Nguyên Lý Hoạt Động Của Camera Ảnh Nhiệt

Công nghệ ảnh nhiệt là gì ?

Chúng ta biết rằng, quang phổ bức xạ hay còn gọi là sóng ánh sáng mà mắt chúng ta cảm thụ được qua võng mạc chỉ là một phần nhỏ của một dải quang phổ lớn. Người ta gọi dải quang phổ nhìn thấy được là quang phổ "khả kiến". Mỗi loại vật thể ngoài quang phổ kiến đều có những bức xạ quang phổ khác nhau mà phần lớn chúng là vô hình với con người, mỗi loại có bước sóng duy nhất. Bức xạ nhiệt là một trong số đó, có bước sóng dài hơn so với ánh sáng khả kiến, và do đó thường không nhìn thấy được bằng mắt người. Công nghệ ảnh nhiệt sử dụng dải quang phổ bức xạ nhiệt này để tái tạo hình ảnh dưới dải nhiệt mẫu. 

Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ trên 0 tuyệt đối đều phát ra một lượng bức xạ có thể phát hiện được. Nhiệt độ của vật thể càng cao thì càng phát ra nhiều bức xạ. Lợi dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vật thể, máy ảnh nhiệt làm cho bức xạ nhiệt vô hình có thể nhìn thấy được ở dạng hình ảnh vùng nhiệt.

• Chỗ có mức nhiệt cao nhất có hình ảnh màu trắng.
• Mức nhiệt độ trung bình hiển thị bằng màu đỏ và vàng.
• Phần có nhiệt độ thấp nhất biểu thị bằng màu đen.

Hình ảnh vật thể khi được tái tạo bằng hình ảnh nhiệt sẽ có dạng như sau. 

Ưu điểm vượt trội của công nghệ ảnh nhiệt

Nếu như với những camera thông thường thì việc tái tạo hình ảnh thường phụ thuộc vào nhiều yếu tốt (nằm trong vùng quang phổ khả kiến) như điều kiện sáng, khoảng cách, bụi, mưa có thể làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh camera thu được. Thì Camera ảnh nhiệt lại hoàn toàn không bị ảnh hưởng bới các yêu tốt trên. Cụ thể, camera ảnh nhiệt có thể tái tạo hình ảnh của vật thể không bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng - ánh sáng cực thấp hoặc thậm chí không có ánh sáng về dải nhiệt mẫu. Nhờ đó camera có thể đưa ra các phân tích chính xác hơn so với các camera thông thường. Đây cũng chính là lý do mà các hãng camera đổ tiền bạc và công sức vào để nghiên cứu giải pháp camera ảnh nhiệt mục đích cốt lõi chính là để camera có thể nhìn thấy được, mang được các thông tin mà mắt thường không nhìn thấy được. 

Có lẽ bạn sẽ đặt câu hỏi rằng, Với hình ảnh nhiệt thu được chúng ta có thể dùng nó vào việc gì. Tại sao chúng ta cần công nghệ này. Rõ ràng khi chúng ta có một video dưới dạng nhiệt chúng ta sẽ không sử dụng được vào mục đích gì cả. Nhưng bạn hãy thử tưởng tượng rằng. Nếu hình ảnh nhiệt này sau đó được phân tích so sánh với một bảng màu nhiệt chuẩn... khi đó camera sẽ có thể phân tích được nhiệt độ bức xạ ra từ các vật thể. Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể đo được nhiệt độ của các vật thể bằng camera từ xa mà không cần tiếp xúc. Hàng loạt những ứng dụng sẽ được sinh ra từ đây chẳng hạn như (giám sát nhiệt độ của các thiết bị, máy móc trong các trạm điện, nhà máy lọc hóa dầu, giám sát cảnh báo cháy trong các kho, giám sát an ninh đường biên giới...v.v.), VÀ những ngày gần dây, Một ứng dụng hết sức được quan tâm đó là giải pháp đo nhiệt độ cơ thể bằng camera nhằm hạn chế tiếp xúc, ngăn chặn lây lan dịch bệnh Covid-19. 

