Teknologi Pengimejan Terma: "Mata Pintar" Yang Menembusi Kegelapan
Suhu ialah bahasa senyap bagi semua objek di alam semesta; teknologi pengimejan haba adalah kunci untuk mentafsir bahasa ini.
Dalam kebakaran yang dipenuhi asap, anggota bomba menggunakan peralatan khas pada topi keledar mereka untuk mengesan mangsa yang terperangkap dengan jelas; di sempadan yang gelap gelita, sistem pengawasan mudah mengesan penceroboh; di sebuah kilang di tengah-tengah keriuhan peralatan, jurutera boleh mengenal pasti kerosakan terlalu panas tanpa menyentuh pendawaian. Adegan yang kelihatan ajaib ini adalah aplikasi sebenar teknologi pengimejan terma.
Setelah teknologi berteknologi tinggi terhad kepada tentera, pengimejan terma kini telah menembusi setiap aspek penggunaan awam. Daripada ujian industri kepada diagnostik perubatan, daripada pemantauan keselamatan kepada elektronik pengguna, "mata pintar" ini membentuk semula persepsi kita tentang dunia dengan cara yang tidak pernah berlaku sebelum ini.
1. Prinsip Kerja: Menyahkod Dunia Inframerah Halimunan
Asas fizikal teknologi pengimejan terma adalah fenomena sinaran terma di mana-mana. Semua objek di atas sifar mutlak (-273°C) memancarkan sinaran inframerah, dan keamatan dan taburan panjang gelombang sinaran ini secara langsung bergantung pada suhu permukaan objek. Peralatan pengimejan terma menggunakan pengesan inframerah dan kanta pengimejan optik untuk menerima corak sinaran inframerah sasaran yang diukur, memfokuskannya pada elemen pengesan yang mampu mengesan cahaya inframerah. Elemen pengesan kemudian menukar sinaran inframerah kepada isyarat elektrik, yang, selepas menjalani pemprosesan algoritma yang kompleks, akhirnya menghasilkan imej terma yang boleh dilihat pada skrin.
Warna yang berbeza dalam imej terma ini mewakili taburan suhu sasaran yang diukur. Pengimej haba moden boleh menjana imej taburan suhu masa nyata pada kadar sehingga berpuluh-puluh bingkai sesaat, membolehkan pemerhati mengesan titik panas atau kawasan suhu abnormal dengan tepat.
Tidak seperti peranti penglihatan malam, yang memerlukan sumber cahaya luaran, pengimejan terma bergantung sepenuhnya pada sinaran inframerah yang dipancarkan oleh objek itu sendiri, menjadikannya teknologi pengesanan "pasif". Ciri ini membolehkannya berfungsi dengan berkesan dalam kegelapan sepenuhnya, kabus atau persekitaran terhalang visual yang lain, menjadikannya alat persepsi semua cuaca yang benar-benar.
2. Kelebihan Teras: Melepasi Had Optik Mata Telanjang
Teknologi pengimejan terma mempunyai beberapa kelebihan unik, menjadikannya tidak boleh digantikan dalam pelbagai aplikasi. Ia tidak bergantung pada cahaya yang boleh dilihat untuk pengimejan, membolehkannya memaparkan sasaran dengan jelas dalam persekitaran yang keras seperti kegelapan, jerebu dan asap.
Kuasa penembusan pengimejan terma adalah satu lagi kelebihan utama. Disebabkan oleh panjang gelombang cahaya inframerah yang panjang, teknologi pengimejan terma boleh, pada tahap tertentu, menembusi halangan seperti asap, hujan, dan dedaunan, membolehkannya mengesan sasaran tersembunyi. Dalam bidang keselamatan, ciri ini menjadikan peralatan pengimejan terma berkesan dalam mengenal pasti sasaran yang disamarkan dan disembunyikan.
Teknologi pengimejan terma juga menyediakan pengukuran suhu bukan sentuhan, memperoleh data taburan suhu yang tepat tanpa mengganggu objek yang diukur. Ciri ini menjadikannya sangat sesuai untuk mengukur suhu objek bergerak, persekitaran berisiko tinggi atau objek kecil.
Tidak seperti termometer inframerah yang hanya mengukur suhu titik, pengimej terma boleh mengukur suhu pada semua titik pada permukaan objek secara serentak, secara visual memaparkan perubahan dalam keseluruhan medan suhu. Keupayaan pengukuran suhu berasaskan permukaan ini adalah penting untuk mengesan titik panas setempat dan taburan suhu yang tidak normal.
