ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหลักการทำงานของกล้องอินฟราเรด

ในด้านแมชชีนวิชันและการตรวจสอบอัจฉริยะกล้องอินฟราเรด กำลังค่อยๆ กลายเป็นอุปกรณ์การรับรู้ทางสายตาที่ขาดไม่ได้ กล้องอินฟราเรดจะแปลงสัญญาณรังสีที่ได้รับไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า และสร้างภาพความร้อนที่มองเห็นได้ผ่านอัลกอริธึมการประมวลผลภาพ ซึ่งแตกต่างจากกล้องอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมที่ต้องอาศัยการถ่ายภาพด้วยแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งเผยให้เห็นการกระจายของอุณหภูมิและความแตกต่างของวัสดุที่ดวงตามนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้โดยตรง เทคโนโลยีนี้ช่วยให้กล้องอินฟราเรดสามารถถ่ายภาพได้อย่างแม่นยำในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่ซับซ้อน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น การตรวจจับอุปกรณ์ การตรวจสอบความปลอดภัย การตรวจสอบพลังงาน และการวิเคราะห์การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งนำความสามารถในการรับรู้ที่กว้างขึ้นและมูลค่าการใช้งานมาสู่ระบบการตรวจสอบด้วยภาพ

คุณสมบัติของกล้องอินฟาเรด

กล้องอินฟราเรดเป็นอุปกรณ์ที่จับสัญญาณรังสีความร้อนของวัตถุและแปลงเป็นภาพที่มองเห็นได้ ในธรรมชาติ วัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) จะปล่อยรังสีอินฟราเรด (เช่น การแผ่รังสีความร้อน) ไปในองศาที่แตกต่างกัน แสงอินฟราเรดไม่ได้อาศัยแหล่งกำเนิดแสงภายนอกในการส่องสว่าง ต่างจากแสงที่มองเห็นได้ ดังนั้นการถ่ายภาพจึงยังคงสามารถทำได้ในที่มืดสนิท

ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า บรรยากาศมีการดูดกลืนแสงที่มองเห็นและรังสีอินฟราเรดใกล้ได้สูง ในขณะที่ในแถบสองแถบขนาด 3–5 ไมโครเมตร และ 8–14 ไมโครเมตร บรรยากาศสามารถซึมผ่านรังสีอินฟราเรดได้อย่างมาก ทั้งสองแถบนี้เรียกว่า 'หน้าต่างบรรยากาศ' ของรังสีอินฟราเรด กล้องอินฟราเรดสามารถสังเกตการกระจายความร้อนของวัตถุเป้าหมายได้อย่างชัดเจนโดยใช้หน้าต่างทั้งสองบานนี้ในสภาพแวดล้อมที่มืดหรือสภาวะที่รุนแรงซึ่งเต็มไปด้วยควันและฝุ่น

ด้วยข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์นี้ เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบความปลอดภัยในเวลากลางคืน การตรวจสอบทางอุตสาหกรรม การตรวจสอบอุณหภูมิอุปกรณ์ และสาขาอื่นๆ โดยให้การสนับสนุนที่เชื่อถือได้สำหรับการตรวจสอบด้วยภาพในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน

การถ่ายภาพด้วยกล้องอินฟราเรด

ช่วงความยาวคลื่นของแสงที่ตามนุษย์มองเห็นอยู่ที่ประมาณ 0.38–0.78 ไมครอน และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นมากกว่า 0.78 ไมครอนเรียกว่ารังสีอินฟราเรด เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดขึ้นอยู่กับหลักการนี้: วัตถุทั้งหมดในธรรมชาติที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) จะแผ่รังสีอินฟราเรดด้วยความเข้มที่แตกต่างกัน

