دوربین حرارتی

دوربین های حرارتی تجهیزات پیشرفته ای هستند که به صورت معمول یک نمایشگر روی آن ها قرار دارد و در آن می توانید تفاوت های انرژی گرمایی محیط را به صورت بصری مشاهده کرد. تفاوت این دوربین های با دوربین های معمولی مرتبط با نوعی حسگر حساس به گرما است که به نوع خاصی از لنز دوربین متصل می شود و برای کار در کنار تکنولوژی ظبط و نمایش تصاویر سازگار شده اند. با لطف این تکنولوژی مهندسین قادرند تا تفاوت های دمایی را هنگام بازرسی ها براحتی شناسایی و مشخص کنند.

 همه ما با دوربین های معمولی که به راحتی نور مرئی را دریافت و تبدیل به پیکسل های تصاویر می کنند آشنا هستیم. درواقع نور مرئی تنها قسمت کوچکی از طیف الکترو مغناطیس را تشکیل می دهد و چشم ما تنها بخش کوچکی از این نور را می تواند به راحتی تشخیص دهد. به همین دلیل ما نمی توانیم امواج رادیوئی را ببینیم یا حتی انرژی گرمایی که از یک جسم ساطع می شود برای ما غیر قابل تشخیص است. جالب است بدانید اجسامی که گرم می شوند از خود نور مادون قرمز ساطع می کنند که تقریبا بین نور مرئی و امواج ماکروویو قرار دارد. این امواج توسط دوربین حرارتی که گاهی اوقات به عنوان دوربین مادون قرمز هم شناخته می شوند براحتی قابل شناسایی هست. البته دقت این دوربین ها و تفاوت دمایی آنها در محدوده ای که می بینید ، مانند آنچه از دنیای واقعی انتظار داریم دقیق نیست و به همین خاطر تصویر این دوربین‌های ترموگرافی به صورت نقشه‌ای از تفاوت‌های دمایی محیط اطراف شامل رنگ‌های قرمز و زرد و نارنجی برای محدوده‌ های گرم‌تر تا بنفش و آبی برای محدوده‌ های هم دمای محیط و سردتر نمایش داده می‌شود. رنگ سبز نیز بیانگر نقاطی هست که در دمای اتاق قرار دارند.

شایان ذکر است برخی از مدل های دوربین های حرارتی هنوز به نمایشگر های سیاه و سفید مجهز هستند و همچنان مورد علاقه برخی از تکنیسین ها هستند. بیشترین کاربرد این دوربین ها برای یافتن موجودات زنده در جنگل یا در دل شب و مواردی از این قبیل است. شاید فکر کنید دوربین های حرارتی تنها کاربرد صنعتی یا نظامی دارند ؛ اما امروزه این دوربین ها در کاربرد های کاملا نظامی تا کاربرد های عمومی مورد استفاده قرار می گیرند.

دوربین‌های حرارتی چطور کار می‌کنند؟

همه اجسام دارای تشعشع حرارتی خاص خود هستند و این دقیقا همان تشعشع مادون قرمزی است که توسط دوربین های حرارتی اندازه گیری و تشخیص داده می شود. به این منظور باید دوربین را به لنزی مجهز کرد که قابلیت تشخیص این امواج را داشته باشد یعنی همان کاری که دوربین های عادی با نور مرئی انجام می دهند. هر پیکسل از این حسکر به مقدار نور مادون قرمز متنشر شده حساسیت نشان میدهد و آنها را به پالسهای الکتریکی تبدیل می کند تا در نهایت بتواند نقشه حرارتی را برای شما آشکار سازد.

چرا دوربین‌های حرارتی در شب بهتر عمل می‌کنند؟

حتما در فیلم‌های تجاری دیده‌اید که دوربین حرارتی نظامی را در شب به سوی دشمنان نشانه می‌روند. چرا از آن‌ها در روز استفاده نمی‌کنند؟ به این خاطر که دوربین‌های حرارتی در شب عملکرد بهتری از خودشان نشان می‌دهند. اما این موضوع هیچ ارتباطی به تاریک یا روشن بودن محیط کار آن‌ها ندارد. بلکه در شب، معمولاً دمای محیط کمتر است و از همه مهم‌تر اینکه دمای اجسام هم در شب پایین‌تر می‌آید و به همین دلیل هم نشت حرارتی یا خصوصاً دمای بدن موجودات زنده (مانند انسان‌ها یا حیوانات) نسبت به دمای محیط کنتراست بیشتری پیدا می‌کند. به همین دلیل هم اصولاً تفاوت آن‌ها در ماژول دوربین حرارتی با دقت بیشتری تشخیص داده می‌شود.

