В области машинного зрения и интеллектуального контроляИнфракрасные камеры постепенно становятся незаменимыми устройствами зрительного восприятия. В отличие от традиционных промышленных камер, которые полагаются на изображение в видимом свете, инфракрасные камеры преобразуют полученные сигналы излучения в электрические сигналы и генерируют визуальные тепловые изображения с помощью алгоритмов обработки изображений, тем самым выявляя распределение температуры и различия в материалах, которые не могут быть непосредственно восприняты человеческим глазом. Эта технология позволяет инфракрасным камерам получать точные изображения в сложных промышленных условиях. Он широко используется во многих областях, таких как обнаружение оборудования, мониторинг безопасности, энергетический контроль и анализ научных исследований, расширяя возможности восприятия и прикладную ценность системы визуального контроля.
Возможности инфракрасной камеры
Инфракрасная камера — это устройство, которое улавливает сигнал теплового излучения объекта и преобразует его в видимое изображение. В природе все объекты с температурой выше абсолютного нуля (-273°C) в разной степени излучают инфракрасные лучи (т.е. тепловое излучение). В отличие от видимого света, инфракрасный свет не зависит от внешних источников света для освещения, поэтому визуализацию можно выполнять в полной темноте.
В электромагнитном спектре атмосфера сильно поглощает видимый свет и ближние инфракрасные лучи, тогда как в двух диапазонах 3–5 мкм и 8–14 мкм атмосфера чрезвычайно проницаема для инфракрасных лучей. Эти две полосы называются «атмосферным окном» инфракрасных лучей. Используя эти два окна, инфракрасная камера может четко наблюдать распределение тепла целевого объекта в темноте или в суровых условиях, наполненных дымом и пылью.
Благодаря этому уникальному преимуществу технология инфракрасного тепловидения широко используется в ночном мониторинге безопасности, промышленном контроле, мониторинге температуры оборудования и других областях, обеспечивая надежную поддержку визуального мониторинга в сложных условиях.
Съёмка с помощью инфракрасной камеры
Диапазон длин волн видимого для человеческого глаза света составляет примерно 0,38–0,78 микрона, а электромагнитные волны с длиной волны более 0,78 микрона называются инфракрасными лучами. Технология инфракрасного тепловидения основана на этом принципе: все объекты в природе с температурой выше абсолютного нуля (-273°C) излучают инфракрасные лучи разной интенсивности.
Инфракрасные камеры воспринимают разницу в инфракрасном излучении между целевым объектом и фоном через высокочувствительный детектор и преобразуют эти невидимые сигналы теплового излучения в видимые изображения для формирования теплового изображения.
Этот вид теплового изображения может интуитивно отражать распределение температуры на поверхности объекта, позволяя человеческому глазу ясно видеть невидимую в противном случае область изменения температуры.
Благодаря этому механизму визуализации инфракрасные камеры могут не только выполнять наблюдения ночью или в условиях отсутствия освещения, но также могут обеспечивать бесконтактный высокоточный мониторинг и анализ температуры при сложных промышленных проверках, обслуживании оборудования и сценариях измерения температуры в научных исследованиях.
Технология получения изображения с помощью инфракрасной камеры
Инфракрасные камеры используют технические средства, такие как фотоэлектрическое преобразование и обработка сигналов, для преобразования информации о распределении температуры на поверхности целевого объекта в визуализированное тепловое изображение или видеоизображение, тем самым обеспечивая интуитивно понятный мониторинг и анализ изменений температуры.
В соответствии с различными принципами формирования изображения и методами обнаружения инфракрасные тепловизионные камеры можно разделить на две категории: охлаждаемые и неохлаждаемые:
Охлаждаемый инфракрасный тепловизор использует низкотемпературную систему охлаждения, которая может значительно снизить шум детектора, имеет более высокую тепловую чувствительность и разрешение и подходит для высокоточных областей, таких как военная разведка и исследование космоса.
Неохлаждаемая инфракрасная тепловизионная камера не требует холодильного устройства, имеет более компактную конструкцию, меньшее энергопотребление и высокую скорость отклика. Хотя чувствительность немного ниже, чем у холодильного типа, его производительность может удовлетворить потребности большинства гражданских приложений, таких как промышленное обнаружение, мониторинг безопасности, медицинская диагностика и научно-исследовательские эксперименты.
Благодаря преимуществам стабильного и надежного изображения и низкой зависимости от окружающего освещения инфракрасные камеры постепенно становятся важной частью интеллектуальной безопасности, профилактического обслуживания оборудования, обнаружения энергии и автоматического мониторинга производства, обеспечивая техническую поддержку для интеллектуальных обновлений во многих отраслях.
