W dziedzinie widzenia maszynowego i inteligentnej inspekcji,Kamery na podczerwień stają się stopniowo niezbędnymi urządzeniami do percepcji wzrokowej. W przeciwieństwie do tradycyjnych kamer przemysłowych, które opierają się na obrazowaniu w świetle widzialnym, kamery na podczerwień przekształcają odebrane sygnały promieniowania na sygnały elektryczne i generują wizualne obrazy termowizyjne za pomocą algorytmów przetwarzania obrazu, ujawniając w ten sposób rozkład temperatury i różnice materiałowe, których ludzkie oko nie może bezpośrednio dostrzec. Technologia ta umożliwia kamerom na podczerwień dokładne obrazowanie w złożonych środowiskach przemysłowych. Jest szeroko stosowany w wielu dziedzinach, takich jak wykrywanie sprzętu, monitorowanie bezpieczeństwa, kontrola energii i analiza badań naukowych, zapewniając szersze możliwości percepcji i wartość aplikacyjną do systemu kontroli wizualnej.
Funkcje kamery na podczerwień
Kamera na podczerwień to urządzenie, które przechwytuje sygnał promieniowania cieplnego obiektu i przekształca go w widzialny obraz. W naturze wszystkie obiekty o temperaturze wyższej od zera absolutnego (-273°C) emitują promienie podczerwone (tj. promieniowanie cieplne) w różnym stopniu. W przeciwieństwie do światła widzialnego, światło podczerwone nie wykorzystuje zewnętrznych źródeł światła do oświetlenia, więc obrazowanie można nadal wykonywać w całkowitej ciemności.
W widmie elektromagnetycznym atmosfera charakteryzuje się silną absorpcją światła widzialnego i promieni bliskiej podczerwieni, natomiast w dwóch pasmach 3–5 μm i 8–14 μm atmosfera jest wyjątkowo przepuszczalna dla promieni podczerwonych. Te dwa pasma nazywane są „oknem atmosferycznym” promieni podczerwonych. Dzięki tym dwóm okienkom kamera termowizyjna może wyraźnie obserwować rozkład ciepła docelowego obiektu w ciemnym otoczeniu lub w trudnych warunkach wypełnionych dymem i kurzem.
Dzięki tej wyjątkowej przewadze technologia obrazowania termowizyjnego w podczerwieni jest szeroko stosowana w nocnym monitorowaniu bezpieczeństwa, inspekcjach przemysłowych, monitorowaniu temperatury sprzętu i innych dziedzinach, zapewniając niezawodne wsparcie monitorowania wizualnego w złożonych środowiskach.
Obrazowanie z kamery na podczerwień
Zakres długości fal światła widzialnego dla ludzkiego oka wynosi około 0,38–0,78 mikrona, a fale elektromagnetyczne o długościach fal dłuższych niż 0,78 mikrona nazywane są promieniami podczerwonymi. Technologia termowizyjna w podczerwieni opiera się na następującej zasadzie: wszystkie obiekty w przyrodzie o temperaturach powyżej zera absolutnego (-273°C) będą emitować promienie podczerwone o różnym natężeniu.
Kamery na podczerwień odbierają różnicę w promieniowaniu podczerwonym między obiektem docelowym a tłem za pomocą detektora o wysokiej czułości i przekształcają te niewidzialne sygnały promieniowania cieplnego na obrazy widzialne, tworząc obraz termiczny.
Ten rodzaj obrazu termicznego może intuicyjnie odzwierciedlać rozkład temperatury na powierzchni obiektu, dzięki czemu ludzkie oko może wyraźnie zobaczyć niewidoczny w inny sposób obszar zmian temperatury.
Dzięki temu mechanizmowi obrazowania kamery na podczerwień mogą nie tylko prowadzić obserwacje w nocy lub w warunkach braku oświetlenia, ale także umożliwiają bezkontaktowe, precyzyjne monitorowanie i analizę temperatury w złożonych inspekcjach przemysłowych, konserwacji sprzętu i scenariuszach pomiaru temperatury w badaniach naukowych.
