Как выглядит человек через тепловизор
Дистанционная термография — абсолютно безопасный метод, — рассказывает кандидат медицинских наук, хирург высшей категории Института общей неотложной хирургии АМН Украины Константин Дубровский.
Содержание статьи
Обследование человека тепловизором
Термография — абсолютно безопасный метод обследования организма в отличии от флюорографии и рентгенографии, тепловизор безвреден даже для грудных детей, обследование организма человека с помощью тепловизора осуществляется бесконтактным методом, никаких излучений, вы просто смотрите на человека в инфракрасном (тепловом) спектре и фиксируете температурные отклонения от нормы.
Подскажите, пожалуйста, для исследования каких органов и болезней предназначены основные медицинские приборы. 
Флюорография — это самый массовый метод обследования легких.
— Обязательный профилактический флюорографический осмотр положен не чаще чем раз в год, но при туберкулезе или проблемах с легкими флюорографию можно делать дважды в год, — объясняет врач-рентгенолог Института общей неотложной хирургии АМН Украины Елена Кравцова.
В этом случае обследуются только легкие, но врач может различить и деформацию грудного отдела позвоночника.
Недостатки: при флюорографии облучение в два раза больше, чем при рентгене. Кроме того, возможны погрешности на пленке, если «в кадр» случайно попадут, к примеру, пуговицы или заколки.
— Я попросила одну из пациенток заколоть волосы, но заколка была с бусинами, и на снимке одна из них пришлась на верхушку легкого, — рассказывает Елена Александровна.
Чтобы распознать, не туберкулез ли это — приходится повторять процедуру. Если при флюорографии выявляется патология — назначается рентгенологическое обследование. В отличие от флюорографии, рентген менее вреден, более точен и позволяет исследовать практически весь организм.
Ультразвук «разглядит» почти все
— УЗИ — наиболее доступное и безвредное обследование, которое можно делать даже несколько раз в день. Детей можно обследовать на УЗИ буквально с первых дней жизни, — считает врач высшей категории отделения ультразвуковой диагностики Харьковской областной клинической больницы Александр Минахин. — Важно и то, что УЗИ — это исследование в реальном времени: мы получаем изображение в данную секунду, причем рассматриваем орган панорамно, со всех сторон. Это важно, если больного нужно обследовать несколько раз в день — после операции, например. На УЗИ можно рассмотреть практически все органы, за исключением тех, которые плохо пропускают ультразвук, поскольку они заполнены газом: это легкие, желудок, кишечник.
На УЗИ не смотрят мозг: его скрывают мощные костные сращения черепа.
— Как метод УЗИ великолепно для беременных, — говорит Александр Минахин. — Не зря будущим мамам показан скрининг внутриутробного плода для выявления всевозможных патологий.
С помощью УЗИ можно диагностировать множество недугов. Ультразвук распознает камешки в желчном пузыре и почках, костную патологию, онкологические нарушения. На аппаратах экстра-класса можно различить даже опухоли до 2 мм. На УЗИ хорошо заметна патология сосудов и глаз.
Тепловизор исследует на расстоянии к содержанию
— Дистанционная термография — абсолютно безопасный метод, — рассказывает кандидат медицинских наук, хирург высшей категории Института общей неотложной хирургии АМН Украины Константин Дубровский. — Он безвреден даже для грудных детей. Кроме того, этот метод бесконтактен.
Аппарат к коже даже не прикасается: он «видит» весь организм на расстоянии от 40 см до 2 м, но при этом способен исследовать все органы и системы человеческого организма.
— При возникновении любых воспалительных процессов органы человека меняют температуру, — объясняет принцип действия прибора Константин Дубровский. — Прибор настолько чуток, что реагирует на изменение температуры до 0,2 градуса. Поэтому, в отличие от УЗИ например, тепловизор укажет на воспаление в любом органе: в щитовидной железе, головном мозге, молочных железах, позвоночнике, в почках, желчном пузыре и даже в сосудах.
