เทอร์โมสแกน (Thermal imaging camera/TIC) หรือกล้องถ่ายภาพความร้อน การถ่ายภาพความร้อน (Thermal imaging) เป็นวิธีการปรับปรุงการมองเห็นของวัตถุในสภาพแวดล้อมที่มืด โดยการตรวจจับรังสีอินฟราเรดของวัตถุ และสร้างภาพจากข้อมูลนั้น การถ่ายภาพในที่แสงน้อย ใช้เทคโนโลยีการมองเห็นตอนกลางคืน การถ่ายภาพความร้อนทำงานในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีแสงโดยรอบ ความร้อนสามารถทะลุผ่านสิ่งที่คลุมเครือ เช่น ควัน หมอก และหมอกควัน
คำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับวิธีการทำงานของการถ่ายภาพความร้อน:
วัตถุทั้งหมดปล่อยพลังงานอินฟราเรด (ความร้อน) ตามหน้าที่ของอุณหภูมิ พลังงาน infrared ที่ปล่อยออกมาจากวัตถุเรียกว่าลายเซ็นความร้อน โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งวัตถุร้อนมากเท่าไหร่ก็ยิ่งเปล่งรังสีออกมามากเท่านั้น กล้องถ่ายภาพความร้อน (thermal imager) (หรือที่เรียกว่ากล้องถ่ายภาพความร้อน) (thermal camera)
โดยพื้นฐานแล้วคือเซ็นเซอร์ความร้อน ที่สามารถตรวจจับความแตกต่างของอุณหภูมิได้เล็กน้อย อุปกรณ์จะรวบรวมรังสี infrared จากวัตถุในฉาก และสร้างภาพอิเล็กทรอนิกส์ โดยอาศัยข้อมูลเกี่ยวกับความแตกต่างของอุณหภูมิ เนื่องจากวัตถุมีอุณหภูมิเท่ากันกับวัตถุอื่นๆ ที่อยู่รอบๆ ตัวพวกเขาไม่ค่อยแม่นยำ
เทอร์โมสแกนสามารถตรวจจับได้ และจะปรากฏเป็นภาพความร้อนที่แตกต่างกัน โดยปกติภาพความร้อนจะเป็นโทนสีเทา โดยธรรมชาติวัตถุสีดำจะเย็นวัตถุสีขาวจะร้อน และความลึกของสีเทาบ่งบอกถึงความแตกต่างระหว่างวัตถุทั้งสอง อย่างไรก็ตามกล้องเทอร์มอลบางรุ่นจะเพิ่มสีให้กับภาพ เพื่อช่วยให้ผู้ใช้ระบุวัตถุที่อุณหภูมิต่างกัน
กล้องถ่ายภาพความร้อนจะจับภาพ และสร้างภาพของวัตถุโดยใช้รังสีอินฟราเรด ที่ปล่อยออกมาจากวัตถุในกระบวนการ ที่เรียกว่าการถ่ายภาพความร้อน ภาพที่สร้างขึ้นแสดงถึงอุณหภูมิของวัตถุ เทคโนโลยีพื้นฐานของกล้องถ่ายภาพความร้อนได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกสำหรับกองทัพ อย่างไรก็ตามการประดิษฐ์กล้องถ่ายภาพความร้อนนั้นเกี่ยวข้องกับประวัติศาสตร์ของเทอร์โมกราฟฟี ซึ่งเริ่มในปี พ.ศ. 2503 โดยเซอร์วิลเลียมเฮอร์เชลนักบินอวกาศผู้ค้นพบแสงอินฟราเรด
ทั้งรังสี infrared และแสงที่มองเห็นเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ต่างจากแสงที่มองเห็นได้คือรังสี infrared ไม่สามารถรับรู้ได้ด้วยตามนุษย์โดยตรง ซึ่งอธิบายว่าเหตุใดกล้องความร้อนจึงไม่ได้รับผลกระทบจากแสง และสามารถให้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่มืด
