Инфракрасные камеры используются в самых разных системах для обеспечения безопасности, видеонаблюдения, здравоохранении и производстве. Их способность обнаруживать излучаемый тепловым излучением инфракрасный свет (тепло) делает их хорошим инструментом для ночного видения, обнаружения повышения температуры и многое другое, и это лишь некоторые из растущего списка применений этой универсальной технологии.
Видимый спектр позволяет анализировать поверхностные слои компонента или элемента. Инфракрасное излучение - следующий за видимым спектром спектр излучения в длинах волн от 650 до 12 000 нм, его лучи проникают глубже в объект, предоставляя информацию о его внутренней структуре.
Подразделяется на четыре диапазона:
NIR (near infrared) - ближний ИК
SWIR (short-wave infrared) - коротковолновый ИК
MWIR (mid-wave infrared) - средний ИК
LWIR (long-wave infrared) - длинноволновой или дальний ИК
В ИК диапазоне мы можем видеть мир в совершенно иных оттенках. У каждого диапазона есть свое применение и свой тип камер для съемки в нем.
У волн есть еще одно полезное свойство - чем длиннее волна - тем глубже она проникает. Это позволяет выбрать то, что будет исследоваться, поверхность или внутренняя часть.
Пример: снимок печатной платы с нанесенным покрытием под
a) ультрафиолетом (400 нм)
b) в видимом диапазоне
c) в NIR диапазоне с подсветкой в 850 нм.
Длинные волны NIR прошли под слой лака и отразились уже медными печатными дорожками платы - мы можем проверить их целостность. А в УФ мы можем проверить качество нанесения защитного покрытия.
Визуализация в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR)
В диапазоне NIR (от 650 до 1100 нм) работает "ночное виденье" у большинства камер, позволяя видеть объекты в ИК, без подсветки их видимым светом. На производстве также широко применяют ИК диапазон благодаря особому функционалу и отсутствию видимого света.
Для съемки в NIR диапазоне достаточно использования камер с NIR сенсорами (улучшенные кремневые сенсоры). Такие камеры, как Dalsa
Genie Nano-M1280-NIR в паре с ИК просветленным объективом и фильтром позволят вам увидеть изображение в ближнем ИК (от 650 до 1000 нм).
NIR диапазон
В диапазоне ближнего ИК на камере видно отражение инфракрасного цвета от поверхности. Нанесенная светлая цветная краска уже не влияет на получаемое изображение — таким образом красные, синие и зеленые предметы будут «белыми» на изображении, а поглощающие ИК цвета (черный и темные оттенки) - остаются черными на снимке.
В ближнем ИК (NIR) можно качественно заснять следующее объекты:
- дорожную инфраструктуру для автопилота (автоведение поезда, автомобиля и т.д.) без видимых вспышек для человека
- контроль объектов на конвейере (подсчет птенцов без пугающих вспышек света, работа системы вблизи людей)
-
инспекция нагретых материалов (литейные ковши, трубопрокат, контроль на прогар, нагревательные элементы)
- инспекция не прозрачных жидкостей (многие из темных и цветных жидкостей становятся прозрачными в ИК, что позволяет своевременно обнаруживать посторонние предметы и включения)
-
контроль печати маркировки, срока годности и штрих-кода
- лазерная триангуляция. Многие системы лазерной 3D инспекции используют ИК лазеры большой мощности в паре с камерой, оснащенной ИК-пропускающим фильтром.
- контроль за здоровьем растений (здоровые листья значительно лучше отражают NIR диапазон)
В сельском хозяйстве для анализа продуктов питания и сельскохозяйственных культур используется технология визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне. Отражение света от зелени зависит от их "здоровья" - у здоровой листвы отражение света в NIR диапазоне значительно больше, нежели у подверженных болезни листьев. Таким образом на снимке больные листья будут темнее, тогда как в визуальном спектре это не столь заметно.

