Camera hồng ngoại là gì

Camera hồng ngoại (hay còn gọi là máy ảnh hồng ngoại hoặc camera nhiệt hoặc máy ảnh đo nhiệt độ bằng hồng ngoại ) là một thiết bị có chụp ảnh khu vực nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại, tương tự như một máy ảnh bình thường, chỉ là chụp chụp ảnh khu vực bằng ánh sáng nhìn thấy. Thay vì 400-700 nanomet loạt các máy ảnh ánh sáng nhìn thấy, camera hồng ngoại hoạt động ở bước sóng càng lâu càng 14.000 nm (14 mm). Công dụng của chúng được gọi là chụp ảnh đo nhiệt độ.

Xem thêm: Các ứng dụng của Camera nhiệt

10 công dụng thiết thực và kinh ngạc của camera nhiệt

Hồng ngoại là gì

Hồng ngoại được phát hiện vào năm 1800 bởi Sir William Herschel như một dạng bức xạ vượt ra ngoài ánh sáng đỏ. Các “tia hồng ngoại” (infra là tiền tố Latinh cho “bên dưới”) được sử dụng chủ yếu để đo nhiệt. Có bốn luật cơ bản của bức xạ hồng ngoại: pháp luật của bức xạ nhiệt Kirchhoff , Stefan-Boltzmann pháp luật , pháp luật Planck , và pháp luật dịch chuyển Wien .

Sự phát triển của máy dò chủ yếu tập trung vào việc sử dụng nhiệt kế và bolometers cho đến khi chiến tranh thế giới I. Một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của máy dò xảy ra vào năm 1829, khi Leopoldo Nobili , sử dụng hiệu ứng Seebeck , tạo đầu tiên được biết đếncặp nhiệt điện , chế tạo một nhiệt kế cải tiến, một nhiệt điện thô . Ông đã mô tả nhạc cụ này cho georgonio Melloni .

Ban đầu, họ cùng phát triển một công cụ cải tiến rất nhiều. Sau đó, Melloni làm việc một mình, phát triển một nhạc cụ vào năm 1833 (một loại nhiệt điện đa tầng ) có thể phát hiện ra một người ở cách đó 10 mét. Bước quan trọng tiếp theo trong việc cải thiện máy dò là máy đo lực kế, được phát minh vào năm 1880 bởi Samuel Pierpont Langley. Langley và trợ lý Charles Greeley Abbottiếp tục cải tiến trong công cụ này. Đến năm 1901, nó có khả năng phát hiện bức xạ từ một con bò ở cách xa 400 mét và rất nhạy cảm với sự chênh lệch nhiệt độ một trăm phần nghìn độ C. Máy ảnh chụp ảnh nhiệt thương mại đầu tiên được bán vào năm 1965 để kiểm tra đường dây điện cao thế.

Các ứng dụng tiên tiến đầu tiên của công nghệ IR trong phần dân sự có thể là một thiết bị để phát hiện sự có mặt của tảng băng trôi và tàu hơi nước sử dụng một tấm gương và pin nhiệt, cấp bằng sáng chế vào năm 1913. Điều này đã sớm chịu thua kém bởi sự thật máy dò hồng ngoại tảng băng đầu tiên, đã không sử dụng nhiệt điện, được cấp bằng sáng chế vào năm 1914 bởi RD Parker. Điều này được tiếp nối bởi đề xuất của GA Barker về việc sử dụng hệ thống IR để phát hiện các vụ cháy rừng vào năm 1934. Kỹ thuật này không thực sự được công nghiệp hóa cho đến khi nó được sử dụng trong phân tích độ đồng đều sưởi ấm trong các dải thép nóng vào năm 1935.

 Camera hồng ngoại là gì

Năm 1929, nhà vật lý người Hungary Kálmán Tihanyi đã phát minh ra máy ảnh truyền hình điện tử nhạy cảm với hồng ngoại (tầm nhìn ban đêm) để phòng không ở Anh. Các máy ảnh nhiệt đầu tiên của Mỹ được phát triển là máy quét đường hồng ngoại. Điều này được tạo ra bởi quân đội Hoa Kỳ và Texas Cụ vào năm 1947 và mất một giờ để tạo ra một hình ảnh duy nhất. Trong khi một số phương pháp đã được nghiên cứu để cải thiện tốc độ và độ chính xác của công nghệ, một trong những yếu tố quan trọng nhất liên quan đến việc quét hình ảnh, công ty AGA có thể thương mại hóa bằng cách sử dụng chất quang dẫn làm mát.

