Машинаны көру және интеллектуалды тексеру саласында,Инфрақызыл камералар бірте-бірте көрнекі қабылдаудың таптырмас құрылғыларына айналуда. Көрінетін жарықты бейнелеуге негізделген дәстүрлі өнеркәсіптік камералардан айырмашылығы, инфрақызыл камералар қабылданған радиациялық сигналдарды электрлік сигналдарға түрлендіреді және кескінді өңдеу алгоритмдері арқылы көрнекі жылу кескіндерін жасайды, осылайша адам көзімен тікелей қабылданбайтын температураның таралуын және материалдық айырмашылықтарды көрсетеді. Бұл технология инфрақызыл камераларға күрделі өндірістік орталарда дәл бейнелеуге қол жеткізуге мүмкіндік береді. Ол жабдықты анықтау, қауіпсіздік мониторингі, энергияны тексеру және ғылыми зерттеулерді талдау сияқты көптеген салаларда кеңінен қолданылады, визуалды тексеру жүйесіне кеңірек қабылдау мүмкіндіктері мен қолдану мәнін береді.
Инфрақызыл камера мүмкіндіктері
Инфрақызыл камера - бұл объектінің жылулық сәулелену сигналын түсіріп, оны көрінетін кескінге айналдыратын құрылғы. Табиғатта температурасы абсолютті нөлден жоғары (-273°С) барлық объектілер әртүрлі дәрежеде инфрақызыл сәулелерді (яғни жылулық сәулеленуді) шығарады. Көрінетін жарықтан айырмашылығы, инфрақызыл жарық жарықтандыру үшін сыртқы жарық көздеріне сүйенбейді, сондықтан кескінді әлі де толық қараңғылықта орындауға болады.
Электромагниттік спектрде атмосфера көрінетін жарық пен жақын инфрақызыл сәулелерді күшті сіңіреді, ал 3–5 мкм және 8–14 мкм екі жолақта атмосфера инфрақызыл сәулелерді өте жақсы өткізеді. Бұл екі жолақ инфрақызыл сәулелердің «атмосфералық терезесі» деп аталады. Осы екі терезені пайдалана отырып, инфрақызыл камера қараңғы ортада немесе түтін мен шаңға толы қатал жағдайларда нысананың жылу таралуын анық байқай алады.
Осы бірегей артықшылығымен инфрақызыл термиялық бейнелеу технологиясы түнгі қауіпсіздікті бақылауда, өнеркәсіптік инспекцияда, жабдықтың температурасын бақылауда және басқа салаларда кеңінен қолданылады, күрделі орталарда визуалды бақылауға сенімді қолдау көрсетеді.
Инфрақызыл камераны бейнелеу
Адам көзіне көрінетін жарықтың толқын ұзындығының диапазоны шамамен 0,38–0,78 мкм, ал толқын ұзындығы 0,78 микроннан асатын электромагниттік толқындар инфрақызыл сәулелер деп аталады. Инфрақызыл термобейнелеу технологиясы осы принципке негізделген: абсолютті нөлден (-273°C) жоғары температурадағы табиғаттағы барлық объектілер әртүрлі қарқындылықтағы инфрақызыл сәулелерді таратады.
Инфрақызыл камералар жоғары сезімталдық детекторы арқылы нысана мен фон арасындағы инфрақызыл сәулеленудің айырмашылығын алады және жылу кескінін қалыптастыру үшін бұл көрінбейтін жылу сәулелену сигналдарын көрінетін кескіндерге түрлендіреді.
Термиялық кескіннің бұл түрі объектінің бетіндегі температураның таралуын интуитивті түрде көрсете алады, бұл адам көзіне басқаша көрінбейтін температураның өзгеру аймағын анық көруге мүмкіндік береді.
Бұл бейнелеу механизмінің көмегімен инфрақызыл камералар түнде немесе жарықсыз ортада бақылаулар жүргізіп қана қоймайды, сонымен қатар күрделі өндірістік тексерулерде, жабдыққа техникалық қызмет көрсетуде және ғылыми зерттеулерде температураны өлшеу сценарийлерінде байланыссыз, жоғары дәлдіктегі температураны бақылауға және талдауға қол жеткізе алады.
Инфрақызыл камераны бейнелеу технологиясы
Инфрақызыл камералар фотоэлектрлік түрлендіру және сигналды өңдеу сияқты техникалық құралдарды мақсатты объектінің бетіндегі температураны бөлу туралы ақпаратты визуалды жылулық кескінге немесе бейне кескінге түрлендіру үшін пайдаланады, осылайша температураның өзгеруін интуитивті бақылауға және талдауға қол жеткізеді.
Бейнелеудің әртүрлі принциптері мен анықтау әдістеріне сәйкес инфрақызыл термобейнелеу камераларын екі санатқа бөлуге болады: салқындатылған және салқындатылмаған:
Салқындатылған инфрақызыл тепловизор төмен температуралы тоңазытқыш жүйесін пайдаланады, ол детектор шуын айтарлықтай төмендете алады, жоғары термиялық сезімталдығы мен ажыратымдылығына ие және әскери барлау және ғарышты зерттеу сияқты жоғары дәлдіктегі өрістерге жарамды.
Салқындатылмаған инфрақызыл термобейнелеу камерасы тоңазытқыш құрылғыны қажет етпейді, құрылымы ықшам, қуатты аз тұтыну және жылдам жауап беру жылдамдығы бар. Сезімталдығы тоңазытқыш түрінен сәл төмен болса да, оның өнімділігі өнеркәсіптік анықтау, қауіпсіздік мониторингі, медициналық диагностика және ғылыми зерттеу эксперименттері сияқты көптеген азаматтық қолданбалардың қажеттіліктерін қанағаттандыра алады.
Бейнелеудің тұрақты және сенімді өнімділігінің және сыртқы жарыққа төмен тәуелділіктің артықшылықтарымен инфрақызыл камералар бірте-бірте зияткерлік қауіпсіздіктің, жабдыққа болжамды қызмет көрсетудің, энергияны анықтаудың және өндірістің автоматтандырылған мониторингінің маңызды бөлігіне айналып, көптеген салаларда интеллектуалды жаңартуларға техникалық қолдау көрсетуде.
Термиялық бейнелеу және инфрақызыл камералар арасындағы негізгі айырмашылықтар
Машинаны көру, қауіпсіздікті бақылау және өнеркәсіптік инспекция сияқты салаларда термиялық бейнелеу және инфрақызыл камералар жиі айтылатын бейнелеудің екі әдісі болып табылады. Екеуі де инфрақызыл технологияға негізделгенімен, жұмыс принциптерінде, кескінді көрсетуде, қолдану өрістерінде және т.б. айтарлықтай айырмашылықтар бар. Бұл айырмашылықтарды түсіну әртүрлі сценарийлерде ең қолайлы жабдықты таңдауға көмектеседі.
1. Әртүрлі анықтау принциптері
Инфрақызыл камера: негізінен сыртқы инфрақызыл жарық көздеріне немесе қоршаған ортаның инфрақызыл сигналдарына сүйене отырып, объектілер шығаратын немесе көрсететін инфрақызыл сәулелерді түсіреді. Белгілі бір жарықтандыру жағдайында объект бетінің шағылысу ақпаратын нақты кескінді қалыптастыру үшін алуға болады.
Термобейнелеу камерасы: объектінің өзі тудыратын жылулық сәулеленуге ғана сүйенеді және сыртқы жарық көзін қажет етпейді. Ол нысан бетіндегі температура айырмашылығын анықтау арқылы кескіндерді жасайды, сондықтан ол тіпті толық қараңғылықта немесе қатал ортада да нысандарды дәл анықтай алады.
2. Сурет ақпаратындағы айырмашылықтар
Инфрақызыл камера: инфрақызыл диапазондағы жарықтың шағылысуын немесе сәулеленуін түсіру арқылы ол нысандардың пішінін, материалдық сипаттамаларын және контур бөлшектерін көрсете алады және нысананы тану және көріністі бақылау үшін жарамды.
Термобейнелеу камерасы: температура туралы ақпаратты визуализациялауға бағытталған, ал шығыс термиялық кескін объектінің температуралық таралуын көрсетеді. Қызып кету компоненттерін, энергияны жоғалту нүктелерін немесе жасырын нысандарды анықтауға көмектесетін түрлі температура аймақтары түс айырмашылықтарымен ұсынылған.
3. Қолдану сценарийлеріндегі айырмашылықтар
Инфрақызыл камералар: түнгі көруді бақылауда, қозғалысты басқаруда, медициналық тестілеуде, ғылыми зерттеу эксперименттерінде және басқа салаларда жиі пайдаланылады және мақсатты тану мен қоршаған ортаны бақылауға көмектесе алады.
