Naktinio matymo infraraudonoji kamera

Kaip atsirado galimybė matyti tamsoje

Žmonės nuo seno svajojo matyti tamsoje taip pat gerai kaip dieną. Kol kas evoliucija mūsų akių nepritaikė naktiniam gyvenimui – mes nematome infraraudonųjų spindulių, kuriuos skleidžia šilti objektai. Tačiau technologijos leido įgyvendinti tai, ko negali mūsų biologija.

Pirmieji rimti bandymai sukurti nakties matymo įrangą prasidėjo Antrojo pasaulinio karo metais. Vokietija eksperimentavo su aktyviais infraraudonaisiais prožektoriais – tankai turėjo specialius šviestuvus, kurie apšviesdavo aplinką infraraudonąja šviesa, o specialūs įtaisai leisdavo tai matyti. Problema buvo ta, kad priešas su panašia įranga galėjo pastebėti šią „nematomą” šviesą. Buvo tarsi vaikščioti su žibintu, kurio pats nemato, bet kiti mato puikiausiai.

Po karo technologijos ėmė tobulėti. Atsirado pasyvūs nakties matymo prietaisai, kurie tiesiog stiprino esamą šviesą – net ir tamsiausioje naktį yra šiek tiek šviesos iš žvaigždžių ar mėnulio. Tačiau tikrasis proveržis įvyko sukūrus termines infraraudonąsias kameras, kurios „mato” šilumą.

Šilumos pasaulis, kurio nematome

Kiekvienas objektas, kurio temperatūra viršija absoliutųjį nulį (-273°C), skleidžia infraraudonuosius spindulius. Kuo objektas šiltesnis, tuo intensyvesni šie spinduliai. Žmogaus kūnas, įkaitęs automobilio variklis, net šviežiai išgerti kavos puodelis – visi jie spindi infraraudonojoje spektro dalyje.

Mūsų akys šių spindulių nemato, nes jos evoliucijos pritaikytos matyti tik labai siaurą elektromagnetinių bangų diapazoną – tai, ką vadiname „regimąja šviesa”. Infraraudonieji spinduliai yra šiek tiek ilgesnės bangos, todėl praslystą pro mūsų akių receptorius nepastebėti.

Infraraudonoji kamera veikia kaip dirbtinė akis, kuri mato būtent šiuos spindulius. Ji naudoja specialius jutiklius, jautrius šilumai, ir paverčia šiluminį vaizdą į įprastą paveikslą, kurį galime matyti ekrane. Šilti objektai rodomi šviesiais ar raudonais atspalviais, šalti – tamsiais ar mėlynais.

Mikrobolometras – širdis, kuri jaučia šilumą

Šiuolaikinės infraraudonosios kameros dažniausiai naudoja technologiją, vadinamą mikrobolometru. Tai skamba sudėtingai, bet principas gana paprastas. Įsivaizduokite mažytę mikroskopinę plokštelę, kuri šyla, kai ant jos patenka infraraudonieji spinduliai. Kai ši plokštelė įšyla, keičiasi jos elektrinė varža – tai galima išmatuoti ir paversti elektroniniu signalu.

Tokių mikroskopinių plokštelių kameroje yra tūkstančiai, išdėstytų tinkleliu – kaip pikseliai jūsų telefono ekrane. Kiekviena tokia plokštelė tampa vienu vaizdo taškų. Šiuolaikinės kameros gali turėti 320×240, 640×480 ar net 1024×768 pikselių rezoliuciją. Kuo daugiau pikselių, tuo aiškesnis vaizdas.

Įdomu tai, kad šiems jutikliams nereikia aušinimo – bent jau pigesnėse kamerose. Ankstesnės kartos infraraudonieji jutikliai turėjo būti aušinami iki labai žemos temperatūros, kad patys neskleidžia šilumos ir netrukdytų matavimams. Tai darė įrangą brangią ir sudėtingą. Mikrobolometrai veikia kambario temperatūroje, todėl tokie prietaisai tapo prieinami ne tik kariuomenei, bet ir paprastiems vartotojams.

Kur naudojamos šilumą matančios kameros

Pirmiausia, žinoma, kariuomenė ir policija. Galimybė matyti žmones tamsoje, net jei jie slepiasi už krūmų ar pastatų, yra neįkainojama. Paieškos ir gelbėjimo operacijos taip pat labai pasikliauja šia technologija – pamestą žmogų miške ar po griuvėsiais galima rasti pagal jo kūno šilumą.

