دوربین حرارتی چیست و چگونه کار می کند؟

دوربین حرارتی، یک ابزار الکترونیکی پیشرفته است که به طور معمول دارای یک نمایشگر است و با استفاده از این نمایشگر، تفاوت‌های انرژی گرمایی در محیط به صورت بصری قابل مشاهده هستند. این دستگاهها گاهی به عنوان ترموویژن هم شناخته می‌شوند.
تکنولوژی اساسی در این دوربین‌ها، حسگرهای حساس به گرما هستند که به یک لنز خاص متصل شده‌اند و با ترکیب با تکنولوژی‌های ضبط و نمایش تصویر، امکان مشاهده محیط بر اساس دما فراهم می‌آورند. این تکنولوژی به مهندسان و نیروهای نظامی این امکان را می‌دهد که در بازرسی ساختمان‌ها یا شناسایی نشت انرژی گرمایی در مناطق مختلف، به راحتی مناطق گرم‌تر را تشخیص دهند.
در مقایسه با دوربین‌های معمولی که فقط نور مرئی را ضبط و نمایش می‌دهند، دوربین‌های حرارتی قادرند به امواج نور مادون قرمز که تقریباً بین نور مرئی و امواج ماکروویو واقع شده است، حساس باشند. این امکان به آنها می‌دهد تا امواج حاصل از گرمای یک جسم را دریافت و تصویربرداری نمایند.
در دستگاه‌های تصویربرداری حرارتی، که گاهاً به عنوان دوربین‌های مادون قرمز شناخته می‌شوند، امواج مادون قرمز دریافت‌پذیر هستند. با این حال، دقت این دوربین‌ها در تفاوت‌های دما در محدوده‌های خاص، با دقت مشابه به دنیای مرئی، ممکن است متفاوت باشد. به همین دلیل، تصاویر این دستگاه‌های ترموگرافی به صورت یک نقشه از تفاوت‌های دمایی محیط اطراف نمایش داده می‌شود، با استفاده از رنگ‌های مختلف از قرمز و زرد برای نمایش مناطق گرم‌تر تا بنفش و آبی برای مناطق با دمای محیط کمتر.
هرچند در برخی از دوربین‌های حرارتی هنوز هم نمایشگرهای سیاه و سفید استفاده می‌شود که به دلیل نمایش تصاویر با کمترین جزئیات، همچنان مورد علاقه برخی از تکنسین‌ها قرار دارند. به عنوان مثال، در جستجوی موجودات زنده در جنگل در تاریکی شب!
دوربین‌های حرارتی امروزه در انواع مختلف شامل دوربین‌های صنعتی با کاربردهای خاص تا دوربین‌های طراحی‌شده برای استفاده عمومی در کشورهای مختلف عرضه می‌شوند. به عنوان مثال، دوربین‌های حرارتی شکاری یک بازار موفق دیگر است که در صنایع نظامی و فعالیت‌های شکار استفاده می‌شود.

ویژگی های دوربین های حرارتی

ویژگی	توضیحات
رزولوشن حرارتی	160×120، 320×240، 640×480
دامنه دمایی	-20°C تا 550°C
دقت دمایی	±2°C یا ±2% مقدار خوانده‌شده
حساسیت حرارتی (NETD)	کمتر از 40mK
نوع حسگر	Microbolometer یا Cryogenically Cooled
فرکانس تصویربرداری	9Hz، 30Hz یا 60Hz
فاصله کانونی لنز	لنز واید یا تله
حالت‌های نمایش	حرارتی، ترکیبی، تغییر رنگ
امکان ضبط و ذخیره‌سازی	کارت حافظه، انتقال به کامپیوتر
اتصالات و ارتباطات	Wi-Fi، Bluetooth، USB، HDMI
مقاومت در برابر شرایط محیطی	استاندارد IP67، ضدضربه
منبع تغذیه	باتری قابل شارژ، 4 تا 8 ساعت کارکرد

