تصویربرداری و عکاسی فراطیفی | Hyperspectral Imaging

تصویربرداری و عکاسی فراطیفی | Hyperspectral Imaging

در این مطلب قصد دارم در مورد تصویربرداری و عکاسی فراطیفی یا Hyperspectral Imaging با تلفط هایپِر اِسپکترال ایمیجینگ با شما صحبت کنم . حالا چرا میخوام این مطلب رو با شما به اشتراک بگذارم ؟ جواب : حتما تا حالا در آثار سینمایی و تلویزیونی و مستند ویا در آثار اکشن و یا جنگی موقعیت ها و صحنه هایی رو در فیلم ها دیدین که دید در شب رو نشون میده یا نقشه های حرارتی رو از دید یک ربات قاتل نشون میده یا یک دراکولایی که توانایی های فراانسانی داره که میتونه از حرارت بدن جانداران مکان و موقعیت وشکل اونها رو تشخیص بده یا تصاویر سبز رنگی که دید دوربین های دید در شب رو نشون میده. مثال : در فیلم Dracula Untold زمانیکه شخصیت اصلی داستان دارای توانایی های دراکولا یا خوناشام میشه میبینیم که دارای دید حرارتی یا توانایی تشخیص حیوانات واشیاء موجود در محیط از راه دور میشه و با طیف رنگی RGB نمایش داده میشه . مثال دوم : در فیلم Troll 2022 نیروهای امنیتی برای یافتن غول در موقع شب از تکنولوژی دید در شب استفاده میکنند و در نهایت موفق میشن غول و مکان اون رو پیدا کنن و این صحنه با طیف رنگی سبز نشون داده میشه. اگر دوست دارید ماهیت و چیستی این تصاویر و تکنولوژی ها رو در دنیای واقعی ببینید در این مطلب با من همراه باشید.

تکنولوژی با استفاده از امواج ایکس و فرو سرخ به داده های متفاوت و گاها بیشتری نسبت به دید طبیعی انسان میرسه مثلا در جاهایی که نور نیست باعث میشه محیط و داخل اون رو ببینیم و حرکات و اشیاء و جانداران رو تشخیص بدیم ، یا امواج سی تی اسکن باعث میشه داخل بدن نمایش داده بشه ، یا با دستگاه های ویژه نقشه حرارتی محیط یا جانداران یا ساختمان و فضا رو ببینیم که همه اینها یا با تک رنگ سبز نمایش داده میشن یا با رنگ های RGB اصلی. مثلا با نقشه حرارتی میزان اتلاف انرژی یا دمای یک فضا یایک ساختمان رو تشخیص می دهیم."

تصویربرداری فراطیفی نوعی از تصویربرداری طیفی است که مانند سایر انواع تصویربرداری طیفی داده‌ها را از بخشی یا تمام طیف الکترومغناطیسی گردآوری و پردازش می‌کند. در حقیقت یک شیء در طول موج ‌های مربوط به رنج فراطیفی که بالاتر از طول موج‌های طیف مرئی هستند مورد تصویر برداری قرار می‌گیرد . هدف اصلی در تصویر برداری فرا طیفی، بدست آوردن محتوای طیفی یا به اصطلاح اثر طیفی یا امضای طیفی برای هر پیکسل از تصویر است .(مقصود تصویر شیء مورد عکس برداری است ) . اثر طیفی مربوط به مواد مختلف منحصر به فرد است مانند اثر انگشت و در نتیجه بدست آوردن آن به شناسایی مواد کمک می‌کند . به‌طور مثال در عکس برداری با استفاده از ماهواره سنگ از خاک قابل تشخیص می‌شود یا در پزشکی سلول‌های سرطانی شناسایی می‌شوند. اثر طیفی معمولاً در یک نمودار دو بعدی نمایش داده می‌شود که در آن محور x طول موج یا فرکانس و محور y مقدار را برای یک پیکسل از تصویر نشان می‌دهد.