Прибор «запеленгует» опухоли, гепатит и даже заметит беременность на таком раннем сроке, что женщина о ней еще и не догадывается.
— Другие методы исследования тепловизор заменить не может, как, впрочем, и ни один из других известных методов и у нас, и за рубежом. Обследования должны быть комплексными. Как правило, УЗИ и дистанционная термография взаимно дополняют друг друга, — говорит медик.
Тепловизионный контроль: бесконтактная биометрия против термометров, коронавируса и несознательных сотрудников
Пять секунд — это много или мало? Чтобы выпить горячий кофе — мало, чтобы приложить карту и пройти на работу — много. Но иногда даже из-за такой задержки на проходных образуются очереди, особенно по утрам. А давайте теперь выполним требования по профилактике COVID-19 и начнём измерять температуру у всех входящих? Время прохода увеличится в 3–4 раза, из-за этого появится толпа, и вместо борьбы с вирусом мы получим идеальные условия для его распространения.
Чтобы этого не произошло, нужно либо организовать людей в очередь, либо автоматизировать этот процесс. Во втором варианте необходимо считать температуру сразу у большого числа людей, не нагружая их дополнительными действиями. Это можно сделать, если дополнить систему видеонаблюдения тепловизором и выполнять сразу несколько действий: идентифицировать лица, измерять температуру и определять наличие маски. О том, как работают такие системы, мы говорили на нашей конференции «Биометрия против пандемии» и подробнее расскажем под катом.
Где применяются тепловизионные комплексы
Тепловизор — оптико-электронное устройство, которое «видит» в инфракрасном спектре. Да, это та самая штука из боевиков про лихой спецназ и фильмов про Хищника, которая красиво раскрашивает обычное изображение в красно-синие тона. На практике ничего необычного в ней нет и их используют достаточно широко: тепловизорами определяют положение и форму излучающих тепло объектов и измеряют их температуру.
В промышленности тепловизоры давно применяют для контроля температуры на производственных линиях, промышленного оборудования или трубопроводов. Часто тепловизоры можно заметить по периметру серьёзных объектов: тепловизионные комплексы «видят» тепло, которое излучает человек. С их помощью охранные системы засекают несанкционированное проникновение на объект даже в абсолютной темноте.
Из-за COVID-19 тепловизоры всё чаще интегрируются с системами биометрической идентификации для контроля доступом. Например, интегрированные в «БиоСКУД» (комплексное решение Ростелекома, которое разрабатывается и производится в России) тепловизионные устройства могут измерять температуру людей, отслеживать перемещение и выделять отдельных лиц с повышенной температурой.
Обязательных нормативов по применению тепловизионных систем в России нет, но есть общая рекомендация Роспотребнадзора, согласно которой необходимо контролировать температуру всех посетителей и сотрудников. И тепловизионные комплексы делают это почти мгновенно, не требуя от сотрудников и посетителей дополнительных действий.
Как работают системы для потокового бесконтактного измерения температуры
Основа системы — тепловизионный комплекс из тепловизионной и обычной камер, которые упакованы в общий корпус. Если вы идёте по коридору, а вам в лицо смотрит пухлая двуглазая камера — это и есть тепловизор. Шутники-китайцы иногда делают их в белом корпусе и добавляют небольшие «ушки», чтобы они были больше похожи на панд.
Простая оптика нужна для интеграции с «БиоСКУД» и работы алгоритмов распознавания лиц — для идентификации и проверки наличия средств индивидуальной защиты (масок) у входящих. Дополнительно через обычную камеру можно контролировать дистанцию между людьми или между людьми и оборудованием. В программном обеспечении видеоинформация о результатах измерения отображается в привычном для оператора виде.
