Тепловизоры - устройства на основе ИК излучения

В чём преимущество возможности обнаружения объектов по технологии инфракрасного излучения?

Paul Blase

Инженер-электрик в корпорации DCS (1988–настоящее время)

Зависит от того, о каких диапазонах вы говорите. «Инфракрасный», по крайней мере, в контексте военных датчиков, имеет три диапазона: ближний ИК, средний и длинный, определяемые атмосферными окнами пропускания. Видимый свет имеет длины волн от примерно 400 нанометров (синий) до 900 нанометров, или 0,9 микрона (красный). Ближний ИК простирается от 0,9 до примерно 2 микрон, средний — от 3 до 5 микрон, а длинный — от 8 до 12.

См. http://www.pblprojects.org/EOC/docs/Raytheon_IR_rvs_wallchart.pdf для получения подробной диаграммы, а именно спектра внизу.

Обратите также внимание на диаграмму «спектральная излучательная способность» вверху. Вся материя при температурах выше абсолютного нуля излучает свет, электромагнитную энергию, пропорциональную температуре. Объекты при комнатной температуре, приблизительно 300 К (Кельвинов), излучают преимущественно в длинноволновом диапазоне. Точное количество излучения также зависит от характеристик поверхности, таких как излучательная способность: белый объект имеет низкую излучательную способность и излучает относительно мало, темный объект имеет высокую излучательную способность и излучает больше. Поэтому этот диапазон обычно используется в режиме излучения и очень полезен для наблюдения за объектами, которые теплее или холоднее, чем их окружение, — даже если они замаскированы и нелегко различимы невооруженным глазом или если они темные в видимом спектре. Само собой разумеется, очень горячий объект, такой как двигатель, ярко светится в длинноволновом ИК-диапазоне

На этом снимке, сделанном на длинноволновую волну, изображены два солдата и автомобиль HUMVEE. Обратите внимание, что солдат хорошо видны на фоне кустов, а также свечение, исходящее от двигателя автомобиля.

Солдаты в поле ночью. Посмотрите, как хорошо они выделяются, как и их техника.

Коротковолновое ИК-излучение, с другой стороны, в основном используется в режиме отражения. Объекты не светятся, если только они не очень горячие, но поверхности обычно имеют совершенно иной вид, чем в видимом свете, и эти различия можно использовать. На изображении ниже показана сцена в коротковолновом ИК-диапазоне; обратите внимание, что природные материалы отражают свет очень хорошо, в то время как искусственные материалы, как правило, отражают его плохо в этом диапазоне. Коммерчески доступный охотничий камуфляж, хотя и довольно эффективен в видимом диапазоне, бесполезен против коротковолновых ИК-датчиков, он бросается в глаза. Военные приложили огромные усилия и потратили значительные средства на создание камуфляжа, который хорошо работает как в ИК, так и в видимом диапазоне.

Коротковолновое ИК-излучение также полезно для скрытого освещения. Если у противника нет приборов ночного видения (которые чувствительны примерно до 1 микрона) или ИК-камеры, светодиодный прожектор с длиной волны 1 мкм довольно хорошо освещает сцену, оставаясь при этом совершенно невидимым невооруженному глазу.

Средневолновое ИК-излучение — это смесь двух типов излучения. Оно полезно для обнаружения очень горячих объектов, а также для наблюдения за различиями в отражательной способности. Обычно оно используется в сочетании с длинноволновым датчиком (иногда в той же фокальной плоскости) для расширения его возможностей.

ИК-изображение обладает еще одним полезным свойством: оно позволяет видеть сквозь препятствия. Используя соответствующую длину волны, которая меняется в зависимости от состава воздуха, можно видеть сквозь дым, туман и даже пыль. Посмотрите, как хорошо виден мост внизу сквозь туман, если у вас есть коротковолновый ИК-прожектор. Пожарные используют ИК-излучение, чтобы видеть сквозь дым, а также для обнаружения очагов возгорания.

Таким образом, для чего вы используете ИК-излучение, зависит от того, что вы хотите увидеть. Но оно очень полезно для наблюдения за вещами, невидимыми невооруженному глазу.

Каково будущее технологий тепловизоров с прямым инфракрасным обзором (FLIR)?

Phil Wolff

FLIR извлекает выгоду из множества тенденций в сфере информационных технологий, которые сходятся воедино: закон Мура и ускоряющееся падение цен на микросхемы, снижение стоимости высококачественных датчиков и оптики для камер, широкая доступность персональных устройств, подключенных к Интернету, потребительский подход к промышленным ИТ, достижения в когнитивной науке, влияющие на проектирование программного обеспечения, создание платформ для продуктов и Интернет вещей.

Итак, ожидайте увидеть...