برخلاف چشم انسان که تنها می‌تواند نور قابل دیدار در سه باند (قرمز، سبز و آبی) را ببیند، تصویربرداری فراطیفی دامنهٔ دید را به باندهای بسیار بیشتری گسترش می‌دهد .این نکته حائز اهمیت است که رنگ‌هایی که چشم انسان می بیند در واقع بازتاب طول موج‌های متفاوت در رنج طیف مرئی انسان است و وقتی که در مورد گسترش قدرت دید فرای این طیف مرئی صحبت می کنیم این تفاوت و برتری خود را به شکل اعداد به ما نشان می دهند و نه رنگ‌ها ! چون بالاخره چشم انسان رنج مرئی را می بیند . تفاوت ظاهری در این است که ثصاویر فراطیفی گرفته شده با به اصطلاح رنگ ساختگی آشکارسازی می‌شوند .

 

حیواناتی وجود دارند که این توانایی را در چشم‌های خود دارند مثلاً چشم‌های میگوی آخوندکی قادر به دیدن نور قابل روئیت به علاوه پرتوهای فرابنفش و فروسرخ است. میگوی آخوندکی قادر است انواع مرجان‌های دریایی، طعمه‌ها یا طعمه‌خواران را از هم بازبشناسد در صورتی که همه این‌ها ممکن است به چشم انسان به صورت هم‌رنگ دیده شوند. انسان‌ها انواع حسگرها و سامانه‌های پردازشی با این توانایی ساخته‌اند و از کارکردهای آن‌ها در پزشکی، هوا فضا , کشاورزی، کانی‌شناسی، فیزیک و زمین شناسی بهره می‌گیرند.

تفاوت بین تصویربرداری معمولی، فراطیفی و چند طیفی

تفاوت دوربین‌های رنگی معمولی با دوربین‌های فراطیفی، دراین است که در تصاویر رنگی هر پیکسل تصویر دارای اطلاعات رنگی نمونه فقط در سه رنگ آبی، سبز و قرمز است، در حالی که ثبت تصاویر فراطیفی از نمونه سبب می شود هر پیکسل از تصویر اطلاعات طیفی در صدها طول موج را دارا باشد. هنگامی که شما این مطلب را می خوانید، چشمانتان انرژی منعکس شده را می بیند. درحالی که کامپیوتر آن را در سه کانال تفکیک می کند : قرمز، سبز و آبی. شاید برای شما جالب باشد چرا که ماهی قرمز توانایی تفکیک تابش مادون قرمز که توسط چشم انسان قابل رویت نیست را دارا می باشد. همچنین زنبور عسل توانایی دیدن نور ماوراء بنفش را دارد. درحالی که این کار برای چشم انسان اصلاً مقدور نمی‌باشد. تصور کنید که چشم انسان توانایی چشم ماهی قرمز برای دیدن مادون قرمز و همچنین توانایی چشم زنبور برای دیدن ماورا بنفش را داشته باشد.قطعاً دید انسان نسبت به جهان تغییر خواهد کرد. سنسورهای چند طیفی و فراطیفی برای ما همان کار را انجام می دهند.

کاربردها : منابع نرم‌افزاری
تصویربرداری فراطیفی برای نخستین بار در اواخر دهه هفتاد میلادی در ایالات متحده آمریکا انجام شد و به سرعت پیشرفت و گسترش یافت. مهم‌ترین مرحله پیشرفت این فناوری، در سال ۱۹۸۹ و هم‌زمان با ساخت سنجنده هوابرد آویریس توسط مرکز جی‌پی‌ال ناسا صورت گرفت که قادر به نمونه‌برداری در ۲۲۴ باند طیفی بود و پس از آن انواع سنجنده‌های فراطیفی هوابرد و فضایی دیگر نیز طراحی و ساخته شدند.

 

عکاسی فروسرخ یا عکاسی مادون قرمز

عکاسی فروسرخ یا عکاسی مادون قرمز تکنیکی است که در آن قسمت مرئی نور حذف می‌شود و فقط پرتوهای فروسرخ ثبت می‌شوند. رفتار انعکاسی فروسرخ با نور مرئی فرق دارد و چون چشم انسان فروسرخ را نمی‌بیند، عکس‌هایی به وجود می‌آید که در واقعیت دیده نمی‌شوند. نمونه‌ای از تفاوت‌ها، انعکاس گیاهان است که در عکاسی فروسرخ، به رنگ سفید ثبت می‌شوند.


