Я уже сбился со счёта, сколько раз меня спрашивали: «Так эта штука действительно может видеть сквозь стены?» Люди берут в руки тепловизор — ручной прибор или модуль для БПЛА — и ожидают, что я отвечу утвердительно. Голливуд представил тепловидение как подобие рентгена с оранжевым фильтром. А в реальности? Ничего подобного.

Ниже рассмотрены пять самых живучих мифов о тепловидении, с которыми я постоянно сталкиваюсь в электронных письмах, на Reddit и в комментариях на YouTube. На каждый из них будет дан прямой ответ с объяснением лежащих в его основе физических принципов. Если вы выбираете модуль для своего проекта, понимание этих вопросов уже сейчас поможет избежать покупки неподходящего оборудования.

Как работает тепловидение

Любой объект с температурой выше абсолютного нуля испускает инфракрасное излучение. Чем выше температура, тем интенсивнее инфракрасное излучение. Микроболометрический детектор тепловизора регистрирует длинноволновое инфракрасное излучение LWIR в диапазоне 8–14 мкм и преобразует его в изображение: горячие области отображаются яркими, а холодные — тёмными.

Главное, что необходимо помнить: тепловизор регистрирует только температуру поверхности. Он не проникает вглубь материала и не видит сквозь предметы. Он обнаруживает инфракрасное излучение, исходящее от самого наружного слоя поверхности. И всё. Все приведённые ниже мифы возникают из-за того, что об этом забывают.

Миф № 1 — «Тепловизоры видят сквозь стены»

Нет. Гипсокартон, кирпич, бетон и древесина непрозрачны для длинноволнового инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение, достигающее стены, поглощается или отражается. Сквозь стену оно не проходит.

Если бы инфракрасное излучение проходило сквозь стены, тепловое изображение представляло бы собой размытую смесь помех от улицы, солнца и всех окружающих объектов. Чёткое отображение температуры поверхности стены как раз подтверждает, что она блокирует излучение от находящихся за ней объектов.

Что действительно можно обнаружить

Миф №2 — «Тепловизоры видят сквозь стекло»

Нет. Для длинноволнового инфракрасного излучения LWIR стекло фактически является зеркалом. Направив тепловизор на окно, вы увидите собственное отражение, а не то, что находится снаружи. Кремний-кислородные связи в стекле поглощают инфракрасное излучение, а не пропускают его. Пропускание практически отсутствует.

Именно поэтому объективы тепловизоров изготавливают из германия или селенида цинка, а не из обычного стекла. Эти материалы прозрачны для LWIR, тогда как силикатное стекло его не пропускает.

Миф №3 — «Тепловизор не видит сквозь туман или дым»

Неверно: в таких условиях тепловизор справляется лучше, чем система формирования изображений в видимом диапазоне.

Видимый свет с длиной волны приблизительно 400–700 нм сильно рассеивается частицами тумана и дыма. Длины волн LWIR составляют 8 000–14 000 нм, то есть они приблизительно в 20 раз длиннее. Поэтому такое излучение значительно слабее рассеивается мелкими частицами. Именно по этой причине пожарные уже десятилетиями используют тепловизионную технику. Никакой магии — всё дело в более длинных волнах.

Миф №4 — «Тепловизор измеряет температуру абсолютно точно»

Кто-то видит на экране значение 127,3 °C и записывает его как абсолютно точное. Затем другая камера показывает 124,1 °C, что вызывает недоумение.

Тепловизор оценивает температуру. Это радиометрический прибор, а не термометр. На результат влияют три основных фактора:

① Коэффициент излучения (ε). Коэффициент излучения человеческой кожи составляет приблизительно 0,97. У полированного алюминия он равен приблизительно 0,1–0,2, поскольку такой материал отражает большую часть инфракрасного излучения. Неправильно установленный коэффициент ε приводит к недостоверным показаниям. Всегда проверяйте коэффициент излучения исследуемого материала по соответствующей таблице.

② NETD характеризует чувствительность, а не точность.  Значение NETD 25 мК означает, что тепловизор способен обнаружить разницу температур 0,025 °C. Это не означает, что точность измеряемой температуры составляет ±0,025 °C. Путаница между разрешающей способностью и точностью измерения приводит к недостоверным данным.

③ Расстояние и условия окружающей среды. На расстоянии 20 м поглощение инфракрасного излучения в атмосфере ослабляет принимаемый сигнал. Влажность и температура окружающей среды также влияют на результат. Бюджетные модули редко компенсируют влияние этих факторов, тогда как высококлассные радиометрические камеры такую компенсацию выполняют.

Миф №5 — «Тепловизор работает только ночью»

Тепловизор работает круглосуточно. Он регистрирует испускаемое инфракрасное излучение, а не отражённый видимый свет. Для детектора не имеет значения, находится солнце над горизонтом или нет.

Настоящая проблема — эффект выравнивания температур цели и фона. Солнечный свет нагревает поверхности неравномерно: температура камня может составлять 50 °C, травы — 25 °C, а человека — 35 °C. Когда температура фона приближается к температуре человеческого тела, тепловой контраст практически исчезает. Особенно сильно этот эффект проявляется около восхода и заката. Цель, хорошо различимая в 4 часа утра, к 6 часам может исчезнуть с теплового изображения — не потому, что камера вышла из строя, а потому, что разница температур сократилась до минимума.

Дополнение — «Может ли тепловизор видеть сквозь одежду?»

Нет. Ткань блокирует инфракрасное излучение. Камера регистрирует только температуру поверхности ткани — и ничего больше. Тёплый телефон в кармане создаёт на ткани слабое тепловое пятно, но это не означает, что камера видит сквозь одежду до кожи. Этот миф не просто ошибочен — он вреден. Он заставляет людей отказываться от полезной технологии из-за возможности, которой в действительности не существует.

Все пять мифов — краткий обзор

Выбор тепловизионной камеры: что действительно важно

• Разрешение: 640×512 обеспечивает в четыре раза более высокую детализацию, чем 320×256. Для любых задач, выходящих за рамки базового обнаружения зон перегрева, выбирайте более высокое разрешение.
• NETD: Разница между 25 и 40 мК важна при выявлении малых температурных различий — например, влаги или ранних признаков неисправностей электрооборудования.
• Видеовыход: PAL обеспечивает практически нулевую задержку, что особенно важно для FPV-дронов. UVC позволяет начать работу сразу после подключения к ПК или смартфону. Некоторые модули поддерживают оба типа вывода.
• Поле зрения объектива (FOV): широкое поле зрения подходит для общего обзора, а узкое — для наблюдения на больших дистанциях. Выбирайте объектив в соответствии с конкретной задачей.
• Радиометрия: нужны температурные данные или только тепловое изображение? Радиометрические модули стоят дороже; нерадиометрических модулей вполне достаточно для задач, где требуется только обнаружение зон перегрева.

Рынок быстро изменился. Модули, которые пять лет назад стоили тысячи, теперь стоят сотни. Однако законы физики не изменились ни на йоту — именно поэтому эти пять мифов по-прежнему необходимо развенчивать.

Часто задаваемые вопросы