Nguyên lý hoạt động của camera ảnh nhiệt

Camera ảnh nhiệt hay còn được gọi là camera nhiệt, camera đo nhiệt độ, thermal camera, thermal imaging camera là thiết bị sử dụng bức xạ hồng ngoại để tạo nên các hình ảnh nhiệt, tương tự như các camera bình thường sử dụng ánh sáng để tạo ảnh. Khác với camera nhiệt bình thường hoạt động ở bước sóng 400-700 nm, camera nhiệt hoạt động trong các bước sóng dài tới 14.000 nm. Camera ảnh nhiệt hoạt động đựa vào sự bức xạ quang phổ điện tử nằm ngoài vùng mỏng của ánh sáng khả kiến (vô hình với mắt người). Tất cả các vật thể, thiết bị đều phát ra một đều bức xạ ra quang phổ này và camera nhiệt có thể bắt được các các bức xạ này tương tư như camera bình thường bắt chụp ánh sáng. 

Một sự khác biệt lớn nữa giữa camera nhiệt và camera bình thường là các ống kính lấy nét không thể được làm từ thủy tinh. Thấu kính của camera nhiệt chủ yếu được làm từ các vật liệu như Germanium , canxi florua, silic tinh thể do bức xạ hồng ngoại có dải phổ dài từ 7m đến 14m. Hầu hết các ống kính của camera nhiệt được phủ 1 lớp chống phản xạ, cho nên chi phí sản xuất của các ống kính tương đối cao kéo theo giá thành của camera hiện nay cũng cao. Hiện nay, camera nhiệt chủ yếu có hình ảnh hồng ngoại đơn sắc vì các ống kính sử dụng thường không thể phân biệt được các bước sóng khác nhau của bức xạ hồng ngoại. Các model camera nhiệt này chủ yếu hiển thị hình ảnh bằng các bảng màu giả (cầu vồng, sắt, nóng / lạnh, xám). Những thay đổi về màu sắc trong hiển thị thể hiện sự thay đổi của tín hiệu, thay vì phải hiển thị bằng cường độ. Kỹ thuật này được gọi là cắt mật độ.

• Độ phân giải thông thường của các ống kính nhiệt trên camera nhiệt thấp hơn rất nhiều trên các camera quang, độ phân giải chủ yếu chỉ là 160 x 120 hoặc 320 x 240 pixel.
• Các loại camera nhiệt đắt tiền hơn sử dụng ống kinh phân giải 1280 x 1024 pixel. Nhưng chúng ta hy vọng trong tương lại công nghệ phát triển giá thành của các camera ảnh nhiệt độ phân giải cao sẽ giảm xuống

Camera ảnh nhiệt được sự dụng cho cảnh báo cháy, nổ ở rừng cây, cây xăng, khu quân đội, đường biên giới, bãi biển, cầu cảng, giàn khoan … với mức độ sai số cho phép ±3℃ ～ ±5℃. Những mã camera nhiệt này không phù hợp để sử dụng cho nhu cầu đo thân nhiệt người trong y tế.

Camera ảnh nhiệt được phát triển từ khi nào

• Từ năm 2008. Hikvision là một trong những nhà sản xuất tiên phong trong việc nghiên cứu các sản phẩm Camera để quan sát và phân tích dữ liệu hình ảnh bên ngoài phạm mắt người thấy được. 
• Năm 2010: Hãng cho thử nghiệm sản phẩm đầu tiên
• Từ năm 2014-2016 Hikvision liên tục nghiên cứu và cải tiến các thuật toán, phân tích ảnh nhiệt thông minh để tích hợp vào series sản phẩm
• Năm 2017 Hikvision chính thực thương mại hóa sản phẩm camera ảnh nhiệt dạng tay cầm di động đầu tiên, đặt nền tảng quan trong cho việc nghiên cứu hàng loạt các ứng dụng về camera ảnh nhiệt
• Năm 2018: Hơn 120 series sản phẩm được tung ra thị trường để đáp ứng nhu cầu của thị trường rất rộng mở về việc phân tích dự báo cháy, đo thân nhiệt trong y tế, cảnh báo xâm nhập biên giới..v.v.