Войти
Термограмма традиционного здания на заднем плане и «пассивного дома » на переднем плане Инфракрасная термография (IRT ), тепловизионное изображение и тепловизионное видео являются примерами инфракрасной визуализации. Тепловизоры обычно обнаруживают излучение в длинном инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 9000–14000 нанометров или 9–14 мкм ) и создавать изображения этого излучения, называемые термограммами . Поскольку инфракрасное излучение излучается всеми объектами с температурой выше абсолютного нуля в соответствии с черным телом законом излучения, термография позволяет видеть окружающую среду с видимым освещение. Количество излучения, испускаемого объектом, увеличивается с температурой; следовательно, термография позволяет увидеть изменения температуры. При просмотре через тепловизионную камеру теплые объекты хорошо выделяются на более холодном фоне; люди и другие теплокровные животные становятся хорошо заметными на фоне окружающей среды днем и ночью. В результате термография особенно полезна для военных и других пользователей камер наблюдения.
Термограмма кошки Некоторые физиологические изменения у людей и других теплокровных животных также можно отслеживать с помощью тепловизора во время клинической диагностики. Термография используется в диагностике аллергии и ветеринарии. Некоторые врачи альтернативной медицины пропагандируют ее использование для обследования груди, несмотря на предупреждение FDA о том, что «те, кто выбирают этот метод вместо маммографии может упустить шанс обнаружить рак на самой ранней стадии ». Сотрудники правительства и аэропорта использовали термографию для выявления подозреваемых случаев свиного гриппа во время пандемии 2009 г.
Тепловизионная камера и экран. С помощью тепловизора можно обнаружить повышенную температуру тела, что является одним из признаков вируса H1N1 (свиного гриппа ).. Термография имеет долгую историю, хотя ее использование резко возросло с коммерческим и промышленным применением последние пятьдесят лет. Пожарные используют термографию, чтобы видеть сквозь дым, находить людей и локализовать очаг пожара. Специалисты по техническому обслуживанию используют термографию для обнаружения перегрева стыков и участков линии электропередач, которые являются признаком надвигающегося отказа. Строительные специалисты могут видеть тепловые сигнатуры, указывающие на утечки тепла в неисправной теплоизоляции, и могут использовать результаты для улучшения эффективность систем отопления и кондиционирования.
Внешний вид и работа современной термографической камеры часто аналогичны видеокамере. Часто термограмма в реальном времени показывает температуру вариации настолько четкие, что фотография не нужна для анализа. поэтому модуль cording не всегда встроен.
Неспециализированные ПЗС и КМОП сенсоры имеют большую часть своей спектральной чувствительности в диапазоне длин волн видимого света. Однако, используя "замыкающую" область их спектральной чувствительности, а именно часть инфракрасного спектра, называемую ближний инфракрасный (NIR), и используя стандартную камеру видеонаблюдения, это возможно при определенных условиях. обстоятельства для получения истинных тепловизионных изображений объектов с температурой около 280 ° C (536 ° F) и выше.
В специализированных тепловизионных камерах используются матрицы фокальной плоскости (FPA), которые реагируют на более длительные длины волн (средние и длинноволновые инфракрасные). Наиболее распространенными типами являются InSb, InGaAs, HgCdTe и QWIP FPA. В новейших технологиях используются недорогие неохлаждаемые микроболометры в качестве датчиков FPA. Их разрешение значительно ниже, чем у оптических камер, чаще всего 160x120 или 320x240 пикселей, до 1280 x 1024 для самых дорогих моделей. Тепловизионные камеры намного дороже, чем их аналоги в видимом спектре, а экспорт более дорогих моделей часто ограничен из-за использования этой технологии в военных целях. Более старые болометры или более чувствительные модели, такие как InSb, требуют криогенного охлаждения, обычно с помощью миниатюрного цикла Стирлинга холодильника или жидкого азота.