فیلتر فروسرخ

برای عکاسی فروسرخ به فیلتر فروسرخ نیاز است. این فیلتر نور مرئی را حذف می‌کند و فقط نور فروسرخ را از خود عبور می‌دهد.

دوربین مناسب | فیلتر دوربین
برخی از دوربین‌ها بر روی سنسور خود، فیلتر سدکنندهٔ فروسرخ دارند که نمی‌توان با آن‌ها عکاسی فروسرخ کرد.

فیلتر فروسرخ یا فیلتر مادون قرمز در عکاسی به فیلترهایی گفته می‌شود که یا پرتو فروسرخ را عبور می‌دهند (مسدود کردن دیگر طول موجها) و یا فروسرخ را مسدود می‌کنند. نوعی از این فیلترها نور مرئی را مسدود کرده اما فروسرخ را عبور می‌دهند. اینها در اصل فیلتر UV/Vis-cut هستند که طول موجهای نور ماوراءبنفش و مرئی(Visible) را حذف میکنند و فروسرخ را عبور می‌دهند. آنها برای مثال در عکاسی فروسرخ استفاده می‌شود و شیشه‌ای کاملاً تیره‌است که چشم انسان پشت آن را نمی‌بیند. فیلتر Infrared cut-off یا IR-Cut برای جلوگیری از عبور اشعه فروسرخ طراحی شده اما نور مرئی را عبور می‌دهد. این فیلترها جهت جذب حرارت و جلوگیری از انتقال حرارت (مثلاً حرارت لامپهای رشته ای و پرژکتورها) به سنسورهای حساس به دما و جلوگیری از اثرات حرارت در سایر اجزاء دستگاه استفاده می‌شوند. همچنین جهت جلوگیری از غیرطبیعی بودن رنگبندی در نور مرئی در دوربینهای عکاسی استفاده می‌شوند. بعضی دوربین‌های دیجیتال ( و اکنون شاید بیشترشان) دارای فیلتر حذف نور فروسرخ بر روی سنسور یا جلوی لنز هستند. دوربین‌های دیجیتال بر خلاف چشم ما قادر به مشاهده نور فروسرخ هستند، ولی برای اینکه بتوان یک عکس با نور فروسرخ گرفت، باید از ورود نورهای مرئی به درون دوربین جلوگیری کرد. بنابراین به فیلتری نیاز است که به غیر از نور فروسرخ، جلوی سایر نورها را بگیرد. فیلتر فروسرخ بخاطر استفاده کم و خاص بودن گران هستند.

 

نقشه های حراتی | Heat Map  | دمانگاری | ترموگرافی

دمانگاری یا ترموگرافی Thermography از روش‌های تصویربرداری فروسرخ است. گاهی به آن تصویربرداری دمایی نیز گفته می‌شود. در این روش دوربین‌های دمانگار تابش فروسرخ طیف الکترومغناطیسی (طول موج ۹ تا ۱۴ µm) را دریافت کرده و از آنها دمانگاشت (به انگلیسی: Thermogram) تهیه می‌کنند. بر اساس قانون تابش جسم سیاه، هر جسمی که دمایی بالاتر از صفر مطلق (۰ K) داشته باشد از خود تابش فروسرخ ساطع می‌کند که این امر امکان دیده شدن آن جسم را در صورت وجود یا عدم وجود نور مرئی فراهم می‌سازد. میزان پرتو فروسرخ منتشر شده از هر جسم با تغییرات دما متغیر است و این امر باعث می‌شود تا تغییرات نامحسوس دما نیز در تصویربرداری فروسرخ قابل روئیت باشند. این تصویر می‌تواند مقایسه دما را در سطوح بسیار بزرگ نیز فراهم سازد. دمانگاری با عکاسی مادون قرمز تفاوت دارد.