กล้องอินฟราเรดจะได้รับความแตกต่างของรังสีอินฟราเรดระหว่างวัตถุเป้าหมายและพื้นหลังผ่านตัวตรวจจับที่มีความไวสูง และแปลงสัญญาณรังสีความร้อนที่มองไม่เห็นเหล่านี้เป็นภาพที่มองเห็นได้เพื่อสร้างภาพความร้อน
ภาพความร้อนประเภทนี้สามารถสะท้อนการกระจายของอุณหภูมิบนพื้นผิวของวัตถุได้โดยสังหรณ์ใจ ช่วยให้ดวงตามนุษย์มองเห็นบริเวณที่เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่มองไม่เห็นได้อย่างชัดเจน

ด้วยกลไกการถ่ายภาพนี้ กล้องอินฟราเรดไม่เพียงแต่สามารถสังเกตการณ์ในเวลากลางคืนหรือในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีแสงเท่านั้น แต่ยังสามารถตรวจสอบและวิเคราะห์อุณหภูมิแบบไม่สัมผัสและมีความแม่นยำสูงในการตรวจสอบทางอุตสาหกรรมที่ซับซ้อน การบำรุงรักษาอุปกรณ์ และสถานการณ์การวัดอุณหภูมิในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

เทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยกล้องอินฟราเรด

กล้องอินฟราเรดใช้วิธีการทางเทคนิค เช่น การแปลงโฟโตอิเล็กทริกและการประมวลผลสัญญาณ เพื่อแปลงข้อมูลการกระจายอุณหภูมิบนพื้นผิวของวัตถุเป้าหมายให้เป็นภาพความร้อนหรือภาพวิดีโอที่มองเห็นได้ จึงสามารถติดตามและวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้อย่างง่ายดาย

ตามหลักการถ่ายภาพและวิธีการตรวจจับที่แตกต่างกัน กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: แช่เย็นและไม่ระบายความร้อน:

กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดระบายความร้อนใช้ระบบทำความเย็นอุณหภูมิต่ำ ซึ่งสามารถลดเสียงรบกวนของเครื่องตรวจจับได้อย่างมาก มีความไวและความละเอียดความร้อนสูงกว่า และเหมาะสำหรับสาขาที่มีความแม่นยำสูง เช่น การลาดตระเวนทางทหารและการสำรวจอวกาศ

กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดที่ไม่มีการระบายความร้อนไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็น มีโครงสร้างที่กะทัดรัดกว่า ใช้พลังงานน้อยลง และตอบสนองได้รวดเร็ว แม้ว่าความไวจะต่ำกว่าประเภททำความเย็นเล็กน้อย แต่ประสิทธิภาพของมันสามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานพลเรือนส่วนใหญ่ เช่น การตรวจจับทางอุตสาหกรรม การตรวจสอบความปลอดภัย การวินิจฉัยทางการแพทย์ และการทดลองวิจัยทางวิทยาศาสตร์

ด้วยข้อดีของประสิทธิภาพการถ่ายภาพที่เสถียรและเชื่อถือได้ และการพึ่งพาแสงโดยรอบต่ำ กล้องอินฟราเรดจึงค่อยๆ กลายเป็นส่วนสำคัญของการรักษาความปลอดภัยอัจฉริยะ การบำรุงรักษาแบบคาดการณ์อุปกรณ์ การตรวจจับพลังงาน และการตรวจสอบการผลิตอัตโนมัติ โดยให้การสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการอัพเกรดอัจฉริยะในหลายอุตสาหกรรม

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกล้องถ่ายภาพความร้อนและกล้องอินฟราเรด

ในด้านต่างๆ เช่น วิชันซิสเต็ม การตรวจสอบความปลอดภัย และการตรวจสอบทางอุตสาหกรรม การถ่ายภาพความร้อนและกล้องอินฟราเรดเป็นวิธีการถ่ายภาพสองวิธีที่มักถูกกล่าวถึง แม้ว่าทั้งสองอย่างจะใช้เทคโนโลยีอินฟราเรด แต่ก็มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในหลักการทำงาน การนำเสนอภาพ ขอบเขตการใช้งาน ฯลฯ การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้จะช่วยให้คุณเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมที่สุดในสถานการณ์ต่างๆ

