מה צריך לדעת על גלאי IR

*מאמר זה לקוח מאתר FLIR 

ישנם סוגים רבים של מצלמות אינפרא־אדום (או תרמיות), כמו שישנן יישומים מדעיים שונים. אז איזו מצלמה מתאימה ביותר ליישום שלך במחקר ופיתוח?

מצלמות אינפרא־אדום הן לעיתים החלק החסר שמאפשר להבין באמת מה קורה בסביבת מחקר ופיתוח. מכיוון שהן מזהות ומציגות חום, מצלמות אלו מספקות תובנות על הכל, החל מפגמים בעיצוב לוחות חשמליים ועד לשריפה של חלקיקי פחם בודדים בתוך להבה גדולה.

בתוך משפחות המצלמות המיועדות למדע, לחוקרים יש מגוון אפשרויות — ממצלמות תרמיות זולות, ללא קירור, ועד מצלמות ביצועים גבוהים עם גלאי מקורר. בחירת הדגם המתאים תלויה במידה רבה ביישום הרצוי, ולכן יש לקחת בחשבון את המשתנים הבאים.

 

הגדרת גלאי מקורר ולא מקורר

גלאי אינפרא־אדום מקורר משתמש בחומרים שמופעלים בטמפרטורות קריוגניות. חומרים אלו מגיבים לפוטונים בודדים של אור, מה שהופך אותם לרגישים ומהירים מאוד — בחירה טובה ליישומי הדמיה בעלי ביצועים גבוהים. מגוון החומרים מאפשר למצלמות מקוררות לפעול בתחומי אינפרא־אדום קרוב, בינוני ורחוק. החסרונות העיקריים הם העלות והמורכבות: הגלאים חייבים להיות בתוך דואר ואקום, בעוד שהמערכות הקריוגניות דורשות תחזוקה תקופתית וצריכת חשמל משמעותית.

גלאי אינפרא־אדום לא מקורר, לעומת זאת, פועל בטמפרטורת סביבה ואינו דורש מערכות קירור מיוחדות, מה שהופך אותו לפשוט יותר, זול יותר ועמיד יותר. גלאים אלו פועלים בעיקר בתחום האינפרא־אדום הרחוק (LWIR) ונמצאים בשימוש נפוץ במצלמות אבטחה, ניטור תעשייתי והדמיה תרמית כללית. אף על פי שיש להם רגישות ורזולוציה נמוכות יותר מגלאים מקוררים, הפשטות והעלות הנמוכה הופכים אותם לפופולריים מאוד ביישומים מסחריים וצרכניים.

 

תחומי אורך גל באינפרא־אדום

בתחום ספקטרום האור, תחום האינפרא־אדום נמתח מאורך גל של כ־780 ננומטר עד 1 מילימטר, ומגשר בין אור נראה למיקרוגל. לרוב הוא מחולק לשלושה תחומים: אינפרא־אדום קרוב (NIR) – 0.78–3 µm, אינפרא־אדום בינוני (MWIR) – 3–8 µm, ואינפרא־אדום רחוק (LWIR) – 8–15 µm. כל תחום אורך גל משרת מטרה ייחודית, מה שהופך את טכנולוגיית האינפרא־אדום לחיונית בתעשיות וביישומים רבים.

  • אינפרא־אדום קרוב (NIR): משמש לבדיקות תעשייתיות לגילוי פגמים או הבדלים בחומרים שאינם נראים לעין, אך גם לניטור סביבתי, חקלאות ומחקר מדעי. יכולתו לחדור שכבות צבע מאפשרת שימוש בשחזור יצירות אומנות.
  • אינפרא־אדום בינוני (MWIR): מתאים ליישומי רדיומטריה והדמיה תרמית מדויקת בשל קונטרסט תרמי גבוה ורגישות מצוינת, אידיאלי למחקר הגנה ולעיצוב אלקטרוניקה.
  • אינפרא־אדום רחוק (LWIR): מתאים גם לגלאים מקוררים וגם ללא מקוררים. LWIR עובר טוב בערפל, עשן ואבק, ולכן מתאים לסביבות תעשייתיות קשות וליישומי אבטחה לטווח ארוך.

