Millal ja kes leiutas Thermal Imaging kaamera

August 11, 2022

 

Millal ja kes leiutas Thermal Imaging kaamera - 11. august 2022

Maailm, milles me elame, ei ole täiuslik. Ja mees siin maailmas püüab seda pidevalt täiustada ja oma kohta selles määratleda. Koht, mille tipp eksisteerib vaid virtuaalmaailmas. Probleemi uurides leidsid teadlased selle lahenduse sajandeid ja jõudsid tippu, mõistsid, et see on vaid vahepunkt, mitte võit. Tiibadeta mees unistas alati linnuna lendamisest. Ja ta lendas, olles konstrueerinud lennuki. Kui ta õhku tõusis, oli ta kohkunud – see oli vaid Olümpose jalg. Lõppude lõpuks oli ta lennukist lähemal tähtedest unistamisele ning kõrgelt vaadatuna oli ookean tohutu ja niisama uurimata. See ainult lisas soovi edasi liikuda, sealhulgas näha kaugemale, selgemalt ja paremini. Nähes nagu kassi pimedas ja kasutades kellegi teise elava soojaverelise organismi soojust, et avastada kolmas, praktiliselt reaalne "kassi nägemus". Peaaegu iga teadustegevuse valdkonna arengus on avanenud ja avamas visioon hulgaliselt uusi ja ootamatuid lahendusi. See on alles pika ja lõputu teekonna algus. Infrapuna, tavakeeles soojustehnoloogia uurimise ja rakendamise tee sai alguse kaks sajandit tagasi. Teaduses on kiirgava soojusenergia jaoks keeruline-lihtne nimetus, mida defineeritakse kui "soojussignatuuri". Põhimõtteliselt sellepärast, et isegi kui jää kiirgab soojusenergiat objekti kuumenemisel proportsionaalselt, suureneb soojusenergia vabanemine infrapunalainetes, mida madu võib eksimatult tajuda. See on parim näide sellest, kuidas see loom, tajudes näriliste temperatuuride erinevust, ründab edukalt oma saaki täielikus pimeduses. Kuidas see töötab?

