Принцип работы тепловизора

Тепловизор фиксирует тепловое (инфракрасное) излучение и не требует подсветки объектов наблюдения для создания картинки. Эти приборы позволяют оценить распределение температур у небольших объектов в любое время суток, даже в условиях сложной метеообстановки, частичной видимости и на значительном расстоянии.

Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц) и микроволновым радиоизлучением (λ ~ 1 – 2 мм, частота 300 ГГц).

Весь диапазон инфракрасного излучения условно делят на три области:

• ближняя: λ = 0,74 – 2,5 мкм
• средняя: λ = 2,5 – 50 мкм
• далёкая: λ = 50 – 2000 мкм

Инфракрасное излучение, как и любое электромагнитное, испускают возбуждённые атомы или ионы. Его также называют "тепловым излучением", так как такое излучение, идущее от нагретых предметов, воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Инфракрасное излучение испускается всеми объектами, имеющими температуру.

Инфракрасная термография, тепловое изображение или тепловое видео – это научный способ получения термограммы (изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей). Термографические камеры, или тепловизоры, обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 900 – 14000 нм или 0,9 – 14 мкм) и на основе этого излучения создают изображения, позволяющие определить перегретые или переохлаждённые места.

Принцип действия современных тепловизоров основан на способности некоторых материалов фиксировать излучение в инфракрасном диапазоне.

Тепловизор состоит из:

• объектива;
• чувствительной матрицы;
• электронного блока обработки сигнала.

Посредством оптического прибора, в состав которого входят линзы, изготовленные с применением редких материалов, прозрачных для инфракрасного излучения (таких как германий), тепловое излучение объектов проецируется на матрицу датчиков, чувствительных к инфракрасному излучению. Далее на основе информации, считанных с этих датчиков, генерируются видеосигнал, в котором разной температуре наблюдаемого объекта соответствует разный цвет изображения.

Как правило, в современных тепловизорах шкала соответствия цвета точки на изображении абсолютной температуре наблюдаемого объекта может быть выведена поверх кадра. Также обычно возможен вывод температур наиболее горячей и наиболее холодной точки на изображении.

В зависимости от модели тепловизоры различаются по величине шага измеряемой температуры. Современные технологии позволяют различать температуру объектов с точностью до 0,05 – 0,1 градуса.

Особенности спектрального диапазона 8 – 14 мкм и 3 – 5,5 мкм, в котором работают тепловизоры, таковы, что приземные слои атмосферы наиболее прозрачны для данной длины волны, при этом обеспечивается наибольшая дальность наблюдения объектов, излучающих в диапазоне температур от минус 50 до +500 градусов. К тому же в данном диапазоне наименьшие помехи вносят атмосферные метеоявления – туман, дождь, снег, дымы, хотя чувствительность приборов от них и снижается.

Чувствительным элементом тепловизора является матрица на ПЗС-элементах – микросхема с двухмерным набором светочувствительных фотодиодов (приборов с зарядовой связью). Современное производство микроэлектроники позволяет выпускать весьма компактные устройства с низким энергопотреблением и высоким качеством изображения. Для понижения цифрового шума ПЗС-матрицу необходимо охлаждать.

Тепловизоры часто используют при исследовании паранормальных явлений для идентификации призрака или полтергейста, т.к. считается, что эти феномены могут локально изменять температуру в месте своего присутствия. Также эти приборы применяются при наблюдении НЛО и определении его формы (или формации в случае группы объектов), по аналогии с отслеживанием самолетов в военных целях, хотя ожидаемые температурные характеристики НЛО однозначно не определены.