Чтобы тепловизор реагировал только на температуру людей, в нём уже прописан алгоритм детектирования лиц. Оборудование считывает температуру с термальной матрицы в нужных точках — в данном случае в области лба. Без этого «фильтра» тепловизор срабатывал бы на чашки горячего кофе, лампочки накаливания и т. д. Среди дополнительных функций — контроль наличия средств защиты и соблюдения дистанции.
Обычно на входе в помещения тепловизионные комплексы интегрируются с системами контроля и управления доступом. Комплекс подключается к серверу, который обрабатывает поступающие данные алгоритмами видеоаналитики и передаёт их на автоматизированное рабочее место оператора (АРМ).
Если тепловизионная камера определяет повышенную температуру, то обычная камера снимает фото посетителя и отправляет в систему контроля для идентификации с базой сотрудников или посетителей.
Калибровка тепловизионных комплексов: от эталонных образцов к машинному обучению
Для настройки и работы потокового бесконтактного измерения температуры обычно применяют абсолютно чёрное тело (АЧТ), которое при любой температуре поглощает электромагнитное излучение во всех диапазонах. Оно устанавливается в поле зрения тепловизионной камеры и используется для калибровки тепловизора. В АЧТ поддерживается эталонная температура 32–40 °С (в зависимости от производителя), с которой оборудование «сверяется» каждый раз, измеряя температуру других объектов.
Пользоваться такой системой неудобно. Так, для корректной работы тепловизора чёрное тело должно 10–15 минут прогреваться до нужной температуры. На одном объекте на ночь отключали тепловизионный комплекс, а утром АЧТ не успевало как следует нагреться. В результате у всех входящих в начале смены фиксировалась повышенная температура. Позже разобрались, теперь тепловизионный комплекс на ночь не отключают.
Сейчас мы разрабатываем экспериментальную технологию, которая позволяет обойтись без АЧТ. Оказалось, что наша кожа по своим характеристикам близка к абсолютно чёрному телу, и лицо человека можно использовать как эталон. Мы знаем, что у большинства людей температура тела — 36,6 °С. Если, например, в течение 10 минут отслеживать людей с одинаковой температурой и принять эту температуру за 36,6 °С, то можно откалибровать тепловизор по их лицам. Эта технология, реализованная с помощью искусственного интеллекта, показывает неплохие результаты — не хуже, чем у тепловизионных комплексов с АЧТ.
Там же, где АЧТ по-прежнему используется, искусственный интеллект помогает в калибровке тепловизоров. Дело в том, что большинство тепловизионных комплексов предполагает ручную установку тепловизора и его настройку на АЧТ. Но тогда при изменениях условий калибровку приходится делать заново, иначе тепловизоры начинают показывать температуру с отклонениями или реагировать на посетителей с нормальной температурой. Ручная калибровка — та ещё радость, поэтому мы разработали модуль на основе искусственного интеллекта, который отвечает за обнаружение АЧТ и настраивает всё сам.
Можно ли замаскироваться от алгоритмов
Искусственный интеллект и машинное обучение часто используются в бесконтактной биометрии. На плечи ИИ ложатся детектирование лиц в потоке для измерения температуры, игнорирование посторонних объектов (горячая чашка с кофе или чаем, элементы освещения, электроника). Ну а обучение алгоритмов на распознавание лиц в масках — must have любой системы с 2018 года, ещё до коронавируса: на Ближнем Востоке люди закрывают значительную часть лица по религиозным соображениям, а во многих азиатских странах давно используют маски для защиты от гриппа или городского смога. Распознать наполовину скрытое лицо сложнее, но и алгоритмы совершенствуются: сегодня нейросети детектируют лица в масках с такой же вероятностью, как год назад без масок.
Казалось бы, что проблемой при идентификации должны были стать маски и другие средства индивидуальной защиты. Но на практике ни наличие маски, ни изменение причёски или формы очков не влияют на точность распознавания. Алгоритмы для детектирования лиц используют точки из области глаза-уши-нос, которые остаются открытыми.
