Termowizja – jej zastosowania i działanie?
Co to jest termowizor?
Termowizor jest urządzeniem, które generuje obraz na podstawie różnicy temperatur obiektów w jego zasięgu. W każdej kamerze termowizyjnej zainstalowany jest detektor podczerwieni, który pracuje w określonym zakresie fal elektromagnetycznych. Co to oznacza? Każde ciało i obiekt, który ma temperaturę własną wyższą od zera bezwzględnego, emituje promieniowanie podczerwone. Dzięki temu kamera termowizyjna jest w stanie generować obraz.
Obraz różni się od tego nagrywanego przez zwykłą kamerę, ponieważ, mówiąc w skrócie, tworzą go różnice temperatur. Stąd też na początku ciężko się do niego przyzwyczaić. Najcieplejsze obiekty wyświetlają się w różnych odcieniach czerwonego i żółtego, a najchłodniejsze niebieskiego. Jeśli spojrzymy na obraz termowizyjny, na którym widoczna będzie sylwetka człowieka na neutralnym tle, wówczas postać będzie czerwono-żółto-pomarańczowa, a tło niebiesko-granatowe. Wygenerowana w ten sposób sylwetka jest na tyle wyraźna, że można na obrazie bezbłędnie określić, czy jest to człowiek, czy zwierzę. Co więcej, obraz nie jest statyczny, ale podobnie jak w klasycznej kamerze, porusza się w czasie rzeczywistym.
Analizując go, warto pamiętać, że przedmioty, które są elementem otoczenia, również mogą absorbować ciepło, np. z powietrza lub innych obiektów. Właśnie dlatego niektóre z nich będą generowały inny obraz w ciągu dnia, a inny w nocy, kiedy temperatura spada.
Jak działa termowizja?
Jak już wspomnieliśmy, obraz kamery termowizyjnej jest generowany na podstawie różnicy temperatur poszczególnych obiektów. Mimo wielu zmiennych, które są uwzględniane, podstawowymi elementami w budowie termowizora są:
- detektor dalekiej podczerwieni – jest najważniejszym elementem kamery termowizyjnej, ponieważ to dzięki niemu promieniowanie podczerwone konwertowane jest na sygnał, który można wyświetlić i zapisać. To podstawowa różnica między tym urządzeniem a klasyczną kamerę, która ma detektor bliskiej podczerwieni i do generowania obrazu potrzebuje źródła światła, które odbija się od obiektów w jej zasięgu;
- układ optyczny, czyli obiektyw – przypomina ten, zainstalowany w klasycznej kamerze, ale absorbuje tylko wiązkę promieniowania podczerwonego, blokując promieniowanie generowane przez światło widzialne. Mówiąc prościej, kamera termowizyjna tworzy obraz termiczny nawet w zupełnych ciemnościach. Czy to zasługa elektroniki? Nie, właściwość ta wynika z materiału, z którego wytworzona jest soczewka. Materiałem, z którego wybudowane jest tradycyjne szkło, jest kwarc, który odbija promieniowanie podczerwone, więc nie ma zastosowania w termowizji tak jak np.: krzem, szafir german i kilka innych pierwiastków;
- procesor obróbki obrazu, od którego zależy jakość tego, co widzimy i dokładność. Oczywiście im wyższe parametry urządzenia, tym lepsza jakość, ale też wyższa cena. Najlepsze urządzenia są w stanie wygenerować bardzo dokładny obraz wysokiej rozdzielczości, tyle że tworzony na podstawie zapisanych różnic temperatur.
Warto też wspomnieć, że termowizja to nie tylko kamery, ale również aparaty termowizyjne.
Jakie są zastosowania termowizji?
Termowizja ma bardzo szerokie zastosowanie jednakowo w przemyśle, medycynie, badaniach naukowych, jak i w pracy jednostek specjalnych czy służb ratowniczych. Detektory promieniowania podczerwonego pozwalają na bardzo szybką identyfikację zwierząt, ludzi, ale też obiektów otoczenia, na które ma wpływ temperatura. Oczywiście bardzo ważna jest kalibracja urządzenia i to, na co ma konwertować odebrane promieniowanie podczerwone. Mimo że liczy się bardzo wiele zmiennych, to ta technologia jest coraz bardziej dostępna.
W jakich sytuacjach termowizja może być pomocna?
Termowizja w medycynie od lat wykorzystuje już promieniowanie podczerwone i jest wykorzystywana nawet w tak prostych urządzeniach codziennego użytku, jak termometr. Tego typu urządzenie natychmiast konwertuje odebrany sygnał na pomiar temperatury ciała. To nie wszystko. To również rozwiązanie, które sprawdza się w ratownictwie medycznym w trakcie poszukiwań zaginionych osób, szczególnie w trudnych warunkach terenu. W badaniu z użyciem termowizji można wykryć, np. stan zapalny, który powoduje miejscowe podniesienie temperatury ciała, co daje też duże zastosowanie w rehabilitacji, ale też weterynarii.
Termowizja dla myśliwych oznacza możliwość obserwowania zwierzyny łownej, niezależnie od pory dnia i panującego oświetlenia. Ponieważ kamera termowizyjna działa tak samo w dzień, jak w nocy i nie wymaga dodatkowe źródła światła, człowiek pozostaje niezauważony, co znacznie ułatwia polowanie.
Termowizja w wojsku to również możliwość wykrywania poruszających się obiektów, bez konieczności zbliżania się do nich i ujawnienia swoich pozycji. Na podstawie obrazu z kamery termowizyjnej obserwator jest w stanie nie tylko określić ruch obiektów, ale także ich ilość i wielkość. Często zamiast kamer jednostki wykorzystują gogle termowizyjne, mocowane na kaskach.
