كيف يعمل التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء؟

مقدمة

التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراءهي تقنية رائدة أنشأت عمليات في مجالات متعددة، بما في ذلك العلاج الطبي والصناعة والأمن. ولكن كيف يعمل التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء في الواقع؟ في هذا المقال، سوف نتعمق في المبادئ الكامنة وراء هذه التكنولوجيا الرائعة، ونستكشف عملياتها، ونتعرف على تطوراتها الضمنية التي لم تولد بعد.

 

 

فهم الأشعة تحت الحمراء

قبل الغوص في تعقيدات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، من المهم فهم مفهوم الأشعة تحت الحمراء. تشير الأشعة تحت الحمراء إلى موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية أطول من تلك الخاصة بالضوء المرئي. وفي حين أن أعيننا غير صالحة لتحليل هذا الإشعاع، فإن كاميرات التصوير الحراري التقنية يمكنها التقاطه وتحويله إلى صور مرئية.

 

 

العلم وراء التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

تشير الأشعة تحت الحمراء إلى موجات كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية أطول من موجات الضوء المرئي. هذه الانتفاخات تتجاوز قدرة العين البشرية على الرؤية ولكن يمكن اكتشافها باستخدام كاميرات الأشعة تحت الحمراء. تبعث جميع الأجسام كمية معينة من الأشعة تحت الحمراء، والتي تختلف باختلاف درجة حرارتها. يتم امتصاص هذا الإشعاع المنبعث أيضًا بواسطة كاشفات خاصة في كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء تُعرف باسم مقاييس الصغر، وهي مصنوعة من تجهيزات مشابهة لأكسيد الفاناديوم أو السيليكون غير المشكل. تعمل الطاقة التي تمتصها المقاييس الدقيقة على تسخينها، مما يؤدي إلى تغيير في المقاومة الكهربائية التي يمكن قياسها وتحويلها إلى صورة رقمية.

 

تاريخ التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

يعود تاريخ التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء إلى عام 1800 عندما اكتشف عالم الفلك البريطاني السير ويليام هيرشل لأول مرة الجزء تحت الأحمر من الحاجز الكهرومغناطيسي. ومع ذلك، لم يبدأ استخدام التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء للأغراض العسكرية إلا بعد الحرب العالمية الثانية. كانت كاميرات الأشعة تحت الحمراء السابقة كبيرة وثمينة، ولكن مع تحسن التكنولوجيا، أصبحت أقل تكلفة وبأسعار معقولة ومتاحة على نطاق أوسع.

 

عمليات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

 

العمليات الطبية

التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لديه مجموعة واسعة من العمليات الطبية. في أمراض القلب، يمكن أن يساعد في تشخيص مشاكل الدورة الدموية عن طريق الكشف عن تعطل مجرى الدم داخل القلب أو الأعضاء الأخرى. يمكن أن يساعد أيضًا في تشخيص سرطان العظام في مرحلة مبكرة من خلال ربط المناطق التي بها تدفق دم غير طبيعي ودرجة حرارة متقدمة. في نهاية المطاف، يمكن استخدام التصوير الحراري لتقليل خطر الإصابة بقرح الضغط وغيرها من الأمراض الجلدية في حالات طريح الفراش.

 

 

تطبيقات صناعية

في البيئات الاصطناعية، يمكن للتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء الكشف عن المشكلات التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. على سبيل المثال، يمكن اكتشاف تسربات الطاقة في الهياكل ووزارات التصنيع، والتي يمكن حلها أيضًا لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين الفعالية. يعد التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء مفيدًا أيضًا في الحفاظ على الكهرباء لكشف عوامل التسخين الزائد والمساعدة في تجهيز الأعطال.

 

 

العمليات الخدمية والأمنية

تم استخدام التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء في العمليات العسكرية والأمنية منذ عقود. ويمكن استخدامه لتتبع حركة البشر ليلاً أو في المناطق المحيطة منخفضة الإضاءة، مما يسمح باكتشاف الأشخاص الذين قد يحاولون تجنب الاكتشاف. تستخدم الطائرات العسكرية أيضًا التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لكشف وتتبع الدمدم والذخائر الأخرى من مسافة بعيدة.

 

 

الاتجاهات والتطورات الخلفية

مع تقدم التكنولوجيا، أصبح التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء متاحًا وبأسعار معقولة. تتمتع الكاميرات الأحدث بأحكام متقدمة وقادرة على التقاط الصور في الوقت الفعلي. وبالمثل، فإن دمج الذكاء الاصطناعي وخوارزميات المعرفة الآلية في كاميرات الأشعة تحت الحمراء يساعد في أتمتة تحليل الصور الحرارية وتفسيرها.