Единственная «отказная» ситуация из нашей практики связана с изменением внешности при помощи пластической хирургии. Сотрудница после пластической операции не смогла пройти через турникеты: биометрические процессоры не смогли её идентифицировать. Пришлось обновлять фото, чтобы доступ по геометрии лица снова заработал.
Возможности тепловизионных комплексов
Точность измерения и её скорость зависят от разрешения матрицы тепловизора и других его характеристик. Но за любой матрицей стоит ПО: за определение объектов в кадре, за их идентификацию и фильтрацию отвечает алгоритм видеоаналитики.
Например, алгоритм одного из комплексов измеряет температуру у 20 человек одновременно. Пропускная способность комплекса — до 400 человек в минуту, этого достаточно для использования на крупных промышленных предприятиях, в аэропортах и на вокзалах. При этом тепловизоры фиксируют температуру на расстоянии до 9 метров с точностью плюс-минус 0,3 °С.
Есть комплексы попроще. Однако и они могут эффективно справляться со своими задачами. Одно из решений – интеграция тепловизора в рамку металлодетектора. Такой комплект оборудования подойдёт для пропускных пунктов с небольшим потоком посетителей – до 40 человек в минуту. Подобное оборудование детектирует лица людей и измеряет температуру с точностью до 0,5 °С на расстоянии до 1 метра.
Проблемы при работе с тепловизорами
Бесконтактное измерение температуры людей в потоке пока нельзя назвать совершенным. Например, если в холодную погоду человек долго был на улице, на входе тепловизор покажет температуру на 1–2 °С ниже реальной. Из-за этого система может пропустить на объект людей с повышенной температурой. Это можно решить разными способами, например:
Глазами хищника. Что можно увидеть с помощью тепловизора?
Об этих приборах ходит множество небылиц. Передаваемые из уст в уста байки грешат как преувеличением возможностей технологий, так и недооценкой. Связь между тепловизорами и свиным гриппом тоже может показаться забавной, но как раз здесь все очень и очень серьезно.
Содержание статьи
Тепловизор, упрощенно говоря, видит тепло и способен отличать друг от друга объекты с разной температурой. Следовательно, в толпе здоровых людей с температурой 36,6 относительно легко можно выявить тех, у кого она поднялась, скажем, до 37,5. Именно такой порог установлен для тепловизора, который начали использовать в международном аэропорту «Шереметьево»: пассажиров, испытывающих недомогание, планируется передавать в ласковые руки медиков, а уж те должны поставить диагноз.
Случаев выявления свиного гриппа с помощью «шереметьевского тепловизора» пока не было. Напротив, те больные, о которых сообщалось как раз спокойно проследовали мимо, а почувствовали себя плохо уже после возвращения домой. В этом смысле тепловизор, конечно, не панацея, да и мало одного прибора на весь аэропорт.
Для «Шереметьево» и других российских аэропортов введение дополнительного контроля — своего рода ноу-хау, хотя ничего нового в подобном применении тепловизоров нет.
Многие аэропорты мира взяли эту технологию на вооружение еще несколько лет назад, когда миру угрожала эпидемия атипичной пневмонии. Россияне же. как всегда, долго запрягали.
В ближайшие недели лететь я никуда не собирался, но взглянуть на высокотехнологичные «градусники» можно было там, откуда их в «Шереметьево» привезли, — в компании «Пергам-Инжиниринг», представляющей в России интересы шведского производителя тепловизоров FLIR.
Оказалось, что в аэропортах и на вокзалах недостаточно лишь функции определения температуры объекта. Необходимо учитывать, что человек может попасть в помещение с улицы, где бывает и холодно, и жарко, и дождливо.