Termowizja w systemach ochrony zewnętrznej również jest stosowana coraz częściej, ponieważ nie wymaga instalowania dodatkowego źródła światła. Kamera może pracować w całkowitych ciemnościach, stąd jest wykorzystywana w monitoringu czy innych systemach rejestrujących.
Termowizja w przemyśle daje znacznie lepsze efekty niż tradycyjne czujniki temperatury. Termometry wykorzystujące podczerwień, są w stanie pracować w bardzo wysokich zakresach temperatury, stąd ich obecność np. w branży metalurgicznej, ale nie tylko. Coraz więcej aplikacji wykorzystuje też termowizję do obrazowania termicznego. W budownictwie tym sposobem można znacznie szybciej zlokalizować miejsca, w których budynek traci ciepło. Podobnie, jeśli chodzi o instalacje wodne – z użyciem termowizji można bardzo łatwo zlokalizować rury z ciepłą wodą, ale też wszelkie nieszczelności i precyzyjnie określić miejsce prac.
Jakie są ograniczenia termowizji?
Mimo że fale podczerwone stosuje się do obrazowania termicznego, termowizja ma swoje ograniczenia. Kamera jest w stanie zarejestrować tylko ciepło na powierzchni obiektu. Nie przenika przez jego warstwy, dlatego jej obraz przypomina zdjęcie wykonane aparatem. Zdjęcie może być bardzo dokładne, ale widoczna będzie tylko powierzchnia obiektu.
Kiedy nie używa się termowizora?
Kamera na podczerwień nie będzie miała zastosowania, jeśli chcemy sprawdzić, co znajduje się za ciałem stałym. Nie zapewnia tzw. wrażenia przeziernego, dlatego nie pokaże, co znajduje się za ścianą z cegieł czy za metalem. Uchwyci tylko temperaturę zewnętrznej powłoki. Dlatego nie jesteśmy w stanie sprawdzić, czy w pomieszczeniu znajdują się ludzie lub inne interesujące nas obiekty. Uzyskany obraz zakłóci nawet szkło czy materiał ubrania, stąd stosuje się zaawansowane technologie, aby zmniejszyć ograniczenia, jeśli chodzi o emisyjność obiektów, ich wielkość czy kąt pomiaru.
Na dokładność kamery termowizyjną wpływ mogą mieć też duże opady deszczu, śniegu, a nawet gęsta mgła. Termowizja ma też ograniczone zastosowanie w wodzie, chyba że znajdujący się w niej obiekt emituje bardzo wysoką temperaturę, a urządzenie jest wysokiej klasy lub obiekt jest blisko powierzchni.
Koszty kamery termowizyjnej?
Rozważając zakup kamery termowizyjnej, warto pamiętać, że to zaawansowana technologia, więc ceny będą wyższe niż w przypadku klasycznych urządzeń do rejestrowania obrazu. Gogle termowizyjne to wydatek rzędu od 2 tysięcy złotych i ceny urządzeń rosną wraz z coraz wyższymi parametrami. Niektóre rozwiązania to koszt rzędu kilkudziesięciu tysięcy złotych.
Wynajem termowizora
Dla tych, którzy potrzebują termowizji do wykonania konkretnej czynności, np. obrazu termowizyjnego domu, zamiast kupować sprzęt, warto zdecydować się na jego wypożyczenie. To usługa, która w ostatnich latach coraz bardziej zyskuje na popularności. Koszt wypożyczenia zaczyna się średnio od około 100 złotych za dobę, ale może być wyższa, jeśli potrzebujemy bardzo zaawansowanej technologii.
Termowizor a noktowizor
Podstawową zasadą, która różni działanie termowizji od noktowizji, jest to, że noktowizor wymaga światła widzialnego. Generowany obraz jest naturalnym odwzorowaniem przestrzeni i można dostrzec nawet najmniejsze szczegóły otoczenia. Natomiast termowizor jest w stanie pracować w zupełnej ciemności.
Kiedy lepszy jest noktowizor?
Noktowizor sprawdzi się lepiej, jeśli nie operujemy w całkowitych ciemnościach i zależy nam na szczegółowym obrazie całego otoczenia. Noktowizja jest zdecydowanie bardziej uniwersalna, ale ma także swoje ograniczenia, więc wybór zależy od tego, czego oczekujemy w danym momencie. Często myśliwi zabierają ze sobą na polowania zarówno noktowizję, jak i termowizję.
Podsumowanie
Wiele osób zadaje pytanie, czy kamera termowizyjna jest bezpieczna. W tej kwestii nie ma się czego obawiać, ponieważ to urządzenie, które tylko rejestruje promieniowanie podczerwone, natomiast samo nie wytwarza żadnego. Szukając najlepszego rozwiązania dla siebie, warto pamiętać, że zasięg kamer termowizyjnych i ich właściwości do rejestrowania dokładnego obrazu, zależą od kilku czynników. Poza wielkością obiektu, jego właściwościami, jeśli chodzi o emisyjność, a także warunkami pogodowymi liczą się parametry techniczne:
- rozdzielczość detektora,
- wielkość pikseli (im są bliżej siebie, tym dokładniejszy będzie obraz),
- typu obiektywu.
Oczywiście im bardziej zaawansowane technologicznie urządzenie tym jego cena jest wyższa. Producenci sprzętu udostępniają jednak coraz więcej kamer i aparatów termowizyjnych, których parametry są dopasowane do konkretnych wymagań, dzięki czemu koszt zakupu jest znacznie niższy, a zastosowanie coraz szersze.