Millal ja kes leiutas termopildistamise
Üheksateistkümnenda sajandi alguses avastas astronoom William Herschel, otsides teleskoopides päikesepildi heleduse vähendamise probleemile lahendust, punase filtri kasutamisel suure soojushulga eraldumise. Mõõtmisel suurenes kuumus pimedas piirkonnas väljaspool spektri punast otsa. Kui maksimumpunkt määrati, leiti, et see on kaugel spektri punasest otsast, mida praegu nimetatakse "infrapuna lainevahemikuks". Seda avastust nimetas ta termomeetriliseks ulatuseks. Edasised uuringud näitasid, et väljaspool seda spektrit on valguse nähtamatu vorm, mida nimetatakse "nähtamatuteks kiirteks", mis alles seitsekümmend aastat hiljem sai nüüdseks tuttava nime "infrapuna". Muuseas sai ta ka esimese paberile salvestatud termopildi, mida ta nimetas termograafiks. Ameerika teadlane Langley leiutas üheksateistkümnenda sajandi lõpus seadme - bolomeetri - soojuskiirguse mõõtmiseks. See oli tänapäeva väga tundliku termomeetri prototüüp, mis fokuseeris infrapunakiirguse plaatidele ja mõõtis galvanomeetriga elektrivoolu. Kahekümnenda sajandi alguses, 1934. aastal, leiutas Ungari füüsik Tihanyi infrapunakiirgusele tundliku elektroonilise telekaamera. See oli öise nägemise aktiivse arengu alguspunkt. Sellest ajast peale on öövaatlusseadmed jagatud põlvkondade kaupa. Iga põlvkonna järkjärguline kasutuselevõtt oli seotud vaatlusulatuse suurendamise, pildikvaliteedi parandamise ning seadmete kaalu ja suuruse vähendamisega. Uut põlvkonda defineeriv kriteerium on seadme põhikomponent - elektro-optiline muundur, mille olemus on muuta nähtamatu nähtavaks läbi heleduse suurendamise.
Kuidas termopildistamine sündis
Alguse andis nn "null" põlvkond, kus kasutati Hollandi firma Philipsi optilist muundurit, mis sai nime ühe arendaja järgi "Holsti klaas". Fotokatood ja fosfor kanti nende põhja kahe pesastatud keeduklaasi. Elektrostaatilise välja loomisega saavutasid nad pildiülekande. Tegelikult töötas varustus selles versioonis ainult vaatlusobjekti kohustusliku valgustamisega infrapuna prožektoriga. Kuigi seade oli muljetavaldava suurusega, väga raske ja kehva pildikvaliteediga, alustasid britid selle masstootmist armee vajadusteks 1942. aastal. Nelja aasta jooksul selle konverteri kasutamisest on aktiivne öösihikute, binoklite arendus ja tootmine, ning algasid tankide ja muu varustuse süsteemid. Kuuekümnendatel üritati toota üheelemendilisi detektoreid, mis skaneerisid ja lõid nähtust lineaarseid pilte. Projekti kõrge maksumuse tõttu jäi see idee teostamata.
Selle põlvkonna ühekaskaadiseadmetel on rohkem puudusi kui plusse. Elektrooptilise seadme esimese põlvkonna puhul kasutati põhielemendina habras klaasist fotokatoodi tundlikkusega vaakumpirni. See seade andis keskelt selge pildi ja moonutas kõike servades. Külgmise või eesmise ereda valguse allikaga muutus instrument praktiliselt "pimedaks". Öösel ilma infrapuna lisavalgustuseta oli ka nähtavus peaaegu null. Kuuekümnendatel aastatel sai fiiberoptilise tehnoloogia arenguga võimalikuks esimese põlvkonna seadmeid täiustada, asendades need tingimusliku üksplussiga. Lameklaas asendati fiiberoptilise plaadiga, mis võimaldas edastada pilte suure selgusega, saavutada kogu kaadri ulatuses kõrge eraldusvõime ja kõrvaldada pimestamise.
Seitsmekümnendaid aastaid iseloomustas teise põlvkonna seadmete väljatöötamine. Ameerika teadlased varustasid seadme mikrokanaliplaadil põhineva võimendiga, kus spetsiaalses kambris olevaid elektrone võimendatakse mitu korda, saades suurepärase nägemise. Seetõttu nimetatakse elektro-optilise seadme teist põlvkonda tavaliselt inverterseadmeks.
Järgmises teises pluss põlvkonnas, mida nimetatakse tasapinnaliseks, ei ole hajutuskambrit ja elektron siseneb otse läbi elektron-optilise muunduri ekraani. Seade kaotas pildikvaliteedi ja samal ajal kahekordistus infrapunarežiimis pildi kiirus. Uuendused lisasid heleduse kontrolli ja kaitset külg- ja esitulede eest. Need seadmed kuulusid professionaalsete seadmete hulka.
1982. aastal alustati erineva disainiga elektrooptiliste seadmete kolmanda põlvkonna loendamist. Nad kasutasid galliumi, mis suurendas infrapuna tundlikkust mitu korda. Selle põlvkonna seadmed on tunnustatud kõrgtehnoloogilistena ja pakuvad suurt huvi eelkõige sõjatööstuslikule kompleksile. Kiudoptilise plaadi puudumise tõttu tuleb märkida, et neljanda põlvkonna seadmed ei ole kaitstud külgmise valguse eest. Ja hind. Selle põlvkonna seade ületas kõik mõistlikud tolerantsid tootja kulude mõistmisel.
Tõenäoliselt seadme miinuste kompenseerimiseks ja kulude vähendamiseks töötati välja SUPER kaks pluss põlvkonna seade. Arendajad kavatsesid selles seadmes ühendada kõigi varasemate elektron-optilise muunduri põlvkondade tehnoloogilised eelised. Tulemuseks oli väga tundlik fotokatood. Nagu spetsialistid tunnistavad, pole Super Two Plusi ja kolmanda põlvkonna vahel vahet. Välja arvatud hind. Oma maksumuse poolest vastab Super Two Plus keskmise eelarveauto hinnale.
Esimesed rakendused
1930. aasta alguses uurisid Saksa teadlased aktiivselt soojuskiirguse mõju pooljuhtidele. Selle tulemusena töötati välja tundlikud kiirgusvastuvõtjad, mis mängisid olulist rolli arvukate infrapunasüsteemide väljatöötamisel, mida toodetakse igal kuul kuni neli tuhat, sõjatööstuse jaoks. Edukamad olid 1930. aastatel ameeriklased, kes lõid seadmed tankide öösel juhtimiseks ja öösihikuid laevadele. 1941. aastal hakkas Briti merevägi aluseid varustama optilistel pildimuunduritel põhinevate öövaatlusseadmetega, mis aitasid paatidel pimedas oma kodubaasi naasta. Nende abiga leidsid pärast rünnakut naasnud paadid baaslaeva selle signaaltulede järgi. Peaaegu samal ajal varustati Saksa armee infrapunaseadmetega tankide öösel juhtimiseks, ööpüssi sihikute ja lennukite identifitseerimissüsteemidega. Näiteks öösel infrapunafiltriga suletud tankidel kahesajavatiste esitulede kasutamisel nägi juht ligi kahesaja meetri kaugusel tohutuid takistusi ja kuni saja meetri kaugusel töötas püssi sihik tõhusalt. Kuuekümnendate alguses töötas Rootsi ettevõte AGA välja sõjaväe jaoks infrapuna-termokaamera, mille järgnevad infrapunapildistamise mudelid olid aastaid maailma parimad. Kui üheksakümnendate keskel ühinesid kolm suurimat infrapunatootjat, Ameerika ettevõtted FLIR ja Inframetrics ning Rootsi AGEMA Infrared Systems, algas uus termopildistamise faas. Tänapäeval on Ameerika ettevõte FLIR Systems maailma suurim kaubanduslike termokaamerate tootja teadusuuringute, tööstuse ja põllumajanduse, tööstuse ja põllumajanduse, õhus olevate objektide seire ja öise nägemise jaoks.

Me kasutame küpsiseid selleks, et meie veebisaiti oleks teil lihtsam kasutada. Saiti kasutades nõustute küpsiste kasutamisega.
Lisateave küpsiste seadete kohta Privaatsus Arusaadav