การถ่ายภาพความร้อนเป็นข้อมูลเกี่ยวกับการแปลงแสง infrared เป็นสัญญาณไฟฟ้า และสร้างภาพโดยใช้ข้อมูลดังกล่าว เทคโนโลยีนี้ได้รับการปฏิวัติในเวลานั้น แต่ก็ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน แต่อุปกรณ์เหล่านี้จะจัดการจับข้อมูลภาพที่มองไม่เห็นนี้ได้อย่างไร มาดูกันเลย
กล้องถ่ายภาพความร้อนทำงานอย่างไร
มาตรฐานทั่วไปสำหรับกล้องถ่ายภาพความร้อนในปัจจุบัน แสดงให้เห็นว่าวัตถุที่อุ่นขึ้นมีสีเหลืองส้มที่สว่างขึ้นเมื่อวัตถุร้อนขึ้น วัตถุที่เย็นกว่าจะแสดงด้วยสีฟ้า หรือสีม่วง พลังงาน infrared มีความยาวคลื่นเริ่มต้นที่ประมาณ 700 นาโนเมตร และขยายไปประมาณ 1 มม. ความยาวคลื่นที่สั้นกว่านี้จะเริ่มมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า กล้องถ่ายภาพความร้อนใช้พลังงาน infrared นี้เพื่อสร้างภาพความร้อน เลนส์ของกล้องจะโฟกัสพลังงาน infrared ไปยังชุดเครื่องตรวจจับจากนั้นจะสร้างรูปแบบโดยละเอียดที่เรียกว่าเทอร์โมแกรม จากนั้นเทอร์โมแกรมจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า เพื่อสร้างภาพความร้อนที่เราสามารถมองเห็น และตีความได้
เป็นกล้องถ่ายภาพความร้อนชนิดหนึ่งที่ใช้ในการดับเพลิง โดยการแสดงรังสี infrared เป็นแสงที่มองเห็นได้ กล้องดังกล่าวช่วยให้นักผจญเพลิง สามารถมองเห็นพื้นที่ความร้อนผ่านควันความมืด หรือสิ่งกีดขวางที่ระบายความร้อนได้ โดยทั่วไปแล้วกล้องถ่ายภาพความร้อนจะเป็นแบบถือได้ แต่อาจติดที่หมวกกันน็อค พวกเขาสร้างขึ้นโดยใช้ตัวเรือนกันความร้อน และกันน้ำ และทนทานเพื่อทนต่ออันตรายจากการปฏิบัติงานในพื้นที่ดับเพลิง แม้ว่าจะเป็นอุปกรณ์ราคาแพง แต่ก็ได้รับความนิยมกล้องถ่ายภาพความร้อนจะรับความร้อนจากร่างกาย และโดยปกติจะใช้ในกรณีที่มีคนติดอยู่ ซึ่งหน่วยกู้ภัยไม่สามารถหาเจอได้
กล้องถ่ายภาพความร้อนประกอบด้วยองค์ประกอบ 5 ส่วน:
- ระบบออปติก
- เครื่องตรวจจับ
- เครื่องขยายเสียง
- การประมวลผลสัญญาณ
- จอแสดงผล
จอแสดงผลของกล้องจะแสดงความแตกต่างของเอาต์พุต infrared ดังนั้นวัตถุสองชิ้นที่มีอุณหภูมิเท่ากันจะดูเหมือนเป็น “สี” เดียวกัน กล้องถ่ายภาพความร้อนจำนวนมากใช้โทนสีเทาเพื่อแสดงถึงวัตถุที่มีอุณหภูมิปกติ แต่เน้นพื้นผิวที่ร้อนเป็นอันตรายด้วยสีที่ต่างกัน
อินฟราเรด
รังสีอินฟราเรด (IR) หรือแสง infrared เป็นพลังงานรังสีชนิดหนึ่งที่ตามนุษย์มองไม่เห็น แต่เรารู้สึกได้ว่าเป็นความร้อน วัตถุทั้งหมดในจักรวาลปล่อยรังสี IR ออกมาในระดับหนึ่ง แต่แหล่งที่มาที่ชัดเจนที่สุดสองแหล่งคือดวงอาทิตย์ และไฟ
IR เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งเป็นความถี่ต่อเนื่อง ที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมดูดซับแล้วปล่อยพลังงาน จากความถี่สูงสุดไปต่ำสุดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ รังสีแกมมารังสีเอกซ์รังสีอัลตราไวโอเลตแสงที่มองเห็นได้รังสี infrared ไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุ รังสีประเภทนี้ประกอบกันเป็นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า