دوربین‌های حرارتی چگونه کار می‌کنند؟

تمام اشیاء دارای یک امضای حرارتی هستند که در واقع، مقدار تابش مادون قرمز توسط آن‌ها تولید می‌شود و نیاز است تا توسط دوربین حرارتی اندازه‌گیری و تشخیص شود.
برای این منظور، لازم است که دوربین به یک لنز مجهز شود که قادر به دریافت فرکانس‌های مادون قرمز باشد و سپس این فرکانس‌ها را روی یک حسگر ویژه انتقال دهد که به نوبه خود قابلیت شناسایی و تفسیر این فرکانس‌ها را داشته باشد. به عبارت دیگر، این فرآیند مشابه کار دوربین‌های عادی با فرکانس‌های مرئی است. هر پیکسل از حسگر، حساسیت خاصی به مقدار نور مادون قرمزی که دریافت می‌کند، نشان می‌دهد و این حساسیت به پالس‌های الکتریکی تبدیل می‌شود که در نهایت تصویر نقشه حرارتی را ایجاد می‌کند. پس از ایجاد تصویر نقشه حرارتی، نمایشگر دوربین آن تصویر را

نمایش می‌دهد.
بسیاری از دوربین‌های حرارتی، علاوه بر حسگر مادون قرمز، دارای یک حسگر حساس به نور مرئی نیز هستند که قادر به نمایش همزمان تصویر استاندارد کادر روبرو است. این ویژگی به کاربر این امکان را می‌دهد که تصویر حرارتی را با تصویر معمولی صحنه هماهنگ کند و محل نشت حرارتی را در کنار صحنه دیده شود، به همان شکلی که دوربین‌های عادی یا گوشی‌های موبایل انجام می‌دهند.

دوربین ترمال چیست ؟

دوربین ترمال یا دوربین حرارتی دستگاهی است که با استفاده از تشعشعات مادون قرمز (Infrared Radiation – IR)، تصویری از توزیع دما در یک محیط یا روی سطح اجسام ایجاد می‌کند. این دوربین‌ها بدون نیاز به نور مرئی، تفاوت دمایی بین اجسام را تشخیص داده و به‌صورت تصویر حرارتی نمایش می‌دهند.

ویژگی‌های اصلی دوربین ترمال:

• قابلیت دید در تاریکی: برخلاف دوربین‌های معمولی، برای کار کردن به نور نیاز ندارد.
• اندازه‌گیری دما: امکان سنجش دمای اجسام و افراد را فراهم می‌کند.
• کاربردهای گسترده: در صنایع مختلف مانند نجات و امداد، آتش‌نشانی، نظامی، پزشکی، تعمیر و نگهداری تجهیزات صنعتی، و بازرسی ساختمان‌ها استفاده می‌شود.

نحوه کار دوربین ترمال:

1. تشخیص امواج مادون قرمز: تمام اجسام با دمای بالاتر از صفر مطلق، انرژی مادون قرمز ساطع می‌کنند.
2. حسگر حرارتی (Microbolometer) این امواج را دریافت و پردازش می‌کند.
3. تبدیل به تصویر حرارتی: اختلاف دما به‌صورت رنگ‌های مختلف نمایش داده می‌شود؛ معمولاً رنگ‌های گرم مانند زرد و قرمز نشان‌دهنده دماهای بالا، و رنگ‌های سرد مانند آبی و بنفش نشان‌دهنده دماهای پایین هستند.

تأثیرات چالش‌ها و محدودیت‌های دوربین‌های حرارتی :

1. هزینه بالا

دوربین‌های حرارتی، به‌ویژه مدل‌های صنعتی، معمولاً قیمت بالایی دارند. این مسئله می‌تواند مانع استفاده گسترده‌تر در کاربردهای عمومی و خانگی شود.

2. دقت محدود در شرایط خاص

عواملی مانند رطوبت، گرد و غبار یا بازتاب سطوح براق می‌توانند دقت تصویر حرارتی را کاهش دهند. این مسئله به‌ویژه در محیط‌های باز و چالش‌برانگیز مشهود است.

