Kdaj in kdo je izumil termovizijsko kamero

Avgust 11, 2022

Svet, v katerem živimo, ni popoln. In človek v tem svetu ga nenehno skuša izboljšati in določiti svoje mesto v njem. Kraj, katerega vrh obstaja le v virtualnem svetu. Ko so preučevali problem, so znanstveniki stoletja iskali njegovo rešitev in, ko so dosegli vrh, ugotovili, da je to le vmesna točka in ne zmaga. Človek brez kril je vedno sanjal, da bo letel kot ptica. In letel je, ko je zasnoval letalo. Ko je vzletel v zrak, se je zgrozil - bilo je le vznožje Olimpa. Navsezadnje je bil z letala bližje sanjam o zvezdah, ocean z višine pa je bil ogromen in prav tako neraziskan. To je samo povečalo željo po napredovanju, vključno z željo po tem, da bi videli dlje, jasneje in bolje. Videti, kot mačka, v temi in uporabiti tujo toploto živega toplokrvnega organizma, da odkrije tretji, skoraj pravi "mačji vid". Vizija je odprla in odpira množico novih in nepričakovanih rešitev v razvoju skoraj vseh področij znanstvenega delovanja. To je šele začetek dolgega in neskončnega potovanja. Pot proučevanja in uveljavljanja infrardeče, v navadnem jeziku toplotne tehnologije, se je začela pred dvema stoletjema. V znanosti obstaja zapleteno-enostavna oznaka za sevano toplotno energijo, definirana kot "toplotni podpis". Načeloma zato, ker tudi če led oddaja toplotno energijo, ko se predmet sorazmerno segreva, se sproščanje toplotne energije v infrardečih valovih poveča, kar kača nezmotljivo zazna. To je najboljši primer, kako ta žival, ki zazna temperaturno razliko glodalcev, uspešno napade svoj plen v popolni temi. Kako deluje?

