Мир невидимого представляет собой удивительное зрелище, когда становится видимым. Тепловидение – это именно то, что дает нам возможность увидеть невидимый инфракрасный спектр при помощи специальных камер и особой технологии.
Эти инструменты позволяют узнать, что скрыто в этом невидимом мире, который окружает нас повсюду. Опытные специалисты многое могут понять по изображению, захваченному тепловизором.
Что же такое тепловидение? Что такое инфракрасная термография? В этой статье вы найдете ответы на эти вопросы.
В последние годы технология тепловидения стала не только более доступна простому пользователю, но и значительно подешевела. Трудно поверить, что мы продвинулись столь далеко с момента появления первых тепловизионных систем, производство которых началось в конце 20-х годов прошлого века.
Ранние камеры-тепловизоры были большими и громоздкими. Для перевозки первых передвижных систем термографии требовался грузовой автомобиль. В наши дни тепловизоры стали настолько компактными, что их вполне можно поместить на дрон.
Читайте в рубрике:
История тепловидения
Тепловидение было впервые открыто в 1800 году астрономом сэром Уильямом Гершелем. Ученый в это время пытался разработать светофильтр для телескопа, чтобы уменьшить ослепительное сияние солнца во время наблюдения. Без соответствующих фильтров возможно серьезное повреждение глаз, даже после нескольких секунд воздействия солнца через линзы телескопа.
В своих экспериментах Гершель использовал красный фильтр, который, как оказалось, выделял много тепла. Для того, чтобы измерить количество выделяемого тепла, он пропустил солнечный свет через призму, поместив термометр сразу за красной полосой видимого спектра.
Ученый заметил, что термометр регистрирует температуру, которая была выше температуры окружающего воздуха в видимом спектре, и пришел к выводу, что есть еще одна форма света, которая выходит за пределы диапазона, воспринимаемого нашим зрением.
Гершель открыл инфракрасный спектр и назвал свое открытие «термометрический спектр». Временами он использовал название «невидимые лучи», а иногда – «темное тепло». Сегодня мы называем это инфракрасным спектром, и это отдельная область электромагнитного спектра. Термин «инфракрасный» вошел в обиход в начале 1900-х годов.
Следующий шаг в развитии тепловидения произошел в 1840 году. Сын Гершеля Джон, который занимался экспериментами в области фотографии, сумел получить тепловые изображения и впервые распечатать их на бумаге. Джон Гершель назвал свое изобретение термографом, и этот термин сохранился до наших дней. Кроме того, существует слово «термограмма», означающее «тепловое изображение».
Еще одним важным этапом стало изобретение в 1880 году болометра, который до сих пор используется в тепловизорах. В любой современной термографической камере установлен болометр.
Болометр был изобретен американским астрономом и физиком Самюэлем Лэнгли. Это точный прибор, который может безошибочно измерять инфракрасное излучение, исходящее от объекта с точностью до одной стотысячной градуса.
Первая настоящая инфракрасная камера была создана в 1929 году . Это была электронная телевизионная камера, которая использовалась в Британской армии для противовоздушной обороны. Военные быстро внедрили использование инфракрасных камер, и вскоре технология стала неотъемлемой частью оборонной стратегии во всем мире.
Что такое термография?
Инфракрасная термография – это процесс получения и анализа тепловой информации от бесконтактных тепловизионных устройств. Быть может, кто-то не знаком с инфракрасным изображением. Мы предлагаем им краткое объяснение, которое поможет понять, что это такое.
На тепловом изображении (другое название – термограмма) более темные области – это те, которые излучают меньше тепловой энергии. Как правило, это означает, что эти целевые зоны более холодные.
Более яркие участки, напротив, указывают на более мощное тепловое излучение, и здесь находятся зоны с более высокой температурой.
Как видно на изображении выше, крыша остывает, поскольку на нее больше не поступает тепло. Изображение было снято через два часа после захода солнца. А днем крыша заполнялась теплом от солнечных лучей. В принципе, все что угодно, генерирующее жар, может наполнить объект теплом.
Мы также видим область крыши, которая удерживает тепло и рассеивает его с другой скоростью, чем окружающая область. Участок начинается примерно с середины желоба и простирается через крышу. Это подсказывает нам, что в этой области есть что-то аномальное. При дальнейшем осмотре было установлено, что из желоба под кровлю проникает вода.
Это изображение крыши является хорошим примером, демонстрирующим повреждение. Мы также видим неисправность вдоль кровельного конька, и мы можем отследить присутствие воды и ее путь. Светло-зеленые участки – это вода под крышей, поскольку вода остывает медленнее окружающих областей.
На следующей термограмме мы вновь видим многочисленные разрушения кровельной системы. Печально, но это все та же крыша. В итоге клиенты смогли предоставить страховой компании картину неисправностей и заставили подрядчика переделать работу.
Изначально крыша была заменена из-за повреждений во время урагана, но замена оказалась некачественной. После термографической экспертизы выяснилось, что крыша была установлена неправильно, и вода проникала внутрь дома в нескольких местах.
А теперь рассмотрим еще два изображения, которые показывают однослойную коммерческую кровельную систему. На этот раз тепловой снимок демонстрирует, что крыша исправна и нет никаких аномалий. На соответствующем RGB-изображении мы видим, что в углу крыши образовалась лужа, но скопившаяся в этом месте вода пока не проникла в слой.
Это лишь один из примеров использования тепловой технологии.
Чем отличаются обычное визуальное изображение, термограмма и ночное видение
Легко понять, что между обычным визуальным изображением и термограммой существует определенное сходство. На соответствующих изображениях, показанных выше, эту связь можно увидеть.