 

מהירות הגלאי

מהירות המצלמה תלויה במידה רבה בחומרי הגלאי. במצלמות SWIR ובכאלו שמצלמות עד 1.7 µm, החומר הנפוץ ביותר הוא אינדיום גאליום ארסן (InGaAs). עבור MWIR, חומרים מקוררים כגון תרכובת כספית–קדמית–תרמית (MCT), אינדיום אנטימון (InSb) או SLS (Strained Layer Superlattice) מספקים קצב פריימים מהיר ורגישות גבוהה.

ל-LWIR קיימים מיקרובולומטרים מבוססי סיליקון או מתכות שאינם דורשים קירור, או גלאים מקוררים MCT או SLS בעלי מהירויות אינטגרציה מהירות וטווח טמפרטורות רחב.

מיקרובולומטרים: רגישים בין 7.5 µm ל-14 µm, מותאמים לרגישות מקסימלית סביב 10 µm לטמפרטורת סביבה (~30°C). מהירות ורגישות הן הפוכות; גלאים רגישים מאוד נוטים להיות איטיים יותר. קריאת “רולינג שטר” עלולה ליצור עיוותים עבור עצמים מהירים. להדמיה מדויקת, אירועים צריכים להיות איטיים מ-60 מילי־שניות.

גלאים מקוררים: כוללים גלאי רגיש לפוטונים, ROIC לאיסוף אותות, מסנן קר שמגביל רגישות, ומערכת קירור. כל פיקסל כולל קיבול אינטגרציה לשליטה באנרגיה המצטברת. הם מאפשרים מהירויות פריימים גבוהות, איכות תמונה מדויקת ויכולת windowing, אידיאלי ללכידת תנועה ללא טשטוש ושמירה על קריאות טמפרטורה מדויקת.

 

רגישות הגלאי

רגישות תרמית (NETD – Noise Equivalent Temperature Difference) מודדת את ההפרש בטמפרטורה הנדרש ליצירת אות השווה לרעש הזמני של המצלמה. NETD מייצג את רמת הרעש בזמן יחסי. ככל שהערך נמוך יותר – הרגישות גבוהה יותר.

  • מיקרובולומטרים ללא קירור: NETD ~30–50 mK
  • מצלמות מקוררות: NETD ~20 mK

שני סוגי הגלאים חווים רעש זמני ומרחבי. רעש זמני מתרחש באופן אקראי לאורך זמן; רעש מרחבי מופיע בתבנית קבועה. ביצוע Non-Uniformity Correction (NUC) מפחית רעש מרחבי. גלאים מקוררים מספקים תמונות חדה יותר עבור אירועים תרמיים חלשים או חולפים בהשוואה לבולומטרים.

 

רזולוציה מרחבית של הגלאי

רזולוציה מרחבית (IFOV / Instantaneous Field of View) מגדירה את השטח שכל פיקסל בגלאי או מצלמה תופס. עיקרון זה חל על מצלמות מקוררות, לא מקוררות או דיגיטליות. כל פיקסל מכסה אזור מסוים המתרחב החוצה במרחב. כדי להבין את הרזולוציה המרחבית יש לדעת את שדה הראייה (FOV) של המצלמה.