Сравнение теплового изображения (вверху) и обычной фотографии (внизу). Пластиковый пакет в основном прозрачен для длинноволнового инфракрасного излучения, но мужские очки непрозрачны. 
Эта термограмма показывает чрезмерный нагрев клеммы в блоке промышленных электрических предохранителей. Тепловизионные изображения или термограммы на самом деле являются визуальными дисплеями. количества инфракрасной энергии, излучаемой, передаваемой и отражаемой объектом. Поскольку существует несколько источников инфракрасной энергии, с помощью этого метода трудно получить точную температуру объекта. Тепловизионная камера способна выполнять алгоритмы для интерпретации этих данных и построения изображения. Хотя изображение показывает зрителю приблизительную температуру, при которой работает объект, камера фактически использует несколько источников данных на основе областей, окружающих объект, для определения этого значения, а не для определения фактической температуры.
Это явление может стать более ясным при рассмотрении формулы:
где падающая мощность излучения - это профиль мощности излучения при просмотре через тепловизионную камеру.. Излучаемая мощность излучения, как правило, предназначена для измерения; передаваемая мощность излучения - это мощность излучения, которая проходит через объект от удаленного источника тепла, и; отраженная мощность излучения - это количество энергии излучения, которое отражается от поверхности объекта от удаленного источника тепла.
Это явление происходит везде и постоянно. Это процесс, известный как лучистый теплообмен, поскольку лучистая мощность × время равна лучистой энергии. Однако в случае инфракрасной термографии приведенное выше уравнение используется для описания мощности излучения в пределах спектральной полосы пропускания длины волны используемой тепловизионной камеры. Требования к лучистому теплообмену, описанные в уравнении, применяются одинаково на каждой длине волны в электромагнитном спектре.
. Если объект излучает при более высокой температуре, чем его окружение, то будет иметь место передача энергии. и энергия будет излучаться от тепла к холоду в соответствии с принципом, изложенным во втором законе термодинамики. Таким образом, если на термограмме есть прохладная область, этот объект будет поглощать излучение, испускаемое теплым объектом.
Способность объектов излучать называется излучательной способностью, а поглощать излучение называется поглощающей способностью. В условиях окружающей среды при попытке получить точные показания температуры также может потребоваться учитывать конвективное охлаждение от ветра.
Затем тепловизионная камера будет использовать ряд математических алгоритмов. Поскольку камера способна видеть только электромагнитное излучение, которое невозможно обнаружить человеческим глазом, она создает изображение в средстве просмотра и записывает видимое изображение, обычно в формате JPG формат.
Для того, чтобы выполнять роль бесконтактного регистратора температуры, камера будет изменять температуру просматриваемого объекта с настройкой коэффициента излучения.
Для воздействия на измерение могут использоваться другие алгоритмы, в том числе способность передачи передающей среды (обычно воздуха) и температура этой передающей среды. Все эти настройки повлияют на конечный результат для температуры просматриваемого объекта.
Эта функция делает тепловизионную камеру превосходным инструментом для обслуживания электрических и механических систем в промышленности и торговле. Используя правильные настройки камеры и соблюдая осторожность при съемке изображения, можно сканировать электрические системы и находить проблемы. Неисправности конденсатоотводчиков в системах парового отопления легко обнаружить.
В области экономии энергии тепловизионная камера может больше. Поскольку он может видеть эффективную температуру излучения объекта, а также то, на что этот объект излучается, он также может помочь найти источники тепловых утечек и перегретых областей.
Коэффициент излучения - это термин, который часто неправильно понимают и неправильно используют. Он представляет способность материала излучать тепловое излучение и является оптическим свойством вещества.
. Каждый материал имеет различный коэффициент излучения, который может варьироваться в зависимости от температуры и длины волны инфракрасного излучения. Например, чистые металлические поверхности имеют коэффициент излучения, который уменьшается при увеличении длины волны; многие диэлектрические материалы, такие как кварц (SiO2), сапфир (Al2O3), фторид кальция (CaF2) и т. д., обладают излучательной способностью, которая увеличивается с увеличением длины волны; простые оксиды, такие как оксид железа (Fe2O3), демонстрируют относительно плоский коэффициент излучения в инфракрасном спектре.