Ключевые различия между тепловизионными и инфракрасными камерами
В таких областях, как машинное зрение, мониторинг безопасности и промышленный контроль, часто упоминаются тепловизионные и инфракрасные камеры. Хотя оба основаны на инфракрасной технологии, существуют существенные различия в принципах работы, представлении изображения, областях применения и т. д. Понимание этих различий поможет вам выбрать наиболее подходящее оборудование в разных сценариях.
1. Различные принципы обнаружения
Инфракрасная камера: в основном улавливает инфракрасное излучение, излучаемое или отраженное объектами, на основе внешних источников инфракрасного света или инфракрасных сигналов окружающей среды. При определенных условиях освещения информация об отражении поверхности объекта может быть получена для формирования четкого изображения.
Тепловизионная камера: полагается только на тепловое излучение, генерируемое самим объектом, и не требует внешнего источника света. Он генерирует изображения, определяя разницу температур на поверхности объекта, поэтому может точно идентифицировать цели даже в полной темноте или в суровых условиях.
2. Различия в информации об изображении
Инфракрасная камера: фиксируя отражение света или излучение в инфракрасном диапазоне, она может отображать форму, характеристики материала и детали контуров объектов и подходит для распознавания целей и мониторинга сцены.
Тепловизионная камера: фокусируется на визуализации информации о температуре, а выходное тепловое изображение отражает распределение температуры объекта. Различные температурные зоны обозначены цветовыми различиями, что помогает идентифицировать компоненты перегрева, точки потери энергии или скрытые цели.
3. Различия в сценариях применения
Инфракрасные камеры: часто используются для ночного видения, управления дорожным движением, медицинских испытаний, научно-исследовательских экспериментов и других областях и могут помочь в распознавании целей и мониторинге окружающей среды.
Тепловизионная камера: больше подходит для сценариев, требующих измерения температуры или анализа распределения тепла, таких как обнаружение энергопотребления здания, проверка электрооборудования, пожарно-спасательные работы, измерение температуры в промышленности, наблюдение за дикой природой и т. д.
4. Стоимость и сложность системы
Инфракрасная камера: технология зрелая, а стоимость относительно низкая. На рынке представлены модели от потребительского до промышленного класса, подходящие для многоуровневых приложений.
Тепловизионная камера: поскольку она оснащена высокочувствительным термодатчиком и системой точной калибровки температуры, стоимость производства выше. Он в основном используется в профессиональных областях, где требуется высокая точность температуры.
Вообще говоря, инфракрасные камеры ориентированы на распознавание изображений и визуализацию сцены, а тепловизионные камеры — на анализ температуры и обнаружение скрытности. Первый уделяет больше внимания «ясному видению», а второй — «точному видению». В интеллектуальном мониторинге, промышленном контроле и научных исследованиях они часто дополняют друг друга и вместе создают более полную систему визуального контроля и мониторинга.
Инфракрасные камеры делятся на коротковолновые и длинноволновые. В чем разница?
1. Различные рабочие группы
Коротковолновое инфракрасное излучение (SWIR): диапазон длин волн составляет примерно 0,9–1,7 мкм (некоторые могут достигать 2,5 мкм).
Длинноволновое инфракрасное излучение (LWIR): диапазон длин волн составляет примерно 8–14 мкм.
Короткая длина волны близка к видимому свету, поэтому ее можно отображать с использованием частично отраженного света; в то время как большая длина волны принадлежит диапазону теплового излучения и зависит от собственного сигнала теплового излучения объекта.
2. Различные принципы визуализации
SWIR (коротковолновое инфракрасное излучение): основан на принципе отражения изображения, аналогично камере видимого света, но с другим диапазоном длин волн, поэтому он может фиксировать детали, которые традиционные камеры не могут идентифицировать, например, различия в проницаемости материалов, изменения влажности и т. д.
LWIR (длинноволновое инфракрасное излучение): основан на принципе построения изображений теплового излучения, то есть обнаружения энергии инфракрасного теплового излучения самого объекта, которая может напрямую отражать распределение температуры и часто используется для обнаружения тепловидения.
3. Различные области применения
Коротковолновые инфракрасные камеры в основном используются для идентификации материалов, определения перспективы, а также анализа влажности или загрязнения. Они могут фиксировать детали поверхности и различия в текстуре, которые не могут быть отображены видимым светом. Таким образом, они хорошо работают в промышленных сценариях, таких как проверка полупроводников, проверка стеклянных бутылок, мониторинг влажности и лазерная центровка.
Длинноволновые инфракрасные камеры лучше определяют температуру и контролируют тепловую энергию и могут интуитивно отражать распределение тепла и изменения энергии на поверхности объектов. Они часто используются при проверке электрооборудования, диагностике тепловых неисправностей, анализе энергопотребления зданий, пожарном контроле и других областях.
Вообще говоря, коротковолновое инфракрасное излучение фокусируется на «четком видении структур и материалов», тогда как длинноволновое инфракрасное излучение больше фокусируется на «понимании температуры и энергии». Оба играют незаменимую роль в системах машинного зрения.
