Инфракрасное зрение
Инфракрасное зрение — это способность биологических или искусственных систем обнаруживать инфракрасное излучение . Термины тепловидение и тепловидение [1] [2] также часто используются в этом контексте, поскольку инфракрасное излучение тела напрямую связано с его температурой: более горячие объекты излучают больше энергии в инфракрасном спектре, чем более холодные.
Человеческое тело, а также многие движущиеся или статические объекты военного или гражданского значения обычно теплее окружающей среды. Поскольку более горячие объекты излучают больше инфракрасной энергии, чем более холодные, их относительно легко идентифицировать с помощью инфракрасного детектора днем или ночью. Следовательно, термин « ночное видение» также используется (иногда неправильно ) вместо «инфракрасного видения», поскольку одной из первоначальных целей разработки систем такого типа было обнаружение вражеских целей в ночное время. [3] Однако ночное видение касается способности видеть в темноте, хотя и не обязательно в инфракрасном спектре . Фактически приборы ночного видения могут быть изготовлены по одной из двух технологий: [4] усилители света или инфракрасное зрение. Первая технология использует фотокатод для преобразования света (в видимой или ближней инфракрасной части электромагнитного спектра) в электроны, усиления сигнала и преобразования его обратно в фотоны. С другой стороны, инфракрасное зрение использует инфракрасный детектор, работающий на средних или длинных волнах (невидимый для человеческого глаза) для улавливания тепла, излучаемого объектом.
Инфракрасный спектр
[ редактировать ]
На рисунке изображен весь электромагнитный спектр с выделением инфракрасной части, расположенной между видимыми и радиоволнами. ИК-спектр можно разделить на 5 областей, хотя это определение несколько условно и у разных авторов разное. [5] [6] [7] [8] Представленное здесь подразделение основано на сочетании окон пропускания атмосферы, т.е. областей длин волн, в которых инфракрасное излучение лучше передается через атмосферу, материалов детекторов, используемых для создания инфракрасных датчиков, и основных применений. Таким образом, диапазон ближнего инфракрасного диапазона (NIR) в основном используется в волоконно-оптических телекоммуникационных системах, поскольку кремнезем (SiO 2 ) обеспечивает среду с низкими потерями затухания для инфракрасного диапазона, в то время как диапазон коротковолнового инфракрасного диапазона (SWIR) позволяет работать на длинных дистанциях. дистанционная связь (дистанционное зондирование) с использованием комбинации детекторных материалов. Средневолновой инфракрасный диапазон (MWIR) и длинноволновый инфракрасный диапазон (LWIR) находят применение в инфракрасной термографии для военных и гражданских целей, например, идентификация сигнатур цели, наблюдение, неразрушающая оценка и т. д. Используется очень длинноволновый инфракрасный диапазон (VLWIR). в спектроскопии и астрономии.
Диапазон MWIR предпочтителен при проверке объектов с высокой температурой, а диапазон LWIR — при работе с объектами с температурой, близкой к комнатной. Другими важными критериями выбора группы являются: [9] рабочее расстояние, работа в помещении и на открытом воздухе, температура и излучательная способность интересующих объектов. Например, длинные волны (LWIR) предпочтительнее для работы на открытом воздухе, поскольку на них меньше влияет излучение Солнца. Камеры LWIR обычно представляют собой неохлаждаемые системы, в которых используются микроболометры с матрицей в фокальной плоскости, обычно используемые в промышленных ИК-приложениях, хотя существуют также охлаждаемые камеры LWIR, использующие детекторы ртути-кадмия-теллура (MCT). Напротив, большинство камер MWIR требуют охлаждения с использованием либо жидкого азота, либо охладителя с циклом Стирлинга. [10] Охлаждение примерно до −196 °C (77 K) обеспечивает превосходное термическое разрешение, но может ограничить область применения контролируемыми средами.