کاربردهای دمانگاری

تصویربرداری فروسرخ در پزشکی و ماموگرافی
باستان‌شناسی
قابلیت نمایش قطعات در حال خراب شدن بواسطه گرمای تولیدی آنها
نمایش دما در محیط‌های غیرقابل دسترس و خطرناک
نمایش تلفات گرما و انرژی در ساختمان‌ها و تأسیسات
مشاهده اجسام در تاریکی
ارزیابی ریسک آتش‌سوزی
ارزیابی آثار هنری
عیب‌یابی اتصالات سست در تجهیزات برقی
عیب یابی تجهیزات مکانیکی دوار
تشخیص ضعف یا کمبود روانکاری در بیرینگها
مشکلات تسمه ها و پولیها
تشخیص ضعف پوشش عایق در سطوح داغ

 

دوربین دمانگاری (ترموگرافی)

این وسیله مفید و کارآمد تجهیزی است که انرژی حرارتی منتشر شده از اجسام را جمع‌آوری و آن را به یک تصویر رنگی با کیفیت تبدیل می‌کند. البته باید توجه کرد که تصاویر ایجاد شده توسط دوربین در اصل تصاویری خاکستری هستند که با کمک کامپیوتر داخل دوربین به تصویر رنگی تبدیل می‌شوند. یکی از نکات مهمی که رعایت آن برای دستیابی دمای واقعی در دماسنج‌های مادون قرمز و توزیع دمایی صحیح در عکسهای بدست آمده از دوربینهای مادون قرمز، اهمیت زیادی دارد، تنظیم صحیح پارامتر ضریب تابش سطح مورد اندازه‌گیری است. به تازگی شرکت FLIR اقدام به ساخت گجتی به نام FLIR ONE نموده‌است که با اتصال به گوشی‌های هوشمند اندروید یا ios می‌توانند آن‌ها را به دوربین ترموگرافی تبدیل کنند. البته کارایی این گجتها در مقایسه با دوربینهای صنعتی محدود بوده و برای بازرسی های حساس و ارزیابی وضعیت تجهیزات صنعتی توصیه نمیشوند.

میدان دید FOV در دوربین ترموگرافی

میدان دید Field of View یکی از اصلی‌ترین ویژگی‌های دوربین‌های ترموویژن است که که اشاره به وسعت و گستره دید انسان و تجهیزات دارای لنز فیلم‌برداری و عکاسی است که اختصاراً به صورت (FOV)نوشته می‌شود. میدان دید در انسان‌ها اصطلاحاً به محدودیت‌های ناشی از دید انسان بر اساس توانایی‌های شبکیه چشم یا وجود عینک در چشم و… اطلاق می‌شود که بنا به تعریف میزان درجه زاویه دید انسان در طول ثابت است که برای تجهیزات دوربین دار نیز همین تعریف صادق است.

میدان دید لحظه ای (IFOV) و نسبت فاصله اندازه‌گیری به نقطه (D:S)

میدان دید لحظه ای اصطلاحاً میزان وضوح فضای عکس برداری یا تصویر برداری از را دور است که به رزولوشن فضا یا وضوح هندسی یا میدان دید لحظه ای (IFOV) شناخته می‌شود واحد اندازه‌گیری آن میلی رادیان milliradians (mrad) است که بنا به تعریف منطقه تحت دید یا پوشش یک پیکسل واحد را در دستگاه گویند و تعداد پیکسل‌هایی که برای محاسبه درجه حرارت یا حداقل کیفیت تصویر نقطه ای استفاده می‌شود نسبت فاصله اندازه‌گیری به نقطه نامیده می‌شود که به صورت (D:S) ویا (DTS) نوشته می‌شود. برای مثال وقتی گفته می‌شود دوربین ترموویژنی دارای لنز استاندارد با نسبت اندازه‌گیری ۱:۲۰۰ است این معنی استنباط می‌شود که این ترموویژن می‌تواند دمای یک هدف ۵ میلی‌متری را در فاصله ۱۰۰۰ میلی‌متری اندازه‌گیری کند و این نسبت با رابطه ۱:۱۰۰ قابل تعمیم است

وسایل اندازه‌گیری دما (ترموگراف)

دستگاه‌های دمانگاری یا ترموگراف امروزه به صورت گسترده‌ای رایج شده‌اند. به عنوان مثال، می‌توان به دستگاه SD200 اشاره کرد. این دستگاه ویژگی‌هایی از قبیل ذخیره اطلاعات بر روی کارت SD با فرمت اکسل و نمایش دوگانه فشار یا رطوبت و دما را دارا می‌باشد. دستگاه‌های پیشرفته تری همچون دستگاه EXTECH RHT20 قابلیت رسم گراف دما و قابلیت هشدار دهنده دمای بحرانی را دارا می‌باشد. برخی از این وسایل اندازه‌گیری عملکرد چندگانه نیز دارند، علاوه بر اندازه‌گیری دما، فشار و رطوبت را نیز اندازه‌گیری می‌کنند.

