Insanlar ilk defa Infrared (IR) ya da termal görüntüleme ile karşılaştıklarında, kameradan gelen görüntüyü yorumlamada sıklıkla zorluk çekmektedir. Ne gördüklerini bilememektedirler. Daha da kötüsü, termal kamera yatırımından en iyi şekilde yararlanmıyorlar.
Termal kameralar anlaşılamayacak kadar kompleks değildir, ancak gözümüzle dünyayı görüşümüzden farklıdır.
IR nedir ?
IR ya da termal görüntüleme cihazları, gözlerinizle gördüğünüzden farklı bir enerji türünü görüntüler. İnsan gözü ve tipik bir cctv kamerası ya da drone kamerası – görünür ışığı görürken, bir termal kamera kızılötesi enerjiyi görür.
Hem görünür ışık hem de kızılötesi her ikisi de elektromanyetik spektrumun parçasıdır. Bunları birbirinden farklı kılan, yanıt verdikleri dalga boylarıdır.
Elektromanyetik enerji dalgalar halinde gezinir. Dalga boyu bir dalganın peak noktasından bir diğer dalga boyunun peak noktasına olan fiziksel mesafedir. Kızılötesi spektrumunda, bu dalga boyları “micrometer” olarak ölçülür. Görünür ışık dalga boyu 0.4-0.75 micrometer (mikron olarak da telafuz edilir ve µm olarak kısaltılır) iken termal kameraların çalıştığı kızılötesi enerji genellikle 7.5-14 µm dalga boyunu tespit eder ve çalışır.
Dedektör belirli bir dalga boyu için duyarlıdır. Insan gözü ve tipik cctv kameraları ya da drone’lar 0.4-0.75µm dalga boyuna duyarlıdır ve bu dalga boyunu görüntüleyebilir. Infrared (kızılötesi) enerji dalga boyu insan gözünün görmesi için oldukça uzundur. Bu yüzden termal kameralar görünmeyeni görür.
Elektromanyetik spektrum, yakın kızılötesinden 0.75µm’den uzak kızılötesinde 1 mm’ye (1000µm) kadar kızılötesi dalga bandı aralıklarını içerir.
Görünür ışık dalga boyundaki farklı dalga boyları – gökkuşağı renkleri olarak tasvir edilir – gözlerimiz tarafından bu renk aralığı olarak yorumlanır. Daha kısa dalga boyları mavi ve menekşe, daha uzun dalga boyları ise turuncu ve kırmızıdır (spektrumun sonu)
Termal kameralar görünür ışığı tespit edemediğnden, renkleri tespit edemez.
Renk, görünür ışığın bir fonksiyonudur ve gözlerimizle görebiliriz. Infrared enerji insan gözüne görünmez.
Bu nedenle, bir termal kamerada farklı renk paletleri olarak gösterilen false renkleri, kamera tarafından algılanan ve değişen kızılötesi enerji yoğunluklarına atamalıyız. İnsanların bir termal kamerayla gördükleri, sahnedeki nesnenin yüzeyinden (çoğunlukla) gelen değişen yoğunluktaki kızılötesi enerji.
İşte tam bu noktada bir çıkarım yapalım. Görünür ışığı görebiliriz ama kızılötesini göremeyiz; görünür ışık içindeki dalga boyları farklı renklere eşittir . Kızılötesi ise renkleri hiç göremez. Termal kameranın, kızılötesi görüntülemeyi, gerçek renkler ile değil, kızılötesi veya ısı enerjisinin yoğunluklarındaki farklılıkları algıladığını ve görürüntülediğidir.
Isı vs Sıcaklık (Heat vs Temperature) :
Infrared enerji hakkında konuşuyoruz ve bunu ısı enerjisi olarak ifade ediyoruz. Isı enerjisi ve sıcaklık karıştırılmamalıdır. Aynı şey değildirler. Birşey termal kameraya sıcak görünüyorsa, çok ısı enerjisi veriyor anlamına gelir.
Dünyadaki herşeyi oluşturan moleküller titreşime sahiptir. Bir maddeye Isı enerjisi eklendikçe, moleküller daha hızlı hareket eder ve moleküller arasında daha fazla sürtünme yaratır ve bu yüzden objenin sıcaklığı artar. Termal kamera ile gördüğümüz şey, birşeyden gelen ısı enerjisinin miktarıdır. Onun sıcaklığı değildir.