3. نیاز به تخصص برای تحلیل تصاویر

استفاده از دوربین حرارتی نیاز به دانش و مهارت دارد، زیرا تحلیل داده‌های دمایی و تشخیص مسائل نیازمند تجربه است. این موضوع در صنایع حساس مانند پزشکی یا انرژی حیاتی است.

4. محدودیت در شناسایی مواد مشابه دما

دوربین‌های حرارتی نمی‌توانند اجسامی با دمای مشابه را به‌خوبی از یکدیگر تمایز دهند، که این امر در کاربردهای امنیتی یا تشخیصی ممکن است مشکل‌ساز شود.

5. وابستگی به شرایط محیطی

دمای محیط و شرایط جوی، مثل باران یا مه، می‌توانند کیفیت و دقت تصاویر را تحت تأثیر قرار دهند.

6. مصرف انرژی بالا

برخی از مدل‌های پیشرفته دوربین‌های حرارتی نیاز به منابع انرژی قوی دارند که ممکن است در استفاده طولانی‌مدت محدودیت ایجاد کند.

با پرداختن به این چالش‌ها، می‌توانید مقاله‌ای متعادل‌تر و واقع‌گرایانه‌تر ارائه دهید که هم مزایا و هم محدودیت‌های فناوری را برای کاربران توضیح دهد.

چرا دوربین‌های حرارتی در شب بهتر عمل می‌کنند؟

حتماً در تبلیغات تجاری فیلمی را دیده‌اید که نمایش داده می‌شود چگونه دوربین حرارتی نظامی در تاریکی شب به سوی دشمنان هدف قرار می‌گیرد. اما سوال این است که چرا از این دوربین‌ها در روز استفاده نمی‌شود؟ دلیل این موضوع به تاریک یا روشن بودن محیط کار آن‌ها مربوط نیست. به عبارت دیگر، دوربین‌های حرارتی در شب عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند. در شب، معمولاً دمای محیط کاهش پیدا می‌کند و مهم‌تر اینکه دمای اشیاء، به ویژه دمای بدن موجودات زنده مانند انسان‌ها یا حیوانات، نسبت به دمای محیط کنتراست بیشتری ایجاد می‌کند.
به همین دلیل، در شب، تفاوت دماها به ویژه در ماژول دوربین حرارتی با دقت بیشتری تشخیص داده می‌شود. این اختلاف دما باعث می‌شود تا نشت حرارتی یا دمای بدن اشیاء با دقت وضوح بیشتری در تصویر ثبت شود. در نتیجه، استفاده از دوربین حرارتی در شب به دلیل شرایط بهتر تشخیص و تبیین دما، تاکتیکی مؤثر در عملیات نظامی محسوب می‌شود.
ممکن است به نظر برسد که در محیط‌های داخلی، نور روز به طور معمول بر دوربین تاثیری نداشته باشد. اما واقعیت این است که همانند نور روز که حتی در روزهای ابری نیز به داخل فضاهای درونی نفوذ می‌کند، گرمای هوا نیز حتی در روزهای نسبتاً خنک بر همه‌ی اشیاء، از ساختمان‌ها و جاده‌ها گرفته تا ابزارآلات موجود در محیط عکس‌برداری، تأثیر می‌گذارد. این اثر باعث کمتر شدن کنتراست تصویر می‌شود، به عبارت دیگر، کاهش فاصله بین رنگ‌های آبی و بنفش نسبت به رنگ‌های قرمز و زرد و نارنجی.
حتی تفاوت کمی در دما بین محیط و سوژه، می‌تواند باعث کاهش تفاوت رنگی در تصویر گردد. به همین دلیل، مهندسینی که در زمینه نشت‌یابی حرارتی فعالیت می‌کنند، ترجیح می‌دهند ساعات کاری شبانه را انتخاب کنند. این انتخاب به آن دلیل است که در این ساعات، شرایط کاری بهتری برای انجام کار و به دست آوردن نتایج دقیق‌تر ایجاد می‌شود. حتی اگر ساعات کاری در طول روز پیشنهاد شود، معمولاً ابتدای روز بهترین شرایط را برای این فعالیت ارائه می‌دهد.

