Тепловидение

получение видимого изображения объектов по их собственному либо отражённому от них тепловому (инфракрасному) излучению; служит для определения местоположения и формы объектов, находящихся в темноте или в оптически непрозрачных средах, а также для изучения степени нагретости отдельных участков сложных поверхностей и внутренней структуры тел, непрозрачных в видимом свете. Каждое нагретое тело испускает Тепловое излучение, интенсивность и спектр которого зависят от свойств тела и его температуры. Для тел с температурой в несколько десятков °С характерно излучение в инфракрасной области спектра электромагнитных колебаний. Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза, но может быть обнаружено различными приёмниками теплового излучения (см. Приёмники излучения) и тем или иным способом преобразовано в видимое изображение.

Первые тепловизионные системы были созданы в конце 30-х гг. 20 в. и частично применялись в период 2-й мировой войны 1939—45 для обнаружения военных и промышленных объектов; в этих системах использовались тепловые приёмники (Болометры, термопары (См. Термопара)), преобразующие инфракрасное излучение в электрические сигналы. С помощью оптико-механической сканирующей системы (см. Сканирование) отдельные точки объекта попеременно проецировались на приёмник, а полученные с него электрические сигналы подавались на вход электроннолучевой трубки, аналогичной приёмной телевизионной трубке. На люминесцентном экране трубки формировалось видимое изображение объекта (см. Теплопеленгация). В 70-х гг. такие системы Т., получившие название тепловизоров, продолжают успешно развиваться, причём в них используют не только тепловые, но и охлаждаемые фотоэлектрические приёмники (например, на основе InSb или HgCdTe₂), которые способны воспринимать излучение с длиной волны до 5—6 мкм (максимум теплового излучения при комнатной температуре приходится на длины волн около 10 мкм), а также пироэлектрические приёмники (См. Пироэлектрический приёмник). Эти приёмники обладают высокой чувствительностью (соизмеримой с флуктуациями теплового излучения). что позволяет получать с их помощью видимые изображения объектов, находящихся на расстоянии до 10—15 км и имеющих температуру поверхности, отличающуюся от температуры окружающей среды менее чем на 1°С. Такие тепловизоры позволяют обнаруживать разность температур (до 0,1 °С) отдельных участков человеческого тела, что представляет значительный интерес для ранней диагностики образования опухолей и нарушений системы кровообращения.

В конце 60 — начале 70-х гг. были созданы принципиально новые, более простые устройства Т., применение которых предпочтительнее, если только их чувствительность оказывается достаточной. В этих устройствах тепловое изображение объекта непосредственно (без промежуточного преобразования инфракрасного излучения в электрические сигналы) проецируется на экран, покрытый тонким слоем вещества, которое в результате какого-либо физико-химического процесса, происходящего при его нагреве, изменяет свои оптические характеристики (коэффициент отражения или пропускания видимого света, интенсивность или цвет собственного свечения и т. д.). На экранах таких устройств можно наблюдать видимые изображения объектов и фотографировать их. В качестве температурно-чувствительных веществ используют Жидкие кристаллы, кристаллические Люминофоры, тонкие плёнки полупроводников (См. Полупроводники), магнитные тонкие плёнки (См. Магнитная тонкая плёнка), термочувствительные Лаки и Краски и др.

Так, жидкие кристаллы по мере нагревания постепенно изменяют свой цвет (и его оттенки) от красного до фиолетового, причём многокомпонентные смеси холестерических жидких кристаллов имеют температурный интервал цветовой индикации менее 0,1 °С. Термочувствительные краски при нагреве один или два раза изменяют свой цвет (обычно необратимо), фиксируя тем самым одно или два значения температуры, что удобно в тех случаях, когда достаточно узнать, нагрет ли исследуемый объект (например, деталь машины) до некоторой критической температуры. В некоторых полупроводниковых плёнках (особенно в плёнках Se и его производных) с повышением температуры область прозрачности смещается в сторону длинных волн, что позволяет, применяя дополнительный источник видимого света, регистрировать изменение их температуры на 1—5 °С. Применение в Т. люминофоров основано на явлении тушения люминесценции (См. Тушение люминесценции): яркость свечения некоторых люминофоров (например, соединения ZnS CdS Ag Ni). возбуждённых ультрафиолетовым излучением, резко уменьшается по мере их нагревания. Эти люминофоры позволяют визуально наблюдать изменение температуры на 0,2—0,3 °С, причём эффект тушения полностью обратим. Приборы, основанные на применении люминофоров, позволяют видеть не только тепловые лучи, но и радиоволны (см. Радиовидение). В магнитных тонких плёнках при нагреве изменяется ориентация осей намагничивания магнитных доменов, ориентирующих, в свою очередь, ферромагнитные частицы коллоидного раствора, нанесённого на поверхность плёнки. Этот «магнитный рельеф», возникающий под действием тепловых лучей, при намагничивании плёнки становится видимым в обычном отражённом свете. Рассмотренные методы Т. реализованы в ряде устройств, получивших название термофотоаппарат, визуализатор, термоинтроскоп, радиовизор и др.

Плёнки вышеуказанных веществ могут наноситься и непосредственно на объект — для изучения распределения температуры его поверхности; это научное направление, получившее название термографии, иногда называется также Т. (в этом случае, однако, регистрируется температура, а не тепловое излучение объекта). К Т. можно отнести также и применение инфракрасных Лазеров (например, на парах CO₂, с длиной волны 10,6 мкм, соответствующей максимуму теплового излучения при температуре 23 °С) в целях просвечивания объектов, непрозрачных для видимого света; оно получило развитие в 70-х гг. Т. находит всё более широкое применение в медицинской и технической диагностике, навигации, геологической разведке, метеорологии, дефектоскопии, при научно-технических исследованиях тепловых процессов, а также в военном деле и т. д. (см. Инфракрасная техника).

Лит.: Ощепков П. К., Меркулов А. П., Интроскопия, М., 1967; Гуревич В. З., Энергия невидимого света, М., 1973; Левитин И. Б., Инфракрасная техника, Л., 1973; Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, М., 1974; Сонин А. С., Степанов Б. М., Приборы на жидких кристаллах, «Природа», 1974, № 11; Клюкин Л. М., Сонин А. С., Степанов Б. М., Фотографируется тепло, «Наука и жизнь», 1975, № 3; Ирисова Н. А., Тимофеев Ю. П., Фридман А. С., Люминесценция позволяет видеть невидимое, «Природа», 1975, № 1.

К. М. Климов, Ю. П. Тимофеев.

ср.

Получение изображения невидимых невооруженным глазом объектов с помощью теплового - инфракрасного - излучения, исходящего от этих объектов.

ТЕПЛОВИДЕНИЕ - метод интроскопии, при котором изображение объектов, невидимых невооруженным глазом, получают с помощью тепловых (инфракрасных) лучей, отраженных от объекта или испускаемых им.

ТЕПЛОВИДЕНИЕ, смотри в статье Интроскопия.

матем. thermal imaging

ТЕПЛОВИДЕНИЕ

получение видимого изображения тел по их тепловому (инфракрасному) излучению, собственному или отражённому; используется для определения формы и местоположения объектов, находящихся в темноте или в оптически непрозрачных средах. Особенность наблюдения в ИК области спектра состоит в отсутствии тёмного фона — все окружающие тела испускают тепловое излучение, сравнимое по плотности (при комнатной темп-ре и длине волны излучения l=10 мкм) с солнечным светом. Если бы человеч. глаз был чувствителен к ИК излучению, он был бы ослеплён излучением окружающих его тел. Кроме того, было бы невозможно наблюдать радиац. контрасты, поскольку даже разность темп-р в 1 °С создаёт (при l=10 мкм) контраст =1%, а минимально наблюдаемый глазом контраст составляет 2%. Поэтому разрабатываются спец. чувствительные приёмники теплового излучения (см. ПРИЁМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ), в к-рых ИК излучение объекта преобразуется в видимое изображение. Изменение темп-ры поверхности тела, различие в излучательной способности (см. ПЛАНКА ЗАКОН ИЗЛУЧЕНИЯ) разных его деталей соответствуют наблюдаемому изображению.

Первые системы Т. были созданы в 30-х гг. 20 в., в них в качестве приёмников ИК излучения использовались болометры и термопары, преобразующие тепловое излучение в электрич. сигналы, к-рые затем подавались на вход электроннолучевой трубки и наблюдались на люминесцентном экране. В совр. системах Т., т. н. тепловизорах, с оптико-механич. сканированием излучение от отдельных точек объекта, находящихся в поле обзора, попеременно направляется оптич. системой на приёмник, преобразующий его в электрич. сигналы, к-рые усиливаются и воспроизводятся на экране индикатора. Обычно индикатор показывает не саму яркость, а только изменение яркости относительно среднего уровня. Это позволяет достичь высокого контраста в изображении при весьма малых различиях в темп-ре (до 0,01 —0,001 °С) между деталями объекта наблюдения либо между объектом и фоном.

В качестве приёмников в тепловизорах успешно используют не только тепловые, но и охлаждаемые фотоэлектрич. приёмники (напр., на основе InSb или HgCdTe2), к-рые воспринимают излучение с l, до 5—6 мкм, а также пироэлектрич. приёмники, действие к-рых основано на температурной зависимости спонтанной поляризации пироэлектриков. Пироэлектрич. приёмники обладают высокой чувствительностью, что позволяет получать с их помощью видимые изображения объектов, находящихся на расстоянии 10—15 км и имеющих темп-ру, лишь на 1—2 °С отличающуюся от темп-ры окружающей среды.

В 70-х гг. были созданы принципиально новые, более простые устройства Т., в к-рых тепловое изображение объекта непосредственно, без преобразования в электрич. сигналы, проецируется на экран, покрытый тонким слоем вещества, меняющего свои оптич. хар-ки (коэфф. отражения или пропускания, интенсивность или цвет свечения и т. п.) под воздействием теплового излучения. На экранах таких устройств можно наблюдать видимые изображения объектов и фотографировать их. В качестве температурно-чувствительных в-в используются жидкие кристаллы, крист. люминофоры, полупроводниковые плёнки, магнитные тонкие плёнки и т. д.

Интенсивность теплового излучения тела, достигающая приёмника излучения, определяется не только темп-рой тела и его излучательной способностью, но и ослаблением, вносимым атмосферой. «Окна» прозрачности атмосферы в ИК области спектра находятся в областях 3,5—5,5 мкм и 7,5—12 мкм, поэтому в этих диапазонах обычно и работают совр. тепловизоры.

Т. применяется для диагностики в медицине, в навигации, геол. разведке, дефектоскопии, при науч.-технич. исследованиях тепловых процессов и т. д.

(син. термография)

метод регистрации инфракрасного (теплового) излучения поверхности тела человека на экране тепловизора.

ТЕПЛОВИ́ДЕНИЕ -я; ср. Получение изображения невидимых невооруженным глазом объектов с помощью тепловых (инфракрасных) лучей, испускаемых или отображаемых объектами.

◁ Тепловизио́нный, -ая, -ое. Т-ое обслуживание. Т. центр. Т-ая техника. Т-ые приборы.

* * *

метод интроскопии, при котором изображение объектов, невидимых невооружённым глазом, получают с помощью тепловых (ИК) лучей, отражённых от объекта или испускаемых им.

* * *

ТЕПЛОВИ́ДЕНИЕ, метод интроскопии(см. ИНТРОСКОПИЯ), при котором изображение объектов, невидимых невооруженным глазом, получают с помощью тепловых (инфракрасных) лучей, отраженных от объекта или испускаемых им.

получение видимого изображения объектов с использованием теплового воздействия излучения на в-ва (обычно ИК излучения). Излучение, испускаемое нагретым телом, можно визу ализировать, напр., посредством нанесения на поверхность тела слоя в-ва, изменяющего под действием теплоты свою окраску (жидкие кристаллы, термочувствит. краска), интенсивность свечения (люминофоры), прозрачность (тонкие ПП плёнки), магнитное состояние (магнитные тонкие плёнки). Разновидностью Т. являются косвенные способы регистрации изображений с использованием термопластич. материалов, тепловизоров, эвапорографии.

ТЕПЛОВИДЕНИЕ — получение видимого изображения объектов с использованием их собственного или отражённого от них теплового (инфракрасного) излучения.