Termovize

Termovizní systémy jsou založeny na zviditelnění tepelného záření, které objekty samy vyzařují. Jedná se dokonale pasivní zobrazovací přístroje, které nepotřebují žádné osvětlení objektů (Sluncem, hvězdami, umělými zdroji). Termovizní přístroje zobrazují tepelné rozdíly objektů.

Následující grafy představují spektrální vyzařování těles dle Planckova zákona, jejichž teplota se pohybuje v rozmezí na zemi obvyklém.

Planckův zákon

Oproti slunečnímu záření jsou maxima intezity vyzařování těles o teplotách v rozmezí 60°C až -20°C posunuta k podstatně delším vlnovým délkám a leží v pásmu 8 až 12 μm. Podivuhodnou shodou okolností se jedná o oblast, ve které je i dobrá propustnost zemské atmosféry. Druhé pásmo propustnosti atmosférou pro IČ záření v oblasti 3 až 5 μm sice již není tak ideální ani z hlediska propustnosti, ani z hlediska vyzařování, ale tyto nedostatky jsou výrazně vyváženy levnějšími detektory a širší nabídkou optických materiálů pro tuto oblast spektra.

Uvedené křivky spektrálního vyzařování platí pro černá tělesa. Celková energie vyzářená černým tělesem W_celk je pak dána Stefan-Boltymannovým zákonem:

W_celk = 5.7x10^-8 T⁴ [W/m²],

kde T je teplota tělesa v kelvínech. Většina těles se však chová odlišně a musíme je uvažovat jako šedé zářiče.

materiál	emisivita
leštěný hliník	0.03
leštěné železo	0.20
zoxidované železo	0.75
papír	0.92
voda	0.94
led	0.97

U šedého zářiče je nutno uvážit nejen teplotu, ale i další faktory, jako je typ materiálu a povrchová úprava. Vyzářená energie šedého tělesa je pak dána jako součin:

W_celk x emisivita.

V tabulce jsou uvedeny příklady emisivity pro některé materiály. Skutečnost však může být ještě komplikovanější a vyžaduje uvažovat emisivitu jako funkci vlnové délky a teploty.

Konstrukční principy

Registrace termovizního obrazu je v podstatě analogická jako registrace obrazu na filmu, nebo na CCD prvku digitálního fotopřístroje, nebo v lidském oku. U všech těchto detektorů je společné, že v obrazové rovině jsou umístěny světlocitlivé elementy, které zachytí obraz. Do ohniskové roviny objektivu se tedy umísťuje registrační plocha detektoru - FPA (focal plane aray).

Infračervené detektory pro tepelné záření vyžadují při výrobě speciální postupy a jsou velmi drahé. Z tohoto důvodu byly v počátku využívány k detekci jen "jednopixelové" prvky. Zorné pole bylo skenováno ve dvou na sobě kolmých směrech, takže obraz se zaznamenál v časové posloupnosti bod po podu. Později byly realizovány lineární detektory, kdy v jedné lince byla umístěna řada detektorů a skenování probíhalo jen v jednom směru. Vlastní skenování bylo realizováno například kmitavým pohybem jednoho zrcadala tak, jak je to naznačeno na obrázku.

Tepeve nedávno se objevily dvourozměrné detektory, které umožňovaly současnou registraci celého zorného pole jak je to obvyklé u CCD prvků.

Další zvláštností termovízního záznamu je okolnost, že tepelné záření vyzařuje vše, tedy i objímky objektivu, zobrazovací čočky a dokonce detektor sám. Aby se zabránilo zobrazování nežádoucích "duchů" je nutno zahrnou další prvky, systém důsledné odclánět nezářivými clonami a zajistit dostatečné chlazení detektoru.

matice

Materiál ze kterého jsou vyrobeny zobrazovací prvky musí být propustnostné pro oblast vlnových délek tepelného záření. Optické sklo je pro tyto účely nepoužitelné. Typické materiály využívané u čoček pro termovizní objektivy jsou germanium, ZnS, ZnSe, safír, CSi. Tyto materiály jsou většinou nepropustné pro viditelné světlo.