آیا دوربین‌های حرارتی ضد آب هم داریم؟

در صورت تمایل به خرید یک دوربین حرارتی مقاوم در برابر آب که قابلیت کار در شرایط نامساعد آب و هوایی را داشته باشد، امکان دارد مدل‌هایی با عایق‌بندی بهتر از دوربین‌های معمولی را در بازار پیدا کنید. اما اگر به دنبال دوربین حرارتی زیرآبی هستید، احتمالاً گزینه‌ای مناسب متوفر نخواهید داشت. دلیل این موضوع نسبتی به آنچه که در بالا گفته شد دارد.
آب، مانند آنکه نور مرئی را جلوی چشم ما می‌گیرد و تصویری مات و گنگ از فاصله دور به نمایش می‌گذارد، امواج مادون قرمز را نیز به حداکثر مسدود می‌کند. همان‌طور که تابش رنگ‌ها در پشت حجم زیادی از آب از بین می‌رود، حسگرهای دوربین‌های مادون قرمز هم قادر به عبور آسان از حجم زیادی آب نیستند. این چالش تنها یکی از مواردی نیست که دوربین‌های حرارتی در محیط زیرآب با آن مواجه هستند. مسأله دیگر مربوط به تغییر جهت انتقال حرارت یا به عبارت دیگر، جهت گرما است. برای تغییر دما در حد 1 درجه در آب، حدود چهار برابر انرژی بیشتر نسبت به هوا لازم است. به این معناست که حسگرهای دوربین باید با چهار برابر حساسیت بیشتر عمل کنند تا بتوانند تصویر با همان کیفیتی که در شرایط عادی ارائه می‌دهند، نشان دهند.
در عمل، اجسام در آب گرمای خود را چندین برابر سریع‌تر از هوا از دست می‌دهند که این باعث کاهش دقت دریافت امواج می‌شود. این کاهش دقت منجر به نمایش تصویر با وضوح کمتر و امکان جابجایی مکانی آن می‌شود.

اپلیکیشن دوربین حرارتی برای موبایل

با یک جستجوی سریع در فروشگاه‌های نرم‌افزاری گوشی‌های هوشمند، به اپلیکیشن‌هایی برخورد می‌کنید که ادعا می‌کنند قابلیت تبدیل دوربین گوشی شما به یک دوربین حرارتی را دارند.
توجه داشته باشید که بسیاری از این برنامه‌های دوربین حرارتی در واقعاً فقط از یک فیلتر نرم‌افزاری استفاده می‌کنند که می‌تواند تصویر گرفته شده توسط دوربین اصلی را بر اساس طول موج رنگ‌ها به یک تصویر شبیه به دوربین حرارتی تبدیل کند. در واقع، این برنامه‌ها به طور عمده قابلیت یک دوربین حرارتی‌یاب را فراهم نمی‌کنند و صرفاً تصویر را با استفاده از فیلترهای نرم‌افزاری تغییر می‌دهند. به عبارت دیگر، توانایی دقیق در تشخیص و نمایش گرما به صورت واقعی در این برنامه‌ها وجود ندارد و صرفاً قادر به تبدیل طول موج رنگ‌ها هستند.

