Quando e por quem a câmera de imagem térmica foi inventada

11 de agosto de 2022

 

Quando e por quem a câmera de imagem térmica foi inventada - 11 de agosto de 2022

O mundo em que vivemos não é perfeito. E um homem neste mundo está constantemente tentando melhorá-lo e definir seu lugar nele. Um lugar, cujo topo só existe no mundo virtual. Estudando o problema, os cientistas foram à sua solução durante séculos e, tendo chegado ao topo, perceberam que este é apenas um ponto intermediário, não uma vitória. Um homem sem asas sempre sonhou em voar como um pássaro. E ele voou, tendo projetado um avião. Quando ele decolou no ar, ele ficou horrorizado - era apenas o pé do Olimpo. Afinal, do avião, ele estava mais perto de sonhar com as estrelas, e o oceano da altura era imenso e tão inexplorado. Isso só aumentou o desejo de seguir em frente, inclusive de ver mais longe, mais claro e melhor. Vendo, como um gato, no escuro e usando o calor de outra pessoa de um organismo vivo de sangue quente para descobrir uma terceira "visão de gato" virtualmente real. Uma visão se abriu e está abrindo uma série de soluções novas e inesperadas no desenvolvimento de quase todos os campos da atividade científica. Este é apenas o começo de uma longa e interminável jornada. O caminho do estudo e implementação do infravermelho, em linguagem comum, tecnologia térmica, começou há dois séculos. Na ciência, existe uma designação simples e complicada para energia térmica irradiada, definida como a "assinatura de calor". Em princípio, é porque mesmo que o gelo emita energia térmica à medida que um objeto se aquece proporcionalmente, a liberação de energia térmica em ondas infravermelhas aumenta, o que uma cobra pode sentir inequivocamente. Este é o melhor exemplo de como este animal, discernindo a diferença de temperatura dos roedores, ataca com sucesso sua presa em completa escuridão. Como funciona?

