Az infravörös technológia egyre több innovatív fogyasztói alkalmazásban terjed el. A technológiát először a 19. század elején fedezték fel. Elég sok időbe telt azonban, mire ténylegesen használni tudták, és piacképes termékekbe tudták integrálni. Napjainkban a nagy teljesítményű infravörös technológiát számos újszerű módon használják, például az autonóm járművek és az intelligens épületek fejlett rendszereinek értékét növelve.
Az infravörös integrálható a meglévő rendszerekbe, hogy új műszaki képességekkel bővüljenek. A gyártási mennyiségek növekedésével pedig a költségek tovább csökkennek, így a technológia még szélesebb körben használhatóvá válik.
Itt van öt dolog, amit az infravörös technológiáról tudni kell. Olvasson tovább, hogy megtudja, hogyan hoz hozzáadott értéket ez a fejlett technológia számos iparág számára.
- Az elektromágneses spektrum és a különböző hullámhosszok
Hogyan működik az elektromágneses spektrum?
A sugárzást a frekvenciája és a hullámhossza jellemzi. És nem minden sugárzás látható az emberi szem számára. Az infravörös sugárzás hosszabb hullámhosszú, mint a látható spektrumba tartozó sugárzás, és rövidebb hullámhosszú, mint a mikrohullámú vagy terahertzes sugárzás.
Az elektromágneses spektrumban több hullámhossz létezik, és mindegyiknek egyedi jellemzői vannak.
NIR (közeli infravörös): ezek az infravörös spektrum rövidebb hullámhosszai, és a látható spektrumhoz legközelebb, 0,78 µm és 2,5 µm között vannak. A NIR spektroszkópia alapelve például a molekulák rezgése, amelyet a molekuláknak az infravörös forrás általi gerjesztése okoz. A molekulák elnyelik az infravörös hullámokat, megváltoztatva az elektronok rezgésfokát. Ezáltal mérhető jel keletkezik.
SWIR (rövidhullámú infravörös): Az 1 µm és 2,7 µm közötti spektrum. 1,0 µm körüli tartományra korlátozódnak a szilíciumalapú detektorok. Emiatt a SWIR képalkotáshoz olyan optikai és elektronikus komponensekre van szükség, amelyek képesek a 0,9 µm és 1,7 µm közötti tartományban működni, ami nem jellemző a hűtés nélküli InGaAs detektorokra.
MWIR (középhullámú infravörös): A 3 µm és 5 µm közötti spektrum. A hőképalkotás a spektrumnak ebben a részében kezdődik, ahol a megfigyelt jelenetben jelenlévő hőmérsékleti gradiensek kezdenek kialakulni. A MWIR érzékeléshez kriogén hűtésű technológiákra van szükség, mint például a HgCdTe (MCT, vagy MerCad), egy II-VI félvezető anyag.
LWIR (hosszúhullámú infravörös): A 7 µm és 14 µm közötti spektrum.A detektor a megfigyelt jelenet tárgyai által kibocsátott hőt veszi fel. A látható fényt érzékelő detektorokkal ellentétben, amelyek a tárgyakról visszaverődő fényt érzékelik, a LWIR detektoroknak nincs szükségük fényforrásra. Ezek a detektorok nappal és éjszaka is képesek azonos képeket készíteni. A kép a környezeti fényviszonyoktól függetlenül ugyanolyan lesz.
- A két fő technológia
A detektoroknak jelenleg két fő típusa létezik:
– Hűtött: Ezeket a detektorokat kriogén hűtőrendszer segítségével rendkívül alacsony hőmérsékleten tartják. Ez a rendszer az érzékelő hőmérsékletét kriogén hőmérsékletre csökkenti, és a hő okozta zajt a jelenet által kibocsátott jelnél alacsonyabb szintre csökkenti.
Az ilyen típusú detektorok elsődleges előnye a hihetetlenül nagy felbontás és érzékenység, valamint az ebből eredő magas képminőség. A hűtött detektorok azonban terjedelmesebbek és drágábbak, mint a hűtés nélküli detektorok. Emiatt kevésbé alkalmasak bizonyos alkalmazásokhoz, ahol a formatényező fontosabb, mint a képminőség.
– Hűtés nélküli detektorok vagy mikrobolométerek: Ezek a detektorok nem igényelnek hűtőrendszert. A mikrobolométer-technológiánál a jelenet hőmérsékletkülönbségei változást idéznek elő a mikrobolométer hőmérsékletében. Ezek a változások aztán elektromos jellé, majd képpé alakulnak át.A hűtés nélküli detektorokkal felszerelt rendszerek költséghatékonyabbak és kevesebb karbantartást igényelnek, mint a hűtött detektorokkal felszerelt rendszerek.
- NETD, a detektor érzékenységének legfontosabb mutatója
A NETD (zajegyenértékű hőmérsékletkülönbség) a kamera hőérzékenységét méri. Ez az a legkisebb hőmérséklet-különbség, amelyet egy kamera érzékelni képes. MilliKelvinben (mK) vagy Celsius-fokban (° C) van megadva. Minél alacsonyabb a NETD, annál jobban érzékeli a kamera a hőkontrasztot. Ezért a NETD a látható fényérzékelők kontrasztjával analógnak tekinthető.
Az infravörös érzékelőkben a NETD 25 mK és 100 mK között lehet a hűtés nélküli mikrobolométerek esetében. Hűtött detektorok esetében ez 10 mK körül van.
A NETD különösen fontos az alacsony hőkontrasztú jeleneteknél (olyan jeleneteknél, ahol az összes tárgy nagyjából azonos hőmérsékletű, mint például a tájképek).
- A felbontás és a látómező (FOV)
A látómező (FOV) azt jelenti, hogy egy kamera milyen széles szöget képes rögzíteni. A FOV-ot a képfelbontással (a pixelek számával) együtt kell figyelembe venni.
A felbontás azt mutatja meg, hogy mennyire éles a kép, míg a FOV azt, hogy milyen széles. Minél nagyobb a felbontás (más szóval minél több pixel van), annál élesebb a kép. A pixelek számának növeléséhez azonban csökkenteni kell a FOV-t.
- Analog vagy digitális
Az analóg-digitális átalakító (ADC) – ahogy a neve is mutatja – egy olyan rendszer, amely egy analóg jelet digitális (bináris) jellé alakít át. A digitális-analóg átalakító (DAC) egy digitális jelet alakít át analóg jellé. A teljesen digitális modellekben az ADC az érzékelőbe van integrálva. Az analóg videojelet digitális jellé alakítja át, amelyet szoftverrel lehet feldolgozni, hogy a kívánt információt kivonja a jelenetből. A teljesen digitális modellek tartalmazhatnak egy polarizációváltó DAC-ot is az érzékelő elemhez. Itt az érzékelőintegrátorok integrátorainak már nem kell teljesítménykomponenseket fejleszteniük az érzékelőkhöz, ami jelentősen megkönnyíti a megvalósítást.