Коэффициент излучения материала может варьироваться от теоретического 0,00 (полностью не излучающий) до столь же теоретического 1,00 (полностью излучающий). Примером вещества с низким коэффициентом излучения может быть серебро с коэффициентом излучения 0,02. Примером вещества с высокой излучательной способностью может быть асфальт с коэффициентом излучения 0,98.
A черное тело - это теоретический объект с коэффициентом излучения 1, который излучает тепловое излучение, характерное для температуры его контакта. То есть, если бы температура контакта термически однородного излучателя черного тела составляла 50 ° C (122 ° F), черное тело излучало бы тепловое излучение, характерное для 50 ° C (122 ° F).
Термограмма змеи, удерживаемой человеком Обычный объект излучает меньше инфракрасного излучения, чем теоретическое черное тело. Отношение его фактического излучения к теоретическому излучению (черного тела) является его излучательной способностью (или коэффициентом излучения).
Чтобы выполнить измерение температуры объекта с помощью инфракрасного тепловизора, необходимо оценить или определить коэффициент излучения объекта. Для быстрой работы термографист может обратиться к таблице коэффициентов излучения для данного типа объекта и ввести это значение в тепловизор. Затем тепловизор будет рассчитывать температуру контакта объекта на основе значения, введенного из таблицы, и излучения объекта инфракрасного излучения, обнаруженного тепловизором.
Чтобы получить более точное измерение температуры, термографист может нанести на поверхность объекта стандартный материал с известным высоким коэффициентом излучения. Стандартный материал может быть таким же сложным, как промышленный аэрозольный баллончик с излучательной способностью, изготовленным специально для этой цели, или таким же простым, как стандартная черная изоляционная лента, с коэффициентом излучения около 0,97. Затем известную температуру объекта можно измерить, используя стандартный коэффициент излучения. При желании фактическая излучательная способность объекта (на части объекта, не покрытой стандартным материалом) может быть затем определена путем изменения настройки тепловизора на известную температуру. Однако бывают ситуации, когда такой тест на излучательную способность невозможен из-за опасных или недоступных условий. В этих ситуациях термографист должен полагаться на таблицы.
ИК-пленка чувствительна к инфракрасному (ИК) излучению в диапазоне от 250 до 500 ° C (от 482 до 932 ° F), в то время как диапазон термографии составляет примерно - От 50 до 2000 ° C (от -58 до 3632 ° F). Итак, чтобы ИК-пленка работала термографически, она должна быть выше 250 ° C (482 ° F) или отражать инфракрасное излучение от чего-то, по крайней мере, настолько горячего.
Инфракрасные устройства ночного видения отображают изображение в ближнем инфракрасном диапазоне, сразу за пределами визуального спектра, и могут видеть испускаемый или отраженный ближний инфракрасный свет в полной визуальной темноте. Однако, опять же, они обычно не используются для термографии из-за требований к высокой температуре, а вместо этого используются с активными источниками ближнего ИК-диапазона.
Приборы ночного видения типа Starlight обычно увеличивают только окружающий свет.
Все объекты с температурой абсолютного нуля (0 K ) испускают инфракрасное излучение. Следовательно, отличный способ измерения температурных изменений - использовать устройство инфракрасного зрения, обычно матрицу в фокальной плоскости (FPA) инфракрасную камеру, способную обнаруживать излучение в средневолновом (от 3 до 5 мкм) и длинноволновом (от 7 до 14 мкм) диапазонах инфракрасного излучения, обозначаемом как MWIR и LWIR, что соответствует двум из инфракрасных окон с высоким коэффициентом пропускания. Аномальные профили температуры на поверхности объекта указывают на потенциальную проблему.
В пассивной термографии интересующие элементы, естественно, имеют более высокую или более низкую температуру, чем фон. Пассивная термография имеет множество применений, таких как наблюдение за людьми на месте происшествия и медицинская диагностика (в частности, термология ).