Quando e quem inventou a imagem térmica
No início do século XIX, o astrônomo William Herschel, ao buscar uma solução para o problema da redução do brilho da imagem do Sol em telescópios, descobriu a liberação de uma grande quantidade de calor ao utilizar um filtro vermelho. Quando medido, o calor aumentou na região escura além da extremidade vermelha do espectro. Quando o ponto de máximo foi estabelecido, descobriu-se que estava muito além da extremidade vermelha do espectro, agora conhecida como "faixa de onda infravermelha". Essa descoberta ele chamou de escopo termométrico. Pesquisas posteriores mostraram que, além desse espectro, existe uma forma invisível de luz, chamada "raios invisíveis", que apenas setenta anos depois recebeu o nome agora familiar de "infravermelho". Aliás, ele também obteve a primeira gravação de uma imagem térmica em papel, que chamou de termógrafo. No final do século XIX, o cientista americano Langley, inventou um dispositivo - um bolômetro, para medir a radiação térmica. Era o protótipo do termômetro muito sensível de hoje, que concentrava a radiação infravermelha em placas e media a corrente elétrica com um galvanômetro. No início do século XX, em 1934, o físico húngaro Tihanyi inventou a câmera de televisão eletrônica sensível à radiação infravermelha. Este foi o ponto de partida para o desenvolvimento ativo da visão noturna. Desde então, os dispositivos de visão noturna foram divididos em gerações. A introdução gradual de cada geração foi associada ao aumento do alcance de observação, melhoria da qualidade da imagem e redução do peso e tamanho dos dispositivos. O critério que define a nova geração é o principal componente do dispositivo - o conversor eletro-óptico, cuja essência é tornar visível o invisível aumentando o brilho.
Como nasceu a imagem térmica
O início foi dado pela chamada geração "zero" onde foi utilizado um conversor óptico da empresa holandesa Philips, batizado em homenagem a um dos desenvolvedores "vidro de Holst". O fotocátodo e o fósforo foram aplicados em seus fundos em dois béqueres aninhados. Ao criar um campo eletrostático, eles conseguiram a transferência de imagem. De fato, nesta versão, o equipamento funcionava apenas pela iluminação obrigatória do objeto de observação com um holofote infravermelho. Embora o dispositivo fosse impressionante em tamanho, muito pesado e com baixa qualidade de imagem, os britânicos começaram a produção em massa para as necessidades do exército em 1942. Em quatro anos de uso deste conversor, o desenvolvimento e a produção ativa de miras noturnas, binóculos, e sistemas para tanques e outros equipamentos começaram. Nos anos sessenta, houve tentativas de produzir detectores de elemento único que escaneavam e criavam imagens lineares do que era visto. Devido ao alto custo do projeto, essa ideia não foi concretizada.
Os dispositivos de cascata única desta geração têm mais desvantagens do que vantagens. Na primeira geração do dispositivo eletro-óptico, uma frágil lâmpada de vácuo de vidro com sensibilidade fotocátodo foi usada como elemento principal. Este dispositivo deu uma imagem clara no centro e distorceu tudo nas bordas. Com uma fonte lateral ou frontal de luz forte, o instrumento praticamente ficava "cego". À noite, sem iluminação infravermelha adicional, a visibilidade também era quase zero. Nos anos sessenta, com o desenvolvimento da tecnologia de fibra óptica, tornou-se possível melhorar os dispositivos da primeira geração, substituindo-os por um mais condicional. O vidro plano foi substituído por uma placa de fibra óptica, o que possibilitou transmitir imagens com grande clareza, obter alta resolução em todo o quadro e eliminar o brilho.
Os anos setenta foram marcados pelo desenvolvimento da segunda geração de dispositivos. Pesquisadores americanos equiparam o aparelho com um amplificador baseado em uma placa de microcanais, onde os elétrons em uma câmara especial são amplificados várias vezes, obtendo uma excelente visão. Por causa disso, a segunda geração do dispositivo eletro-óptico é comumente chamada de dispositivo inversor.
Não há câmara de dispersão na segunda geração seguinte, chamada planar, e o elétron entra diretamente através da tela do conversor óptico de elétrons. O aparelho perdeu qualidade de imagem e, ao mesmo tempo, dobrou a taxa da imagem no modo infravermelho. As inovações adicionaram controle de brilho e proteção contra luz lateral e frontal. Esses dispositivos pertenciam a equipamentos profissionais.
Em 1982 começou a contagem regressiva da terceira geração de dispositivos eletro-ópticos, diferentes em design. Eles usaram gálio, o que aumentou a sensibilidade do infravermelho em várias vezes. Os dispositivos desta geração são reconhecidos como de alta tecnologia e são de grande interesse, em primeiro lugar, para o complexo militar-industrial. Devido à ausência de placa de fibra óptica, deve-se notar que os dispositivos da quarta geração não são protegidos da exposição lateral à luz. E o preço. O dispositivo desta geração superou todas as tolerâncias razoáveis ​​no entendimento da formação de custos do fabricante.
Provavelmente para compensar as desvantagens do aparelho e reduzir o custo, foi desenvolvido o aparelho da geração SUPER two-plus. Os desenvolvedores planejaram combinar as vantagens tecnológicas de todas as gerações anteriores do conversor óptico eletrônico neste equipamento. O resultado foi um fotocátodo muito sensível. Como os especialistas admitem, não há diferença entre o Super Two Plus e a terceira geração. Exceto pelo preço. Em termos de custo, o Super Two Plus corresponde ao preço de um carro de orçamento médio.
Primeiras aplicações
No início de 1930, cientistas alemães investigaram ativamente os efeitos da radiação térmica nos semicondutores. Como resultado, foram desenvolvidos receptores de radiação sensíveis, que desempenharam um papel essencial no desenvolvimento de inúmeros sistemas infravermelhos, produzidos até quatro mil por mês, para a indústria militar. Os mais bem sucedidos na década de 1930 foram os americanos, que criaram equipamentos para conduzir tanques à noite e miras noturnas para navios. Em 1941, a marinha britânica começou a equipar as embarcações com dispositivos de visão noturna baseados em conversores ópticos de imagem, que ajudavam os barcos a retornar à sua base no escuro. Com a ajuda deles, os barcos que retornavam após um ataque encontraram o navio base por suas luzes de sinalização. Quase ao mesmo tempo, o exército alemão foi equipado com equipamentos infravermelhos para dirigir tanques à noite, miras noturnas e sistemas de identificação de aeronaves. Por exemplo, à noite, ao usar faróis de duzentos watts em tanques fechados com filtro infravermelho, o motorista podia ver enormes obstáculos a quase duzentos metros de distância, e a mira do rifle funcionava efetivamente até cem metros de distância. No início dos anos sessenta, a empresa sueca AGA desenvolveu um termovisor infravermelho para os militares, cujos modelos subsequentes para imagens infravermelhas foram por muitos anos os melhores do mundo. Quando os três maiores fabricantes de infravermelho, as empresas americanas FLIR e Inframetrics e a sueca AGEMA Infrared Systems, se fundiram em meados dos anos noventa, iniciou-se uma nova fase da imagem térmica. Hoje a FLIR Systems, uma empresa americana, é a maior fabricante mundial de câmeras termográficas comerciais para pesquisa científica, indústria e agricultura, indústria e agricultura, monitoramento de objetos aéreos e visão noturna.

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