Hệ thống quét hồng ngoại đầu tiên là Vịt con màu vàng của Anh vào giữa những năm 1950. Điều này đã sử dụng gương và máy dò quay liên tục, với chức năng quét trục Y bằng chuyển động của máy bay vận tải. Mặc dù không thành công trong dự định ứng dụng theo dõi tàu ngầm bằng cách phát hiện đánh thức , nó đã được áp dụng cho giám sát trên đất liền và trở thành nền tảng của IRcancan quân sự.

Công trình này được phát triển thêm tại Cơ quan Tín hiệu và Radar Hoàng gia ở Anh khi họ phát hiện ra rằng cadmium Telluride thủy ngân là một chất quang dẫn cần làm mát ít hơn nhiều. Honeywell ở Hoa Kỳ cũng phát triển một loạt các máy dò có thể làm mát ở nhiệt độ thấp hơn, nhưng chúng đã quét một cách cơ học.

Phương pháp này có một số nhược điểm có thể khắc phục bằng hệ thống quét điện tử. Năm 1969 Michael Francis Tompsett tại Công ty Van điện Anh ở Anh đã cấp bằng sáng chế cho một chiếc máy ảnh quét điện tử pyro và đạt được hiệu suất cao sau một vài bước đột phá khác trong suốt những năm 1970. Tompsett cũng đề xuất một ý tưởng cho các mảng hình ảnh nhiệt trạng thái rắn, cuối cùng dẫn đến các thiết bị hình ảnh cắt lát đơn tinh thể lai hiện đại.

Về cơ bản camera hồng ngoại là dòng máy ảnh chụp nhiệt độ của nguồn nhiệt bằng công nghệ cảm biến hồng ngoại. Camera hồng ngoại có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống như cứu hộ, cứu hỏa, chữa bệnh, bảo trì, hay tìm kiếm người mất tích, nghiên cứu khoa học, môi trường, hay nghiên cứu động vật, cháy rừng…. Đó là định nghĩa camera hồng ngoại là gì. Bây giờ ta tìm hiểu lịch sử của camera nhiệt hồng ngoại nhé.

Cảm biến hồng ngoại

Một trong những lĩnh vực phát triển quan trọng nhất đối với các hệ thống an ninh là khả năng đánh giá tín hiệu thông minh, cũng như cảnh báo về sự hiện diện của mối đe dọa. Dưới sự khuyến khích của hiệp hội Sáng kiến ​​phòng thủ chiến lược Hoa Kỳ , “cảm biến thông minh” bắt đầu xuất hiện. Đây là những cảm biến có thể tích hợp cảm biến, trích xuất tín hiệu, xử lý và hiểu. Có hai loại cảm biến thông minh chính. Một, tương tự như cái được gọi là ” chip tầm nhìn ” khi được sử dụng trong phạm vi có thể nhìn thấy, cho phép tiền xử lý sử dụng các kỹ thuật Cảm biến thông minh do sự tăng trưởng của vi mạch tích hợp.

Đến cuối những năm 1990, việc sử dụng tia hồng ngoại đã chuyển sang sử dụng dân sự. Có sự giảm đáng kể chi phí cho các mảng không được kiểm soát, cùng với sự gia tăng lớn trong phát triển dẫn đến một thị trường sử dụng hai chiều giữa dân sự và quân sự. Những ứng dụng này bao gồm kiểm soát môi trường, phân tích tòa nhà / nghệ thuật, chẩn đoán chức năng y tế, và hướng dẫn xe và hệ thống tránh va chạm. Và người ta sử dụng phát triển cảm biến hồng ngoại thông minh tích hợp cho camera hồng ngoại.

Nguyên tắc hoạt động của camera hồng ngoại là gì

Năng lượng hồng ngoại chỉ là một phần của phổ điện từ , bao gồm bức xạ từ các tia gamma , tia X , tia cực tím , một vùng mỏng của ánh sáng khả kiến , sóng hồng ngoại , sóng terahertz , sóng vi ba và sóng vô tuyến. Tất cả đều liên quan và phân biệt độ dài của sóng (bước sóng). Tất cả các vật thể phát ra một lượng bức xạ vật đen nhất định như là một hàm của nhiệt độ của chúng.

Nói chung, nhiệt độ của vật thể càng cao, bức xạ hồng ngoại càng được phát ra dưới dạng bức xạ vật đen . Một camera đặc biệt có thể phát hiện bức xạ này theo cách tương tự như cách một camera thông thường phát hiện ánh sáng khả kiến. Nó hoạt động ngay cả trong bóng tối hoàn toàn vì mức độ ánh sáng xung quanh không quan trọng. Điều này làm cho nó hữu ích cho các hoạt động cứu hộ trong các tòa nhà đầy khói và dưới lòng đất.