 

دوربین دید درشب

دوربین دید درشب اصطلاحاً به تجهیزاتی گفته می‌شود که امکان دیدن در تاریکی را فراهم می‌کند. با این تجهیزات عملاً می‌توان فردی را که در فاصله ۲۰۰متری در تاریکی مطلق ایستاده است؛ مشاهده کرد. این دوربین‌ها بسته به فناوری مورد استفاده خود به دو طریق کار می‌کنند:

۱-بهسازی تصویر
۲-تصویرسازی گرمایی

تجهیزات نوع اول یا بهسازی تصویر از روش جمع‌آوری و تقویت نورهای اندکی که از جسم متصاعد می‌شود و منابع نوری محدود موجود در محیط (ستاره‌ها و ماه) که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند استفاده می‌کند. در نوع دوم یا تصویرسازی گرمایی از جمع‌آوری بخش بالایی طیف‌های نور فروسرخ استفاده می‌شود. این طیف‌ها به‌عنوان گرما از جسم متصاعد می‌شوندو بنابراین اشیایی که گرم هستند مانند بدن جانداران بیشتر از اجسام سرد مانند درختان تشعشع فروسرخ دارند. اما از آنجا که تصویر این دوربین‌ها دارای طیف رنگی غیرواقعی (قرمز برای جسم گرم و آبی برای جسم سرد) هستند؛ چندان مورد استفاده به‌عنوان دوربین دید در شب نیست و مصارف خاص دیگری دارد. بنابر توضیحات فوق واژه دید در شب به تجهیزات نوع اول یا بهسازی تصویر اطلاق می‌شود که در این مقاله به توضیح آن می‌پردازیم.


فناوری بهسازی تصویر

همان گونه که گفته شد در این روش نورهای محدود موجود در محیط (ستاره‌ها، ماه یا فروسرخ) توسط لنز شیئی که یک لنز معمولی است جمع‌آوری شده و به استوانه کاتدی تقویت تصویر فرستاده می‌شود. فوتون های نور در بدو ورود به این استوانه به الکترون تبدیل می‌شوند. در طول این استوانه الکترون‌ها به واسطه فرایندهای الکتریکی و شیمیایی از نظر تعداد تقویت می‌شوند. این الکترون‌های مضاعف شده به سمت صفحه فسفری که الکترون‌ها را مجدداً به نور مرئی تبدیل می‌کند پرتاب شده و تصویر تولید شده به وسیله این صفحه در لنز چشمی مشاهده می‌شود. این تصویر بازسازی شده به صورت اشباع با رنگ سبز مشاهده می‌شود. تجهیزات دید درشب در طول سال‌ها تکمیل شده‌اند. این تجهیزات را به لحاظ فناوری ساخت می‌توان به پنج نسل تقسیم کرد. تفاوت این نسل‌ها در استوانه تقویت کننده نور که در حقیقت قلب یک دوربین دید درشب یا NVD می‌باشد است.

فناوری IVS

با تجزیه و تحلیل ویدیوی هوشمند داخلی، NVR توانایی تشخیص و تجزیه و تحلیل اشیا در حال حرکت را برای نظارت تصویری بهتر دارد. NVR اطلاعات استاندارد اختیاری را فراهم می کند که اجازه می دهد رفتارهای مختلف اشیا مانند اشیا رها شده یا گمشده را تشخیص دهد. IVS همچنین از تجزیه و تحلیل Tripwire پشتیبانی می کند ، به دوربین اجازه می دهد تا تشخیص دهد که یک خط از پیش تعیین شده، تعداد افراد، ایده آل برای هوش تجاری و تشخیص چهره ، برای جستجو یا شناسایی افراد و… این ها قابلیت هایی است که الگوریتم IVS به دستگاه NVR می دهد.