1. หลักการตรวจจับที่แตกต่างกัน

กล้องอินฟราเรด: จับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาหรือสะท้อนจากวัตถุเป็นหลัก โดยอาศัยแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดภายนอกหรือสัญญาณอินฟราเรดในสิ่งแวดล้อม ภายใต้สภาพแสงบางอย่าง สามารถรับข้อมูลการสะท้อนของพื้นผิววัตถุเพื่อสร้างภาพที่ชัดเจน

กล้องถ่ายภาพความร้อน: อาศัยเฉพาะการแผ่รังสีความร้อนที่เกิดจากตัววัตถุเองเท่านั้น และไม่ต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงภายนอก สร้างภาพโดยการตรวจจับความแตกต่างของอุณหภูมิบนพื้นผิวของวัตถุ จึงสามารถระบุเป้าหมายได้อย่างแม่นยำ แม้ในที่มืดสนิทหรือสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

2. ความแตกต่างในข้อมูลภาพ

กล้องอินฟราเรด: ด้วยการจับแสงสะท้อนหรือการแผ่รังสีในแถบอินฟราเรด กล้องจึงสามารถแสดงรูปร่าง คุณลักษณะของวัสดุ และรายละเอียดรูปร่างของวัตถุได้ และเหมาะสำหรับการจดจำเป้าหมายและการตรวจสอบฉาก

กล้องถ่ายภาพความร้อน: มุ่งเน้นไปที่การแสดงภาพข้อมูลอุณหภูมิ และภาพความร้อนเอาต์พุตสะท้อนการกระจายอุณหภูมิของวัตถุ โซนอุณหภูมิที่แตกต่างกันจะแสดงด้วยความแตกต่างของสีเพื่อช่วยระบุส่วนประกอบที่มีความร้อนสูงเกินไป จุดสูญเสียพลังงาน หรือเป้าหมายที่ซ่อนอยู่

3. ความแตกต่างในสถานการณ์การใช้งาน

กล้องอินฟราเรด: มักใช้ในการตรวจสอบการมองเห็นตอนกลางคืน การจัดการจราจร การทดสอบทางการแพทย์ การทดลองวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และสาขาอื่นๆ และสามารถช่วยในการจดจำเป้าหมายและการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม

กล้องถ่ายภาพความร้อน: เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการวัดอุณหภูมิหรือการวิเคราะห์การกระจายความร้อน เช่น การตรวจจับการใช้พลังงานในอาคาร การตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า การกู้ภัยดับเพลิง การวัดอุณหภูมิในโรงงานอุตสาหกรรม และการสังเกตสัตว์ป่า เป็นต้น

4. ต้นทุนและความซับซ้อนของระบบ

กล้องอินฟราเรด: เทคโนโลยีมีความสมบูรณ์และมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ มีรุ่นต่างๆ ในตลาดตั้งแต่เกรดผู้บริโภคไปจนถึงเกรดอุตสาหกรรม เหมาะสำหรับความต้องการใช้งานหลายระดับ

กล้องถ่ายภาพความร้อน: เนื่องจากติดตั้งเซ็นเซอร์ความร้อนที่มีความไวสูงและระบบสอบเทียบอุณหภูมิที่แม่นยำ ต้นทุนการผลิตจึงสูงขึ้น ส่วนใหญ่จะใช้ในสาขาอาชีพที่ต้องการความแม่นยำในอุณหภูมิสูง

โดยทั่วไปแล้ว กล้องอินฟราเรดจะมุ่งเน้นไปที่การจดจำภาพและการถ่ายภาพฉาก ในขณะที่กล้องถ่ายภาพความร้อนจะมุ่งเน้นไปที่การวิเคราะห์อุณหภูมิและการตรวจจับการปกปิด แบบแรกให้ความสำคัญกับ 'การมองเห็นชัดเจน' มากกว่า ในขณะที่แบบหลังให้ความสำคัญกับ 'การมองเห็นที่แม่นยำ' มากกว่า ในการใช้งานการตรวจสอบอัจฉริยะ การตรวจสอบทางอุตสาหกรรม และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ทั้งสองสามารถส่งเสริมซึ่งกันและกัน และร่วมกันสร้างระบบตรวจสอบและติดตามด้วยภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

กล้องอินฟราเรดแบ่งออกเป็นคลื่นสั้นและคลื่นยาว ความแตกต่างคืออะไร?

