В инженерии существуют понятия объекта и фона. Объекты — это обычные вещи, которые должны быть обнаружены и исследованы (люди, транспортные средства, животные и т. д.), Фон — это все остальное, не покрытое объектом в поле зрения (лес, трава, здания и т. д.).
Работа тепловизионных систем основана на восприятии разности температур между двумя объектами и преобразовании этой разницы в видимое изображение. Так как все объекты излучают инфракрасное (ИК) излучение в зависимости от их температуры, тепловизионные приборы обнаруживают эти различия и создают картину распределения ИК-излучения.
Чем больше разница в интенсивности ИК-излучения между объектом и фоном, тем лучше разрешение и контрастность теплового изображения. Современные тепловизионные приборы могут обнаруживать даже небольшие перепады температур в диапазоне от 0,015 до 0,07°C, что позволяет точно определить объекты и создать четкое изображение.
Большинство приборов ночного видения, таких как тепловизионные блоки и приборы на основе электронно-оптических преобразователей (например, ИК-камеры), работают в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн. Этот диапазон длин волн включает в себя как средневолновый инфракрасный (MWIR) диапазон с длинами волн от 3 до 5.5 микрон, так и длинноволновый инфракрасный (LWIR) диапазон с длинами волн от 8 до 14 микрон.
Инфракрасное излучение в этом диапазоне длин волн является особенно полезным для ночного видения, потому что атмосферные слои земной поверхности прозрачны для ИК-излучения в этом диапазоне. Это позволяет обнаруживать объекты и получать изображения даже при низкой освещенности или в полной темноте. Также этот диапазон длин волн соответствует излучательной способности объектов с температурой от -50 до +50 °C, что делает его подходящим для обнаружения и наблюдения за различными объектами, включая тепловые следы людей и животных.
Тепловизор представляет собой электронный прибор наблюдения, который работает на основе измерения инфракрасного излучения, или теплового излучения, объектов. Основным компонентом каждого тепловизора является микроболометрическая матрица (термодатчик), в которой каждый элемент изображения (пиксель) способен измерять температуру с высокой точностью.
Преимущество тепловизоров заключается в том, что они не требуют внешних источников освещения, так как измеряют тепловое излучение объектов, которое всегда присутствует, даже в полной темноте. Они являются пассивными системами наблюдения и могут работать как в дневное, так и в ночное время. Погодные условия, такие как туман или дождь, не создают препятствий для работы тепловизора, что делает их более универсальными и эффективными в различных условиях, по сравнению с обычными приборами ночного видения, которые могут зависеть от внешнего источника света.
Процесс работы тепловизионных приборов можно разбить на следующие шаги:
- Объектив тепловизора собирает инфракрасное тепловое излучение (тепловое излучение объектов) из полей зрения и фокусирует его на поверхности теплового датчика. Таким образом, создается температурная карта всего, что находится в поле зрения, на поверхности теплового датчика. Эту карту также называют картой разницы температур.
- Микропроцессор и другие электронные компоненты прибора считывают данные с теплового датчика. Они обрабатывают эти данные, выполняют коррекцию и усиление сигнала, а затем создают визуальное изображение на экране, которое представляет собой визуальную интерпретацию данных. Это изображение может представлять тепловую карту, где различные цвета или оттенки соответствуют разным температурам.
- Полученное визуальное изображение можно просматривать наблюдателем через окуляр при использовании прицельного тепловизионного прицела или непосредственно на экране, если у прибора есть встроенный дисплей.
Этот процесс позволяет наблюдателю видеть объекты и среду в инфракрасном спектре, что полезно в различных ситуациях, включая наблюдение в темноте или обнаружение скрытых тепловых источников.