Однако прежде всего нужно говорить о серьезном различии. Обычное визуальное изображение требует поглощения и отражения цвета, а также освещения для создания картинки. Напротив, тепловое изображение (термограмма) не зависит от источников света и может быть снято даже при полном отсутствии освещения. И это потому, что термограмма определяет излучаемое тепло и на основе этой информации создает изображение.
Существует большая разница между ночным видением и тепловидением, хотя их часто путают друг с другом. В приборах ночного видения используется усиление небольшого количества доступного света, и наличие некоторого количества света необходимо для работы таких приборов.
Области применения тепловидения
Сегодня тепловидение используется в различных отраслях промышленности, от электрических систем до осмотра домов, вышек сотовой связи, поисково-спасательных работ и многих других сфер.
Одним из преимуществ тепловидения является способность видеть сквозь дым. Для пожарных это бесценный инструмент, помогающий обнаружить «горячие точки» и даже людей, застрявших на месте пожара.
Такие камеры также используются для наблюдения за механическим оборудованием на фабриках, чтобы определить, соответствует ли рабочая температура стандартным значениям.
В газовой индустрии такие тепловизионные системы обеспечивают контроль уровня в резервуарах, помогают обнаружить возможные утечки или отсутствие изоляции на трубопроводах.
Они даже используются, чтобы выявить геотермальную активность.
Области применения тепловизионных камер слишком многочисленны, и нет возможности привести полный список. Поэтому здесь упомянуты лишь несколько примеров.
Одним из величайших преимуществ использования тепловидения является бесконтактность. Это очень важно при осмотре электрических систем, когда к компонентам, по которым идет ток, опасно прикасаться.
Термография вообще не вторгается в целевой объект и не влияет на него, и это один из немногих бесконтактных методов, которыми мы располагаем.
Как использовать тепловизор
Для эффективной работы с тепловизором нужная специальная подготовка. Здесь требуется не только практический навык работы с камерой, но и умение анализировать полученное изображение и интерпретировать данные.
Термографическая камера не похожа на обычную камеру, с которой вы, возможно, знакомы. Чтобы запечатлеть хорошую термограмму, пригодную для анализа, необходимо соблюдать ряд условий.
- Термограмма должна быть в фокусе.
- Снимок должен был получен в правильном температурном диапазоне.
- Вы должны находится достаточно близко от целевого объекта.
Иными словами, изображение должно содержать определенную информацию, чтобы быть пригодным для чтения. Специалисты по термографии используют аббревиатуру FORD (Focus, Range, Distance – «фокус», «температурный диапазон», «расстояние»). Параметры FORD не могут быть изменены при последующей программной обработке, и поэтому исключительно важно, чтобы они были настроены правильно перед съемкой и сохранением изображения.
Одним из наиболее важных факторов для захвата хорошей термограммы является знание коэффициента излучения объекта, или излучательной способности (Emissivity). Этот параметр обозначается греческой буквой ε, его значение варьируется от 0,0 до 1,0. Коэффициент излучения поверхности материала – это его эффективность в выделении энергии в форме теплового излучения.
Как показано в приведенной ниже таблице, все объекты и материалы имеют собственный коэффициент излучения, и от этого во многом зависит, удастся ли вам получить сфокусированную и настроенную термограмму или нет.
Как и в случае с параметрами FORD, коэффициент излучения должен быть настроен до захвата термограммы, и он не может быть изменен в ходе последующей обработки. Излучательная способность – это единственный наиболее важный атрибут для точных тепловых измерений, и его нельзя игнорировать.
Существует метод определения коэффициента излучения объекта в поле. Но проще воспользоваться справочной таблицей, копию которой необходимо всегда иметь при себе.
Помимо трех параметров FORD (фокус, температурный диапазон, расстояние) и коэффициента излучение, есть еще один важный фактор – настройка.
Тепловая настройка означает ручную регулировку диапазона и уровня изображения, чтобы довести тепловой контраст на цели до максимума.
Это пригодится, когда окружающие энергии влияют на настройку (например, если их движение не позволяют детектору поймать излучение) или требуется визуализировать энергию на конкретном, интересующем вас компоненте.
Правильно сфокусированная и настроенная термограмма покажет хороший, детализированный объект съемки.
Имеет ли дрон DJI Mavic 3 тепловизионную камеру?
Оснащен ли дроне DJI Mavic 3 тепловизионная камера? Да, на рынке имеется модель Mavic 3 Enterprise Advanced за основу которой взят квадрокоптер DJI Mavic 3, полный обзор которой есть на нашем сайте: https://dronnews.ru/obzory/dji/dji-mavic-3-enterprise.html
Заключение
Тепловидение – это важный инструмент в нашем арсенале. С его помощью мы можем выйти за пределы видимого диапазона и сделать невидимый спектр видимым. Такие компании, как FLIR и Fluke, усердно работают над снижением стоимости этих систем и улучшением их возможностей.
Хотя в статье было затронуто довольно много аспектов термографии, далеко не все моменты были рассмотрены. И вам самим предстоит исследовать множество других тонкостей тепловидения, будь то основы науки об инфракрасных лучах или многие другие специальные вопросы, такие как уравнение Стефана-Больцмана, теплопередача и так далее.
Просто знайте, что тепловизионная камера не похожа ни на одну другую камеру, с которой вам доводилось иметь дело, и правильная работа с ней требует дополнительных знаний и практики. Вы должны научиться не только, как пользоваться тепловизором, но также как считывать и анализировать собранные данные.
Вы даже не представляете, что может открыться вам из этого скрытого мира, так что идите и смотрите.