Температура кожи здорового человека при этом меняется в широких пределах, а потому на практике снимаются несколько заведомо здоровых людей, а потом тепловизор сравнивает с этим «эталоном» всех остальных. Особенно всматриваться в экран прибора оператору не надо: во-первых, тепловизор настроен так, что на картинке подсвечиваются все участки, температура которых выше заданной величины, а во-вторых, при обнаружении аномалии подается звуковой сигнал. Так что если в аэропорту возле вас что-то зазвенело, дело может быть и не в забытых в кармане ключах.
Путь к матрице к содержанию
Прежде чем появиться в аэропортах, прописаться в представительских автомобилях и попасть в руки охотников, тепловизоры поработали на военных и ученых: и те и другие видят много пользы в том, что температуру объектов можно определять на расстоянии. Есть наблюдательные и измерительные тепловизоры. Первые просто делают изображение в инфракрасных лучах видимым: излучение, попадающее на матрицу, преобразуется в аналоговый сигнал, оцифровывается и с помощью той или иной цветовой шкалы выводится на экран. Измерительные тепловизоры. кроме того, присваивают значению цифрового сигнала каждого пиксела соответствующую ему температуру, в результате него мы получаем картину распределения температур. Впрочем, матрицы появились сравнительно недавно.
В первых приборах, предназначенных для удаленного измерения температуры был всего один чувствительный элемент (приемник), который замерял среднюю температуру всего, что попадало в поле зрения оптики. Такие простые приборы — пирометры — выпускаются и сейчас.
Со временем, с помощью систем развертки на единственном сенсоре, научились по очереди фокусировать различные участки поля зрения прибора. На выходе такого прибора — термографа — получалась термограмма, состоящая из некоторого количества точек с измеренной температурой. Затем пришла очередь линеек сенсоров, и температуру стали замерять не поточечно, а по линиям, как в обычном оптическом сканере. Одним из первых таких приборов стал бортовой тепловизор американской фирмы Barnes, разработанный в 1954 году и устанавливавшийся на летательных аппаратах. В них осуществлялась только строчная развертка сцены, а кадры строились за счет перемещения самолета.
Создание матричных сенсоров сделало возможным появление современных тепловизоров. Идея в них заложена та же, что и в цифровом фотоаппарате: полупроводниковые элементы улавливают фотоны. Материал для сенсоров, конечно, другой, ведь фиксируется не видимое, а инфракрасное излучение. Чтобы полупроводниковая матрица в тепловизоре сохраняла достаточную чувствительность, ее температура должна быть намного ниже температуры измеряемого объекта — это своего рода борьба с шумностью изображения. Полупроводниковые матрицы охлаждают различными способами, к примеру, жидким азотом или при помощи холодильника Стирлинга.
Самые лучшие тепловизоры с охлаждаемыми датчиками могут работать на частоте до 20 кГц и измерять температуру с точностью до 0.018°, что позволяет детально рассмотреть даже очень скоротечные процессы — например, взрывы или образование трещин. Необходимость охлаждения делает тепловизоры дорогими, громоздкими и не всегда безопасными, тем самым сильно сужая область их применения, поэтому широкое распространение получили аппараты с совершенно другим типом матриц (и, увы, с меньшей производительностью) — на микроболометрах.
Болометр — прибор, позволяющий измерить энергию излучения за счет поглощения излучения чувствительным элементом — тонкой проводящей ток пластинкой. Поглощая излучение, пластина разогревается, ее электрическое сопротивление растет, и эти изменения фиксируются. В современных матрицах для тепловизоров болометр имеет размер 25 мкм, а главное достоинство такой матрицы в том, что ее не нужно охлаждать. Первый коммерческий тепловизор серии Thermovision 500, в котором приемник излучения работал при комнатной температуре, был выпущен шведской фирмой AGEMA Infrared Systems.
Тепловизоры работают в разных диапазонах длин волн, но два основных соответствуют окнам прозрачности земной атмосферы для инфракрасного излучения: 2,5-5 и 7-14 мкм. Большинство неохлаждаемых тепловизоров показывают хорошие результаты именно во втором диапазоне, где их точность достигает 0,045° при рабочей частоте болометрической матрицы до 100 Гц. На этом участке спектра и атмосфера более прозрачна на значительных расстояниях, и энергии больше излучается, и посторонних засветок меньше.
