Среди различных видов дистанционного мониторинга, съемка в тепловом диапазоне занимает особое место. Первые данные космической тепловой съемки были получены еще в начале 1960-х годов сенсорами американских спутников TIROS. Хотя эти данные имели низкую пространственную разрешающую способность, они показали принципиальную возможность использования тепловой съемки в дистанционном зондировании.
В последующие годы происходило совершенствование аппаратуры для ведения тепловой съемки, отрабатывались методики дешифрирования и использования полученных данных. Однако, тепловая съемка не имела такого широкого применения, как, например, мультиспектральная съемка в оптическом диапазоне. Причинами этого были, в первую очередь, очень низкое разрешение снимков и их высокая стоимость. Кстати, прицел можно приобрести на страницах нашего специализированного сайта.
Тепловизор или прибор ночного видения?
Тепловизор – это прибор, который является высокочувствительным до теплового инфракрасного излучения. Он позволяет получать графическое изображение «теплового поля», в виде термограммы, где цветом или тоном отражена абсолютная температура объектов, которую измеряют по интенсивности их теплового излучения.
Рис. 1 Термопортрет человека. Температура в помещении была около 19⁰С. Температурная шкала слева позволяет оценить температуру.
То есть тепловизор будто фотографирует температуру, позволяя увидеть скрытое, то, что мы не можем обнаружить другим способом. И это не только тайное передвижение вражеских войск в темноте, но и дефекты конструкций, заболевания внутренних органов, подземные коммуникации, даже движение китов в толще океанской воды, и много других интересных вещей.
Пожалуй, большинства людей при слове “тепловизор” приходит в голову прибор ночного видения. Однако, приборы ночного видения и тепловизоры это не одно и то же. Принцип работы приборов ночного видения несколько иной. Если тепловизор – это пассивный прибор, который воспринимает собственное инфракрасное излучение объектов, то приборы ночного видения или просто усиливают видимый свет, поступающий от объекта, или освещают объекты инфракрасным лучом и воспринимают уже отраженный свет, то есть являются активными. Они позволяют наблюдателю увидеть объект, но его температуру измерить не могут.
Тепловизоры – какие и для чего?
На практике используют тепловизоры, работающие в двух спектральных диапазонах инфракрасного излучения – короткохвильовому (длина волн 3 – 5,5 мкм) и середньохвильовому (7 – 14 мкм), который, кстати, в описаниях приборов называют длинноволновым инфракрасным излучением, потому что именно так принято в теплотехнике.
Выбор этих диапазонов объясняют тем, что именно на них приходятся «окна прозрачности» атмосферы для инфракрасного излучения. К тому же, максимумы плотности излучения от объектов, имеющих температуры в интервале от 0 до 1000 ⁰С, находятся именно в указанных интервалах волн.
Большинство тепловизоров работают в длинноволновом диапазоне, потому что он дает меньшую погрешность, особенно при съемке днем, и имеет лучшую температурную разрешение. Тепловизоры, что снимают в короткохвильовому диапазоне, предназначены для работы с высокотемпературными (сотни градусов) объектами, кроме того, они имеют преимущества при работе с объектами с высокой світлопрозорістю и світловідбиттям (например, при термографии окон) и в некоторых других случаях.
Тепловизоры это, как говорят, дорогое удовольствие. Высокая стоимость тепловизоров обусловлена особенностями их конструкции.
До последнего времени линзы объективов тепловизоров изготавливали из германия. В отличие от обычного стекла, не пропускает тепловое излучение, германий – это металл, прозрачный для тепловых инфракрасных волн.
Однако, стоимость германию, мягко говоря, немаленькая. В период с января 2015 по апрель 2016 года его цена на мировом рынке колебалась в пределах 1250-1943 $/кг. Кроме германия, для изготовления линз используют другие дорогие материалы: селенид цинка, сульфид цинка, флюорид кальция и халькогенідне стекло.
По оценкам экспертов, стоимость тепловизора на 90% обусловлена стоимостью двух его составляющих – объектива и матрицы.
Какая именно матрица?
В большинстве современных тепловизоров используют матричные приемники теплового излучения, собранные с мікроболометрів – резисторов, электрическое сопротивление которых меняется в зависимости от поглощенного теплового излучения. Наиболее распространенные неохлаждаемые болометрические матрицы, изготовленные на основе оксида ванадия или аморфного кремния. От количества мікроболометрів в матрицы зависит качество изображения и, конечно же, стоимость тепловизора. Производство матриц сложное и наукоемкое, их производят лишь несколько компаний в мире.
Однако, даже несмотря на высокую стоимость тепловизоры перестают быть принадлежностью тайных агентов или оборудованием, доступным только для состоятельных фирм или крупных научных учреждений, а сферы их использования стремительно расширяются.
Тепловизоры используют военные и гражданские, в промышленности и строительстве, в искусствоведении и охоте, в астрономии и медицине. Даже для того, чтобы не ошибиться, поставив на больного коня на скачках, также советуют пользоваться тепловизором. Тепловизоры сейчас становятся настолько популярными, что ими просто начинают играть – снимать подружек в одежде и без, людей на улице, и, конечно же, котиков, что и на тепловых “фотографиях” прекрасно смотрятся.
Дорогой мой тепловизор. Можно ли дешевле?
В ответ на спрос растет, совершенствуются и приборы – уменьшается их размер и снижается стоимость. Снижение стоимости тепловизоров – один из результатов конкуренции на рынке и борьбы за спрос. Оно происходит за счет уменьшения размеров объективов, изготовление объективов не из германии, а из более дешевых материалов, и удешевление производства болометрических матриц.
Снижение стоимости матриц в период с 2010 по 2015 года прогнозировалось на уровне 58%. Так, в 2011-2012 гг. стоимость неохлаждаемых инфракрасных камер снижалась на 15% за год. В период с 2014 по 2019 год эксперты прогнозируют среднегодовой рост мирового рынка оборудования, которое использует инфракрасные детекторы в 11,86%.