В активной термографии требуется источник энергии для создания теплового контраста между интересующим элементом и фоном. Активный подход необходим во многих случаях, учитывая, что контролируемые части обычно находятся в равновесии с окружающей средой. Учитывая сверхлинейность излучения черного тела, активную термографию также можно использовать для увеличения разрешения систем формирования изображений за пределами их дифракционного предела или для достижения сверхразрешения. микроскопия.
Он показывает визуальное изображение, позволяющее сравнивать температуру на большой площади. Он способен ловить движущиеся цели в реальном времени. Он способен обнаруживать износ, то есть компоненты с более высокой температурой до их выхода из строя. Его можно использовать для измерения или наблюдения в областях, недоступных или опасных для других методов. Это метод неразрушающего контроля. Его можно использовать для поиска дефектов валов, труб и других металлических или пластиковых деталей. Его можно использовать для обнаружения объектов в темных областях. Он имеет некоторое медицинское применение, в основном в физиотерапии.
Существуют различные камеры, которые дешевле и дороже. Качественные камеры часто имеют высокий ценовой диапазон (часто 3000 долларов США или более) из-за расходов на более крупный массив пикселей (современный 1280 x 1024), в то время как менее дорогие модели (с массивами пикселей от 40x40 до 160x120 пикселей) являются так же доступно. Меньшее количество пикселей снижает качество изображения, что затрудняет различение ближайших целей в одном и том же поле зрения.
Также есть разница в частоте обновления. Некоторые камеры могут иметь значение обновления только 5–15 Гц, другие (например, FLIR X8500sc) 180 Гц или даже больше в режиме без полного окна.
Также объектив может быть встроенным или нет.
Многие модели не предоставляют измерений энергетической освещенности, используемых для построения выходного изображения; потеря этой информации без правильной калибровки коэффициента излучения, расстояния, температуры окружающей среды и относительной влажности влечет за собой то, что полученные изображения по своей сути являются неверными измерениями температуры.
Изображения могут быть трудно интерпретировать точно, если они основаны на определенных объектах, особенно объекты с неустойчивой температурой, хотя эта проблема уменьшается при активном тепловидении.
Тепловизионные камеры создают тепловые изображения на основе получаемой лучистой тепловой энергии. Поскольку на уровни излучения влияют коэффициент излучения и отражение излучения, например солнечного света от измеряемой поверхности, это вызывает ошибки в измерениях.
Воздушная термограмма воздушного змея, выявляющая особенности на / под травяным игровым полем. Включены тепловая инерция и дифференциальное испарение / испарение. 
Тепловизионное изображение БПЛА солнечной панели в Швейцарии 
тепловизионный прицел AN / PAS-13, установленный на винтовке AR-15 Тепловизионные камеры преобразуют энергию в инфракрасной длине волны в изображение в видимом свете. Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля, излучают тепловую инфракрасную энергию, поэтому тепловизионные камеры могут пассивно видеть все объекты, независимо от окружающего освещения. Однако большинство тепловизионных камер видят только объекты, температура которых превышает −50 ° C (−58 ° F).
Спектр и количество теплового излучения сильно зависят от температуры поверхности объекта. Это позволяет тепловизору отображать температуру объекта. Однако на излучение влияют и другие факторы, что ограничивает точность этого метода. Например, излучение зависит не только от температуры объекта, но также является функцией излучательной способности объекта. Кроме того, излучение исходит из окружающей среды и отражается от объекта, а излучение от объекта и отраженное излучение также будет зависеть от поглощения из атмосферы.
Термография по определению проводится с помощью инструмента (артефакта), но у некоторых живых существ есть естественные органы, которые функционируют как аналоги болометры и, таким образом, обладают грубым типом тепловизионных возможностей (термоцепция ). Один из наиболее известных примеров - инфракрасное зондирование у змей.
 | На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с Термография. |
