Kedy a kým bola vynájdená termovízna kamera

Augusta 11, 2022

Svet, v ktorom žijeme, nie je dokonalý. A človek na tomto svete sa ho neustále snaží vylepšovať a definovať si v ňom svoje miesto. Miesto, ktorého vrchol existuje len vo virtuálnom svete. Vedci študovali problém po stáročia a po dosiahnutí vrcholu si uvedomili, že ide len o prechodný bod, nie o víťazstvo. Muž bez krídel vždy sníval o lietaní ako vták. A letel, navrhol lietadlo. Keď vzlietol do vzduchu, bol zdesený - bola to len noha Olympu. Predsa len, z lietadla mal bližšie k snívaniu o hviezdach a oceán z výšky bol obrovský a neprebádaný. To len pridalo k túžbe posunúť sa vpred, vrátane vidieť ďalej, jasnejšie a lepšie. Vidieť, ako mačka, v tme a využiť teplo niekoho iného živého teplokrvného organizmu na objavenie tretieho, prakticky skutočného „mačacieho videnia“. Vízia otvorila a otvára množstvo nových a neočakávaných riešení v rozvoji takmer každej oblasti vedeckej činnosti. Toto je len začiatok dlhej a nekonečnej cesty. Cesta štúdia a implementácie infračervenej, v bežnej reči, tepelnej techniky, sa začala pred dvoma storočiami. Vo vede existuje komplikované-jednoduché označenie pre vyžarovanú tepelnú energiu, definovanú ako „tepelný podpis“. V princípe je to preto, že aj keď ľad vyžaruje tepelnú energiu, keď sa objekt úmerne zahrieva, uvoľňovanie tepelnej energie v infračervených vlnách sa zvyšuje, čo had môže neomylne cítiť. Toto je najlepší príklad toho, ako toto zviera, ktoré rozpoznáva teplotný rozdiel hlodavcov, úspešne útočí na svoju korisť v úplnej tme. Ako to funguje?