Приложения
[ редактировать ]Инфракрасное зрение широко используется военными для ночного видения , навигации , наблюдения и наведения на цель . В течение многих лет оно развивалось медленно из-за высокой стоимости оборудования и низкого качества доступных изображений. Однако с момента разработки первых коммерческих инфракрасных камер во второй половине 1960-х годов доступность новых поколений инфракрасных камер в сочетании с растущей мощностью компьютеров открывает новые гражданские (и военные) приложения, и это лишь некоторые из них: [11] здания и инфраструктура, [12] произведения искусства, [13] аэрокосмические компоненты [14] и процессы, обслуживание, [15] обнаружение и характеристика дефектов, правоохранительные органы, надзор и государственные службы, медицинское и ветеринарное тепловидение. Электронный метод, который использует инфракрасное зрение, чтобы «видеть» тепловую энергию, контролировать температуру и тепловые закономерности, называется инфракрасной термографией.
14 февраля 2013 года исследователи разработали нейронный имплант , который дает крысам способность чувствовать инфракрасный свет, который впервые дает живым существам новые способности, а не просто заменяет или усиливает существующие способности. [16]
См. также
[ редактировать ]- Инфракрасное окно
- Термографический контроль
- Термоцепция
- Инфракрасное зондирование у змей
- Инфракрасное зондирование у летучих мышей-вампиров
- Оптические материалы, используемые для инфракрасной оптики.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Тепловидение» Encarta World English Dictionary [Североамериканское издание] © & (P) 2007 Microsoft Corporation. 17 апреля 2008 г., Encarta. Архивировано 22 апреля 2009 г. в Wayback Machine . Архивировано 1 ноября 2009 г.
- ^ «Тепловидение» Cambridge University Press, 2008. 17 апреля 2008 г., Кембридж .
- ^ "Танк". Британская энциклопедия . 2008. Британская энциклопедия Интернет. 17 апреля 2008 г., Британника .
- ^ «Как работает ночное видение» Как все работает. 17 апреля 2008 г., HowStuffWorks .
- ^ Hudson RD 1969, Разработка инфракрасных систем , John Wiley & Sons Inc., США.
- ^ Пиотровски Дж. и Рогальски А. 2004, «Неохлаждаемые длинноволновые инфракрасные детекторы фотонов», Infrared Phys. Технол. , 46:115–131.
- ^ Рогальский А. и Хшановски К. 2002, «Инфракрасные устройства и методы», Статья: Обзор оптоэлектроники , 10 (2): 111–136.
- ^ Раддок В. 2004, «Инфракрасная визуализация и хирургия на открытом сердце», с сайта InfraredThermography.com, Advanced Infrared Resources [онлайн]: доступ 28 июня 2004 г.
- ^ Maldague XP 2001, Теория и практика инфракрасных технологий неразрушающего контроля , John Wiley & Sons, Нью-Йорк
- ^ «Как работают двигатели Стирлинга» Как все работает. 17 апреля 2008 г., HowStuffWorks .
- ^ ndt.net
- ^ Гарзиера Р., Амабили М. и Коллини Л. «Методы мониторинга структурного состояния исторических зданий», Proc. IV Панамериканская конференция по ОСП, [CD-ROM], Буэнос-Айрес, Аргентина, 22–27 октября 2007 г. [доступно онлайн: http://www.ndt.net/article/panndt2007/papers/141.pdf ]
- ^ Гринзато Э. «Температура контролирует здоровье людей в произведениях искусства», 16-я WCNDT - Всемирная конференция по неразрушающему контролю, [компакт-диск], Монреаль (Квебек), 30 августа - 3 сентября 2004 г. [доступно онлайн: http:/ /www.ndt.net/article/wcndt2004/pdf/thermography_thermal_techniques/34_grinzato.pdf ]
- ^ Шепард С.М. «Мгновенная термография аэрокосмических композитов», Proc. IV Панамериканская конференция по околосмертному опыту, [CD-ROM], Буэнос-Айрес, Аргентина, 22–27 октября 2007 г. [доступно онлайн: http://www.ndt.net/article/panndt2007/papers/132.pdf ]
- ^ Авделидис Н.П., Делегу Э.Т. и Моропулу А. «Термографическое исследование для мониторинга пористого камня», 16-я WCNDT - Всемирная конференция по неразрушающему контролю, [CD-ROM], Монреаль (Квебек), 30 августа - 3 сентября 2004 г. [доступно] онлайн: http://www.ndt.net/article/wcndt2004/pdf/thermography_thermal_techniques/804_avde.pdf ]
- ^ «Имплантат дает крысам шестое чувство инфракрасного света» . Проводная Великобритания . 14 февраля 2013 года . Проверено 14 февраля 2013 г.