Một sự khác biệt lớn với máy ảnh quang là các thấu kính lấy nét không thể được làm bằng kính, vì các khối thủy tinh có ánh sáng hồng ngoại sóng dài. Thông thường, dải phổ của bức xạ nhiệt là từ 7 đến 14 m. Phải sử dụng các vật liệu đặc biệt như Germanium , canxi florua, silic tinh thể hoặc loại kính chalcogenide đặc biệt mới được phát triển. Ngoại trừ canxi florua, tất cả các vật liệu này đều khá cứng và có chỉ số khúc xạ cao (đối với Germanium n = 4) dẫn đến phản xạ Fresnel rất cao từ các bề mặt không tráng phủ (lên đến hơn 30%). Vì lý do này, hầu hết các ống kính cho máy ảnh nhiệt đều có lớp phủ chống phản xạ. Chi phí cao hơn của các ống kính đặc biệt này là một lý do tại sao máy ảnh nhiệt có chi phí cao hơn.

Ứng dụng của camera hồng ngoại

Hình ảnh từ camera hồng ngoại có xu hướng đơn sắc vì các camera thường sử dụng cảm biến hình ảnh không phân biệt các bước sóng khác nhau của bức xạ hồng ngoại. Cảm biến hình ảnh màu đòi hỏi một cấu trúc phức tạp để phân biệt bước sóng và màu sắc ít có ý nghĩa bên ngoài phổ khả kiến ​​thông thường vì các bước sóng khác nhau không ánh xạ đồng nhất vào hệ thống tầm nhìn màu được con người sử dụng.

Đôi khi những hình ảnh đơn sắc này được hiển thị bằng màu giả , trong đó những thay đổi về màu sắc được sử dụng thay vì thay đổi cường độ để hiển thị những thay đổi trong tín hiệu. Kỹ thuật này, được gọi là cắt mật độ , rất hữu ích vì mặc dù con người có dải động phát hiện cường độ lớn hơn nhiều so với màu sắc nói chung, khả năng nhìn thấy sự khác biệt cường độ tốt ở vùng sáng là khá hạn chế.

Để sử dụng trong đo nhiệt độ, các phần sáng nhất (ấm nhất) của hình ảnh có màu trắng tùy chỉnh, nhiệt độ trung bình màu đỏ và màu vàng và phần mờ nhất (mát nhất) màu đen. Một tỷ lệ nên được hiển thị bên cạnh một hình ảnh màu sai để liên kết màu sắc với nhiệt độ. Độ phân giải của chúng thấp hơn đáng kể so với máy ảnh quang, chủ yếu chỉ có 160 x 120 hoặc 320 x 240 pixel, mặc dù các máy ảnh đắt tiền hơn có thể đạt được độ phân giải 1280 x 1024 pixel.

Máy ảnh nhiệt độ đắt hơn nhiều so với máy ảnh quang phổ nhìn thấy của chúng, mặc dù máy ảnh nhiệt bổ sung hiệu năng thấp cho điện thoại thông minh đã có sẵn hàng trăm đô la vào năm 2014. Các mẫu cao cấp hơn thường được coi là sử dụng képvà bị hạn chế xuất khẩu, đặc biệt nếu độ phân giải là 640 x 480 trở lên, trừ khi tốc độ làm mới là 9 Hz trở xuống. Việc xuất khẩu máy ảnh nhiệt được quy định bởi Giao thông quốc tế trong Quy định vũ khí.

Trong các máy dò không được kiểm soát, chênh lệch nhiệt độ tại các pixel cảm biến là phút; chênh lệch 1 ° C tại hiện trường chỉ tạo ra chênh lệch 0,03 ° C tại cảm biến. Thời gian phản hồi pixel cũng khá chậm, ở mức hàng chục mili giây.

Nhiệt kế tìm thấy nhiều công dụng khác. Ví dụ, lính cứu hỏa sử dụng nó để nhìn xuyên qua khói , tìm người và khoanh vùng các điểm nóng của đám cháy. Với hình ảnh nhiệt, các kỹ thuật viên bảo trì đường dây điện xác định vị trí các khớp và bộ phận quá nóng, một dấu hiệu nhận biết về sự thất bại của chúng, để loại bỏ các mối nguy tiềm ẩn. Khi cách nhiệt trở nên bị lỗi, các kỹ thuật viên xây dựng có thể thấy rò rỉ nhiệt để cải thiện hiệu quả của việc làm mát hoặc sưởi ấm điều hòa không khí.