 

ممکن است فکر کنید که وقتی در محیط‌های داخلی هستید اصولاً نور روز در محل کار شما نمی‌تابد و تأثیری روی دوربین ندارد. اما دقیقاً مانند روشنایی روز که حتی در روز‌های ابری هم به داخل خانه نفوذ می‌کند، گرمای هوا، حتی در روز‌های نسبتاً خنک هم روی همه‌ چیز، از ساختمان‌ها و جاده‌ها و گیاهان گرفته تا ابزار‌آلات موجود در محل عکس‌برداری تأثیر می‌گذارد و باید کمتر شدن کنتراست تصویر (فاصله بین رنگ‌های آبی و بنفش با قرمز و زرد و نارنجی) می‌شود. حتی به ازای یک درجه تفاوت دمای کمتر بین محیط و سوژه شما، تصویری که می‌گیرید تفاوت رنگی کمتری را نمایش می‌دهد.

به همین دلیل هم مهندسینی که کار نشت‌یابی حرارتی را انجام می‌دهند ترجیح می‌دهند ساعات کاری شبانه را انتخاب کنند تا راحت‌تر و دقیق تر بتوانند کار کنند. حتی اگر هم ساعات کاری روزانه را پیشنهاد دهند، معمولاً نخستین ساعات روز، شرایط بهتری نسبت به بعد از ظهر دارد.

 

آیا دوربین‌های حرارتی از پشت شیشه هم کار می‌کنند؟

با توجه به تصوری که ما از دوربین‌های عادی که با پرتو‌های نور کار می‌کنند داریم، احتمالاً برایتان عجیب است که بدانید دوربین‌های حرارتی معمولاً از پشت شیشه به درستی کار نمی‌کنند!توضیح دلیل علمی این پدیده کمی پیچیده‌تر از آن است که بتوان در این مقاله توضیح داد، اما به طور خلاصه این‌طور است که شیشه می‌تواند نور مرئی را به خوبی از خود عبور دهد، اما در برابر طول موج مادون قرمز تقریباً مانند یک آینه عمل می‌کند. به همین دلیل هم هست که دوربین‌های عکاسی که برای عکاسی مادون قرمز طراحی می‌شوند، از لنز‌های شیشه‌ای استفاده نمی‌کنند و لنز‌های آن‌ها از ژرمانیوم یا سلنید مس ساخته می‌شود.

 

به همین دلیل مثلاً اگر یک دوربین حرارتی را از پشت شیشه رو به چند نفر بگیرید، نه تنها نمی‌فهمید که چند نفر در آنجا هستند، بلکه حتی متوجه نمی‌شوید که این تشعشات رنگی مربوط به یک موجود زنده است یا صرفاً ابری در هم ریخته از رنگ‌ها هستند! در چنین مواقعی شاید حتی تصویری گنگ و مبهم از خودتان را (فردی با یک دوربین در دست) در تصویر ببینید که بازتابی از طول موج‌های منعکس شده است.

البته این یک قانون کلی و بی چون و چرا نیست. برخی از فرکانس‌های مشخص مادون قرمز می‌توانند از شیشه عبور کنند و طبیعتاً برخی از دوربین‌های حرارتی خاص هم هستند که می‌توانند این طول موج‌های مشخص را دریافت کرده و نمایش دهند. یا مثلاً دیدن تصویر از پشت شیشه اتومبیل به مراتب بهتر از شیشه‌های پنجره‌های خانگی است.

اما به‌هرحال در اغلب موارد تصویری که دریافت می‌شود با تصویری که از جهت اشتباه بازتاب داده شده آمیخته می‌شود و تصویر نهایی، بسیار گنگ و در هم ریخته نمایش داده می‌شود که فاقد جزئیات و کنتراست کافی برای تشخیص است. به طور خلاصه باید قید استفاده از پشت شیشه را بزنید.