Термобейне камерасы: температураны өлшеуді немесе жылуды бөлуді талдауды қажет ететін сценарийлер үшін қолайлырақ, мысалы, ғимараттың энергия тұтынуын анықтау, электр жабдықтарын тексеру, өрт сөндіру, өндірістік температураны өлшеу және жабайы табиғатты бақылау, т.б.
4. Құны және жүйенің күрделілігі
Инфрақызыл камера: технология жетілген және құны салыстырмалы түрде төмен. Нарықта тұтынушылық деңгейден өнеркәсіптік деңгейге дейін көп деңгейлі қолдану талаптарына сәйкес келетін үлгілер бар.
Термобейнелеу камерасы: Ол жоғары сезімтал термиялық сенсормен және дәл температураны калибрлеу жүйесімен жабдықталғандықтан, өндіріс құны жоғарырақ. Ол негізінен жоғары температура дәлдігін талап ететін кәсіби салаларда қолданылады.
Жалпы айтқанда, инфрақызыл камералар кескінді тану мен көріністі бейнелеуге назар аударады, ал термобейнелеу камералары температураны талдауға және жасыруды анықтауға бағытталған. Біріншісі «анық көруге» көбірек көңіл бөлсе, екіншісі «дәл көруге» көбірек көңіл бөледі. Зияткерлік бақылауда, өнеркәсіптік инспекцияда және ғылыми зерттеулерде бұл екеуі жиі бір-бірін толықтыра алады және визуалды тексеру мен бақылаудың толық жүйесін бірлесіп құра алады.
Инфрақызыл камералар қысқа толқынды және ұзын толқынды болып екіге бөлінеді. Қандай айырмашылық бар?
1. Әртүрлі жұмыс жолақтары
Қысқа толқынды инфрақызыл (SWIR): толқын ұзындығы диапазоны шамамен 0,9–1,7 мкм (кейбіреулері 2,5 мкм дейін созылуы мүмкін).
Ұзын толқынды инфрақызыл (LWIR): толқын ұзындығы диапазоны шамамен 8–14 мкм.
Қысқа толқын ұзындығы көрінетін жарыққа жақын, сондықтан оны жартылай шағылысқан жарықтың көмегімен бейнелеуге болады; ал ұзын толқын ұзындығы жылулық сәулелену жолағына жатады және объектінің өзінің жылулық сәулелену сигналына сүйенеді.
2. Бейнелеудің әртүрлі принциптері
SWIR (қысқа толқынды инфрақызыл): көрінетін жарық камерасына ұқсас, бірақ толқын ұзындығының диапазоны басқаша бейнелеу принципіне сүйенеді, сондықтан ол дәстүрлі камералар анықтай алмайтын мәліметтерді түсіре алады, мысалы, материал өткізгіштігінің айырмашылығы, ылғалдың өзгеруі және т.б.
LWIR (ұзын толқынды инфрақызыл): термиялық сәулеленуді бейнелеу принципіне сүйенеді, яғни температураның таралуын тікелей көрсете алатын объектінің өзінің инфрақызыл жылулық сәулелену энергиясын анықтау және жиі термобейнелеуді анықтау үшін қолданылады.
3. Әртүрлі қолданба өрістері
Қысқа толқынды инфрақызыл камералар негізінен материалды анықтау, перспективаны анықтау және ылғалдылық немесе ластануды талдау үшін қолданылады. Олар көрінетін жарықпен көрсетілмейтін беттік мәліметтер мен текстура айырмашылықтарын түсіре алады. Сондықтан олар жартылай өткізгішті тексеру, шыны бөтелкелерді тексеру, ылғалдылықты бақылау және лазерлік туралау сияқты өнеркәсіптік сценарийлерде жақсы жұмыс істейді.
Ұзын толқынды инфрақызыл камералар температураны анықтауда және жылу энергиясын бақылауда жақсырақ және объектілердің бетіндегі жылу таралуы мен энергия өзгерістерін интуитивті түрде көрсете алады. Олар көбінесе электр жабдықтарын тексеруде, жылу ақауларын диагностикалауда, ғимараттың энергия тұтынуын талдауда, өртті бақылауда және басқа салаларда қолданылады.
Жалпы айтқанда, қысқа толқынды инфрақызыл «құрылымдар мен материалдарды анық көруге», ал ұзын толқынды инфрақызыл «температура мен энергияны түсінуге» көбірек көңіл бөледі. Екеуі де машиналық көру жүйелерінде таптырмас рөл атқарады.