 

إن الحكمة وراء التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء رائعة ومعقدة، وتتضمن الأدوية والكيمياء والهندسة الكهربائية. إن فهم كيفية عمل هذه التكنولوجيا أمر بالغ الأهمية لتقدير عملياتها العديدة في مجال المخدرات والمثابرة والأمن. ومع التقدم التكنولوجي والتطورات الجديدة التي تلوح في الأفق، يمكننا أن نتوقع أن يصبح التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء أكثر سهولة بالفعل وأن يراجع الطريقة التي نرى بها عالمنا ونفهمه.

 

كاميرات التصوير الحراري

لالتقاط الأشعة تحت الحمراء، تستخدم كاميرات التصوير الحراري أجهزة كشف خاصة تسمى المقاييس الدقيقة. تتوافق هذه الكاشفات مع شبكة من وحدات البكسل الثنائية، يمكن لكل منها تحليل وقياس شدة الإشعاع الحراري. يقوم الكاشف بتحويل الإشعاع المكتشف إلى إشارات كهربائية، والتي يتم إعادة استخدامها أيضًا لإنتاج تمثيل مرئي لتوزيع درجة الحرارة.

 

لوحات الألوان ورسم خرائط درجة الحرارة

لتعزيز تفسير الصور الحرارية، يتم استخدام لوحات ألوان مختلفة لتمثيل التغيرات في درجات الحرارة. لوحة الألوان الشائعة هي "قوس قزح" أو "القوس الحديدي"، حيث تظهر درجات الحرارة الباردة باللون الأزرق أو الأرجواني، ودرجات الحرارة المعتدلة باللون الأخضر أو ​​الأصفر، ودرجات الحرارة الساخنة باللون البرتقالي أو الأحمر. يساعد هذا التلوين في تحديد الاختلافات في درجات الحرارة والشذوذات داخل مشهد معين.

 

 

تطبيقات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

 

التطبيقات الطبية

أثبت التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء أهميته في التشخيص الطبي. فهو يسمح لمتخصصي الرعاية الصحية باكتشاف التغيرات الدقيقة في درجات حرارة الجسم، والتي يمكن أن تشير إلى الحالات الأساسية. على سبيل المثال، يُستخدم التصوير الحراري في فحوصات سرطان الثدي، حيث قد تشير أنماط الحرارة غير الطبيعية إلى وجود أورام محتملة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يجد تطبيقات في الطب الرياضي، وعلم الأعصاب، والعناية بالجروح.

 

التفتيش الصناعي

في صناعات مثل التصنيع والصيانة الكهربائية، يلعب التصوير الحراري دورًا حاسمًا في تحديد الأعطال أو أوجه القصور. من خلال تصور أنماط الحرارة، يمكن للفنيين اكتشاف المكونات المحمومة، والعزل الخاطئ، وتسرب الطاقة في المباني. يساعد هذا النهج الاستباقي على منع تعطل المعدات وتحسين استخدام الطاقة وتحسين السلامة العامة.

 

الأمن والمراقبة

أصبح التصوير الحراري أداة أساسية في أنظمة الأمن والمراقبة. على عكس الكاميرات التقليدية، يمكن للكاميرات الحرارية اكتشاف البصمات الحرارية، مما يتيح رؤية أفضل في ظروف الإضاءة المنخفضة أو البيئات الغامضة. تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في أمن المحيط، وإنفاذ القانون، وعمليات البحث والإنقاذ، لأنها تتيح اكتشاف الأفراد أو الأشياء بناءً على انبعاثاتها الحرارية.

 

التطورات والتطورات المستقبلية

يتطور مجال التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء باستمرار، مدفوعًا بالتقدم التكنولوجي وزيادة التطبيقات. يستكشف الباحثون طرقًا جديدة لتحسين دقة الصورة وزيادة دقة القياس وتطوير أجهزة تصوير حراري محمولة وفعالة من حيث التكلفة. علاوة على ذلك، فإن دمج الذكاء الاصطناعي وخوارزميات التعلم الآلي يظهر نتائج واعدة في أتمتة تحليل وتفسير الصور الحرارية، مما يفتح إمكانيات جديدة في مجالات مختلفة.

 

خاتمة

يعد التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء تقنية قوية تسمح لنا بتصور وتحليل الإشعاع الحراري المنبعث من الأشياء والكائنات الحية. ومن خلال تسخير مبادئ الأشعة تحت الحمراء واستخدام الكاميرات المتخصصة، يمكننا اكتشاف رؤى قيمة في مجالات تتراوح من الطب إلى الصناعة والأمن. مع تقدم التكنولوجيا وتوسع التطبيقات، يحمل مستقبل التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء إمكانات هائلة لمزيد من التقدم والاكتشافات.

 

مراجع:

"كيف يعمل التصوير الحراري؟" أنظمة فلير، www.flir.com/discover/instruments/thermal-imaging/how-does-thermal-imaging-work/.

شوت، جون ر. “تطبيقات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء”. سبي، 2017، دوى:10.1117 / 3.2260088.ap.

فيلار، غلوريا، وآخرون. "التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء المطبق على الطب: مراجعة." فيزياء وتكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء، المجلد. 103، 2020، دوى:10.1016/j.infrared.2019.103109.