Разрешение на высокое разрешение к содержанию
Как и в цифровой фотографии, разрешение получаемой термограммы зависит от количества элементов в матрице. По мнению специалистов компании «Пергам-Инжиниринг», в области тепловидения американцы обогнали всех остальных лет на пять. Так, матрицы 2048×2048 элементов выпускаются только в США, и экспортировать их запрещено. Эти четырвхмегапиксельные матрицы предназначены для военной техники визуального наблюдения. Измерять температуру они не могут, во всяком случае — пока.
Самые большие измерительные матрицы — 1024×1024 — производятся в тех же Соединенных Штатах и используются в научных приборах. Приборы эти запрещено поставлять в Россию и некоторые другие страны, но в Европу они вывозятся, хоть и под очень жестким контролем: заранее определяется, где, кем и для чего будет применяться конечный прибор. США оставляют за собой право проверять выполнение этих требований через представителя посольства. Тепловизор давно вышел за рамки исключительно военного применения, но вывезти из Америки без лицензии можно только маленькие матрицы 320×240 с частотой кадров не больше 9 Гц.
Из матриц, серийно выпускаемых в других странах, самые большие имеют размер 640×512 элементов. В тепловизорах почти всех производителей (кроме американских) используются микроболометрические матрицы французской компании ULIS. Их выпускается несколько сотен тысяч в год, и этого хватает всем вендорам.
Теплое слово о войне к содержанию
Во многие тепловизоры встроен эталон температуры, с которым прибор может сверяться раз в несколько секунд. Те приборы. которые я сам подержал в руках, издают при этом щелчок, чем-то напоминающий срабатывание затвора: это эталон помещается перед датчиком и калибрует его. Но даже при регулярной калибровке достичь высоких метрологических показателей для любого типа тепловизоров нелегко.
Выходной сигнал ИК-приемника зависит от многих параметров, часть которых абсолютно точно измерить нельзя. Порой каждый нюанс приходится учитывать по-разному в каждом новом эксперименте. Кроме того. каждое тело не только само излучает в зависимости от собственной температуры и коэффициента излучения, но еще и отражает внешние тепловые волны. Излучение может проходить сквозь изучаемый объект и тоже регистрироваться тепловизором. К тому же на небольших расстояниях нужно учитывать излучение от самого человека. который пользуется прибором.
Обилие факторов, влияющих на тепловое излучение обьектов, определяет и множество сфер применения тепловизоров. То излучение, которое в одном опыте является помехой, в другом может стать основным признаком исследуемого объекта. Подводная лодка оставляет тепловую отметину на поверхности воды, которая остается различимой для тепловизора в течение нескольких часов. Если наша задача — измерять температуру океана, то тепловой след искажает реальную картину. а разведывательный спутник, напротив, может целенаправленно охотиться за такими аномалиями.
То, что США придерживают свои передовые разработки в данной области, связано с их стратегической важностью. Кроме слежки за вражескими субмаринами, тепловизоры применяются в системах наведения и противоракетной обороне. Используя специальные знания, с помощью тепловизора можно с воздуха или из космоса обнаружить аэродром, подземные коммуникации, укрытия и даже мины. При использовании тепловизора в качестве прибора ночного видения можно легко выявлять расположение потенциальных врагов, так как исходящее от человека тепло замаскировать очень трудно — понадобятся специальные костюмы, вроде тех, что придумали авторы известного «Хищника». На том же эффекте основано применение тепловизоров в охранных системах.