เช่นเดียวกับสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ซึ่งมีตั้งแต่สีม่วง (ความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้สั้นที่สุด) ไปจนถึงสีแดง (ความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด) รังสี infrared มีช่วงความยาวคลื่นของตัวเอง คลื่น “ใกล้อินฟราเรด” ที่สั้นกว่าซึ่งใกล้กับแสงที่มองเห็นได้ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่ปล่อยความร้อนใดๆ ที่ตรวจจับได้ และเป็นสิ่งที่ปล่อยออกมาจากรีโมทคอนโทรลของทีวีเพื่อเปลี่ยนช่อง คลื่น “ฟาร์อินฟราเรด” ที่ยาวกว่า ซึ่งอยู่ใกล้กับส่วนไมโครเวฟในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถสัมผัสได้ว่าเป็นความร้อนที่รุนแรง เช่น ความร้อนจากแสงแดด
การแผ่รังสี IR เป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนหนึ่งในสามวิธีจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง โดยอีกสองวิธีคือการพาความร้อน และการนำ ทุกสิ่งที่มีอุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 5 องศาเคลวิน (ลบ 450 องศาฟาเรนไฮต์ หรือลบ 268 องศาเซลเซียส) จะปล่อยรังสี IR ดวงอาทิตย์ให้พลังงานครึ่งหนึ่งเป็น IR และแสงที่มองเห็นได้ของดาวส่วนใหญ่จะถูกดูดซับ และปล่อยออกมาใหม่เป็น IR ตามรายงานของมหาวิทยาลัยเทนเนสซี
วิลเลียมเฮอร์เชลนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษค้นพบแสงอินฟราเรดในปี 1800 ตาม NASA ในการทดลองเพื่อวัดความแตกต่างของอุณหภูมิ ระหว่างสีในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ เขาวางเทอร์มอมิเตอร์ไว้ในเส้นทางของแสงภายในแต่ละสี ของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ เขาสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจากสีน้ำเงินเป็นสีแดง และเขาพบว่าการวัดอุณหภูมิที่อุ่นกว่านั้นอยู่ไกลกว่าจุดสิ้นสุดสีแดงของสเปกตรัมที่มองเห็นได้
ภายในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่น infrared จะเกิดขึ้นที่ความถี่เหนือไมโครเวฟ และอยู่ต่ำกว่าแสงสีแดงที่มองเห็นได้จึงเรียกว่า “อินฟราเรด” คลื่นของรังสี infrared ยาวกว่าคลื่นแสงที่มองเห็นได้ตามข้อมูลของ California Institute of Technology (Caltech) ความถี่ IR มีตั้งแต่ประมาณ 300 กิกะเฮิรตซ์ (GHz) ถึงประมาณ 400 เทราเฮิร์ตซ์ (THz) และความยาวคลื่นคาดว่าจะอยู่ในช่วงระหว่าง 1,000 ไมโครเมตร (µm) และ 760 นาโนเมตร (2.9921 นิ้ว) แม้ว่าค่าเหล่านี้จะไม่สามารถสรุปได้ตามที่ NASA ระบุ