17 апреля 2023

тепловизор

Что такое тепловизионная съемка?

Тепловизионная съемка, также известная как инфракрасная термография, включает в себя получение изображения с помощью тепловизионной камеры с помощью инфракрасного излучения. Основная цель этого метода - позволить увидеть объект или окружающую среду даже при отсутствии видимого света. Подробнее про тепловизор тут https://profoptica.com.ua/teplovizor-pulsar-helion-2-xp50-pro-640x480-1800m/ .

В связи с быстрым ростом использования тепловизионных изображений в гражданских целях приобрести тепловизионную камеру стало намного проще.

Но прежде чем отправиться за такой камерой, важно подробно ознакомиться с процессом тепловизионной съемки. Это поможет вам понять его применение и преимущества, а также связанные с этим сложности и проблемы.

Итак, ознакомьтесь с этим руководством по этому вопросу, чтобы узнать больше.

Что такое тепловизионное изображение?


Тепловизионная съемка или инфракрасная термография - это процесс, в котором используется тепловизионная камера для получения изображения объекта с использованием его инфракрасного излучения. Генерируемые изображения отражают различия в температуре объекта или окружающей среды, и этот процесс является одним из важных, изучаемых в рамках науки об инфракрасной визуализации.

Термография предполагает использование тепловизионных камер, которые способны обнаруживать излучение в электромагнитном спектре. Эти камеры работают в длинноволновом инфракрасном диапазоне спектра, который лежит между 9000 и 14000 нанометрами, и генерируемые таким образом изображения называются термограммами.

Что делает тепловизионное изображение таким полезным, так это его широкая применимость, которая обусловлена тем фактом, что все тела с температурой выше абсолютного нуля излучают инфракрасное излучение. Это означает, что объекты и окружающую среду можно легко увидеть даже при отсутствии света, а также можно заметить колебания температуры, поскольку тела с более высокими температурами излучают больше излучения.

Тепловизионные камеры могут помочь увидеть более теплые объекты, поскольку они, как правило, выделяются на фоне окружающей среды с более низкой температурой. Итак, теплокровные животные, включая людей, хорошо видны независимо от времени суток. Именно по этой причине тепловизионное изображение часто используется в таких устройствах, как камеры наблюдения, и имеет многочисленные военные применения.

Термоцепция
Термография требует использования таких устройств, как тепловизионные камеры, но похожа на естественный процесс, который выполняют некоторые животные. У этих животных есть определенные органы, которые работают аналогичным образом и способны к базовому уровню тепловидения, известному как термоцепция.

Термоцепция требует наличия специальных рецепторных клеток, обычно встречающихся у амфибий и рыб, которые могут помочь им реагировать на изменения температуры. У других животных, таких как люди, обезьяны и кошки, различные рецепторы могут быть активированы аналогичным образом с помощью стимулов охлаждения и согревания.

Активная или пассивная тепловизионная съемка
Термографию можно разделить на активные и пассивные типы. Для активной тепловизионной съемки требуется источник энергии, который может помочь создать разницу температур между объектом фокусировки и его фоном. Это весьма полезно в ситуациях, когда температура интересующих объектов близка к температуре окружающей среды.

Этот тип тепловизионной съемки также может использоваться для улучшения разрешения систем визуализации и может помочь в таких процессах, как микроскопия со сверхразрешением.

Затем существует пассивная термография, которую лучше всего использовать для объектов с температурой выше или ниже фоновой. Она чаще используется для медицинских процедур, таких как термология, или в целях наблюдения.

Тепловизионное изображение в сравнении с другими типами изображений
Тепловизионная съемка может выполняться в режиме реального времени с использованием различных платформ, таких как воздушные, водные и наземные транспортные средства. По сравнению с другими методами визуальной визуализации, она работает через пыль, аэрозоли, дым и туман, что позволяет обнаруживать тела даже в сложных условиях и окружающей среде.

Кроме того, как пассивный метод визуализации, он может использоваться в дневных и ночных условиях. Это помогает уменьшить нарушения в популяциях диких животных во время сбора данных о дикой природе. А поскольку термография основана на коэффициенте излучения, она может обнаруживать объекты и тела, которые теплее, холоднее или имеют ту же температуру, что и фон.

Аналогично, по сравнению с аэрофотосъемкой, тепловизионная съемка может использоваться для более универсальных приложений, таких как картографирование почвы. Это также может помочь понять эффекты затенения, которые можно использовать для разработки подробных карт.