פייסבוק

לינקדין

PDF אתר

קישור לאתר

שתף
Email
Facebook
WhatsApp
LinkedIn
Twitter
Print

מאמרים בנושא

הצורך בראייה תרמית מהירה

*מקור הכתבה המקורית: "The Need for Speed – May 2025" , מאת FLIR.   חקר ופיתוח של מערכות דינמיות או עצמים הנעים במהירות גבוהה מציב אתגר ניכר בפני חוקרים. כדי להשיג נתוני אינפרה-אדום מפורטים בתנועה, נדרשות מצלמות תרמיות המסוגלות לא רק לקלוט קצב פריימים גבוה, אלא גם להציע זמני אינטגרציה

קרא עוד »

מצלמות תרמיות מקוררות – דיוק, מהירות ואיכות ביישומי אוטומציה תעשייתית

מצלמות תרמיות מקוררות מייצגות את החזית הטכנולוגית של תחום ההדמיה התרמית בתעשייה. בזכות רמת רגישות גבוהה, קצב צילום מהיר ויכולת מדידה מדויקת, הן מהוות פתרון מוביל ליישומי אוטומציה תעשייתית הדורשים דיוק, מהירות וזמינות גבוהה. הדמיה תרמית ככלי קריטי בתעשייה הדמיה תרמית הפכה בשנים האחרונות לחלק בלתי נפרד מתהליכי הייצור, הבקרה

קרא עוד »

Bumblebee X – מצלמות סטריאו תעשייתיות לשילוב רובוטיקה מבית FLIR

פיתוח משמעותי נוסף מצטרף לעולם הרובוטיקה התעשייתית – מצלמות סטריאו תעשייתיות מבית FLIR . מצלמות אלו מציבות סטנדרט חדש ביכולת התפיסה המרחבית של מערכות רובוטיות, ומאפשרות לרובוטים לפעול בדיוק גבוה, במהירות ובאופן עצמאי. המצלמות החדשות משלבות עיבוד תמונה חכם, חיישנים מתקדמים ועמידות לתנאי תעשייה, ומספקות פתרון תלת ממדי מלא ליישומי

קרא עוד »

ניטור תרמי חכם למניעת תקלות בקווי ייצור באמצעות מצלמה קומפקטית GX2 מבית Teledyne

  ניטור רציף באמצעות מצלמות תרמיות מאפשר לזהות בעיות לפני שהן הופכות לתקלות חמורות, ובכך למנוע הפסקות ייצור יקרות או נזק לציוד. שימוש בטכנולוגיה תרמית הפך בשנים האחרונות לכלי מרכזי בתחזוקה מונעת במערכות קריטיות, במיוחד בתעשיות שבהן כל השבתה עלולה לגרור עלויות גבוהות במיוחד. באמצעות מצלמות תרמיות ניתן לאתר התחממות

קרא עוד »

חיבור של יותר מ-40 מצלמות GigE למערכת אחת – אתגר או הזדמנות

בעולם הראייה הממוחשבת, הדרישה למערכות מרובות מצלמות הולכת וגוברת – בין אם מדובר ביישומים תעשייתיים מורכבים, מערכות פיקוח על קווי ייצור, רובוטיקה מתקדמת או ניטור תלת-ממדי. עם ההתרחבות עולה שאלה מרכזית: מה קורה כשמחברים מצלמות רבות. המאמר של Teledyne Vision Solutions בוחן מקרוב את האתגרים, הסיכונים והפתרונות הקיימים עבור פריסת

קרא עוד »

עדשות ורי-פוקל במערכות ראיית מכונה – גמישות תפעולית בפתרון אחד

במערכות האינטגרציה שאסיו ויז'ן מספקת לתעשייה, עדשות ורי-פוקל הן חלק בלתי נפרד מהפתרון הכולל המשלב מצלמות תעשייתיות, עיבוד תמונה ובקרת תהליכים. עדשות אלו מעניקות ללקוחותינו גמישות תפעולית, דיוק ויכולת התאמה מהירה לשינויים בקו הייצור – ללא צורך בהחלפה פיזית של ציוד או בהגדרה מחדש של המערכת. עקרון הפעולה – התאמה

קרא עוד »

