เทอร์โมสแกน & อินฟราเรด

เทอร์โมสแกน (Thermal imaging camera/TIC) หรือกล้องถ่ายภาพความร้อน การถ่ายภาพความร้อน(Thermal imaging)เป็นวิธีการปรับปรุงการมองเห็นของวัตถุในสภาพแวดล้อมที่มืดโดยการตรวจจับรังสีอินฟราเรดของวัตถุและสร้างภาพจากข้อมูลนั้น การถ่ายภาพในที่แสงน้อย ใช้เทคโนโลยีการมองเห็นตอนกลางคืน การถ่ายภาพความร้อนทำงานในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีแสงโดยรอบ ความร้อนสามารถทะลุผ่านสิ่งที่คลุมเครือเช่นควัน หมอกและหมอกควัน

คำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับวิธีการทำงานของการถ่ายภาพความร้อน:

วัตถุทั้งหมดปล่อยพลังงานอินฟราเรด (ความร้อน) ตามหน้าที่ของอุณหภูมิ พลังงานinfrared ที่ปล่อยออกมาจากวัตถุเรียกว่าลายเซ็นความร้อน โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งวัตถุร้อนมากเท่าไหร่ก็ยิ่งเปล่งรังสีออกมามากเท่านั้นกล้องถ่ายภาพความร้อน (thermal imager) (หรือที่เรียกว่ากล้องถ่ายภาพความร้อน) (thermal camera) โดยพื้นฐานแล้วคือเซ็นเซอร์ความร้อนที่สามารถตรวจจับความแตกต่างของอุณหภูมิได้เล็กน้อย อุปกรณ์จะรวบรวมรังสีinfrared จากวัตถุในฉากและสร้างภาพอิเล็กทรอนิกส์โดยอาศัยข้อมูลเกี่ยวกับความแตกต่างของอุณหภูมิ เนื่องจากวัตถุมีอุณหภูมิเท่ากันกับวัตถุอื่นๆ ที่อยู่รอบๆ ตัวพวกเขาไม่ค่อยแม่นยำ

 

เทอร์โมสแกนสามารถตรวจจับได้และจะปรากฏเป็นภาพความร้อนที่แตกต่างกัน โดยปกติภาพความร้อนจะเป็นโทนสีเทาโดยธรรมชาติวัตถุสีดำจะเย็นวัตถุสีขาวจะร้อนและความลึกของสีเทาบ่งบอกถึงความแตกต่างระหว่างวัตถุทั้งสอง อย่างไรก็ตามกล้องเทอร์มอลบางรุ่นจะเพิ่มสีให้กับภาพเพื่อช่วยให้ผู้ใช้ระบุวัตถุที่อุณหภูมิต่างกัน

 

กล้องถ่ายภาพความร้อนจะจับภาพและสร้างภาพของวัตถุโดยใช้รังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุในกระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายภาพความร้อน ภาพที่สร้างขึ้นแสดงถึงอุณหภูมิของวัตถุ เทคโนโลยีพื้นฐานของกล้องถ่ายภาพความร้อนได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกสำหรับกองทัพ อย่างไรก็ตามการประดิษฐ์กล้องถ่ายภาพความร้อนนั้นเกี่ยวข้องกับประวัติศาสตร์ของเทอร์โมกราฟฟีซึ่งเริ่มในปี พ.ศ. 2503 โดยเซอร์วิลเลียมเฮอร์เชลนักบินอวกาศผู้ค้นพบแสงอินฟราเรด

 

ทั้งรังสีinfraredและแสงที่มองเห็นเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ต่างจากแสงที่มองเห็นได้คือรังสีinfraredไม่สามารถรับรู้ได้ด้วยตามนุษย์โดยตรง ซึ่งอธิบายว่าเหตุใดกล้องความร้อนจึงไม่ได้รับผลกระทบจากแสงและสามารถให้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่มืด

 

การถ่ายภาพความร้อนเป็นข้อมูลเกี่ยวกับการแปลงแสงinfraredเป็นสัญญาณไฟฟ้าและสร้างภาพโดยใช้ข้อมูลดังกล่าว เทคโนโลยีนี้ได้รับการปฏิวัติในเวลานั้น แต่ก็ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน แต่อุปกรณ์เหล่านี้จะจัดการจับข้อมูลภาพที่มองไม่เห็นนี้ได้อย่างไร มาดูกันเลย

กล้องถ่ายภาพความร้อนทำงานอย่างไร

มาตรฐานทั่วไปสำหรับกล้องถ่ายภาพความร้อนในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าวัตถุที่อุ่นขึ้นมีสีเหลืองส้มที่สว่างขึ้นเมื่อวัตถุร้อนขึ้น วัตถุที่เย็นกว่าจะแสดงด้วยสีฟ้าหรือสีม่วง พลังงานของ Infrared จะมีความยาวคลื่นเริ่มต้นที่ประมาณ 700 นาโนเมตรและขยายไปประมาณ 1 มม. ความยาวคลื่นที่สั้นกว่านี้จะเริ่มมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

 