آیا دوربین‌های حرارتی ضد آب هم داریم؟

اگر به دنبال خرید دوربین حرارتی ضد آب هستید که بتوانند در شرایط نامساعد آب و هوایی کار کنند، قطعاً می‌توانید برخی از مدل‌های موجود در بازار را پیدا کنید که عایق‌بندی بالاتری نسبت به دوربین‌های عادی دارند. اما اگر منظورتان دوربین‌های حرارتی است که زیر آب کار کنند، احتمالاً گزینه مناسبی را پیدا نخواهید کرد. دلیل آن هم تا حدودی به همان مواردی که در بالا گفتیم ارتباط پیدا می‌کند.

آب همان‌طور که جلوی بخش زیادی از نور مرئی را سد می‌کند و تصویری مات و گنگ از فاصله دور دیده می‌شود، بخش زیادی از امواج مادون قرمز را هم مسدود می‌کند. دقیقاً به همان دلیلی که تابش رنگ‌ها در پشت حجم زیادی از آب از بین می‌رود، سنسورهای دوربین‌های مادون قرمز هم نمی‌توانند به راحتی از میان حجم زیاد آب عبور کنند. اما این تنها چالشی نیست که دوربین‌های حرارتی در زیر آب دارند. مورد دیگر به بر هم زدن جهت هدایت گرمایشی یا در واقع همان جهت گرما مربوط می‌شود. برای تغییر دما در حد 1 درجه در آب، به حدود چهار برابر انرژی بیشتر در مقایسه با هوا نیاز داریم. یعنی حسگر‌های دوربین باید با چهار برابر حساسیت بیشتر کار کنند تا بتوانند همان تصویری را نشان دهند که در حالت عادی نمایش می‌دهند.

در دنیای واقعی، اجسام در آب، گرمای خود را چندین برابر سریع‌تر از هوا از دست می‌دهند و این موجب پایین‌تر آمدن دقت امواج دریافتی می‌شود. به همین دلیل تصویری که از آن نمایش داده می‌شود، دقت بسیار کمتری هم دارد و امکان جابجایی مکانی آن‌ها وجود دارد.

آیا دوربین‌های حرارتی از پشت دیوار کار می‌کنند؟

حتما در خیلی از فیلم‌های هالیوودی دیده‌اید که دوربین حرارتی شکاری روی تفنگ‌هایی که دارند، تعداد و شکل اندام سربازانی که در پشت دیوار هستند را به دقت نشان می‌دهد و حتی می‌بینید که شخصی که گروگان گرفته‌اند هم کاملاً با دست‌های بسته روی صندلی بسته شده است! اما این تصویر بسیار دور از واقعیت و اغراق شده است. اصولاً دوربین‌های حرارتی، نه تنها از پشت دیوار، بلکه از پشت هیچ چیزی نمی‌توانند تشخیص درستی بدهند.

این دوربین‌ها، کاملاً تحت تأثیر دمای مانعی هستند که در جهت دید آن‌ها قرار می‌گیرد. بنابراین وقتی آن را به سمت یک دیوار قرار می‌گیرید، دمای دیوار را به عنوان سوژه نمایش می‌دهند. از آنجا که اغلب دیوار‌ها، طوری مهندسی می‌شوند که عایق دمایی هم باشند، طبیعتاً دمای سوژه‌هایی که در پشت آن قرار دارند، تأثیر بسیار بسیار اندکی روی سطح دیگر دیوار می‌گذارد. اما در اینجا استثناهایی هم وجود دارد. به عنوان مثال دوربین‌های حرارتی می‌توانند آتش سوزی (یا وجود شعله زیاد) را در آنسوی دیوار تشخیص دهند. چون به‌هرحال باعث گرم شدن دیوار می‌شوند.

 

 

به طور مشابه، برخی از دوربین‌های حرارتی حساسیت بالا به اندازه +/- 0.01 درجه سانتی‌گراد حساسیت دارند و می‌توانند دمای بدن شخصی که در سمت دیگر یک دیوار نازک و کاملاً سرد ایستاده را تشخیص دهند. اما به این شرط که شخص آن‌قدر در جای خود ثابت بایستد که بتواند دمای آن بخش از دیوار را به اندازه کافی گرم کند که دوربین بتواند آن را تشخیص دهد. طبیعتاً وقتی فاصله زیادی با دیوار دارد یا به سرعت از برابر دیوار حرکت می‌کند، امکان تشخیص آن وجود ندارد.

