Первое, что нужно понять, это то, что инфракрасные камеры видят другой тип излучения, чем тот, который вы видите глазами. Глаза и обычная камера дрона видят видимый свет, а тепловизионная камера видит ИК-лучи.
Келли Бродбек, менеджер по продукции UAS компании Teledyne FLIR, объясняет: "Хотя видимый и инфракрасный диапазоны являются частью электромагнитного спектра, их отличает длина волны. Электромагнитная энергия распространяется волнами, поэтому длина волны — это физическое расстояние от пика одной волны до пика следующей".
В инфракрасном спектре эти длины волн обычно измеряются в микрометрах, или миллионных долях метра. Видимый свет охватывает диапазон волн от 0,4 до 0,75 микрометра (часто сокращается до "микрона"), а инфракрасная энергия, регистрируемая большинством тепловизионных камер для беспилотников, охватывает диапазон волн от 7,5 до 14 микрон.
Эти моменты служат базой для некоторых важных фактов, которые необходимо понять, приступая к работе с тепловизором. Во-первых, данный детектор чувствителен и может видеть только определенный диапазон длин волн. "Ваши глаза и обычная камера беспилотника чувствительны к видимому свету в диапазоне волн 0,4-0,75 микрон и видят его", - объясняет Бродбек. "Длина волны инфракрасного излучения намного длиннее длины волны, которую видит наш глаз — вот почему тепловизоры могут "видеть невидимое"".
Далее, различные длины волн в диапазоне видимого света (часто изображаемые как цвета радуги) интерпретируются нашими глазами как цветовая палитра. Более короткие длины волн - это синие и фиолетовые цвета, а более длинные - оранжевые и красные. Поскольку тепловизоры не обнаруживают видимый свет, они не определяют цвет. Помните: цвет - это функция видимого света, который мы видим глазами, а ИК-излучение невидимо для наших глаз.
Поэтому мы должны назначить искусственные цвета, которые отображаются в виде различных цветовых палитр в вашей тепловизионной камере, для различной интенсивности инфракрасной энергии, обнаруженной камерой. Именно это вы и видите с помощью тепловизионной камеры: различную интенсивность инфракрасной энергии, которая исходит (в основном) от поверхности объекта, на который вы смотрите.
Есть несколько существенных различий между видимым светом и инфракрасным излучением: мы можем видеть видимый свет, но не можем видеть инфракрасный; и длины волн в видимом свете соответствуют различным цветам, в то время как в инфракрасном излучении цвета вообще не видны. Для начала запомните, что тепловизор обнаруживает и отображает разницу в интенсивности инфракрасной энергии, и вы сделаете большой шаг к пониманию инфракрасной визуализации.
Нагрев vs температура
Еще одна проблема при анализе инфракрасных изображений заключается в том, что многие люди путают тепловую энергию с температурой. Это не одно и то же. Когда что-то выглядит "горячим" для вашей тепловизионной камеры, это означает, что объект выделяет больше тепловой энергии чем все вокруг него - температура же может быть высокой, а может быть низкой.
"Все молекулы, из которых состоит все вокруг на Земле, колеблются", - объясняет Бродбек. "При выделении тепловой энергии веществом его молекулы будут колебаться быстрее, создавая большее трение между молекулами, и, следовательно, повышая температуру вещества". То, что мы видим с помощью тепловизора, - это количество тепловой энергии, исходящей от чего-либо, а не его температура.
Температуру можно рассматривать как следствие большего или меньшего количества тепловой энергии в веществе - если мы добавляем тепловую энергию, температура повышается; если мы убираем энергию, температура понижается. Поскольку наши камеры регистрируют тепловую энергию, мы должны помнить, что значения температуры, которые мы видим на инфракрасном изображении, рассчитываются, а не измеряются. И на эти расчеты влияют несколько очень важных переменных, которые не только влияют на то, насколько горячим что-то выглядит, но и на его измерение.
Почему что-то считается горячим или холодным?
В большинстве случаев инфракрасная излучение, испускаемое объектом, исходит от его поверхности; но эта энергия не обязательно исходит от самого объекта. Она может исходить от объекта, но может также отражаться от него, проходить через него или представлять собой комбинацию всех трех факторов. Для того чтобы правильно проанализировать изображение и измерить его температуру, мы должны понять, откуда именно исходит энергия, которую мы видим.