กล้องใช้พลังงาน Infrared เพื่อสร้างภาพความร้อน เลนส์ของกล้องจะโฟกัสพลังงานไปยังชุดเครื่องตรวจจับจากนั้นจะสร้างรูปแบบโดยละเอียดที่เรียกว่าเทอร์โมแกรม จากนั้นเทอร์โมแกรมจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อสร้างภาพความร้อนที่เราสามารถมองเห็นและตีความได้

 

เป็นกล้องถ่ายภาพความร้อนชนิดหนึ่งที่ใช้ในการดับเพลิง โดยการแสดงรังสีอินฟาเรดไปเป็นแสงที่มองเห็นได้ กล้องดังกล่าวช่วยให้นักผจญเพลิงสามารถมองเห็นพื้นที่ความร้อนผ่านควันความมืดหรือสิ่งกีดขวางที่ระบายความร้อนได้ โดยทั่วไปแล้วกล้องถ่ายภาพความร้อนจะเป็นแบบถือได้ แต่อาจติดที่หมวกกันน็อค เครื่องมือวัดนี้ความร้อนและกันน้ำและทนทานเพื่อทนต่ออันตรายจากการปฏิบัติงานในพื้นที่ดับเพลิง แม้ว่าจะเป็นอุปกรณ์ราคาแพง แต่ก็ได้รับความนิยมกล้องถ่ายภาพความร้อนจะรับความร้อนจากร่างกายและโดยปกติจะใช้ในกรณีที่มีคนติดอยู่ซึ่งหน่วยกู้ภัยไม่สามารถหาเจอได้

อินฟราเรด

รังสีอินฟราเรด (IR) หรือแสงinfraredเป็นพลังงานรังสีชนิดหนึ่งที่ตามนุษย์มองไม่เห็น แต่เรารู้สึกได้ว่าเป็นความร้อน วัตถุทั้งหมดในจักรวาลปล่อยรังสี IR ออกมาในระดับหนึ่ง แต่แหล่งที่มาที่ชัดเจนที่สุดสองแหล่งคือดวงอาทิตย์และไฟ

 

IR เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งเป็นความถี่ต่อเนื่องที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมดูดซับแล้วปล่อยพลังงาน จากความถี่สูงสุดไปต่ำสุดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ รังสีแกมมารังสีเอกซ์รังสีอัลตราไวโอเลตแสงที่มองเห็นได้รังสีinfraredไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ รังสีประเภทนี้ประกอบกันเป็นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

 

เช่นเดียวกับสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ซึ่งมีตั้งแต่สีม่วง (ความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้สั้นที่สุด) ไปจนถึงสีแดง (ความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด) รังสีinfraredมีช่วงความยาวคลื่นของตัวเอง คลื่น “ใกล้อินฟราเรด” ที่สั้นกว่าซึ่งใกล้กับแสงที่มองเห็นได้ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่ปล่อยความร้อนใด ๆ ที่ตรวจจับได้และเป็นสิ่งที่ปล่อยออกมาจากรีโมทคอนโทรลของทีวีเพื่อเปลี่ยนช่อง คลื่น “ฟาร์อินฟราเรด” ที่ยาวกว่าซึ่งอยู่ใกล้กับส่วนไมโครเวฟในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถสัมผัสได้ว่าเป็นความร้อนที่รุนแรงเช่นความร้อนจากแสงแดด

การแผ่รังสี IR เป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนหนึ่งในสามวิธีจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยอีกสองวิธีคือการพาความร้อนและการนำ ทุกสิ่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 5 องศาเคลวิน (ลบ 450 องศาฟาเรนไฮต์หรือลบ 268 องศาเซลเซียส) จะปล่อยรังสี IR ดวงอาทิตย์ให้พลังงานครึ่งหนึ่งเป็น IR และแสงที่มองเห็นได้ของดาวส่วนใหญ่จะถูกดูดซับและปล่อยออกมาใหม่เป็น IR ตามรายงานของมหาวิทยาลัยเทนเนสซี

 

วิลเลียมเฮอร์เชลนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษค้นพบแสงอินฟราเรดในปี 1800 ตาม NASA ในการทดลองเพื่อวัดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสีในสเปกตรัมที่มองเห็นได้เขาวางเทอร์มอมิเตอร์ไว้ในเส้นทางของแสงภายในแต่ละสีของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ เขาสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจากสีน้ำเงินเป็นสีแดงและเขาพบว่าการวัดอุณหภูมิที่อุ่นกว่านั้นอยู่ไกลกว่าจุดสิ้นสุดสีแดงของสเปกตรัมที่มองเห็นได้

 

ภายในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นinfraredจะเกิดขึ้นที่ความถี่เหนือไมโครเวฟและอยู่ต่ำกว่าแสงสีแดงที่มองเห็นได้จึงเรียกว่า “อินฟราเรด” คลื่นของรังสีinfraredยาวกว่าคลื่นแสงที่มองเห็นได้ตามข้อมูลของ California Institute of Technology (Caltech) ความถี่ IR มีตั้งแต่ประมาณ 300 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) ถึงประมาณ 400 เทราเฮิร์ตซ์ (THz) และความยาวคลื่นคาดว่าจะอยู่ในช่วงระหว่าง 1,000 ไมโครเมตร (µm) และ 760 นาโนเมตร (2.9921 นิ้ว) แม้ว่าค่าเหล่านี้จะไม่สามารถสรุปได้ตามที่ NASA ระบุ