Долой покровы к содержанию
Умение тепловизора обнаруживать то, что скрыто от глаз, пригодилось и в чисто мирных целях. Но прежде чем рассказать об этом, вспомним про опыты с инфракрасным излучением, о которых несколько лет назад писал Сергей Леонов в статье «Человек-невидимка наоборот». Он, напомню, пытался «просвечивать» разные материалы, pin-коды на скретчкартах. закрытые защитным покрытием, ну а центральной (но так и не раскрытой) темой стало изучение возможности видеть сквозь одежду — очень стойкий миф, связанный с тепловым излучением. Сергей использовал способность некоторых фотокамер воспринимать часть инфракрасного спектра, примыкающую к видимому диапазону. У меня же в руках были тепловизоры, а главное, я мог задать вопрос специалистам. Вот что рассказал Алексей Белокопытов, региональный менеджер компании «Пергам».
— Тепловизор видит поверхностную температуру слоя, не превышающего толщиной 2-7 мкм. Для наиболее распространенных приборов диапазона 7-14 мкм прозрачность материалов невелика. В этом диапазоне прозрачны сапфир, кремний, германий, полиэтилен. Сквозь одежду можно было бы смотреть разве что в том случае, если бы люди носили вещи из пластика. Есть некоторые серийно выпускаемые фотокамеры, матрицы которых воспринимают в том числе и часть волн ИК-спектра. Для таких камер продаются фильтры, выделяющие тепловое излучение. Вот с этой техникой тонкая одежда, особенно синтетическая. практически прозрачна. Впрочем, такие «наборы для маньяков» к тепловизорам отношения не имеют.
Так можно ли? Можно. Однако взгляните, как выглядит в тепловых лучах человек. Мы пытались смоделировать новый вид фейсконтроля в «Шереметьево», и изображение было настроено так, чтобы Иван Скобов из «Пергама» выглядел как 1 человек, который слегка затемпературил. Яркие темные пятна на лице — участки кожи с температурой выше заданной. Да и без этих пятен облик человека в тепловизоре чересчур неприглядный, чтобы грезить подобными образами.
Тепловой код Да Винчи к содержанию
Есть тепловизоры, работающие в диапазоне 0.8-2.5 мкм, что совсем близко к видимому свету. В этой области спектра становятся прозрачными, например, кремний и некоторые краски, что дает возможность использовать тепловизоры для реставрации картин и фресок. Для этого нужно, чтобы верхний слой краски был не слишком толст — не больше нескольких микрон, не больше. Так иногда можно узнать о первоначальном замысле художника или о том, что раньше на холсте было совсем другое изображение.
В этом и многих других случаях для получения нужной информации необходимо вывести изучаемый обьект из термодинамического равновесия, ведь будучи нагретыми до одинаковой температуры, все части объекта излучают почти одинаково. Инфракрасный источник излучения распространяет тепловую волну, которая, отражаясь от внешних и внутренних слоев объекта, выявляет различие в материалах. неоднородности или дефекты. Если нагрев объекта нежелателен, по возможности используют суточный цикл, проводя наблюдения на закате или восходе, когда температура меняется естественным образом.
Вообще, обнаружение дефектов — один из коньков тепловидения. Многие технологические процессы должны протекать при определенных температурах, короткие замыкания сопровождаются тепловыделением. механическая перегрузка узпов всевозможных машин тоже может быть обнаружена благодаря температурным аномалиям. Трещины, износ, коррозия. утечки — все это в тепловых лучах обнаруживается иногда проще, чем в видимом свете.
Тепловизор способен увидеть засор или воздушную пробку в трубе, нарушения в теплоизоляции зданий. На одном из пивных заводов немецкой фирмы Erdinger с помощью тепловизоров проверяют чистоту бочек, в которых варится пиво. Учитывая российскую специфику, некоторые наши нефтеперерабатывающие заводы внедрили технологию, которая с помощью тепловизора определяет степень заполнения покидающих завод цистерн, а в пункте назначения проверяет: не убыло ли по пути. Все делается быстро, оператором или автоматически, без вступления с объектами в непосредственный контакт.