Camera chụp ảnh nhiệt cũng được lắp đặt trong một số xe hơi sang trọng để hỗ trợ người lái ( Tầm nhìn ban đêm trên ô tô ), đầu tiên là chiếc Cadillac DeVille 2000 .

Một số hoạt động sinh lý, đặc biệt là các phản ứng như sốt , ở người và các động vật máu nóng khác cũng có thể được theo dõi bằng hình ảnh nhiệt. Camera hồng ngoại được làm mát có thể được tìm thấy tại các kính viễn vọng nghiên cứu thiên văn học lớn, ngay cả những kính không phải là kính viễn vọng hồng ngoại.

Ứng dụng thực tế camera hồng ngoại là gì

Được phát triển ban đầu cho mục đích quân sự trong Chiến tranh Triều Tiên. Máy ảnh nhiệt đã dần dần di chuyển sang các lĩnh vực khác đa dạng như y học và khảo cổ học. Gần đây, việc giảm giá đã giúp thúc đẩy việc áp dụng công nghệ xem hồng ngoại. Quang học tiên tiến và giao diện phần mềm tinh vi tiếp tục tăng cường tính linh hoạt của camera IR. Có ọt số camera hồng ngoại siêu nhỏ còn hoạt động trong gian điệp. Sau đây là ứng dụng của camera hồng ngoại:

• Tầm nhìn ban đêm
• Kiểm tra xây dựng
• Chẩn đoán lỗi và xử lý sự cố
  • Kiểm toán năng lượng của tòa nhà cách nhiệt và phát hiện các chất làm lạnh rò rỉ
  • Kiểm tra mái nhà
  • Hiệu suất nhà
  • Phát hiện độ ẩm trong tường và mái nhà (và do đó thường là một phần của việc khắc phục nấm mốc )
  • Phân tích kết cấu tường
• Thực thi pháp luật và chống khủng bố
  • Giám sát kiểm dịch của du khách đến một quốc gia
  • Phát hiện và thu thập mục tiêu của quân đội và cảnh sát: hồng ngoại , tìm kiếm và theo dõi hồng ngoại
  • Theo dõi và giám sát tình trạng
  • Giám sát kỹ thuật
  • Tầm nhìn vũ khí nhiệt
  • Hoạt động tìm kiếm cứu nạn
  • Hoạt động chữa cháy
• Nhiệt kế (y tế) – Xét nghiệm y tế để chẩn đoán
  • Hình ảnh nhiệt thú y
• Giám sát quá trình chương trình
  • Kiểm soát chất lượng trong môi trường sản xuất
  • Bảo trì dự đoán (cảnh báo sự cố sớm) trên thiết bị cơ điện

• Thiên văn học , trong các kính viễn vọng như UKIRT , Kính thiên văn vũ trụ Spitzer , WISE và Kính viễn vọng không gian James Webb (kế hoạch ra mắt vào ngày 30 tháng 3 năm 2021)
• Tầm nhìn ban đêm ô tô
• Kiểm tra cách âm để giảm âm thanh
• Hình ảnh hóa học
• Giám sát trung tâm dữ liệu
• Chẩn đoán và bảo trì thiết bị phân phối điện, như sân biến áp và bảng phân phối
• Thử nghiệm không phá hủy
• Nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới
• Phát hiện ô nhiễm nước thải
• Xác định vị trí các ngôi mộ không được đánh dấu
• Xác định vị trí sâu bệnh
• Khảo cổ học trên không
• Điều tra huyền bí
• Khiển trách phát hiện
• Khí tượng học (hình ảnh nhiệt từ vệ tinh thời tiết được sử dụng để xác định nhiệt độ / chiều cao và nồng độ hơi nước của đám mây, tùy thuộc vào bước sóng)
• Hệ thống xem xét quyết định của Cricket Umpire . Để phát hiện sự tiếp xúc mờ nhạt của quả bóng với con dơi (và do đó có chữ ký miếng dán nhiệt trên con dơi sau khi tiếp xúc).
• Điều hướng tự động

Thông số kỹ thuật

Một số thông số kỹ thuật của hệ thống camera hong ngoai là số pixel , tốc độ khung hình , Độ phản hồi , công suất tương đương nhiễu , chênh lệch nhiệt độ tương đương nhiễu (NETD), dải phổ, tỷ lệ khoảng cách giữa các điểm (D: S), khoảng cách lấy nét tối thiểu , tuổi thọ của cảm biến, chênh lệch nhiệt độ có thể phân giải tối thiểu (MRTD), trường nhìn , phạm vi động , công suất đầu vào, và khối lượng và âm lượng. Bạn đang xem bài viết camera hồng ngoại là gì? Hy vọng bạn sẽ có những kiến thức bổ ích nhất.