بررسی دوربین‌های حرارتی از نگاهی متفاوت می‌تواند جنبه‌های نوآورانه و کاربردهای غیرمعمول این فناوری را نشان دهد. دوربین‌های حرارتی که عمدتاً برای تشخیص حرارت و تغییرات دما استفاده می‌شوند، قابلیت‌های متنوع و جالبی دارند که می‌توانند در زمینه‌های مختلف به کار گرفته شوند. در ادامه به برخی از این کاربردها و نگاه‌های متفاوت می‌پردازیم:

1. کاربرد در هنر و طراحی

• خلق آثار هنری نوآورانه: هنرمندان می‌توانند از دوربین‌های حرارتی برای خلق آثار هنری استفاده کنند که به نمایش تغییرات حرارتی و الگوهای دما می‌پردازند. این می‌تواند شامل نقاشی‌ها، مجسمه‌ها و نصب‌های هنری باشد که با تغییرات دما تعامل دارند.
• پرفورمنس‌های زنده: در نمایش‌های زنده و تئاتر، دوربین‌های حرارتی می‌توانند به عنوان ابزاری برای ایجاد جلوه‌های بصری منحصر به فرد استفاده شوند، به عنوان مثال نشان دادن دمای بدن بازیگران یا تغییرات حرارتی محیط.

2. سلامت و بهداشت

• پایش دمای بدن: دوربین‌های حرارتی می‌توانند در محیط‌های پزشکی برای پایش دمای بدن بیماران بدون تماس مستقیم و با دقت بالا استفاده شوند. این می‌تواند به ویژه در زمان‌های همه‌گیری بیماری‌ها مفید باشد.
• تشخیص بیماری‌ها: این دوربین‌ها می‌توانند به تشخیص زودهنگام بیماری‌هایی که با تغییرات دمای بدن همراه هستند، مانند عفونت‌ها و التهاب‌ها، کمک کنند.

3. کشاورزی و محیط زیست

• پایش سلامت گیاهان: دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای نظارت بر سلامت گیاهان در مزارع و گلخانه‌ها استفاده شوند. تغییرات دما در گیاهان می‌تواند نشانه‌ای از بیماری، استرس آبی یا سایر مشکلات باشد.
• حفاظت از حیات وحش: در مطالعات حیات وحش، این دوربین‌ها می‌توانند برای ردیابی و پایش حیوانات در شب و بدون ایجاد مزاحمت استفاده شوند.

4. کاربردهای صنعتی و تجاری

• تشخیص نشت حرارتی: در ساختمان‌ها و تأسیسات صنعتی، دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای تشخیص نشت حرارتی و بهبود بهره‌وری انرژی استفاده شوند.
• کنترل کیفیت محصولات: در صنایع تولیدی، این دوربین‌ها می‌توانند برای کنترل کیفیت محصولات و اطمینان از عدم وجود نقص‌های حرارتی در طول فرآیند تولید استفاده شوند.

5. آموزش و پژوهش

• آموزش فیزیک و علوم: دوربین‌های حرارتی می‌توانند به عنوان ابزاری آموزشی در کلاس‌های فیزیک و علوم برای نشان دادن مفاهیم حرارتی و انتقال حرارت استفاده شوند.
• تحقیقات علمی: در تحقیقات علمی، این دوربین‌ها می‌توانند برای مطالعه رفتارهای حرارتی در مواد مختلف و فرآیندهای فیزیکی استفاده شوند.

6. کاربردهای اجتماعی و جامعه‌شناسی

• تحلیل رفتارهای جمعیتی: در مکان‌های عمومی، دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای تحلیل رفتارهای جمعیتی و شناسایی نقاط تجمع افراد در شرایط اضطراری یا برای بهبود مدیریت رویدادها استفاده شوند.
• مطالعه رفتارهای انسانی: این دوربین‌ها می‌توانند در تحقیقات روانشناسی و جامعه‌شناسی برای مطالعه رفتارهای انسانی در شرایط مختلف حرارتی و محیطی مورد استفاده قرار گیرند.

7. امنیت و نجات

• جستجو و نجات: در عملیات جستجو و نجات، دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای یافتن افراد گمشده یا گرفتار در شرایط سخت محیطی مانند جنگل‌ها، ساختمان‌های ویران شده و مناطق برفی مورد استفاده قرار گیرند.
• نظارت امنیتی: این دوربین‌ها می‌توانند در شرایط کم نوری و شب برای نظارت امنیتی و تشخیص نفوذگران به کار گرفته شوند.