نسل صفر

سامانه دید درشب ابتدایی که توسط نیروی زمینی ایالات متحده ساخته و در جنگ جهانی دوم و جنگ کره مورد استفاده قرار گرفت. این NVDها از فناوری فروسرخ فعال استفاده می‌کردند. بدین معنی که یک واحد نشانگر فروسرخ که نور فروسرخ را مانند چراغ قوه می‌تاباند به NVD متصل است. لنز NVD نیز بازتابش این پرتوها را دریافت و تصویر را تهیه می‌کند. مشکل اساسی این طرح این بود که به سرعت به‌وسیله دشمنان نمونه‌برداری شد و سربازان دشمن به‌وسیله NVDهای خود می‌توانستند پرتوهای فروسرخ تابش شده را ببینند.


نسل اول : این نسل هم‌اکنون رایج‌ترین نوع مورد استفاده در دنیا است. یک NVD نسل اول، نور موجود در محیط را چندین هزار برابر تقویت می‌کند و به این ترتیب تصویر واضحی از تاریکی در اختیار شما قرار می‌دهد. این تجهیزات تصویر کامل و واضحی را با قیمت ارزان برای شما تهیه می‌کند که برای قایقرانی، شکار، مشاهده حیات وحش یا محافظت از منزل مناسب است. در هنگام استفاده از این تجهیزات به موارد زیر برخورد می‌کنید:

یک صدای زوزه ضعیف از دستگاه شنیده می‌شود.
لبه‌های تصویر کمی محوشدگی دارند. این پدیده به‌عنوان انحراف هندسی (Geometric Distortion) شناخته می‌شود.
وقتی دستگاه را خاموش می‌کنید تا مدتی با رنگ سبز می‌درخشد.

نسل دوم : این نسل به علت قیمت بیشتر (حدود ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ دلار بیشتر از نسل اول) جهت نیروهای پلیسی و قانونی یا کاربردهای حرفه‌ای استفاده می‌شود. تفاوت اصلی بین نسل اول و دوم استفاده از یک صفحه میکرو کانال موسوم به MCP می‌باشد. MCP از میلیونها فیبر نوری کوتاه و موازی تشکیل شده‌است. زمانی که الکترونها از این شبکه فیبر نوری می‌گذرند هزاران الکترون دیگر نیز آزاد می‌شود. این فرایند سبب می‌شود تا تقویت نور در این تجهیزات چندین برابر نسل اول شده و تصویر مناسب‌تر و شفاف‌تری بدست آید.


نسل سوم : در این نسل با استفاده از ماده شیمیایی حساس گالیم آرسنید تصویر روشن و شفاف‌تر و با تفکیک‌پذیری بالاتری بدست می‌آید. همچنین استوانه تقویت‌کننده با یک محافظ یونی پوشیده شده‌است که عمر استوانه را افزایش می‌دهد.


نسل چهارم : این نسل بدون شک بزرگ‌ترین رکورد در فناوری تقویت تصویر در ۱۰ سال گذشته می‌باشد. با حذف محافظ یونی که در نسل سوم افزوده شده‌بود؛ اختلالات زمینه نیز کاهش یافته و نسبت سیگنال به نویز افزایش می‌یابد. افزودن یک سامانه تأمین توان با تنظیم خودکار اجازه می‌دهد که NVD بتواند به هرگونه نوسان در شرایط نوری پاسخ دهد. این توانایی پیشرفت عظیمی در تجهیزات دید در شب ایجاد کرده‌است. چرا که به کاربران NVD اجازه می‌دهد به سرعت و بدون هیچ تأثیرات جانبی از شرایط پرنور به شرایط کم‌نور برود.

از جمله ویژگی‌های نسل چهارم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱-بیش از ۱۰۰٪ پیشرفت در پاسخ تصویری.
۲-نمایش فوق‌العاده در نورهای بسیار کم.
۳-حداقل سه برابر وضوح و تفکیک‌پذیری بیشتر در نورهای کم.

گرچه اکثر NVDهای موجود در بازار از نسل صفر و یک می‌باشند؛ این نسل همچنین به رکورد جدید در بازار تجهیزات دید در شب دست یافت. نسل چهارم تجهیزات دید درشب، اثربخشی عملیات شبانه را برای نیروهای نظامی استفاده‌کننده از این تجهیزات، به‌طور قابل توجهی افزایش داده‌است.