• 3D-изображение, объединяющее изображения и потоки с двух или более ИК-камер

• Прямую трансляцию, позволяющую многим людям увидеть, что делает устройство FLIR, в общественных и корпоративных сетях

• Приложения FLIR для просмотра на носимых устройствах, таких как наручные часы (например, Apple Watch) и очки с проекцией на лобовое стекло (например, Google Glass), в дополнение к современным приложениям для просмотра на iOS и Android

• PLIR — панорамная инфракрасная съемка для более полного обзора объекта

• Обмен информацией в социальных сетях в потребительских и корпоративных сетях

• Распознавание людей, предметов, мест на изображениях и в потоках

• Аннотирование изображений программным обеспечением, которое может определить состояние здоровья человека, спроецировать схемы распространения огня, оценить энергозатраты плохо изолированной двери

• Больше/лучше/быстрее оптики и изображений. ИК-датчики 4K с частотой 120 кадров в секунду, обеспечивающие такое же качество изображения.

• Инновации в управлении пользователем, управлении вниманием и дизайне пользовательского интерфейса, заимствованные из игрового дизайна.

• Миниатюризация датчиков для работы на расстоянии менее 5 см для использования в хирургии и других клинических приложениях.

• Встраивание ИК-датчиков в человеческий глаз.

• FLIR как функция других продуктов, просто бесплатная возможность среди многих других.

Как работает ИК-датчик?

Priyanka Dixit

Инженер по встроенным системам в Robu.in (2017–настоящее время)

Существуют различные типы инфракрасных передатчиков в зависимости от их длины волны, выходной мощности и времени отклика. ИК-датчик состоит из ИК-светодиода и ИК-фотодиода, вместе они называются фотопарой или оптопарой.

ИК-передатчик или ИК-светодиод

Инфракрасный передатчик — это светодиод (LED), излучающий инфракрасное излучение, называемый ИК-светодиодом. Хотя ИК-светодиод выглядит как обычный светодиод, излучаемое им излучение невидимо для человеческого глаза.

ИК-приемник или фотодиод

Инфракрасные приемники или инфракрасные датчики обнаруживают излучение от ИК-передатчика. ИК-приемники бывают в виде фотодиодов и фототранзисторов. Инфракрасные фотодиоды отличаются от обычных фотодиодов тем, что они обнаруживают только инфракрасное излучение. На изображении ниже показан ИК-приемник или фотодиод.

Существуют различные типы ИК-приемников, различающиеся длиной волны, напряжением, корпусом и т. д. При использовании в комбинации инфракрасного передатчика и приемника длина волны приемника должна совпадать с длиной волны передатчика.

Излучателем является ИК-светодиод, а детектором — ИК-фотодиод. ИК-фотодиод чувствителен к ИК-излучению, испускаемому ИК-светодиодом. Сопротивление фотодиода и выходное напряжение изменяются пропорционально принимаемому ИК-излучению. Это основной принцип работы ИК-датчика.

Когда ИК-передатчик излучает радиацию, она достигает объекта, и часть излучения отражается обратно к ИК-приемнику. На основе интенсивности излучения, принимаемого ИК-приемником, определяется выходной сигнал датчика.

Что такое термография и как она работает на практике?

Paul Blase

Инженер-электрик в корпорации DCS (1988 – настоящее время)

Инфракрасное тепловое сканирование выявило повышение температуры воспаленных дистальных сегментов большеберцовой и малоберцовой костей у детей с активным хроническим небактериальным остеомиелитом. Инфракрасная тепловизионная съемка показывает воспаление при хроническом небактериальном остеомиелите.

Все объекты излучают электромагнитное излучение (свет) в зависимости от своей температуры.

6.2: Излучение черного тела

Как видно из приведенного выше графика, точные длины волн, на которых излучает объект, зависят от его температуры. При комнатной температуре, около 300 Кельвинов, или 25 °C, большая часть излучения от тела приходится на длинноволновый инфракрасный диапазон, примерно от 8 до 12 микрон. Камеры, работающие в этом диапазоне, известны как «тепловизоры», поскольку получаемые ими изображения являются прямым показателем температуры наблюдаемого объекта.

Таким образом, «термография» использует длинноволновое тепловое излучение для непосредственного измерения температуры поверхности объектов с высоким разрешением. На первом изображении выше показано медицинское применение термографии, где температура конечности пропорциональна кровотоку. В этом случае белые пятна указывают на повышенный кровоток, вызванный воспалением.

Современные ИК-камеры могут получать изображения как с высоким пространственным разрешением, позволяющим видеть мелкие детали, так и с высоким температурным разрешением, позволяющим видеть мельчайшие различия в температуре. Медицинские тепловизоры, например, могут видеть отдельные кровеносные сосуды под кожей.

Вот изображение:

Это показывает, что угол комнаты относительно холодный, что может указывать на плохую изоляцию или возможное проникновение воды из-за протечки крыши.

«Термография» отличается от «тепловизии» только в назначении. Как правило, при «тепловизии» вас не интересует точная температура, а лишь то, чтобы желаемый объект был виден на фоне.