Technologia podczerwieni znajduje zastosowanie w coraz szerszej gamie innowacyjnych aplikacji konsumenckich. Technologia ta została po raz pierwszy odkryta na początku XIX wieku. Jednak potrzeba było sporo czasu, aby móc ją faktycznie wykorzystać i zintegrować z produktami dostępnymi na rynku. Dzisiejsza potężna technologia podczerwieni jest wykorzystywana na wiele nowych sposobów, zwiększając wartość zaawansowanych systemów dla autonomicznych pojazdów i inteligentnych budynków, na przykład.
Podczerwień może być zintegrowana z istniejącymi systemami w celu dodania nowych możliwości technicznych. A wraz ze wzrostem wielkości produkcji, koszty będą nadal spadać, dzięki czemu technologia ta stanie się jeszcze bardziej dostępna dla jeszcze szerszego zakresu zastosowań.
Oto pięć rzeczy, które musisz wiedzieć o technologii podczerwieni. Przeczytaj, aby dowiedzieć się, jak ta zaawansowana technologia wnosi wartość dodaną do wielu branż.
- Widmo elektromagnetyczne i różne długości fal
Jak działa widmo elektromagnetyczne?
Promieniowanie charakteryzuje się częstotliwością i długością fali. Nie każde promieniowanie jest widoczne dla ludzkiego oka. Promieniowanie podczerwone ma większą długość fali niż promieniowanie w zakresie widzialnym i mniejszą długość fali niż promieniowanie mikrofalowe lub terahercowe.
W widmie elektromagnetycznym jest kilka długości fal, a każda z nich ma unikalne właściwości.
NIR (bliska podczerwień): są to krótsze fale w widmie podczerwieni i najbliższe widmu widzialnemu w zakresie od 0,78 µm do 2,5 µm. Podstawową zasadą spektroskopii NIR jest na przykład wibracja molekularna spowodowana wzbudzeniem molekuł przez źródło podczerwieni. Cząsteczki absorbują fale podczerwone, zmieniając stopień wibracji elektronów. W ten sposób powstaje mierzalny sygnał.
SWIR (krótkofalowa podczerwień): Widmo od 1 µm do 2,7 µm.Detektory oparte na krzemie są ograniczone do około 1,0 µm. Z tego powodu obrazowanie SWIR wymaga elementów optycznych i elektronicznych zdolnych do pracy w zakresie od 0,9 µm do 1,7 µm, co nie ma miejsca w przypadku niechłodzonych detektorów InGaAs.
MWIR (średniofalowa podczerwień): Widmo od 3 µm do 5 µm. Termowizja zaczyna się w tej części widma, gdzie zaczynają się tworzyć gradienty temperatury obecne w obserwowanej scenie. Detekcja MWIR wymaga technologii chłodzonych kriogenicznie, takich jak HgCdTe (MCT, lub MerCad), materiał półprzewodnikowy II-VI.
LWIR (długofalowa podczerwień): Widmo od 7 µm do 14 µm.Detektor wychwytuje ciepło wydzielane przez obiekty znajdujące się w obserwowanej scenie. W przeciwieństwie do detektorów światła widzialnego, które wykrywają światło odbite od obiektów, detektory LWIR nie potrzebują źródła światła. Detektory te mogą generować identyczne obrazy w dzień i w nocy. Obraz będzie taki sam niezależnie od oświetlenia otoczenia.
- Dwie główne technologie
W chwili obecnej istnieją dwa główne typy detektorów:
– Chłodzone: Detektory te są utrzymywane w ekstremalnie niskiej temperaturze przy użyciu kriogenicznego systemu chłodzenia. System ten obniża temperaturę detektora do temperatury kriogenicznej i redukuje szum wywołany ciepłem do poziomu niższego niż sygnał emitowany przez scenę.
Podstawowymi zaletami tego typu detektora są niewiarygodnie wysoka rozdzielczość i czułość oraz wynikająca z nich wysoka jakość obrazu. Jednak detektory chłodzone są większe i droższe niż detektory niechłodzone. To sprawia, że są one mniej odpowiednie do pewnych zastosowań, w których współczynnik kształtu jest ważniejszy niż jakość obrazu.
– Detektory niechłodzone lub mikrobolometry: Te detektory nie wymagają systemu chłodzenia. W technologii mikrobolometrycznej różnice temperatur w obrazie powodują zmiany temperatury mikrobolometru. Zmiany te są następnie przekształcane na sygnały elektryczne, a następnie na obrazy.Systemy wyposażone w niechłodzone detektory są bardziej ekonomiczne i wymagają mniej czynności konserwacyjnych niż systemy z detektorami chłodzonymi.
- NETD, kluczowy wskaźnik czułości detektora
NETD (noise-equivalent temperature difference) mierzy czułość termiczną kamery. Jest to najmniejsza różnica temperatur, jaką kamera może wykryć. Podawana jest w milikelwinach (mK) lub w stopniach Celsjusza (° C). Im niższa wartość NETD, tym lepiej kamera radzi sobie z wykrywaniem kontrastu termicznego. Dlatego NETD można uznać za analogiczną do kontrastu w detektorach światła widzialnego.
W detektorach podczerwieni, NETD może wynosić od 25 mK do 100 mK dla niechłodzonych mikrobolometrów. Dla detektorów chłodzonych wynosi on około 10 mK.
NETD jest szczególnie ważny w przypadku scen o niskim kontraście termicznym (sceny, w których wszystkie obiekty mają prawie taką samą temperaturę, jak na przykład krajobrazy).
- Rozdzielczość i pole widzenia (FOV)
Pole widzenia (FOV) to szeroki kąt, jaki może uchwycić kamera. FOV musi być rozpatrywany wraz z rozdzielczością obrazu (liczbą pikseli).
Rozdzielczość będzie wskazywać, jak ostry jest obraz, podczas gdy FOV pokaże, jak szeroki jest obraz. Im wyższa rozdzielczość (innymi słowy, im więcej pikseli masz), tym ostrzejszy obraz. Jednak aby zwiększyć liczbę pikseli, należy zmniejszyć FOV.
- Analogowy czy cyfrowy
Jak sama nazwa wskazuje, przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) to system, który przekształca sygnał analogowy w sygnał cyfrowy (binarny). Konwerter cyfrowo-analogowy (DAC) przekształca sygnał cyfrowy w sygnał analogowy. W modelach całkowicie cyfrowych przetwornik ADC jest zintegrowany z czujnikiem. Przetwarza on analogowy sygnał wideo na sygnał cyfrowy, który może być przetwarzany przez oprogramowanie w celu wydobycia pożądanych informacji ze sceny. Modele całkowicie cyfrowe mogą również zawierać przetwornik cyfrowo-analogowy przełączający polaryzację w elemencie detekcyjnym. W tym przypadku integratorzy czujników nie muszą już opracowywać komponentów zasilających dla czujników, co znacznie ułatwia ich wdrożenie.