انواع کاربردهای دوربین حرارتی

به جز کاربرد‌های مهندسی که معمولاً برای تشخیص نشت حرارتی در ساختمان‌ها و تاسیسات استفاده می‌شوند، کاربرد‌های دیگری هم برای دوربین‌های حرارتی وجود دارد. در اینجا به برخی از آشناترین و معمول‌ترین موقعیت‌هایی که استفاده از دوربین‌های حرارتی موجب پیشرفت در کار می‌شود اشاره می‌کنیم.

کاربرد دوربین‌های حرارتی در پهپاد‌ها

امروزه بخش بزرگی از عملیات‌های نجات توسط دوربین‌های حرارتی که روی پهپاد‌ها یا درون‌ها نصب شده‌اند انجام می‌شود. اگرچه بسیاری از پهپاد‌های تجاری عمومی مانند محصولات هوایی DJI فاقد این قابلیت هستند، اما تقریباً همه پهپاد‌های تیم‌های نجات و پهپاد‌های پلیس از این تکنولوژی برای تشخیص خطر و وجود افراد زنده در یک منطقه استفاده می‌کنند.

تیم‌های جستجو در کوهستان‌ها، با کمک همین دوربین‌ها می‌توانند کوهنوردانی را که در بهمن و برف و بوران گرفتار شده‌اند پیدا کند یا یافتن کودکانی که در جنگل گم شده‌اند با این دوربین‌ها بسیار موثرتر و دقیق‌تر انجام می‌شود. البته استفاده از این دوربین‌ها، به دلیل اطلاعات تاکتیکی نظامی که می‌توانند ارائه دهند، در بسیاری از کشور‌ها نیاز به مجوز‌های قانونی دارد و معمولاً در دسترس عموم نیست.

دوربین‌های حرارتی آتش‌یاب

پیدا کردن حریق در محیط‌های طبیعی صعب‌العبور هم از موقعیت‌هایی است که استفاده از دوربین‌های حرارتی بسیار مؤثر است. خصوصاً اینکه وقتی مثلاً در جایی مانند یک جنگل آتش‌سوزی اتفاق می‌افتد، دود و غبار و آلاینده‌ها به حدی هستند که یافتن افراد زنده در پشت منطقه آتش ناممکن می‌شود. این دوربین‌ها می‌توانند نه تنها افراد زنده را در پس آتش تشخیص دهند، بلکه می‌توانند نقاط داغ یا در حال سوختن را در مکان‌های غیر منتظره (مثلاً در زیر زمین یا حتی درون غارها) کشف کنند.

دوربین‌های حرارتی مخصوص حیات وحش

عکاسی و فیلم‌برداری حیات وحش یکی از شاخه‌های بسیار مورد توجه در دنیای تصویرگری محسوب می‌شود. اما می‌دانیم که بسیاری از گونه‌های جانوری به ندرت در دید انسان‌ها قرار می‌گیرند و عکاسی از آن‌ها به سختی ممکن است. امروزه عکاسی از حیات وحش، ردیابی حیوانات و نظارت بر محیط زیست حیوانات، از مواردی هستند که فناوری‌های دوربین‌های حرارتی می‌تواند به کمک ما بیایند تا دقیق‌تر کار کنیم. دوربین‌های مادون قرمز مجهز به حسگر‌های هوشمند می‌توانند در زیستگاه‌های طبیعی قرار گرفته و روی حالت خودکار تنظیم شوند تا به محض تشخیص تحرک در منطقه شروع به کار کنند. این کار نظارت بسیار جامع‌تری را بر رفتار گونه‌های جانوری ممکن می‌کند.

همچنین قرار دادن این دوربین‌ها در مناطقی که محل عبور شکارچیان غیر مجاز است، می‌تواند از شکار غیر قانونی حیوانات جلوگیری کرده و به حفظ گونه‌های در خطر انقراض کمک کند.