Термография против инфракрасной пленки
И тепловизионная съемка, и инфракрасная пленка зависят от инфракрасного излучения, но отличаются друг от друга. В то время как термография может обнаруживать излучение в диапазоне от -50 до 2000 градусов Цельсия, инфракрасная пленка обнаруживает излучение в диапазоне от 250 до 500 градусов Цельсия.

Кроме того, инфракрасные устройства ночного видения работают в диапазоне, близком к видимому спектру в ближнем инфракрасном диапазоне, и могут использоваться в полной темноте для обнаружения отраженного или излучаемого ближнего инфракрасного излучения. Но из-за требований к высокой температуре в термографии они не могут быть использованы для этого и используются только с активными источниками инфракрасного излучения.

И, в случае приборов ночного видения типа starlight, они могут только усиливать окружающий свет.

КМОП- и ПЗС-термография
КМОП- и ПЗС-датчики работают на длине волны видимого света, но в определенных случаях их можно использовать для получения точных тепловых изображений. Это может быть сделано с использованием ближней инфракрасной области спектра и может использоваться для создания изображений объектов, имеющих температуру, близкую к 280 градусам Цельсия.

Кроме того, недорогие камеры с КМОП- и ПЗС-датчиками могут использоваться в видимом спектре для таких целей, как пирометрия. Они работают при температурах 600 градусов Цельсия и выше и могут обнаруживать нагретые материалы, частицы горящего угля, сажу и т.д. Для пирометрии обычно требуется использование внешних фильтров или фильтров Байера при использовании оттенков серого, цветовых соотношений или того и другого.

Тепловизионная камера – происхождение и работа

Для термографии требуется использование тепловизионной камеры, и понимание того, как эта камера работает, может быть весьма полезным.

Изначально тепловизионные камеры были разработаны военными в 1950-х годах, и они были тяжелыми и очень дорогими. Их также необходимо было охлаждать с использованием жидкого азота. Позже, с появлением дополнительных материалов для детекторов, новых технологий изготовления и других технологических разработок, появились высокопроизводительные тепловизионные камеры.

Матрицы с охлаждаемой фокальной плоскостью стали обычным явлением в 1900-х годах, и в этот период в камерах обработки изображений также начали использоваться неохлаждаемые матрицы. В современных тепловизорах используются матрицы как с охлаждением, так и без охлаждения в фокальной плоскости.

В камере визуализации используется инфракрасный детектор с матрицей в фокальной плоскости, который может обнаруживать пиксели и охлаждаться или неохлаждаться. Это зависит от материала, из которого изготовлена матрица, и от применения, для которого предназначена камера. Кроме того, линза помогает сфокусировать излучение на матрице детекторов, в то время как для отображения теплового изображения присутствует другая электроника.

Чтобы иметь возможность извлекать полезную информацию из изображений, жизненно важно стремиться к получению изображений максимально высокого качества. В большинстве случаев измерение температур объектов не учитывается, поскольку основное внимание уделяется разнице температур между ними. Вот почему это такой простой метод в использовании.

Использование термографии
Наиболее широко тепловизионное изображение используется в военных целях и устройствах безопасности, но есть и другие.

К ним относятся медицинские и клинические методы, поскольку этот процесс позволяет отслеживать физиологические изменения у теплокровных животных. Вот почему оно используется ветеринарами и для выявления аллергии у человека. Тепловизионное изображение широко использовалось во время пандемии свиного гриппа 2009 года, когда правительство использовало его для выявления случаев заболевания.

Использование термографии в промышленных и коммерческих целях также быстро расширилось за последние несколько лет. Например, оно полезно при тушении пожаров, поскольку обеспечивает пожарным видимость даже сквозь дым.

Аналогичным образом, технические специалисты используют ее для определения перегревающихся участков и стыков линий электропередачи. Термография используется даже в строительной промышленности для проверки неисправности теплоизоляции.

И причина, по которой использование термографии растет, заключается в том, что тепловизионные камеры довольно просты в использовании, поскольку они функционируют аналогично видеокамерам. Кроме того, поскольку эти устройства позволяют четко видеть разницу температур, фотографии для анализа не требуются.

Тепловизионные камеры также можно использовать для сканирования электрических систем с целью обнаружения неисправностей или выявления проблем с конденсатоотводчиками в системах отопления. И они могут обнаруживать участки, страдающие от перегрева или протечек, тем самым помогая экономить энергию.

Другие приложения для тепловизионной съемки включают мониторинг состояния, картографирование, медицинскую визуализацию, прицеливание и ночное видение и даже неразрушающий контроль. Оно даже используется в таких областях, как вулканология, управление технологическими процессами, скрининг заболеваний периферических сосудов, диагностика и многое другое.

Роль тепловой энергии в термографии
Как объяснялось ранее, термограммы или тепловизионные изображения, полученные тепловизионными камерами, представляют собой инфракрасную энергию, излучаемую объектом. Но из-за наличия более чем одного источника этого излучения может быть трудно определить, сколько энергии излучает конкретный объект.

Тепловизионные камеры решают эту проблему, поскольку они могут интерпретировать и анализировать визуальные данные, используя алгоритмы для создания правильного изображения. Они очень эффективны, потому что используют многочисленные источники информации для определения температуры объекта.

Энергия, которая видна при использовании тепловизионной камеры, известна как мощность падающего излучения, в то время как мощность излучаемого излучения - это мощность, подлежащая измерению. Передаваемая мощность излучения подается на объект от удаленного источника, а отраженная мощность излучения отражается объектом от такого источника.

В ситуациях, когда объект излучает больше тепла, мощность будет передаваться на более холодные поверхности от более теплых, что означает, что более холодные объекты будут поглощать тепло, излучаемое более горячими. Передача тепла является постоянно происходящим явлением и называется лучистым теплообменом, потому что произведение времени и мощности излучения составляет лучистую энергию.

Используя различные математические алгоритмы, тепловизионная камера может создавать изображение электромагнитного излучения в программе просмотра в формате JPG. Но камера должна изменять температуру объекта с помощью настройки, которая регулирует коэффициент излучения, чтобы она могла действовать как бесконтактный регистратор температуры.

Результаты измерений могут быть изменены с помощью алгоритмов, которые могут управлять способностью передавать конкретную среду и ее температуру. Эти факторы также влияют на температуру объекта, за которым ведется наблюдение.

Термография и излучательная способность
Свойство объектов выделять тепло или другие виды энергии называется излучательной способностью, в то время как способность поглощать излучение известна как абсорбционная способность.

Различные материалы имеют разную излучательную способность, и она зависит от длины волны инфракрасного излучения и температуры. Например, излучательная способность чистых металлов снижается при более длинных волнах, в то время как излучательная способность некоторых диэлектрических материалов, таких как сапфир и кварц, имеет тенденцию к увеличению. Оксиды, такие как оксид железа, не обнаруживают никаких изменений в своей излучательной способности на более длинных волнах.

Коэффициент излучения материалов варьируется от 0,00, что означает отсутствие коэффициента излучения, до 1,00, что указывает на полный коэффициент излучения. Например, коэффициент излучения серебра равен 0,2, что указывает на его очень низкую излучательную способность, в то время как у асфальта он равен 0,98, что делает его материалом с высокой излучательной способностью.

Для измерения температуры объекта с помощью инфракрасного тепловизора крайне важно определить его излучательную способность. Теоретически предполагается, что излучательная способность черного тела равна 1, но обычные объекты обычно не излучают столько излучения. Для определенных типов объектов диаграмма излучательной способности может помочь предоставить эту информацию.

Это значение вводится в тепловизор, который затем может рассчитать температуру контакта объекта. Наряду со значением коэффициента излучения для этой цели будет использоваться инфракрасное излучение, испускаемое объектом. Но для более точных измерений специалисты по термографии могут нанести на поверхность объекта материал, подобный излучающему аэрозолю для промышленных целей или черной изоляционной ленте.

Затем можно измерить фактическую излучательную способность, внеся коррективы в тепловизор и установив его на известную температуру. Тем не менее, в некоторых ситуациях этот тест на излучательную способность может оказаться невозможным, когда приходится использовать таблицы, содержащие значения излучательной способности.

Автоматизация и термография
С появлением все большего числа приложений, использующих термографию, автоматизированная тепловизионная съемка постепенно становится реальностью. Вот некоторые из способов, с помощью которых термография используется с автоматизацией.