Tačiau civiliniai pritaikymai ne ką mažiau įdomūs. Statybininkai naudoja termines kameras pastatų energetiniam efektyvumui tikrinti. Per tokią kamerą puikiai matyti, kur pro sienas ar langus bėga šiluma. Matote šviesų dėmę sienoje? Tai reiškia, kad ten bloga izoliacija ir jūsų pinigai už šildymą tiesiog išskrenda pro sieną.

Elektrikams tokios kameros padeda rasti perkaitusias elektros jungtis dar prieš kilus gaisrui. Mechanikai tikrina variklių būklę – netolygus šildymas gali rodyti gedimus. Veterinarai naudoja termines kameras gyvūnų sveikatai tikrinti – uždegimas ar trauma sukelia vietinį temperatūros pokytį. Net vyno gamyboje šios kameros naudojamos fermentacijos procesui stebėti.

Medžiotojai ir gamtos stebėtojai taip pat pamėgo šią technologiją. Galima stebėti laukinius gyvūnus netrukdant jiems ir nešviečiant žibintuvais. Tiesa, kai kuriose šalyse medžioklė su termovizoriumi yra apribota ar draudžiama – laikoma, kad tai duoda per didelį pranašumą ir tampa nesąžininga.

Skirtumai tarp nakties matymo ir termovizijos

Daugelis žmonių painioja nakties matymo prietaisus su terminėmis kameromis, nors tai visiškai skirtingos technologijos. Tradicinis nakties matymo prietaisas (kartais vadinamas „žaliu nakties matymu”) veikia kaip šviesos stiprintuvas. Jis surenka esamą šviesą – iš žvaigždžių, mėnulio ar tolimų gatvės žibintų – ir ją elektroniškai sustiprina tūkstančius kartų. Todėl ir vaizdas būna žalsvos spalvos.

Problema ta, kad jei nėra jokios šviesos, toks prietaisas neveiks. Visiškai tamsoje, pavyzdžiui, giliai oloje ar rūsyje be langų, tradicinis nakties matymas yra bevertis. Be to, staigus ryškios šviesos blyksnis gali apakinti tokį prietaisą ar net jį sugadinti.

Terminė kamera veikia visiškai kitaip – jai šviesa apskritai nerūpi. Ji mato šilumą, todėl veikia net visiškai tamsoje. Galite būti bunkerje be jokių šviesos šaltinių, bet jei ten yra žmonių ar veikiančios įrangos, terminė kamera viską matys. Tačiau ji nemato per stiklą – stiklas blokuoja infraraudonuosius spindulius. Tai reiškia, kad pro langą termovizija neveikia, kas kartais nustebina vartotojus.

Kiekviena technologija turi savo privalumų. Nakties matymo prietaisai duoda aiškesnį, detalesnį vaizdą ir leidžia atpažinti veidus ar skaityti užrašus. Terminės kameros geriau randa paslėptus objektus ir veikia bet kokiomis sąlygomis, bet vaizdas yra mažiau detalus. Profesionalai dažnai naudoja abi technologijas kartu.

Kaip pasirinkti terminę kamerą sau

Jei galvojate įsigyti terminę kamerą, pirmiausia pagalvokite, kam jos reikia. Skirtingi uždaviniai reikalauja skirtingų parametrų. Pagrindinis rodiklis – rezoliucija. Pigesnės kameros turi 160×120 ar 320×240 pikselių. Tai pakanka pamatui žmogų ar gyvūną 50-100 metrų atstumu, bet vaizdas bus gana miglota.

Profesionalesnės kameros su 640×480 pikselių duoda daug aiškesnį vaizdą ir leidžia atpažinti objektus didesniu atstumu. Tačiau kaina šoka labai stipriai – gali siekti kelis tūkstančius eurų. Jei jums reikia tik patikrinti namų izoliacijos ar rasti vandens nutekėjimą, pigesnis modelis puikiai tiks.

Terminio jautrumo parametras (NETD) rodo, kokį mažiausią temperatūros skirtumą kamera gali užfiksuoti. Geresnės kameros turi jautrumą 0.05°C ar net mažesnį. Tai svarbu, jei norite tiksliai matuoti temperatūras ar rasti labai nedidelius šilumos nuostolius.

Objektyvo kampas taip pat svarbus. Platus kampas (pavyzdžiui, 25°) leidžia matyti didelę erdvę iš arti – puiku patalpoms tikrinti. Siauras kampas (pavyzdžiui, 6°) veikia kaip teleobjektyvas – matote toliau, bet siauresnę zoną. Kai kurios kameros turi keičiamus objektyvus arba skaitmeninį priartinimą.