פתרונות אופטיים לצילום תעשייתי

עדשות מקרו עדשות מקרו תוכננו במיוחד עבור שדות ראייה קטנים (FOV), ששווים בערך לגודל החיישן של המצלמה. עדשות מאקרו מוגדרות מבחינת ההגדלה שלהן ביחס לחיישן המצלמה ומותאמות למיקוד "קרוב". מאפייני MTF טובים מאוד ועיוות זניח הופכים אותם לאידיאליים עבור יישומי ראייה רבים. לחברת אסיו ויז'ן אפשרויות מגוונות רבות בתחום עדשות

קרא עוד »

SPECIM מכריזה על עדשת מאקרו חדשה להדמיה היפר-ספקטרלית

חברת SPECIM המובילה בתחום ההדמיה ההיפר-ספקטרלית הכריזה על עדשת מאקרו חדשה שתאפשר למצלמות החברה להתמקד באובייקטים קטנים במיוחד וללכוד פרטים עדינים ברזולוציה גבוהה. הפיתוח החדשני הזה פותח אפשרויות חדשות לשווקים מגוונים הדורשים רמת פירוט גבוהה במיוחד, בעיקר בתחום התעשייה והמחקר המדעי. מהי הדמיה היפר-ספקטרלית? הדמיה היפר-ספקטרלית היא טכנולוגיה מתקדמת המאפשרת

קרא עוד »

ההתאמה של בינה מלאכותית לבדיקות Vision בתעשייה: מהפכה בדיוק וביעילות

הטמעת פתרונות בינה מלאכותית (AI) בבדיקות ויז'ן בתעשייה מספקת יתרונות משמעותיים שמעצימים את רמות הדיוק, המהירות והגמישות בתהליכי הייצור. מערכות AI משנות את הדרך שבה ארגונים בוחנים איכות מוצרים, מזהים חריגות ומייעלים תהליכי עבודה. על ידי שילוב טכנולוגיות מתקדמות, ניתן לשפר את הביצועים באופן דרמטי, לצמצם טעויות אנוש ולמנוע תקלות

קרא עוד »

מקורות תאורה רבי עוצמה מבוססי LED – פתרון מתקדם להחלפת תאורות קסנון והלוגן

חברת CCS המיוצגת בישראל על ידי ASIO Vision מובילה בפיתוח מקורות תאורה רבי עוצמה, המותאמים לדרישות ההולכות וגוברות של תעשיות מתקדמות. במיוחד בתחום ראיית המכונה, שבו קצב העיבוד גדל וזמני האינטגרציה מתקצרים, קיימת דרישה לפתרונות תאורה חדשניים המספקים עוצמה, יציבות וגמישות מירבית. סדרת PFBR-600SW2 – תאורה עוצמתית עם יכולות מתקדמות

קרא עוד »

אנליזה אקוסטית: טכנולוגיה חדשנית למניעת תקלות במפעל החכם

בעולם התעשייה 4.0 היעילות והתחזוקה המונעת הם מפתח להצלחה והטכנולוגיות החדשניות תופסות מקום מרכזי. בין הטכנולוגיות הבולטות, ראיית המכונה והאנליזה האקוסטית מובילות את המהפכה. בעוד שראיית המכונה מתמקדת בזיהוי חזותי, האנליזה האקוסטית מנצלת את גלי הקול לאיתור בעיות שאינן נראות לעין האנושית או למצלמות רגילות.   אנליזה אקוסטית: כיצד היא

קרא עוד »

מצלמה חכמה ו AI – כן זה הולך ביחד!

קפיצת מדרגה בתחום הראייה הממוחשבת מצלמת BOA3 של Teledyne DALSA חברת Teledyne DALSA השיקה את הדור השלישי של סדרת המצלמות החכמות שלה – BOA3, המסמנת התקדמות משמעותית בתחום הראייה הממוחשבת לתעשייה. ביצועים משודרגים מבוססי בינה מלאכותית AI מצלמת BOA3 מציגה דור חדש של פתרונות מתקדמים עם שילוב כלי בינה מלאכותית

קרא עוד »

לשיחת יעוץ

השאירו פרטים ונציגנו יחזרו אליכם בהקדם!