Radyometrik termal kameralar sıcaklığı hesaplayabilir
Sıcaklık, objedeki ısı enerjisinin azlığı ya da çokluğunun bir sonucudur. Eğer ısı enerjisi eklersek, sıcaklık artar. Eğer enerji azaltılırsa, sıcaklık düşer. Çünkü termal kameralar ısı enerjisini tespit eder. Kızılötesi görüntüde gördüğümüz sıcaklık değeri “tespit edilmemektedir” , ölçülmektedir-hesaplanmaktadır. Bu hesaplama birçok önemli değişken tarafından etkilenmektedir.
Birşeyi ne sıcak veya soğuk yapar ?
Objeden gelen kızılötesi enerji, objenin yüzeyinden gelen enerjidir.
Enerji nesnenin kendisinden geliyor olabilir, nesneden yansıyabilir, nesneden geçebilir, veya bunların üçünün birleşimi olabilir.
Görüntüyü doğru yorumlayabilmek için ve görüntünün sıcaklığını hesaplayabilmek için, gördüğümüz enerjinin nereden geldiğini anlamak gereklidir.
Kızılötesi görüntüde gördüğümüz her şey, yayılan, yansıyan ve/veya iletilen enerjinin bir kombinasyonudur. Bu ilişkiyi, sahnedeki IR enerjisinin yüzde 100’ünü temsil eden 1 ile aşağıdaki gibi matematiksel olarak gösterebiliriz.
E + R + T = 1
Yayılan (Emitted) : objeden doğrudan gelen enerji yayılan enerji olarak adlandırılır. Objenin içerdiği enerjidir ve ondan yayılır.
Yansıyan (Reflected) : Yansıyan enerji, başka bir şeyden kaynaklanan ancak kamera görüş alanında görülen, nesneden yansıyan termal enerjidir.
İletilen (Transmitted) : Nesnenin arkasındaki bir şeyden gelen enerji ilgili nesneden geçtiğinde, o materyalin “iletici” olduğu söylenir. Bu, görülen enerjinin ilgili nesneden değil, arkasındaki başka bir nesneden iletildiği anlamına gelir.
İyi haber nispeten çok az şey infrared enerjiyi geçirebilir. Yansıyan ve iletilen enerjinin enerjinin kombinasyonunu görürüz. (E+R = 1)
Örneğin muşamba ve çöp torbaları gibi ince film plastikler, termal kamera ile bu nesnelerin içinden görüş elde edilebilir, kızılötesini yüksek oranda iletir. Ancak görünür ışığa opaktırlar. Tersine, normal pencere camı görünür ışığı yüksek oranda iletir ancak kızılötesine karşı neredeyse tamamen opaktırlar.
Sıcak ne kadar SICAK ?
Isı termal kameranın görebildiği enerji tipidir. Ancak sıcaklık objenin sahip olduğu ısının azlık veya çokluğunun sonucudur. Isı enerjisi ya yayılır ya da yansır.
Bir cismin ısısını yaymada ne kadar etkili olduğunun ölçüsüne emisivite – salım gücü denir. Emisivite, bir nesnedeki enerjinin ne kadar enerji yaydığına bir oranıdır. 0 – 1.0 arasında değerle gösterilir. Bu nedenle, yüzde 90 emisiviteli bir nesnenin emisivite değeri 0.9’dur. Ayrıca, gördüğümüz herşeyin bir yayıcı ve yansıtıcı kombinasyonu olduğunu unutmayın. Yüzde 90 yayıyorsa, yüzde 10 yansıtır. Bir nesnenin ne kadar yayıcı veya yansıtıcı olduğu, azalan önem sırasına göre aşağıdaki 6 şey tarafından belirlenir.
Materyal,
Yüzey,
Görüş açısı,
Geometri,
Nicel bir inceleme için bir termal kamerayla sıcaklıkları ölçerken, gerçek sıcaklık denilen şeyi oluşturmak için yukarıdaki değişkenlerin tümünün dengelenmesi gerekir.
kaynak : DELTA Solution Series Part 1 – Infrared Fundamentals | Teledyne FLIR adresindeki içerik tercüme edilmiştir.