Praktiniai patarimai naudojant termovizorių

Pirmą kartą panaudojus terminę kamerą, vaizdas gali atrodyti keistas ir sunkiai suprantamas. Reikia laiko pratintis interpretuoti šiluminį vaizdą. Patarimas pradedantiesiems – pradėkite nuo žinomų objektų. Pažiūrėkite į savo ranką, puodelį kavos, šaldytuvą. Taip suprasite, kaip skirtingos temperatūros atrodo ekrane.

Kai tikrinate pastatą dėl šilumos nuostolių, geriausia tai daryti, kai yra didelis temperatūros skirtumas tarp vidaus ir lauko – bent 10-15 laipsnių. Žiemą tikrinkite iš vidaus, vasarą karštą dieną – iš lauko. Taip problemos bus aiškiausios.

Atminkite, kad termovizija nemato pro stiklą. Jei bandote fotografuoti pro langą, vietoj lauko vaizdo matysite tik lango paviršiaus temperatūrą ir savo atspindį. Tai ne gedimas – tiesiog fizikos dėsnis. Taip pat sunku matyti pro lietų ar sniegą – vandens lašai blokuoja infraraudonuosius spindulius.

Blizgūs metaliniai paviršiai atspindi infraraudonuosius spindulius kaip veidrodžiai, todėl gali klaidinti. Žiūrėdami į blizgų metalinį objektą, galite matyti ne jo paties temperatūrą, o atspindėtą šilumą iš kitų objektų. Matiniai paviršiai duoda tikslesnius rodmenis.

Ateitis – termovizija kiekvieno telefone?

Technologijos pigsta ir mažėja. Jau dabar galima nusipirkti termovizoriaus priedą išmaniajam telefonui už kelias šimtus eurų. Kai kurie telefonai, skirti specifinėms rinkoms, jau turi integruotas termines kameras. Kokybė, žinoma, nėra tokia kaip profesionalių prietaisų, bet kasdieniam naudojimui visai pakanka.

Automobilių pramonė domisi termovizija autonominiams automobiliams. Termovizija galėtų padėti aptikti pėsčiuosius ar gyvūnus tamsoje geriau nei įprastos kameros. Kai kurie prabangūs automobiliai jau turi tokias sistemas kaip saugos funkciją.

Medicinos srityje termovizija naudojama vis plačiau. COVID-19 pandemijos metu termoviziniai skaitytuvai tapo įprasta reginiu oro uostuose ir dideliuose pastatuose – jie greitai nuskaito žmonių temperatūrą. Nors tai nėra tikslus medicininės diagnostikos įrankis, padeda greitai atrinkti žmones su karščiavimu.

Išmaniųjų namų sistemose termovizija galėtų automatiškai reguliuoti šildymą pagal tai, kuriose patalpose yra žmonių. Saugumo sistemos galėtų tiksliau aptikti įsibrovėlius, atskiriant žmones nuo gyvūnų ar judančių šakų. Galimybės plačios, o technologija tampa vis prieinamesnė.

Kai šiluma tampa regima

Infraraudonosios kameros pakeitė mūsų supratimą apie tai, ką reiškia „matyti”. Jos atskleidė paslėptą šilumos pasaulį, kuris visada egzistavo šalia mūsų, bet buvo nematomos. Tai, kas kadaise buvo fantastinių filmų technologija, dabar tampa įprastu įrankiu įvairiose srityse – nuo statybų iki medicinos.

Ar verta įsigyti terminę kamerą? Jei esate profesionalas, dirbantis statybose, elektrotechnikoje ar mechanikoje, atsakymas greičiausiai taip. Prietaisas atsipirks greitai, padėdamas rasti problemas anksčiau ir efektyviau. Namų savininkams, norintiems sutaupyti energijos sąnaudoms, vienkartinis patikrinimas su nuomojama kamera gali būti protingesnis pasirinkimas nei pirkimas.

Entuziastams, kurie mėgsta technologijas ir tyrinėjimus, terminė kamera atvers visiškai naują būdą pažinti pasaulį. Pamatysite, kaip skirtingai šyla įvairūs paviršiai saulėje, kaip jūsų namas „kvėpuoja” šiluma, kaip gyvūnai palieka šilumines pėdas ant žemės. Tai tarsi įgyti naują pojūtį, kurį evoliucija mums nedovanojo.

Technologija toliau tobulės – kameros taps aiškesnės, mažesnės ir pigesnės. Galbūt po dešimtmečio termovizija bus tokia pat įprasta kaip dabar fotoaparatas telefone. O kol kas tai vis dar šiek tiek magijos – galimybė matyti tai, kas paprastai slepiasi už regimybės ribos.