 

دوربین حرارتی قابل استفاده در شناور‌ها و زیردریایی‌ها

اگرچه گفتیم که علی‌رغم پیشرفت تکنولوژی‌، عملکرد دوربین‌های حرارتی در زیر آب بسیار محدود می‌شود، اما یکی از پرکاربرد‌ترین موارد استفاده از این تجهیزات، در شناور‌ها و زیردریایی‌ها است. قایق‌رانی در شب، در مه یا در هوای طوفانی و نامساعد، یکی از خطرناک‌ترین موارد در شناور‌های دریایی محسوب می‌شود.

به همین دلیل استفاده از دوربین‌هایی که روی شناور‌ها نصب می‌شوند بسیار معمول شده است و تقریباً همه کشتی‌های جدید، اعم از نظامی، مسافرتی و تفریحی و همچنین تمامی زیردریایی‌های نظامی به این دوربین‌ها مجهز هستند تا بتوانند موانع زیستی مانند نهنگ‌ها و کوسه‌ها و مرجان‌ها و موانع طبیعی مانند کوه‌های یخی را به سرعت تشخیص دهند.

دوربین‌های حرارتی به عنوان دوربین امنیتی

این روز‌ها تقریباً هر نوع مکان تجاری، از دفاتر اداری گرفته تا انبار‌ها و فروشگاه‌ها، به یکی از انواع دوربین‌های امنیتی مجهز شده‌اند. دوربین‌های امنیتی هم برای جلوگیری از سرقت و دسترسی‌های غیر مجاز و هم برای تشخیص و مرور حوادث پس از اتفاق کاربرد زیادی دارند. اما دوربین‌های حرارتی در مناطق کم‌نور که دید ضعیفی در اطراف محدوده دید وجود دارد، بسیار قوی‌تر عمل می‌کنند. خصوصاً در مناطقی که استتار بصری (مانند شاخ و برگ‌های متراکم) وجود دارد، استفاده از این دوربین‌ها می‌تواند سریع‌تر و دقیق‌تر از دوربین‌های نظارتی باشد.

علاوه بر این دوربین‌های مداربسته با امکان تصویربرداری حرارتی معمولاً با سنسور‌های هوشمند و فناوری‌های پیشرفته تجزیه و تحلیل اطلاعات ترکیب می‌شوند تا تعداد هشدار‌های اشتباه را به حداقل برسانند. به این ترتیب، این دوربین‌ها می‌توانند قوی‌تر از دوربین‌هایی که صرفاً روی حرکت حساس هستند عمل کنند و دقت بالاتری دارند.

نهایتاً اینکه دوربین‌های حرارتی مبتنی بر تشخیص حرارت، نسبت به دوربین‌های امنیتی استاندارد برای کارآیی در شب دقیق‌تر و ساده‌تر هستند و از نظر مالی هم ارزان‌تر تمام می‌شوند. چون دوربین‌های دید در شب برای دقت بالا به نور نیاز دارند و طبیعتاً باید به طور پیوسته از منابع نوری در کنار آن‌ها استفاده کرد. ضمن اینکه سارقان به راحتی می‌توانند محدوده‌های تاریک‌تر را دور بزنند، در حالی که دوربین‌های حرارتی را نمی‌توان به راحتی فریب داد و دور زدن یک دوربین حرارتی برای یک موجود زنده غیر ممکن است.

دوربین حرارتی موبایل

استفاده از این دوربین‌ها روی تلفن‌های همراه موارد استفاده بسیار زیادی دارد. امروزه تقریباً همه افراد به تلفن‌های همراه دسترسی دارند و قرار گرفتن یک دوربین حرارتی روی تلفن همراه به ما این امکان را می‌دهد که تمامی مواردی را که در بالا ذکر شد، برای استفاده سریع از دوربین حرارتی موبایل هم در نظر بگیریم. برای این کار گزینه‌های متعددی اختیار ما قرار دارد که بسته به شرایط می‌توانیم هر کدام از آن‌ها را انتخاب کنیم. شرکت نوآوران پایش دوربین های ترموگرافی با قابلیت نصب روی موبایل را نیز در اختیار شما قرار می دهد و شما می توانید علاوه بر دوربین های پیشرفته صنعتی ترموگرافی و حرارتی این تجهیزات را براحتی از شرکت نوآوران پایش تهیه کنید.