Излучение, исходящее непосредственно от объекта, называется испускаемой энергией. "Это энергия, содержащаяся в объекте и излучается им", - заявил Бродбек. "Отраженная энергия - это тепловая энергия, источником которой является что-то другое, но которая отражается от объекта, на который вы смотрите, и попадает в вашу камеру".
Когда тепловое излучение от чего-либо, находящегося за объектом, на который вы смотрите, проходит через интересующий вас объект, считается, что этот материал является "пропускающим". Это означает, что энергия, которую вы видите, передается от интересующего вас объекта, а не излучается им. Все, что вы видите на инфракрасном изображении, представляет собой некоторую комбинацию излучаемой, отраженной и/или передаваемой энергии. Математически эту взаимосвязь можно представить следующим образом: Излученная + Отраженная + Переданная = 1 (единица означает 100 процентов видимой инфракрасной энергии).
Хорошая новость заключается в том, что относительно небольшое количество предметов обладает высокой степенью пропускания инфракрасной энергии длинноволнового диапазона, поэтому подавляющее большинство предметов, которые вы увидите, представляют собой комбинацию излученной и отраженной энергии (излученная + отраженная = 1). Плохая новость заключается в том, что способность объекта пропускать инфракрасную энергию может быть прямо противоположна тому, что вы ожидаете, если вы все еще думаете о видимом свете.
Тонкопленочные пластики, такие как брезент и мешки для мусора, хорошо пропускают инфракрасное излучение, поэтому вы можете видеть сквозь них с помощью тепловизора, но они непрозрачны для видимого света. Вы не можете видеть сквозь них глазами. И наоборот, обычное оконное стекло хорошо пропускает видимый свет, иначе из него не получились бы хорошие окна, но оно почти полностью непрозрачно для инфракрасного излучения.
Эти свойства часто ставят в тупик молодых специалистов: они не только не могут увидеть стекло через инфракрасную камеру, но и часто видят отражения в стекле в инфракрасном диапазоне. Чтобы правильно интерпретировать термографические изображения, специалист должен знать, на что он смотрит, и понимать его тепловые свойства, чтобы понять, действительно ли энергия, которая, как кажется, исходит от этого объекта, является таковой.
Это одинаково верно как в том случае, если специалист пытается понять, какие предметы на самом деле горячие на изображении (это называется "качественным" осмотром), так и в том случае, если он пытается получить фактические измерения температуры (это называется "количественным" осмотром).
Насколько "горячий" - это "горячий"?
Мера того, насколько эффективно объект излучает тепло, называется его излучательной способностью. Излучательная способность - это отношение энергии, содержащейся в объекте, к количеству энергии, которую он излучает, и это отношение представлено в виде значений от 0 до 1,0. Поэтому объект, излучающий на 90 процентов, имеет излучательную способность 0,9.
"Помните, что все, что вы видите, является комбинацией излучения и отражения", - говорит Бродбек. "Так, если объект на 90 процентов излучает, он на 10 процентов отражает".
То, насколько объект излучает или отражает, определяется следующими шестью факторами, расположенными в порядке убывания важности:
Материал - Излучательная способность - это, прежде всего, свойство материала. То, из чего сделан предмет, в наибольшей степени определяет, насколько эффективно он отдает свою энергию. Вообще говоря, органические объекты - грязь, камни, дерево, животные (включая людей) - обладают высокой излучательной способностью; часто их излучательная способность превышает 0,95.
Обработка поверхности - Чем более гладким и блестящим является предмет, тем ниже его излучательная способность и, следовательно, выше отражательная способность. Например, если взять грубый кусок дерева и отполировать его до гладкости, это снизит его естественную высокую излучательную способность и повысит отражательную способность. И наоборот, блестящие металлы, естественно, обладают высокой отражательной способностью, но после коррозии они становятся более излучающими.
Угол обзора - если смотреть на объект с высокой излучательной способностью под слишком малым углом, он станет более отражающим. Это особенно важно для операторов беспилотников, поскольку мы можем легко изменить угол наклона наших тепловизионных камер. Убедитесь, что вы смотрите на что-то под углом как можно ближе к 90 градусам относительно поверхности, чтобы минимизировать отражения.
Форма - объекты с большим количеством углублений и углов могут казаться более горячими, чем они есть на самом деле, из-за особенностей геометрии.
При измерении температуры с помощью тепловизионной камеры, при проведении количественного контроля, все вышеперечисленные переменные должны быть компенсированы, если вы хотите получить точный результат.