NIR камеры обнаруживают влагу, жир, крахмал и белок в сельскохозяйственных культурах, что позволяет фермерам быстро вносить улучшения, улучшая качество и количество продукции, повышая доход и прибыльность.
SWIR диапазон
Коротковолновый ИК диапазон (SWIR) - позволяет увидеть куда больше, чем в NIR. Его главной особенностью стало способность видеть сквозь туман и дым. Однако и в промышленности, и в науке SWIR диапазон позволяет увидеть объекты иначе.
Что видно в SWIR?
- с помощью SWIR реализуют фотосепарацию на гниль для овощей и фруктов. Волны SWIR диапазона проникают через кожуру и отражаются непосредственно мякотью, в месте гнили на снимке камеры будет отлично видно скопление жидкости в виде потемнения.
- контролируют обледенение
- способны видеть сквозь туман и дым, тонировку и жидкости. SWIR часто применяют для навигации в порту, при спасательных работах.
- контроль нагретых объектов (термоскопия от 200 градусов)
- ночное виденье без подсветки за счет излучения звезд (при ясном небе)
- проверка подлинности картин (в SWIR диапазоне масляная краска становится прозрачной, таким образом на снимке видны карандашные штрихи художника)
- проверка солнечных панелей
Снимок сквозь туман в SWIR диапазоне:
В то же время в видимом спектре:
MWIR диапазон
MWIR (Midwavelength infrared) - средневолновый диапазон охватывает излучение с длинами волн от 3 мкм до 5 мкм. Данный диапазон используется в
тепловизорах. Оптимальной детектируемой температурой для данного диапазона является несколько сотен градусов, но регистрация объектов возможна от 0°C. MWIR идеально подходит для наблюдения на большом расстоянии. MWIR обеспечивает детальное изображение днем и ночью даже в сложных условиях, таких как влажность, туман, дымка, дождь или дым.
Наиболее подходящими применениями для инфракрасных камер MWIR диапазона являются:
- баллистика
- химическая идентификация
- обнаружение, идентификация и распознавание техники по тепловому излучению самого объекта или следу от него
- анализ горения (в т.ч. инфракрасная спектроскопия)
- 3Д печать и др.

Съемка процесса 3D печати металлом в MWIR диапазоне на DMLS принтере.
LWIR диапазон
LWIR (Long-wavelength infrared) и VLWIR (Very Long wavelength infrared)
LWIR и VLWIR находятся в спектральном диапазоне от 8 мкм до 15 мкм, сенсоры с чувствительностью в LWIR и VLWIR детектируют излучение исходящее от тел с температурой близкой к нулю градусов Цельсия, а наиболее чувствительные камеры способны регистрировать излучение от объектов с температурой до -40С.
Инфракрасные камеры LWIR спектрального диапазона применяются в:
В LWIR диапазоне можно наблюдать излучения от нагретых окружающих вещей. В данном диапазоне работают
охлаждаемые тепловизоры.
С помощью LWIR камер можно зафиксировать даже небольшой нагрев материалов, например при забивании гвоздя:

Одно из новейших применений LWIR -
определение повышенной температуры у человека (лихорадки). В качестве альтернативы классическим термометрам LWIR камера проверяет людей на повышенную температуру бесконтактно и с безопасного расстояния.
Инфракрасные камеры не требуют физического контакта, снижают риск ошибок медперсонала и обеспечивают почти мгновенное считывание. Такая камера недостаточно точна, по сравнению с ртутным градусником, тем не менее, она может быстро идентифицировать людей с повышенной температурой кожи.

Для такого применения в поле зрения камеры должен размещаться излучатель черного тела, откалиброванный при известной температуре, он обеспечивает эталон температуры для большей точности. У смарт-камер IRS Calilux от AT присутствует Smart Blackbody - эта новая разработка является дополнением к инфракрасным камерам и позволяет повысить точность измерения температуры до границ +/- 0,3 градуса.
Резюме:
Камеры для ИК диапазона - это не только ночное видение, очень много задач невозможно решить в видимом спектре и они решаются в разных ИК диапазонах и разными камерами.