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

מצלמות היפרספקטרליות לרחפנים – סדרת SPECIM AFX

סדרת Specim AFX מהווה פתרון הדמיה היפרספקטרלי מתקדם עבור רחפנים שמיועדים ליישומי חישה מרחוק. COMPACT ALL-IN-ONE SOLUTION FOR UAV REMOTE SENSING Specim AFX series is a state-of-the-art hyperspectral imaging solution for drones designed for remote sensing applications. It is an all-in-one device with a high-end hyperspectral sensor based on our

קרא עוד »

חישה מרחוק היפר-ספקטרלית באמצעות כטב"ם

שימוש בטכנולוגיה מתקדמת לשיפור מחקר וניהול גידולים חקלאיים, באמצעות שילוב של כלי טייס בלתי מאויש, אשר מצויד במערכות הדמיה היפר-ספקטרליות. Food scarcity, population growth, and global climate change have propelled research to enhance crop yield growth. Field crop phenotyping provides important information to explain crop growth and its relationship with

קרא עוד »

ליווי חברת Percepto

היכרות עם הלקוח פרספטו חברת פרספטו מחוללת מהפכה באופן שבו תשתיות ונכסים חיוניים נבדקים ומנוטרים. מייצרת פתרון תוכנה ייחודי מבחינת בדיקה וניטור מקצה לקצה. כל זאת ביחד הופך את זרימת הנתונים החזותיים ל100% אוטומטיים, וזאת בזכות שילוב בין רחפנים תעשייתיים לראייה ממוחשבת. אופי העבודה עם רחפני פרספטו פרספטו עובדת עם

קרא עוד »

Spectral Devices Inc – שחקן חדש בתחום המצלמות המולטי-ספקטראליות

Spectral Devices Inc אסיו ויז'ן מצרפת שחקן חדש בתחום המצלמות המולטי-ספקטראליות: חברת Spectral Devices Inc החברה פיתחה מספר רב של מערכות הדמיה רב-ספקטרליות קומפקטיות וחסכוניות, כולל מצלמות צילום רב-ספקטרליות, מצלמות סריקת קו רב-ספקטרליות, מצלמות רב-ספקטרליות, מצלמות צילום רב-ספקטרליות, ציוד לעיבוד מזון רב-ספקטרלי ומערכות מל"טים רב-ספקטרליות. לחברה מגוון מוצרים שנועדו למגוון

קרא עוד »

CIS – חיישן תמונה במגע

סריקה מהירה ורזולוציה גבוהה Teledyne DALSA משיקה את משפחת חיישני התמונה AxCIS Teledyne DALSA הודיעה כי משפחת מודולי הדמיה AxCIS™ שלה, המיועדים לסריקת קווים במהירות גבוהה וברזולוציה גבוהה עם אינטגרציה מלאה, נמצאים בייצור. חיישני הדמיה במגע (CIS) קלים לשימוש אלה משלבים חיישנים, עדשות ותאורה הכל-באחד, ומציעים מערכת בדיקה בעלות נמוכה

קרא עוד »

סדרת עדשות חדשה מבית שניידר-אופטיקה

הסטנדרט החדש לגלאי 1.2” על מנת "לסחוט" את הטוב ביותר מהסנסורים החדשים של סוני, יש צורך באופטיקה מתאימה. משפחת עדשות JADE היא אחת הבודדות בשוק שתוכננה במיוחד עבור חיישני 1.2 אינץ&#39. התאימות שלהם לטכנולוגיית Pregius S™‎ מהדור הרביעי של סוני, במיוחד עם חיישני IMX530 ו-540IMX בעלי פיקסל בגודל של 2.74

קרא עוד »

שילוב מדויק בין רובוט למצלמה

Automotive & Robotics As a driving force in industrial automation and an early adopter of industrial robots on its production lines, the automotive manufacturing industry has and continues to push technology innovation in machine vision. Precise calibration between robot and camera, accurate 2D and 3D object detection and pose determination

קרא עוד »

מצלמות במארז מוגן מפני מים ואבק

Teledyne FLIR IIS is pleased to announce the Forge® 1GigE IP67, the latest in its industrial camera series designed to perform in harsh industrial environments while ensuring highly efficient production capabilities. Forge 1GigE IP67 is the latest in our commitment to deliver advanced imaging systems for factory automation. Key features of the

קרא עוד »

DragonFly המצלמה של Teledyne

Modular and Versatile  he Dragonfly S USB3 camera is designed to accelerate the inception stage of imaging application development which addresses the essential need of a modular, compact and lightweight camera for at scale manufacturing, volume based applications and multi camera systems. Compact and Lightweight Compact, lightweight design for handheld

קרא עוד »

מעבדה היפר ספקטראלית ניידת

מעבדה היפר ספקטראלית היא דבר מורכב בדרך כלל הדורש מלבד המחוש ההיפר ספקטראלי, גם ציוד היקפי לאיסוף נתונים, ביצוע חישובים, תיעוד, תצוגה וכיו"ב. מה הן המגבלות בבדיקות היפר ספקטראליות בשטח? עד היום אחת מהמגבלות לביצוע בדיקות היפר ספקטראליות בשטח היה הסרבול בהבאת הציוד לביצוע מדידות מסוג זה בשטח. כשאומרים ביצוע

קרא עוד »

לשיחת יעוץ

השאירו פרטים ונציגנו יחזרו אליכם בהקדם!