 

تابش فروسرخ یا مادون قرمز | IR

تابش فروسرخ یا مادون قرمز یا به کوتاهی IR، در علم فیزیک به قسمی از طیف امواج الکترومغناطیسی گفته می‌شود که طول موج آن‌ها بلندتر از نور مرئی و کوتاه‌تر از امواج رادیویی است. امواج مادون قرمز در بازهٔ فرکانسی ۳۰۰ گیگاهرتز تا ۴۲۸ تراهرتز و طول موج ۱ میلی‌متر تا ۷۰۰ نانومتر قرار می‌گیرند. امواج فروسرخ نوعی از امواج الکترومغناطیسی هستند که پس از برخورد با جسم، موجب گرم شدن آن می‌شود. این امواج دسته‌ای از پرتوهای نامرئی خورشید هستند. به همین سبب وقتی در مقابل نور خورشید قرار می‌گیریم احساس گرما می‌کنیم. این امواج دارای طول موج بیشتر از امواج مرئی و بسامد (فرکانس) کمتر از آن‌ها هستند. به همین دلیل در نمودار طیف الکترومغناطیس بعد از امواج مرئی قرار دارد. این امواج در نمودار بعد از رنگ سرخ در امواج مرئی، که کم‌ترین شکست را نسبت به دیگر رنگ‌ها دارد قرار می‌گیرد. به همین سبب به آن‌ها امواج فروسرخ می‌گویند.

کاربردها :

در گرمایش تابشی : در سامانه‌های گرمایش تابشی از پرتوهای فرو سرخی که از سطح مبدل ساطع می‌شود جهت گرمایش محیط استفاده می‌شود. در این روش نیازی به دمش هوای گرم نبوده و گرما مثل نور منتقل می‌شود. هر جسمی که داغ شود پرتوهای گرمانور از خود ساطع می‌کند.

در ریموت دستگاه‌ها : بسیاری از ریموت‌های دستگاه‌ها مثل تلویزیون و … از فرستنده و گیرنده‌های فروسرخ درست شده‌اند که با خاموش و روشن شدن آن پالسی به گیرنده می‌دهند و گیرنده پس از پردازش پالس، دستور خواسته شده را انجام می‌دهند.
در تلفن همراه : قابلیت تبادل اطلاعات از راه بیسیم به وسیلهٔ پرتوی نامرئی فروسرخ (INFRARED)؛ شما می‌توانید به وسیلهٔ این قابلیت اطلاعاتی مانند عکس، فیلم یا دیگر موارد را به گوشی‌های تلفن همراه دیگر یا رایانهٔ خود ارسال نمایید. البته باید توجه داشته باشید سرعت انتقال اطلاعات با فروسرخ بسیار پایین است و برای انتقال فایل‌ها از نظر زمانی اصلاً مناسب نیست.
فیزیوتراپی (فیزیک‌درمانی) : در فیزیوتراپی جهت درمان بسیاری از بیماری‌ها و کنترل درد از سیستم IR استفاده می‌شود.

طیف‌بینی فروسرخ

این نوع طیف بینی در مطالعهٔ ترکیبات شیمیایی، بررسی سطوح و اندازه‌گیری کمی و … کاربرد دارد.

