termowizja
 
Encyklopedia PWN
termowizja
[gr.-łac.],
termografia, obrazowanie termalne,
dziedzina techniki zajmująca się detekcją i wizualizacją promieniowania podczerwonego (rzadziej mikrofal) emitowanego przez obiekty.
Każde ciało jest źródłem tego promieniowania, jeśli jego temperatura jest wyższa od 0 K. Obraz (kolorowy lub czarno-biały) otrzymany techniką t., tzw. termogram, jest odwzorowaniem powierzchniowej gęstości mocy promieniowania podczerwonego lub mikrofalowego badanego (obserwowanego) obiektu, tj. rozkładu temperatury na jego powierzchni.
Urządzenia termowizyjne. Ponieważ atmosfera ziemska pochłania niektóre zakresy promieniowania podczerwonego (promieniowanie w atmosferze ziemskiej), urządzenia termowizyjne, przeznaczone do rejestracji tego promieniowania, są przystosowane do pracy w przedziałach widmowych, w których jego przepuszczalność przez atmosferę jest względnie duża, tj. zwykle w przedziałach dł. fali elektromagnetycznej 3–5 µm oraz 8–14 µm. Głównymi zespołami urządzenia termowizyjnego, przez które przechodzi kolejno promieniowanie emitowane przez obiekt, są: 1) obiektyw, 2) układ przeszukiwania (zwykle układ mech.-opt. złożony z drgających lub wirujących zwierciadeł), którego zadaniem jest stopniowe (punkt po punkcie, linia po linii) odbieranie promieniowania (informacji) pochodzącego z obserwowanego obiektu, 3) układy opt. skupiające promieniowanie, 4) detektor podczerwieni. Detektor połączony z układami wzmocnienia wytwarza sygnał elektr., którego amplituda jest proporcjonalna do mocy padającego promieniowania. Sygnały elektr. są analizowane przez układy elektroniczne i przetwarzane na obraz (termogram) wyświetlany na ekranie monitora, różniący się od obrazu obiektu obserwowanego w świetle widzialnym.
Urządzenia termowizyjne odbierające i przetwarzające promieniowanie mikrofalowe emitowane przez obiekty (termografia mikrofalowa) są stosowane sporadycznie, gł. w zastosowaniach medycznych.
Ze względu na zastosowanie urządzenia termowizyjne można podzielić na: 1) kamery obserwacyjne i kamery pomiarowe (kamera termowizyjna); 2) skanery termowizyjne (skanery termalne) — stosowane gł. do obserwacji terenu z samolotu lub w systemach nadzoru technol. (termogram uzyskuje się ze złożenia pojedynczych linii, przy czym skaner lub obiekt przemieszczają się prostopadle do kierunku obserwacji); 3) urządzenia automatycznego rozpoznania — stosowane w systemach automatycznego rozpoznania celu (broń inteligentna), w robotyce lub w urządzeniach automatycznego nadzoru, kontroli i alarmowania.
Szczegółowe rozwiązania i parametry użytkowe urządzenia termowizyjnego zależą gł. od zastosowanego detektora promieniowania podczerwonego; rozróżnia się: detektory termiczne (piroelektr., bolometryczne) oraz detektory fotonowe (działanie oparte na zjawiskach fotoelektrycznych). W celu zmniejszenia szumu powstającego w detektorze oraz zwiększenia jego czułości i wykrywalności obniża się jego temperaturę poniżej temperatury otoczenia, stosując różnego rodzaju chłodziarki. W urządzeniach termowizyjnych najnowszej generacji stosuje się wieloelementowe półprzewodnikowe (lub mikrobolometryczne) detektory podczerwieni (hybrydowe lub monolityczne matryce detektorów o dużej liczbie elementów), zintegrowane z elektronicznymi układami analizy (odczytu) obrazu. W zastosowaniach med. stosuje się też niekiedy urządzenia wykorzystujące wpływ temperatury na zmianę barwy ciekłych kryształów (kontaktowa termografia ciekłokrystaliczna).
Termogramy. Interpretacja termogramów wymaga uwzględnienia wielu czynników, gł. wpływu współczynnika emisyjności powierzchni obiektu i jego zależności od stanu tej powierzchni, pochłaniania promieniowania przez atmosferę i układy opt. urządzenia. Do szczegółowej analizy termogramów stosuje się komputery i specjalistyczne oprogramowanie. Komputerowa analiza termogramów pozwala na precyzyjne określenie temperatury w danym punkcie (lub wzdłuż danej linii), wykreślenie izoterm w określonym przedziale temperatury, wyznaczenie rozkładów temperatury w postaci histogramów (dla wybranych powierzchni obiektu) oraz obliczenie mocy promieniowania podczerwonego wysyłanego przez obiekt. Możliwe jest również komputerowe nałożenie termogramu na obraz uzyskany z kamery telewizyjnej, co ułatwia interpretację uzyskanych wyników.
Zastosowania termowizji. Głównym zastosowaniem t. jest wykrywanie obiektów na potrzeby militarne. Za pomocą wojsk. kamer termowizyjnych można wykryć (przy dobrej pogodzie) samoloty z odległości 50 km, czołgi z odległości 20 km i ludzi z odległości 13 km. Urządzenia termowizyjne pozwalają na bezstykowy zdalny pomiar temperatury i mogą służyć do obserwacji procesów technol., do nieniszczących badań materiałów, badań konstrukcji (urządzeń grzejnych i chłodniczych, maszyn, budynków) oraz struktur przyrządów półprzewodnikowych, do kontroli temperatury różnych elementów (izolatory, transformatory, bezpieczniki, kable) w trakcie pracy, a także do badania skuteczności działania środków farmakologicznych (np. wpływu leków na ukrwienie tkanek). W diagnostyce medycznej t. stanowi całkowicie nieinwazyjną metodę wykrywania raka sutka, obrazowania stanów zapalnych zatok, zębów, żył, płuc, stawów, gruczołu tarczycy i in. Kamery termowizyjne są wykorzystywane podczas operacji na otwartym sercu (obserwacja przepływu krwi przez żyły i tętnice).
Historia. Prace nad wykorzystaniem promieniowania podczerwonego do łączności i wykrywania obiektów rozwinęły się wraz ze skonstruowaniem pierwszych detektorów podczerwieni (otrzymanie termostosu 1833). Pierwsze urządzenia opt. do obrazowania rozkładu temperatury (koniec XIX w.) wykorzystywały tzw. substancje termochromowe, zmieniające barwę pod wpływem zmian temperatury. Pierwsze wojsk. kamery termowizyjne (do wykrywania obiektów w nocy) pojawiły się na pocz. lat 50. XX w.; szybki rozwój t. rozpoczął się w połowie lat 60.
Bibliografia
J. Piotrowski, A. Rogalski Półprzewodnikowe detektory podczerwieni, Warszawa 1985;
J.S. Accetta, D.L. Shumaker The Infrared and Electro-Optical Systems Handbook, Washington 1993.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia