Що таке інфрачервоне випромінювання?
Латинська приставка «інфра» позначає «під» або «внизу». Таким чином «інфрачервоний» вказує на спектр за межами червоного кінця спектра видимого світла. Інфрачервона зона розташована між зонами видимого світла і мікрохвильової зоною електромагнітного спектра. Оскільки розігріті об'єкти випромінюють енергію в інфрачервоному спектрі, його часто називають теплової зоною спектра. Всі об'єкти в якійсь мірі випромінюють енергію в інфрачервоному спектрі, навіть об'єкти кімнатної температури і лід.
Чим вище температура об'єкта, тим вище яку випромінює їм енергія і тим коротше переважна або пікова довжина хвилі. Пікове випромінювання від об'єкта виникає при кімнатній температурі при довжині хвилі в 10 мкм. Сонце має еквівалентну температуру 5900 К і пікову довжину хвилі 0,53 мкм (зелене світло). Він випромінює велику кількість енергії в спектрах, починаючи від ультрафіолету і закінчуючи далеким ІК-діапазоном.
Велика частина спектра ІК-випромінювань не може бути використана системами виявлення, оскільки дане випромінювання поглинається водою або вуглекислим газом в атмосфері. Однак існує кілька діапазонів довжини хвиль, що відрізняються гарною передачею. Довгохвильове інфрачервоне випромінювання (LWIR) представлено в діапазоні 8-14 мкм, при цьому в діапазоні 9-12 мкм забезпечується майже 100% коефіцієнт передачі. Діапазон LWIR забезпечує відмінну видимість більшості земних об'єктів. Середньохвильовий інфрачервоний діапазон MWIR (3,3 - 5,0 мкм) також забезпечує майже 100% передачу, маючи при цьому таку перевагу, як менший рівень фонового шуму. Короткохвильове і видиме інфрачервоне випромінювання (SWIR) або ближнє інфрачервоне випромінювання (NIR - 0,35-2,5 мкм) відповідає діапазону передачі в верхніх шарах атмосферах і піковому сонячного випромінювання, надаючи можливості для використання датчиків з найвищою видимістю і дозволом з усіх трьох діапазонів. Однак якість зображень SWIR значно падає без місячного або штучного освітлення, при цьому вони не здатні забезпечувати видимість об'єктів з температурою 300К.
Технологія короткохвильового інфрачервоного випромінювання (SWIR)
Датчики короткохвильового інфрачервоного випромінювання володіють унікальними можливостями, часто доповнюють датчики LWIR і MWIR. Датчик SWIR - це такий же оптичний датчик, як і охолоджуються датчики LWIR або MWIR. Але на відміну від них датчики SWIR використовують (в основному) відбите світло. За цим показником датчики SWIR не відрізняються від камер видимого діапазону або людського ока. Тому зображення SWIR порівнянні з зображеннями видимого діапазону (чорно-білими) з дозволу і деталізації.
Початок використання матеріалу InGaAs вчинила прорив у розвитку датчиків SWIR без криогенного охолодження. У датчиках SWIR з InGaAs зазвичай використовуються охолоджувачі Peltier. Вони відрізняються чутливістю в діапазоні від 900 до 1700 нм.
Камери SWIR можуть використані для зйомки вдень і вночі (при світлі зірок), що вигідно виділяє їх в порівнянні з іншими технологіями. Серед інших переваг - невеликий розмір (в порівнянні з охолоджуваними детекторами), можливість бачити приховані лазери, здатність бачити через скло.
Технологія середньохвильового інфрачервоного випромінювання
Середньохвильовий інфрачервоний діапазон також називають «тепловим інфрачервоним», оскільки випромінювання в ньому виходить від самого об'єкта і для його відображення не потрібно сторонній джерело світла. На те, наскільки яскравим об'єкт виходить на зображенні, впливають два фактори: температура об'єкта і випромінювальна здатність (фізична властивість матеріалу, що вказує, наскільки ефективно випромінює матеріал).
У міру нагрівання об'єкт випромінює більше енергії і стає яскравішим для тепловізійних систем. Явища, які зазвичай призводять до зниження видимості, менше впливають на розсіювання в діапазоні средневолнового інфрачервоного випромінювання, ніж в діапазоні короткохвильового інфрачервоного випромінювання, тому такі камери менш чутливі до таких явищ, як дим, пил або туман.
MWIR вловлює світло в діапазоні від 3 до 5 мкм. Камери MWIR використовуються тоді, коли головною метою є отримання високоякісного зображення, а не вимірювати температуру і русі.
Технологія довгохвильового інфрачервоного випромінювання (LWIR)
Уже кілька десятиліть інфрачервоні камери, що використовують датчики довгохвильового інфрачервоного випромінювання і средневолнового інфрачервоного випромінювання, використовувалися військовими для виявлення пересувань людини. Такі тепловізійні камери виявляють теплове випромінювання людей, транспортних засобів, тварин.
Існує два типи детекторів довгохвильового інфрачервоного випромінювання - неохолоджувані мікроболометр LWIR і набагато більш рідкісні охолоджувані детектори LWIR.
Неохолоджуваний мікроболометр LWIR - це тепловий датчик, оснащений, по суті, резистором на кожному пікселі. Мікроболометр зазвичай виготовляються з аморфного кремнію (a-Si) або оксиду ванадію (Vox). Значення опору змінюється в залежності