ابزارهای دید در شب

این ابزارها بر اساس سنجش تابش فروسرخ که از حوزهٔ دید انسان پنهان است طراحی شده‌است. عینک‌های دید در شب: کاری که عینک‌های دید در شب انجام می‌دهند این است که نور ضعیف محیط را که عملاً برای چشم غیرمسلح قابل رویت نیست تقویت نموده و پس از تبدیل به طیف قابل رویت آن را در یک صفحهٔ دو بعدی در مقابل هر یک از چشمان خلبان قرار می‌دهد در هر یک از لوله‌های عینک فوتون‌های منعکس شده از یک شی از اپتیک‌هایی عبور می‌کنند؛ اپتیکها تصویر آن شی را در قسمت پیشین یک فتو کاتد ارسنیوری گالیمی متمرکز می‌سازند. این فتو کاتد الکترون‌ها را به نسبت میزان فوتو نهایی که از طرف آن شی به قسمت پیشین آن می‌آیند به طرف بیرون پرتاب می‌کنند؛ این فرایند توسط دو عدد باتری ای‌ای که در کلاه خلبان تعبیه شده با ایجاد یک حوزهٔ مغناطیسی تشدید می‌گردد. الکترون‌های آزاد شده از داخل یک صفحهٔ ریز کانالی (ریز مجرایی) که خود به شکل یک نان بستنی دایره‌ای شکل نازک به اندازهٔ یک سکهٔ ربع دلاری بوده و دارای ۱۰ میلیون لولهٔ شیشه‌ای نازک می‌باشد کمانه می‌کنند این لوله‌های شیشه‌ای نازک ۸ درجه نسبت به الکترون‌هایی که به طرف آن‌ها می‌آیند انحراف دارند و داخل آن‌ها از ماده‌ای پوشانده شده که با هر بار کمانه کردن الکترون‌های بیشتری را آزاد کرده و سیگنال‌های ورودی را هزاران برابر تشدید می‌کند. این الکترون‌های افشان یک صفحهٔ فسفری را در عدسی چشمی عینک (دوربین) روشن می‌کنند و تصویر آن شی را در فاصلهٔ یک اینچی چشم خلبان آشکار می‌سازند؛ تصویری که به این طریق از صفحهٔ بیرون در مقابل چشمان خلبان قرار می‌گیرد، دارای زمینهٔ سبز رنگ می‌باشد.


کاربرد در شناسایی الیاف

یکی از روش‌های بررسی ساختمان الیاف استفاده از جذب پرتو فروسرخ (FTIR) می‌باشد. پرتو فرو سرخ در درجهٔ اول برای پی بردن به وجود گروه‌های و عوامل مختلف در ساختمان مولکولی ماده مورد استفاده قرار می‌گیرد که این خود منتهی به یافتن فرمول مولکولی لیف می‌شود. همچنین روشی برای اندازه‌گیری مقدار مواد مختلف موجود در الیاف می‌باشد؛ مثلاً با این روش می‌توان آب در الیاف را اندازه‌گیری کرد. یکی از مزایای این روش این است که این پرتو تحت تأثیر تمام مولکول‌هایی که در ساختمان پلیمر یا لیف شرکت کرده‌اند چه کریستالی چه غیر آن قرار می‌گیرد در حالی‌که پرتو ایکس تنها اطلاعات در مورد مناطق کریستالی دارد. مزیت دیگر این روش سرعت بالای آن است. در برخی از الیاف و پلیمرها به علت تأثیر مولکول‌هایی که در همسایگی هم قرار دارند عمل جذب پرتو فروسرخ فقط در قسمت‌های کریستالی انجام می‌شود و وجود یک پیک مضاعف دلیل بر کریستالی بودن جسم است و پدیدار شدن یک پیک نشانی از آمورف بودن جسم دارد. از مقایسهٔ پیک‌های مختلف می‌توان درجهٔ کریستالی بودن جسم را اندازه‌گیری کرد (از مقایسهٔ شدت و دامنهٔ پیک‌های مضاعف و غیر مضاعف)، لذا تخمین درجهٔ کریستالی پلیمر با تشخیص نوع طیف پلیمر آمورف و کریستالی امکان‌پذیر است.

 

لیستی از سنسورهای تصویر برداری فرا طیفی
سامانه‌های ماهواره‌ای دارای سنجنده‌های فراطیفی

سوالبیرد (SVALBIRD)
آویریس (AVIRIS)
ان‌مپ (‎EnMAP‏ (۲۰۰ کانال)
برنامه هزاره نو (EO-1) (هایپریون ۲۲۰ کانال)
مایتی‌ست نیروی هوایی ایالات متحده (MightySat)
تک‌ست ۳ (TacSat 3)
چاندرایان-۱ (Chandrayaan-1)، نقشه‌بردار کانی‌شناختی ماه، ۶۴۰ کانال

 

 


حاضرین در سایت

ما 138 مهمان و بدون عضو آنلاین داریم

سبد خرید شما

نمایش محتویات سبد خرید

فرم ورود

حاضرین در سایت

ما 138 مهمان و بدون عضو آنلاین داریم