Kedy a kto vynašiel termovíziu
Začiatkom devätnásteho storočia astronóm William Herschel pri hľadaní riešenia problému zníženia jasu slnečného obrazu v ďalekohľadoch objavil uvoľňovanie veľkého množstva tepla pri použití červeného filtra. Pri meraní sa teplo zvýšilo v tmavej oblasti za červeným koncom spektra. Keď bol stanovený bod maxima, zistilo sa, že je ďaleko za červeným koncom spektra, teraz známym ako „rozsah infračervených vĺn“. Tento objav nazval termometrický rozsah. Ďalší výskum ukázal, že za týmto spektrom existuje neviditeľná forma svetla, nazývaná „neviditeľné lúče“, ktorá len o sedemdesiat rokov neskôr dostala dnes už známy názov „infračervené“. Mimochodom, získal aj prvý záznam termosnímky na papier, ktorý nazval termograf. Na konci devätnásteho storočia americký vedec Langley vynašiel zariadenie - bolometer na meranie tepelného žiarenia. Bol to prototyp dnešného veľmi citlivého teplomera, ktorý sústreďoval infračervené žiarenie na platne a meral elektrický prúd galvanometrom. Začiatkom dvadsiateho storočia, v roku 1934, vynašiel maďarský fyzik Tihanyi elektronickú televíznu kameru citlivú na infračervené žiarenie. To bol východiskový bod pre aktívny rozvoj nočného videnia. Odvtedy sa prístroje nočného videnia delia na generácie. Postupné zavádzanie každej generácie súviselo so zvyšovaním rozsahu pozorovania, zlepšovaním kvality obrazu a znižovaním hmotnosti a veľkosti zariadení. Kritériom definujúcim novú generáciu je hlavný komponent zariadenia – elektrooptický menič, ktorého podstatou je zviditeľniť neviditeľné zvýšením jasu.
Ako sa zrodila termovízia
Na začiatku bola takzvaná „nultá“ generácia, kde bol použitý optický konvertor od holandskej spoločnosti Philips, pomenovaný po jednom z vývojárov „Holstovo sklo“. Fotokatóda a fosfor boli aplikované na ich dná v dvoch vnorených kadičkách. Vytvorením elektrostatického poľa dosiahli prenos obrazu. V skutočnosti v tejto verzii zariadenie fungovalo výlučne na základe povinného osvetlenia objektu pozorovania infračerveným reflektorom. Aj keď bol prístroj impozantný rozmermi, bol veľmi ťažký a s nízkou kvalitou obrazu, Angličania ho začali sériovo vyrábať pre potreby armády v roku 1942. Za štyri roky používania tohto konvertora začal aktívny vývoj a výroba nočných zameriavačov, ďalekohľadov, a začali sa systémy pre tanky a ďalšie vybavenie. V šesťdesiatych rokoch sa objavili pokusy vyrábať jednoprvkové detektory, ktoré snímali a vytvárali lineárne obrazy videného. Vzhľadom na vysokú cenu projektu sa tento nápad neuskutočnil.
Jednokaskádové zariadenia tejto generácie majú viac nevýhod ako plusy. V prvej generácii elektro-optického zariadenia bola ako hlavný prvok použitá krehká sklenená vákuová banka s citlivosťou fotokatódy. Toto zariadenie poskytovalo jasný obraz v strede a skresľovalo všetko na okrajoch. S bočným alebo čelným zdrojom jasného svetla sa prístroj prakticky stal „slepým“. V noci bez dodatočného infračerveného prisvietenia bola viditeľnosť tiež takmer nulová. V šesťdesiatych rokoch s rozvojom technológie optických vlákien bolo možné vylepšiť zariadenia prvej generácie a nahradiť ich podmieneným plusom. Ploché sklo bolo nahradené doskou z optických vlákien, ktorá umožnila prenášať obraz s veľkou čistotou, získať vysoké rozlíšenie v celom ráme a eliminovať odlesky.
Sedemdesiate roky sa niesli v znamení vývoja druhej generácie zariadení. Americkí vedci vybavili zariadenie zosilňovačom založeným na mikrokanálovej platni, kde sú elektróny v špeciálnej komore mnohokrát zosilnené, čím sa získa vynikajúce videnie. Z tohto dôvodu sa druhá generácia elektrooptického zariadenia bežne označuje ako invertorové zariadenie.
V nasledujúcej druhej plus generácii, nazývanej planárna, nie je žiadna disperzná komora a elektrón vstupuje priamo cez obrazovku elektrón-optického konvertora. Zariadenie stratilo kvalitu obrazu a zároveň sa zdvojnásobila rýchlosť obrazu v infračervenom režime. Inovácie pridali ovládanie jasu a ochranu pred bočným a predným svetlom. Tieto zariadenia patrili k profesionálnej výbave.
V roku 1982 sa začalo odpočítavanie tretej generácie elektrooptických zariadení, odlišných dizajnom. Použili gálium, ktoré niekoľkonásobne zvýšilo citlivosť na infračervené žiarenie. Zariadenia tejto generácie sú uznávané ako high-tech a sú veľmi zaujímavé predovšetkým pre vojensko-priemyselný komplex. Vzhľadom na absenciu dosky z optických vlákien je potrebné poznamenať, že zariadenia štvrtej generácie nie sú chránené pred bočným vystavením svetlu. A cena. Zariadenie v tejto generácii prekonalo všetky rozumné tolerancie v pochopení tvorby nákladov výrobcu.
Pravdepodobne na kompenzáciu nevýhod zariadenia a zníženie nákladov bolo vyvinuté zariadenie generácie SUPER two-plus. Vývojári plánovali v tomto zariadení spojiť technologické výhody všetkých predchádzajúcich generácií elektrónovo-optického meniča. Výsledkom bola veľmi citlivá fotokatóda. Ako priznávajú špecialisti, medzi Super Two Plus a treťou generáciou nie je žiadny rozdiel. Okrem ceny. Pokiaľ ide o náklady, Super Two Plus zodpovedá cene priemerného lacného auta.
Prvé aplikácie
Začiatkom roku 1930 nemeckí vedci aktívne skúmali účinky tepelného žiarenia na polovodiče. V dôsledku toho boli vyvinuté citlivé prijímače žiarenia, ktoré zohrali zásadnú úlohu pri vývoji mnohých infračervených systémov, ktorých každý mesiac vyrobili až štyri tisícky, pre vojenský priemysel. Najúspešnejší boli v 1930. rokoch Američania, ktorí vytvorili zariadenia na pohon tankov v noci a nočné zameriavače lodí. V roku 1941 začalo britské námorníctvo plavidlá vybavovať zariadeniami na nočné videnie založenými na optických konvertoroch obrazu, ktoré pomáhali lodiam vrátiť sa na ich domovskú základňu v tme. S ich pomocou člny vracajúce sa po útoku našli základnú loď podľa jej signálnych svetiel. Takmer v rovnakom čase bola nemecká armáda vybavená infračerveným zariadením na riadenie tankov v noci, nočnými zameriavačmi pušiek a identifikačnými systémami lietadiel. Napríklad v noci pri použití dvestowattových svetlometov na nádržiach uzavretých infračerveným filtrom vodič videl obrovské prekážky takmer na dvesto metrov a zameriavač pušky efektívne fungoval až na sto metrov. Začiatkom šesťdesiatych rokov švédska spoločnosť AGA vyvinula infračervenú termokameru pre armádu, ktorej následné modely pre infračervené zobrazovanie boli dlhé roky najlepšie na svete. Keď sa v polovici deväťdesiatych rokov spojili traja najväčší výrobcovia infračerveného žiarenia, americké spoločnosti FLIR a Inframetrics a švédska AGEMA Infrared Systems, začala sa nová etapa termovízneho zobrazovania. Dnes je americká spoločnosť FLIR Systems najväčším svetovým výrobcom komerčných termovíznych kamier pre vedecký výskum, priemysel a poľnohospodárstvo, priemysel a poľnohospodárstvo, monitorovanie vzdušných objektov a nočné videnie.