которому должно пройти инфракрасное излучение.

Объектив

Представьте себе линзу тепловизора как свое веко. Если ваши веки закрыты, вы не сможете видеть окружающую обстановку. Со своей стороны, тепловизор должен иметь линзу, пропускающую ИК-излучение и его различные частоты. Только тогда датчик сможет обработать сигнал.

В этом самая большая разница между инфракрасной камерой и стандартной камерой (камерой вашего телефона). В отличие от обычных камер, линзы инфракрасных камер не должны быть стеклянными. Обратите внимание, что стекло блокирует длинноволновое инфракрасное излучение (LWIR), частоту, наиболее полезную для тепловидения.

Поэтому линзы обычно изготавливают из германия, селенида цинка, фторида кальция или сапфира. Таким образом, линза может работать в диапазоне электромагнитного спектра теплового излучения от 7 до 14 мкм. Поскольку большинство этих материалов имеют высокий показатель преломления, очень важно нанести на линзу просветляющее покрытие для компенсации отклонения.

Датчик

Сердцем тепловизионной камеры является датчик. Здесь инфракрасное излучение проходит через тепловой детектор. Этот детектор напрямую реагирует на увеличение тепла, возникающее из-за поглощения падающего инфракрасного света.

Однако с течением времени появилось два наиболее известных способа выполнить работу. Более новый и распространенный метод, используемый сегодня, — это микроболометры, а другой подход — использование пироэлектрических материалов. Подробности заключаются в следующем.

Микроболометр

В принципе, микроболометр является радиационно-чувствительным устройством. Первый болометр был изобретен американским физиком и астрономом-изобретателем Сэмюэлем Пирпонтом Лэнгли (1834-1906).

Любое излучение, попадающее непосредственно на поглощающий элемент микроболометра, приведет к соответствующему повышению температуры. Чем больше энергии поглощено, тем выше температура.

Это изменение температуры можно непосредственно измерить с помощью термометра сопротивления. и считывается как электронный сигнал для создания электронного изображения. По сути, микроболометр состоит из тонкого слоя металла, который затем соединяется непосредственно с (термостатическим) тепловым резервуаром через тепловую связь.

Массив датчиков содержит тысячи пикселей детектора, расположенных в виде сетки. Зная, что каждый пиксель в массиве реагирует на инфракрасное излучение, попадающее на него напрямую, создавая сопротивление, которое затем можно преобразовать в электрический сигнал. Сигнал от каждого пикселя обрабатывается путем применения математической формулы, которая формирует основу для цветовой карты температуры захваченного объекта. Последующее цветное изображение затем отправляется в процессор камеры для отображения.

Знайте, что каждый пиксель имеет микроболометр для большей точности. Поэтому разрешение тепловизионных камер довольно низкое по сравнению с смарт-телевизорами или обычными камерами. Фактически, 640x480 уже считается высоким разрешением для тепловизионных камер.

Тепловизионные камеры на основе микроболометра также известны как неохлаждаемые тепловизионные камеры, поскольку для работы датчика микроболометра не требуется отдельный механизм охлаждения. Непосредственным преимуществом является то, что эти ИК-камеры легче по сравнению с традиционными моделями с охлаждением.

Пироэлектрический материал

Это тепловизионные камеры, в которых используются охлаждаемые сенсорные детекторы. Яркий пример – танталат лития. Материал генерирует крошечное напряжение в прямой реакции на изменения температуры. В этом смысле он напрямую обнаруживает инфракрасные фотоны. Это фотоэлектрические, а не неохлаждаемые тепловизионные камеры на основе микроболометра, которые используют фотопроводимость.

Хотя охлаждаемые тепловизионные камеры имеют множество преимуществ, таких как обнаружение инфракрасного излучения на большом расстоянии и более точные результаты измерения разницы температур, они постепенно заменяются неохлаждаемыми устройствами. В основном это связано с их более дорогим ценником и громоздкими корпусами.

Эти инфракрасные детекторы тяжелы по сегодняшним стандартам, поскольку их датчики изображения должны быть интегрированы с криоохладителями. Что еще хуже, движущиеся части криорефрижераторов со временем изнашиваются.

Процессор изображений

После получения инфракрасного излучения данные необходимо обработать, чтобы получить результат, видимый на экране инфракрасной камеры. Обработка данных включает предварительную обработку, извлечение признаков и классификацию. Обратите внимание, что фильтрация используется для удаления шума или нежелательных данных. Здесь для создания визуальных изображений используются алгоритмы или математические уравнения.

Экспонат

Здесь данные процессора камеры преобразуются в электронные сигналы. Помните, что указанные данные берутся из каждого пикселя (неохлаждаемого). Применяя математические алгоритмы, можно создать цветовую карту. Это представляет собой отчетливую тепловую сигнатуру исследуемого объекта. Раньше ахроматические или черно-белые изображения были обычным явлением на тепловизионных дисплеях.

О ТермТек

ThermTec — ведущий мировой производитель продукции, связанной с технологиями инфракрасного тепловидения, предлагающий новейшие и лучшие тепловизионные технологии и решения, которые улучшают восприятие мира людьми и создают более безопасные и эффективные условия жизни и работы для человечества.