Применение термографии для изучения экологии животных
Технология тепловидения может быть использована для изучения экологии животных, поскольку она может идентифицировать излучение, испускаемое животными, и отличать их от окружающей среды. Это может помочь собрать важные данные о количестве и типе видов, присутствующих в районе. И это может помочь в проведении наблюдений за физическим состоянием, полом и возрастом животного.

Однако, хотя данные могут быть собраны с помощью теплового излучения, их необходимо обработать, прежде чем из них можно будет получить какую-либо значимую информацию. Обработка тепловизионных изображений - непростая задача. Это связано с тем, что подсчет животных, присутствующих в районе, с использованием собранных тепловизионных изображений требует значительных усилий со стороны ученых.

Вот почему автоматизация процесса сбора данных играет важную роль, особенно если необходимо подсчитать большое количество животных за короткий период. Некоторые из методов, используемых для этой цели, включают анализ компьютерного зрения, цифровую обработку изображений, автоматическое обнаружение движения и использование алгоритмов отслеживания и обнаружения.

Автоматизация процесса обнаружения
Существуют определенные проблемы, связанные с автоматизацией процесса обнаружения животных. И среди них первое связано с качеством получаемых изображений. Важно иметь изображения хорошего качества, чтобы можно было отделить фон от подписей животных.

Кроме того, количество видов в районе может влиять на процессы обнаружения и автоматизации. В случае присутствия более одного вида автоматизация становится намного сложнее, поскольку необходимо идентифицировать индивидуальную сигнатуру каждого вида. Для этого требуется разработка алгоритма, который может основываться на интенсивности, размере или форме для идентификации.

Но ситуации, в которых требуется только обнаружение животных вместо идентификации каждого вида в отдельности, выиграли от разработок в этой области. Например, установка камер с тепловизионными датчиками на тракторе и вождение трактора на различных скоростях могут помочь в обнаружении животных.

И это может помочь в таких процессах, как сельскохозяйственная стрижка, поскольку это может привести к обнаружению, близкому к 100%, хотя густая листва может повлиять на обнаружение.

Для обнаружения и идентификации различных видов были разработаны специальные методы, поскольку этот процесс намного сложнее. Один из разработанных методов основан на новом алгоритме, который может быть использован с платформой, имитирующей беспилотный летательный аппарат (БПЛА).

Беспилотные летательные аппараты могут использоваться во многих ситуациях, таких как операции по скашиванию, и могут быть оснащены тепловизорами наряду с оборудованием для обработки данных. Они могут помочь снизить смертность животных, вызванную сельскохозяйственной техникой, и помочь в внедрении методов ведения сельского хозяйства, которые не затрагивают дикую природу.

Термография в сельском и лесном хозяйстве
Мониторинг воды и урожая
Тепловизионная съемка может использоваться для изучения содержания влаги в почве и растительности на местности, хотя делать выводы на основе таких данных может быть непросто. Это связано с тем, что температура поверхности может быстро меняться в зависимости от таких факторов, как ветер, влажность и других. Кроме того, нет данных тепловых спутников, которые могли бы обеспечить изображения с высоким разрешением.

Вот почему автоматизированное моделирование используется для изучения взаимосвязей между растительностью, почвой и атмосферой и известно как модели SVAT. Они разработаны с использованием данных, относящихся к растительности, климатическим воздействиям и гидродинамическим свойствам почвы. И существует несколько методов, с помощью которых можно изучить водный баланс почвы с использованием этих моделей.

Обнаружение стресса в лесах
Термографию можно использовать для сбора тепловых данных лесного покрова или листьев, чтобы узнать об уровнях воды, которые могут предоставить информацию о транспирации. Это может помочь ученым узнать, страдают ли деревья от стресса или нет.

Тепловизионные камеры могут фиксировать мельчайшие изменения температуры лесного покрова, помогая идентифицировать такие особенности, как более теплые стволы и более холодные листья. Такая информация может помочь понять изменения, вызванные стрессом, такие как изменения в способности деревьев поглощать углерод. Оно также может помочь оценить тепловые нарушения в свете различных физиологических процессов.

Изображения с высоким разрешением позволяют идентифицировать отдельные деревья и изменения температуры между участками навеса, которые подвергаются воздействию солнца, и теми, которые нет. А коллекция из нескольких изображений за определенный период времени может выявить изменения в транспирации и уровнях влажности почвы, что может быть очень полезно в таких ситуациях, как засуха.

Начало активности (дата): 17.04.2023 00:58:30
< Aviator Spribe игра 1xbet Консультации психолога >