1. วงดนตรีงานต่างๆ

คลื่นอินฟราเรดคลื่นสั้น (SWIR): ช่วงความยาวคลื่นประมาณ 0.9–1.7μm (บางส่วนสามารถขยายได้ถึง 2.5μm)

คลื่นอินฟราเรดแบบยาว (LWIR): ช่วงความยาวคลื่นประมาณ 8–14 μm

ความยาวคลื่นสั้นนั้นใกล้เคียงกับแสงที่มองเห็นได้ จึงสามารถถ่ายภาพได้โดยใช้แสงที่สะท้อนบางส่วน ในขณะที่ความยาวคลื่นยาวเป็นของแถบรังสีความร้อนและอาศัยสัญญาณรังสีความร้อนของวัตถุเอง

2. หลักการถ่ายภาพที่แตกต่างกัน

SWIR (อินฟราเรดคลื่นสั้น): อาศัยหลักการถ่ายภาพสะท้อน คล้ายกับกล้องแสงที่มองเห็นได้ แต่มีแถบความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน จึงสามารถเก็บรายละเอียดที่กล้องแบบเดิมไม่สามารถระบุได้ เช่น ความแตกต่างในการซึมผ่านของวัสดุ การเปลี่ยนแปลงของความชื้น เป็นต้น

LWIR (อินฟราเรดคลื่นยาว): อาศัยหลักการของการถ่ายภาพรังสีความร้อน กล่าวคือ การตรวจจับพลังงานรังสีความร้อนอินฟราเรดของวัตถุเอง ซึ่งสามารถสะท้อนการกระจายของอุณหภูมิได้โดยตรง และมักใช้สำหรับการตรวจจับด้วยภาพความร้อน

3. สาขาการสมัครที่แตกต่างกัน

กล้องอินฟราเรดคลื่นสั้นส่วนใหญ่จะใช้ในการระบุวัสดุ การตรวจจับมุมมอง และการวิเคราะห์ความชื้นหรือมลพิษ พวกเขาสามารถจับรายละเอียดพื้นผิวและความแตกต่างของพื้นผิวที่ไม่สามารถแสดงได้ด้วยแสงที่มองเห็นได้ ดังนั้นจึงทำงานได้ดีในสถานการณ์ทางอุตสาหกรรม เช่น การตรวจสอบเซมิคอนดักเตอร์ การตรวจสอบขวดแก้ว การตรวจสอบความชื้น และการจัดตำแหน่งด้วยเลเซอร์

กล้องอินฟราเรดคลื่นยาวทำงานได้ดีกว่าในการตรวจจับอุณหภูมิและการตรวจสอบพลังงานความร้อน และสามารถสะท้อนการกระจายความร้อนและการเปลี่ยนแปลงพลังงานบนพื้นผิวของวัตถุได้โดยสังหรณ์ใจ มักใช้ในการตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า การวินิจฉัยข้อผิดพลาดเกี่ยวกับความร้อน การวิเคราะห์การใช้พลังงานในอาคาร การตรวจสอบอัคคีภัย และสาขาอื่นๆ

โดยทั่วไปแล้ว อินฟราเรดคลื่นสั้นจะเน้นที่ 'การมองเห็นโครงสร้างและวัสดุอย่างชัดเจน' ในขณะที่อินฟราเรดคลื่นยาวจะเน้นที่ 'การมองเห็นอุณหภูมิและพลังงาน' มากกว่า ทั้งสองบทบาทมีบทบาทที่ไม่อาจทดแทนได้ในระบบวิชันซิสเต็ม