Kdaj in kdo je izumil termovizijo
V zgodnjem devetnajstem stoletju je astronom William Herschel med iskanjem rešitve problema zmanjševanja svetlosti sončne slike v teleskopih ugotovil sproščanje velike količine toplote pri uporabi rdečega filtra. Pri merjenju se je toplota povečala v temnem območju onkraj rdečega konca spektra. Ko je bila točka maksimuma vzpostavljena, je bilo ugotovljeno, da je daleč onkraj rdečega konca spektra, zdaj znanega kot "območje infrardečih valov". To odkritje je poimenoval termometrični obseg. Nadaljnje raziskave so pokazale, da onkraj tega spektra obstaja nevidna oblika svetlobe, imenovana »nevidni žarki«, ki je šele sedemdeset let pozneje prejela danes znano ime »infrardeči«. Mimogrede je dobil tudi prvi zapis toplotne slike na papirju, ki ga je poimenoval termograf. Konec devetnajstega stoletja je ameriški znanstvenik Langley izumil napravo - bolometer, za merjenje toplotnega sevanja. Bil je prototip današnjega zelo občutljivega termometra, ki je fokusiral infrardeče sevanje na plošče in meril električni tok z galvanometrom. V začetku dvajsetega stoletja, leta 1934, je madžarski fizik Tihanyi izumil elektronsko televizijsko kamero, občutljivo na infrardeče sevanje. To je bilo izhodišče za aktiven razvoj nočnega vida. Od takrat so naprave za nočno opazovanje razdeljene na generacije. Postopno uvajanje vsake generacije je bilo povezano s povečanjem dometa opazovanja, izboljšanjem kakovosti slike ter zmanjšanjem teže in velikosti naprav. Kriterij, ki opredeljuje novo generacijo, je glavna komponenta naprave - elektrooptični pretvornik, katerega bistvo je, da s povečanjem svetlosti naredi nevidno vidno.
Kako se je rodilo toplotno slikanje
Začetek je dala tako imenovana »nulta« generacija, kjer je bil uporabljen optični pretvornik nizozemskega podjetja Philips, poimenovan po enem od razvijalcev »Holstovo steklo«. Fotokatoda in fosfor sta bila nanesena na njihova dna v dveh ugnezdenih čašah. Z ustvarjanjem elektrostatičnega polja so dosegli prenos slike. Dejansko je v tej različici oprema delovala izključno z obvezno osvetlitvijo predmeta opazovanja z infrardečim reflektorjem. Čeprav je bila naprava impresivnih velikosti, zelo težka in slabe kakovosti slike, so jo Britanci leta 1942 začeli serijsko izdelovati za potrebe vojske. začeli so se sistemi za rezervoarje in drugo opremo. V šestdesetih letih so bili poskusi izdelave enoelementnih detektorjev, ki so skenirali in ustvarjali linearne slike videnega. Zaradi visokih stroškov projekta ta ideja ni bila realizirana.
Enokaskadne naprave te generacije imajo več slabosti kot plusov. V prvi generaciji elektrooptične naprave je bila kot glavni element uporabljena krhka steklena vakuumska žarnica s fotokatodno občutljivostjo. Ta naprava je dala jasno sliko v sredini in popačila vse na robovih. S stranskim ali čelnim virom močne svetlobe je instrument praktično postal "slep". Ponoči brez dodatne infrardeče osvetlitve je bila tudi vidljivost skoraj nična. V šestdesetih letih je z razvojem tehnologije optičnih vlaken postalo mogoče izboljšati naprave prve generacije in jih nadomestiti s pogojno eno plus. Ravno steklo je zamenjala plošča iz optičnih vlaken, ki je omogočila prenos slik z veliko jasnostjo, visoko ločljivost po celotnem okvirju in odpravo bleščanja.
Sedemdeseta leta je zaznamoval razvoj druge generacije naprav. Ameriški raziskovalci so napravo opremili z ojačevalnikom na osnovi mikrokanalne plošče, kjer se elektroni v posebni komori večkrat ojačajo in tako dobijo odličen vid. Zaradi tega se druga generacija elektrooptične naprave običajno imenuje inverterska naprava.
V naslednji generaciji druge plus, ki se imenuje planarna, ni razpršilne komore in elektron vstopi neposredno skozi zaslon elektronsko-optičnega pretvornika. Naprava je izgubila kakovost slike, hkrati pa se je hitrost slike v infrardečem načinu podvojila. Inovacije so dodale nadzor svetlosti in zaščito pred bočno in čelno svetlobo. Te naprave so spadale med profesionalno opremo.
Leta 1982 se je začelo odštevanje tretje generacije elektrooptičnih naprav, drugačnih po zasnovi. Uporabili so galij, ki je za nekajkrat povečal infrardečo občutljivost. Naprave te generacije so priznane kot visokotehnološke in so zelo zanimive predvsem za vojaško-industrijski kompleks. Zaradi odsotnosti plošče iz optičnih vlaken je treba opozoriti, da naprave četrte generacije niso zaščitene pred stransko izpostavljenostjo svetlobi. In cena. Naprava v tej generaciji je presegla vse razumne tolerance pri razumevanju proizvajalčevega oblikovanja stroškov.
Verjetno za kompenzacijo pomanjkljivosti naprave in znižanje stroškov je bila razvita naprava generacije SUPER dva plus. Razvijalci so načrtovali, da bodo v tej opremi združili tehnološke prednosti vseh prejšnjih generacij elektronsko-optičnega pretvornika. Rezultat je bila zelo občutljiva fotokatoda. Kot priznavajo strokovnjaki, med Super Two Plus in tretjo generacijo ni nobene razlike. Razen cene. Stroškovno Super Two Plus ustreza ceni povprečnega proračunskega avtomobila.
Prve aplikacije
V začetku leta 1930 so nemški znanstveniki aktivno raziskovali učinke toplotnega sevanja na polprevodnike. Posledično so bili razviti občutljivi sprejemniki sevanja, ki so odigrali bistveno vlogo pri razvoju številnih infrardečih sistemov, ki so jih vsak mesec proizvedli do štiri tisoč za vojaško industrijo. Najuspešnejši v tridesetih letih 1930. stoletja so bili Američani, ki so ustvarili opremo za nočno vožnjo tankov in nočne namerilne naprave za ladje. Leta 1941 je britanska mornarica začela opremljati plovila z napravami za nočno opazovanje, ki temeljijo na optičnih pretvornikih slike, kar je pomagalo čolnom, da se v temi vrnejo v domačo bazo. Z njihovo pomočjo so čolni, ki so se vračali po napadu, našli osnovno ladjo po signalnih lučeh. Skoraj istočasno je bila nemška vojska opremljena z infrardečo opremo za vožnjo tankov ponoči, nočnimi namerilniki in sistemi za identifikacijo letal. Na primer, ponoči, ko je na rezervoarjih, zaprtih z infrardečim filtrom, uporabljal dvestovatne žaromete, je voznik lahko videl ogromne ovire skoraj dvesto metrov daleč, puška pa je učinkovito delovala do sto metrov daleč. V zgodnjih šestdesetih letih je švedsko podjetje AGA razvilo infrardečo toplotno sliko za vojsko, katere kasnejši modeli za infrardeče slikanje so bili dolga leta najboljši na svetu. Ko so se sredi devetdesetih združili trije največji proizvajalci infrardečih žarkov, ameriška podjetja FLIR in Inframetrics ter švedski AGEMA Infrared Systems, se je začela nova faza termovizije. Danes je ameriško podjetje FLIR Systems največji svetovni proizvajalec komercialnih termovizijskih kamer za znanstvene raziskave, industrijo in kmetijstvo, industrijo in kmetijstvo, spremljanje objektov v zraku in nočno opazovanje.