Camera nhiệt hoạt động như thế nào?

Camera nhiệt có thể nhìn xuyên qua lớp khói và nhiều vật cản khác để phát hiện nguồn nhiệt giúp lính cứu hỏa và cảnh sát cứu người gặp nạn.

Camera nhiệt là gì?

Camera nhiệt hay còn được gọi là máy ảnh hồng ngoại, camera ảnh nhiệt, máy đo nhiệt độ bằng hồng ngoại, là thiết bị sử dụng bức xạ hồng ngoại để tạo nên các hình ảnh nhiệt, tương tự như các camera bình thường sử dụng ánh sáng để tạo ảnh. Khác với camera nhiệt bình thường hoạt động ở bước sóng 400-700 nm, camera nhiệt hoạt động trong các bước sóng dài tới 14.000 nm.

Hầu hết các loại camera hồng ngoại chuẩn giống như máy quay phim thông thường, chúng tạo ra một ảnh trực tiếp trên màn hình của sự bức xạ nhiệt. Không giống như mắt thường, trong thế giới hồng ngoại, mọi vật có nhiệt độ trên nhiệt độ không tuyệt đối (-273⁰C) đều phát xạ nhiệt, thậm chí những vật rất lạnh như băng đá cũng phát ra nhiệt. Nhiệt độ càng cao thì bức xạ nhiệt hồng ngoại càng lớn. Công nghệ hồng ngoại cho ta thấy cái mà mắt thường chúng ta không nhìn thấy được.

Dẫn đầu trong công nghệ nhìn hồng ngoại trên thế giới hiện nay là hãng FLIR Systems, trụ sở chính đặt tại Hoa Kỳ, đây là hãng cung cấp hầu hết cho quân đội Mỹ và đồng minh trong các hợp đồng thiết bị truy tìm và dẫn hướng hồng ngoại ứng dụng trong máy bay chiến đấu, tàu chiến, xe humvee và bộ binh. Ngoài ra, để phục vụ trong dân dụng nhằm ngăn chặn các đại dịch toàn cầu, lần đầu tiên, FLIR đã công bố và cho sử dụng các Camera ảnh nhiệt sử dụng để dò tìm bệnh nhân nghi nhiễm trong dịch SARS nổ ra vào năm 2003.

Nhờ các thiết bị của FLIR, dịch SARS đã không trở thành thảm họa toàn cầu.

Cách hoạt động của camera nhiệt

Năng lượng hồng ngoại chỉ là một phần nhỏ của phổ điện tử (tia game, tia X, tia cực tím, một vùng mỏng của ánh sáng khả biến, sóng hồng ngoại , sóng terahertz , sóng vi ba và sóng vô tuyến). Tất cả các vật thể, thiết bị đều phát ra một tán xạ vật đen nhất định như là một hàm nhiệt độ của chúng.

Camera nhiệt hoạt động tốt trong môi trường điều kiện không có ánh sáng.

Nhiệt độ của vật thể quyết định đến bức xạ của hồng ngoại phát ra dưới dạng bức xạ vật đen thấp hay cao. Camera nhiệt có thể bắt được các các bức xạ này tương tư như camera bình thường bắt chụp ánh sáng. Đặc biệt, camera nhiệt hoạt động tốt trong môi trường điều kiện không có ánh sáng, điều này giúp chúng hữu ích trong các hoạt động cứu nạn trong các tòa nhà nhiều khói và dưới lòng đất.

Một sự khác biệt lớn nữa giữa camera nhiệt và camera bình thường là các ống kính lấy nét không thể được làm từ thủy tinh. Thấu kính của camera nhiệt chủ yếu được làm từ các vật liệu như Germanium , canxi florua, silic tinh thể do bức xạ hồng ngoại có dải phổ dài từ 7m đến 14 m. Hầu hết các ống kính của camera nhiệt được phủ 1 lớp chống phản xạ, cho nên chi phí sản xuất của các ống kính tương đối cao kéo theo giá thành của camera hiện nay cũng cao.

Camera nhiệt thông dụng hiện nay

Hiện nay, camera nhiệt chủ yếu có hình ảnh hồng ngoại đơn sắc vì các ống kính sử dụng thường không thể phân biệt được các bước sóng khác nhau của bức xạ hồng ngoại. Các model camera nhiệt này chủ yếu hiển thị hình ảnh bằng các bảng màu giả (cầu vồng, sắt, nóng / lạnh, xám). Những thay đổi về màu sắc trong hiển thị thể hiện sự thay đổi của tín hiệu, thay vì phải hiển thị bằng cường độ. Kỹ thuật này được gọi là cắt mật độ.

Bảng màu trong camera đo nhiệt độ hồng ngoại được phân biệt như sau, chỗ có mức nhiệt cao nhất có hình ảnh màu trắng, mức nhiệt độ trung bình hiển thị bằng màu đỏ và vàng, phần có nhiệt độ thấp nhất biểu thị bằng màu đen. Độ phân giả của các ống kính nhiệt trên camera nhiệt thấp hơn rất nhiều trên các camera quang, độ phân giải chủ yếu chỉ là 160 x 120 hoặc 320 x 240 pixel, các loại máy ảnh camera nhiệt đắt tiền hơn sử dụng ống kinh phân giải 1280 x 1024 pixel.

Chênh lệch nhiệt độ giữa hiện trường và cảm biến có thể chênh nhau cả phút, chênh lệch tại hiện trường 1 độ nhưng cảm biến nhiệt độ chỉ thay đổi 0,03°C. Thời gian phản hồi của pixel rất chậm, có thể lên tới hàng chục mili giây.