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2023年度科普行动专项计划(第一期) | 热成像仪:黑夜里的一双“火眼金睛”

发布时间:2023-05-26作者:上海能动中心
   科技立则民族立,科技强则国家强。科普是智慧之源、力量之源、创新之源。把握大势,实现高水平科技自立自强,需要重视蓄积科普的力量。
   
   2023年5月13日-5月14日,“中国科学院第十九届公众科学日暨全国科技工作者日”正式拉开帷幕,为响应“遇见科学,预见未来”主题活动,上海浦东先进能源动力研究中心正式启动2023年度科普行动专项计划,本次主题是“点燃全民科普明灯,筑梦科技自立自强”。
   科普行动专项计划第一期分享主题是黑夜里的一双“火眼金睛”—热成像仪。
   在生活中,我们经常会有在黑暗、无光环境下作业的需求,而黑暗环境下仅仅凭借人眼或普通望远镜并不能很好地探测到目标物,那在这种情况下怎么办呢?
   为了解决这一问题,热成像仪也由此诞生。其实早在第二次世界大战,交战各国便对热成像仪的军事用途表现出了兴趣,并对其进行研究和小规模应用。1943年,美国就与RNO合作生产了一款代号M12的机型,这可以算是最早的一款热成像仪,此时其功能和外观已初具热成像仪的雏形。
   众所周知,在自然界中,一切物体只要温度高于绝对零度(-273℃),无论是白天还是黑夜都会发射红外线。而热成像仪便是凭借这一点,通过接收目标物发射的红外辐射能量,将其转化为可见的热图像,从而实现了可视化,那热成像仪又是如何将不可见的红外线转化为可见的热图像呢?

热成像仪工作原理示意图(图片来源:百度)

   如图所示,目标物的红外线被红外光学系统捕捉到后,红外探测器会将这些强弱不等的辐射信号转换成相应的电信号,通过图像信号处理,我们便能看到有多种颜色组成的红外热图,那我们又能从这些热图像上获取到哪些信息呢?

   接下来我们就通过几个热成像仪的应用来简单了解下吧~

   热成像仪的应用一观察动物习性

   在茂密的森林,树叶遮挡了大部分的阳光,很少有阳光能够照射到树林下的地面,黑暗的环境和夜里差不多,尤其很多野生动物还是夜行动物,这个时候如果想要获取野生动物的影像,普通相机显然已经不能满足这一诉求了。而通过热成像仪,我们便能解决这一问题。

热成像仪的应用一:观察动物习性(图片来源:百度)

   我们可以看到在这张图里,动物的身体由不同颜色组成,并与背景在视觉上产生了极大的对比度,而这些颜色的不同便意味着温度的不同。使用热成像仪不仅能拍摄到动物影像,还可以透过热图像上的不同色块了解到动物不同部位的体温,从而了解其生态行为。

   热成像仪的应用二:辅助安全驾驶汽车

   在安全驾驶领域,有一个统计,说是白天事故率虽然比晚上要多,但致死率低;而夜间事故虽然相对少,但致死率却极高,大家知道这是为什么吗?

   那是因为夜间视野较差,驾驶者对道路的观察受到视野和光线的影响。哪怕司机打起十二分精神,由于视线受限,司机也很难在发生事故的时候做到有效制动。

   也正是因为这样,夜间交通事故一旦发生,往往就会造成严重的后果。据不完全统计,夜间事故致死率是白天的两到三倍。

热成像仪的应用二:辅助安全驾驶汽车(图片来源:百度)

   在光照条件差、重度雾霾等恶劣天气和环境下,热成像仪可以帮助驾驶员辨识道路环境及周边行人车辆,起到预警甚至制动的功能。
   在夜间,热成像仪也可以辅助驾驶员,辨识并提醒周边行人及车辆的位置,起到强化行车安全的作用。
   热成像仪的应用三:抓捕逃犯的高科技
   湖南省某县发生一起特大命案,犯罪嫌疑人持刀致3死1伤后迅速潜逃至莽莽大山,在密林和复杂的溶洞中寻找隐匿之地,如果你是警察,你会怎么做呢?
   在一眼望不到头的群山中,地毯式排查相当于大海捞针。想要抓到犯罪嫌疑人,最好的方式就是挖掘他的需求,从而预判他的行为。
   很显然,嫌犯为了能够隐藏在山区里,一定会选择昼伏夜出,规避风险。如果白天潜伏不出,那夜晚必定要出来觅食,以谋生存。
   而在夜间密林中,人体温度比环境温度要高,警方凭借热成像仪便可初步锁定到躲藏于密林中的”高温“嫌犯。
   天网恢恢,疏而不漏,在高科技参与侦捕行动的8天后,在山坡溶洞附近的犯罪嫌疑人被警方缉捕归案。 

热成像仪的应用三:抓捕逃犯的高科技(图片来源:百度)

   当然,除了以上提到的几种应用,热成像仪也在各行各业有着较为广泛的应用。

   比如可以监控自然环境变化(如火山爆发、山体滑坡等突发灾害),从而起到一定的安防作用。

   在地震等自然灾害中能够通过大面积测量筛查体温,从而有效发现并抢救压在废墟中的灾民。

   通过实时监测发电机、电动机等设备不平衡负载的状态(如轴承温度过高,碳刷、滑环和集流环发热,绕组短路或开路,冷却管路堵塞过载过热等问题),从而实现设备维修。

   你们身边又有哪些热成像仪的应用呢?欢迎在后台留言栏中分享交流~

 

供稿| 宋彬彬
责编| 郑雯洁