Technologia obrazowania za pomocą kamery na podczerwień
Kamery na podczerwień wykorzystują środki techniczne, takie jak konwersja fotoelektryczna i przetwarzanie sygnału, do przekształcania informacji o rozkładzie temperatury na powierzchni obiektu docelowego na wizualizowany obraz termiczny lub obraz wideo, zapewniając w ten sposób intuicyjne monitorowanie i analizę zmian temperatury.
Ze względu na różne zasady obrazowania i metody wykrywania kamery termowizyjne na podczerwień można podzielić na dwie kategorie: chłodzone i niechłodzone:
Chłodzona kamera termowizyjna na podczerwień wykorzystuje niskotemperaturowy układ chłodzenia, który może znacznie zmniejszyć szum detektora, ma wyższą czułość termiczną i rozdzielczość oraz nadaje się do dziedzin o wysokiej precyzji, takich jak rozpoznanie wojskowe i eksploracja kosmosu.
Niechłodzona kamera termowizyjna na podczerwień nie wymaga urządzenia chłodniczego, ma bardziej zwartą konstrukcję, mniejsze zużycie energii i szybką reakcję. Chociaż czułość jest nieco niższa niż w przypadku typu chłodniczego, jego działanie może zaspokoić potrzeby większości zastosowań cywilnych, takich jak wykrywanie przemysłowe, monitorowanie bezpieczeństwa, diagnostyka medyczna i eksperymenty badawcze.
Dzięki zaletom stabilnej i niezawodnej wydajności obrazowania oraz niewielkiej zależności od światła otoczenia, kamery na podczerwień stopniowo stają się ważnym elementem inteligentnego bezpieczeństwa, konserwacji predykcyjnej sprzętu, wykrywania energii i zautomatyzowanego monitorowania produkcji, zapewniając wsparcie techniczne dla inteligentnych aktualizacji w wielu branżach.
Kluczowe różnice między kamerami termowizyjnymi i kamerami na podczerwień
W takich dziedzinach jak widzenie maszynowe, monitorowanie bezpieczeństwa i inspekcja przemysłowa, często wymieniane są dwie metody obrazowania: kamery termowizyjne i kamery na podczerwień. Chociaż oba opierają się na technologii podczerwieni, istnieją znaczne różnice w zasadach działania, prezentacji obrazu, obszarach zastosowań itp. Zrozumienie tych różnic pomoże Ci wybrać najodpowiedniejszy sprzęt w różnych scenariuszach.
1. Różne zasady wykrywania
Kamera na podczerwień: przechwytuje głównie promieniowanie podczerwone emitowane lub odbijane przez obiekty, w oparciu o zewnętrzne źródła światła podczerwonego lub sygnały podczerwieni z otoczenia. W pewnych warunkach oświetleniowych można uzyskać informacje o odbiciu powierzchni obiektu, tworząc wyraźny obraz.
Kamera termowizyjna: wykorzystuje wyłącznie promieniowanie cieplne generowane przez sam obiekt i nie wymaga zewnętrznego źródła światła. Generuje obrazy poprzez wykrywanie różnic temperatur na powierzchni obiektu, dzięki czemu może dokładnie identyfikować cele nawet w całkowitej ciemności lub trudnych warunkach.
2. Różnice w informacjach obrazowych
Kamera na podczerwień: Przechwytując odbicie światła lub promieniowanie w paśmie podczerwieni, może wyrazić kształt, właściwości materiału i szczegóły konturów obiektów i nadaje się do rozpoznawania celów i monitorowania scen.
Kamera termowizyjna: koncentruje się na wizualizacji informacji o temperaturze, a wyjściowy obraz termiczny odzwierciedla rozkład temperatury obiektu. Różne strefy temperatur są prezentowane w różnych kolorach, co pomaga zidentyfikować przegrzewające się komponenty, punkty utraty energii lub ukryte cele.
3. Różnice w scenariuszach zastosowań
Kamery na podczerwień: często używane w monitoringu noktowizyjnym, zarządzaniu ruchem, badaniach medycznych, eksperymentach naukowych i innych dziedzinach, mogą pomóc w rozpoznawaniu celów i monitorowaniu środowiska.