В Томске есть Институт оптики атмосферы, где, в частности, изучают динамику лесных пожаров. На полигоне, засаженном деревьями, их специально поджигают, чтобы исследовать закономерности распространения огня при стихийном бедствии. Польза от тепловизора в таких экспериментах не столько в том. что он замеряет температуру, а в том, что дым для него практически прозрачен. Это же свойство тепловизора оценили и пожарные: через клубы дыма и пара можно увидеть человека и вытащить его из пылающего здания.
Конечно, интерпретации тепловизиоиной картинки нужно учиться, особенно важно это в медицине, где тепловизоры используются уже довольно широко. С их помощью, например, можно изучать психические процессы и лечить травмы, обнаруживать тромбы в кровеносных сосудах или раковые опухоли на ранней стадии (по словам Алексея Белокопытова, в США чуть ли не автоматы сделали для диагностирования рака груди). В пользе этих приборов никто не сомневается, но нашим больницам и поликлиникам они, к сожалению, не по карману: цена самого простого прибора с разрешением матрицы 320×240 составляет около 14 тысяч евро. К тому же в России есть всего два места, где могут обучить врачей работать с тепловизором, одно из них это сервисный центр компании ОАО «Пергам-Инжиниринг».
Свои против чужих к содержанию
Функциональность современных тепловизоров огромна: большое количество внешних интерфейсов, параллельная запись инфракрасного и видеоизображения, сохранение кадров во внутреннюю память, работа с различными специальными программами. Внешний вид некоторых.тепловизоров напоминает видеокамеру — но это впечатление обманчиво: тепловизоры гораздо сложнее, а запись видеоизображения на таком приборе может быть лишь второстепенной опцией.
Все это касается, увы, только импортной техники. По мнению Белокопытова. в развитии тепловизионных технологий СССР шел наравне с американцами в 60-х годах, но разрыв постепенно увеличивался, пока не достиг нынешней, увы, такой привычной пропасти. В России делаются термографы, требующие охлаждения жидким азотом, не так давно появились штучные приборы на матрицах 128×128. Цены их велики, а конкурировать с зарубежными аналогами можно разве что в задачах, где не нужна динамика. Все разработки довольно старые — конца 80-х, начала 90-х годов.
На российские танки ставят французские тепловизоры Thales, в которых используются французские же детекторы Sofradic весит прибор 3-5 кг. Иван Скобов рассказал о своих впечатлениях от российского военного сканирующего тепловизора: 20 кг — блок с чувствительным линейным сенсором. 20 кг — электронный блок, еще килограмм двадцать — батарея Для танков, конечно, годится. но для носимого варианта совершенно неприемлемо. Не знаю, можно ли вывести отрасль из кризиса путем установки тепловизоров на Lada Рriora и введением пошлин на зарубежные приборы, но к прибытию на Землю Хищника мы пока явно не готовы.
Тепловизор позволяет видеть ночью к содержанию
Тепловизоры часто путают с приборами ночного видения, хотя разница между ними существенна. Классический прибор ночного видения позволяет ориентироваться при низком уровне освещенности, усиливав свет, попадающий в обьектив. Во многих случаях яркий обьект, оказавшийся в поле зрения, «слепит» прибор. С этим пытаются бороться, иногда — хорошо, иногда — в недорогих массовых приборах — не очень.
Тепловизор в свете не нуждается. Он, конечно, может быть использован в качестве прибора ночного видения, только задача здесь решена иначе. Известная философская конструкция о темноте как об отсутствии света взята в тепловизионной технике на вооружение: смотрим на то, что есть, — в данном случае на тепло.
Терминологическая неразбериха отчасти связана с тем, что оба понятия иногда используются как синонимы. Скажем, читает состоятельный, но не искушенный в технических тонкостях человек обзоры про BMW 750U: в одном сказано про встроенную систему ночного видения, в другом — про тепловизор. Отсюда всего один шаг до отождествления.