Kamera termowizyjna: bardziej odpowiednia do scenariuszy wymagających pomiaru temperatury lub analizy dystrybucji ciepła, takich jak wykrywanie zużycia energii w budynku, kontrola sprzętu elektrycznego, ratownictwo przeciwpożarowe, pomiar temperatury w przemyśle i obserwacja dzikiej przyrody itp.
4. Koszt i złożoność systemu
Kamera na podczerwień: technologia jest dojrzała, a koszt stosunkowo niski. Na rynku dostępne są modele od klasy konsumenckiej po przemysłową, odpowiednie do wymagań zastosowań wielopoziomowych.
Kamera termowizyjna: Ponieważ jest wyposażona w bardzo czuły czujnik termiczny i precyzyjny system kalibracji temperatury, koszt produkcji jest wyższy. Stosowany jest głównie w dziedzinach zawodowych, które wymagają dużej dokładności temperatury.
Ogólnie rzecz biorąc, kamery na podczerwień skupiają się na rozpoznawaniu obrazu i obrazowaniu sceny, podczas gdy kamery termowizyjne skupiają się na analizie temperatury i wykrywaniu ukrycia. Ten pierwszy przywiązuje większą wagę do „widzenia wyraźnie”, drugi zaś do „widzenia dokładnie”. W zastosowaniach związanych z inteligentnym monitorowaniem, inspekcją przemysłową i badaniami naukowymi oba te rozwiązania często mogą się uzupełniać i wspólnie budować pełniejszy system kontroli wizualnej i monitorowania.
Kamery na podczerwień dzielą się na fale krótkie i fale długie. Jaka jest różnica?
1. Różne pasma robocze
Krótkofalowa podczerwień (SWIR): zakres długości fal wynosi około 0,9–1,7 μm (niektóre mogą rozciągać się do 2,5 μm).
Podczerwień długofalowa (LWIR): Zakres długości fal wynosi około 8–14 μm.
Krótka długość fali jest zbliżona do światła widzialnego, dlatego można ją obrazować przy użyciu światła częściowo odbitego; podczas gdy długie fale należą do pasma promieniowania cieplnego i opierają się na własnym sygnale promieniowania cieplnego obiektu.
2. Różne zasady obrazowania
SWIR (krótkofalowa podczerwień): opiera się na zasadzie obrazowania odbiciowego, podobnie jak kamera światła widzialnego, ale z innym pasmem długości fal, dzięki czemu może uchwycić szczegóły, których tradycyjne kamery nie są w stanie zidentyfikować, takie jak różnice w przepuszczalności materiału, zmiany wilgotności itp.
LWIR (podczerwień długofalowa): opiera się na zasadzie obrazowania promieniowania cieplnego, to znaczy wykrywa energię promieniowania cieplnego podczerwonego samego obiektu, która może bezpośrednio odzwierciedlać rozkład temperatury i jest często wykorzystywana do wykrywania termowizyjnego.
3. Różne pola zastosowań
Kamery na podczerwień krótkofalowe są używane głównie do identyfikacji materiałów, wykrywania perspektywy oraz analizy wilgotności i zanieczyszczeń. Potrafią uchwycić szczegóły powierzchni i różnice w teksturze, których nie można wyświetlić w świetle widzialnym. Dlatego dobrze sprawdzają się w scenariuszach przemysłowych, takich jak kontrola półprzewodników, kontrola szklanych butelek, monitorowanie wilgoci i osiowanie laserowe.
Kamery na podczerwień długofalowe lepiej radzą sobie z wykrywaniem temperatury i monitorowaniem energii cieplnej oraz mogą intuicyjnie odzwierciedlać rozkład ciepła i zmiany energii na powierzchni obiektów. Są często stosowane w kontroli sprzętu elektrycznego, diagnostyce usterek termicznych, analizie zużycia energii w budynku, monitorowaniu pożaru i innych dziedzinach.
Ogólnie rzecz biorąc, krótkofalowa podczerwień skupia się na „wyraźnym widzeniu struktur i materiałów”, podczas gdy podczerwień długofalowa skupia się bardziej na „wglądzie w temperaturę i energię”. Obydwa odgrywają niezastąpioną rolę w systemach widzenia maszynowego.