3. Evolusi Teknologi: Daripada Penggunaan Ketenteraan Eksklusif kepada Penggunaan Awam yang Popular
Teknologi pengimejan terma inframerah pada asalnya berasal dari aplikasi ketenteraan, terutamanya untuk pemerhatian waktu malam dan bimbingan peluru berpandu. Pada tahun 1970-an, negara maju di Eropah dan Amerika Syarikat mula meneroka aplikasi awam teknologi pengimejan haba, tetapi peralatan pada masa itu adalah besar dan mahal. Titik perubahan berlaku pada tahun 1990-an, apabila syarikat AS FSI mempelopori pembangunan peralatan pengimejan terma inframerah tentera-ke-sivil. Teknologi ini menggantikan komponen optik kompleks dan struktur pengimbasan optomekanikal dengan pengesan tatasusunan satah fokus, mengurangkan berat peranti kepada di bawah 2 kg dan meningkatkan kemudahalihannya dengan ketara.
Pada abad ke-21, dengan kematangan teknologi pengesan inframerah tidak disejukkan, kos peralatan pengimejan terma telah menurun dengan ketara, dan senario aplikasinya telah berkembang pesat. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, syarikat China telah membuat penemuan penting dalam teknologi pengimejan terma, dengan kadar pengeluaran domestik pengesan tidak disejukkan melebihi 80%, menjadikan peralatan pengimejan terma lebih berpatutan.
Perkembangan teknologi juga telah mendorong peningkatan berterusan prestasi peralatan pengimejan terma. Pengimej haba moden mempunyai kepekaan terma (NETD) yang semakin tinggi, membolehkan mereka menyelesaikan perbezaan suhu yang lebih halus. Resolusi inframerah juga telah berkembang daripada piksel bit rendah awal kepada 1280×1024 hari ini, meningkatkan kejelasan imej dengan ketara.
4. Senario Aplikasi: Teknologi Praktikal Membawa Aplikasi Komprehensif ke Pelbagai Bidang
Pemeriksaan Industri dan Penyelenggaraan Peralatan
Dalam sektor perindustrian, teknologi pengimejan terma telah menjadi alat penting untuk penyelenggaraan ramalan. Dengan memantau pengagihan suhu peralatan elektrik dan sistem mekanikal, kemungkinan kerosakan seperti lebihan beban peralatan, sambungan longgar dan paip tersumbat dapat dikesan dengan segera.
Industri kuasa adalah salah satu aplikasi teknologi pengimejan terma yang paling matang. Pengimej terma boleh digunakan untuk mengesan isu terlalu panas dalam transformer, kabinet pengedaran dan sambungan kabel, mencegah potensi kegagalan dan risiko kebakaran. Kajian telah menunjukkan bahawa pemeriksaan pengimejan terma secara berkala boleh mengurangkan masa henti yang tidak dirancang sehingga 50%.
Pemantauan Keselamatan dan Pemadaman Kebakaran
Sektor keselamatan adalah salah satu pasaran aplikasi yang paling pesat berkembang untuk teknologi pengimejan terma. Kamera pengimejan terma tidak terjejas oleh paras cahaya rendah dan cahaya matahari yang kuat, membolehkan pemantauan masa nyata sepanjang masa, memenuhi keperluan keselamatan infrastruktur kritikal.
Dalam operasi memadam kebakaran dan menyelamat, teknologi pengimejan terma boleh menembusi asap, membantu bomba mengesan punca kebakaran dan kakitangan terperangkap dalam persekitaran penglihatan yang sangat rendah. topi keledar pintar pengimejan terma inframerah yang baru dibangunkan di negara saya menyepadukan penghantaran video, pengukuran suhu kejadian kebakaran dan pengecaman biometrik, meningkatkan kecekapan keselamatan dan menyelamat dengan ketara.
Diagnosis Perubatan dan Pemantauan Kesihatan
Bidang perubatan menggunakan teknologi pengimejan terma untuk diagnosis penyakit dan pemantauan kesihatan. Perubahan dalam taburan suhu permukaan badan sering menandakan tanda awal penyakit tertentu. Kamera pengimejan terma boleh mengesan perubahan halus ini tanpa sentuhan atau sinaran.
Semasa pandemik COVID-19, teknologi pengimejan terma telah digunakan secara meluas untuk pemeriksaan suhu tanpa sentuhan di tempat awam. Pada masa ini, 73% daripada hospital di atas tahap kedua dilengkapi dengan kamera pengimejan terma, dan ketepatannya telah meningkat kepada 82% dalam bidang seperti pemeriksaan awal kanser payudara.
Aplikasi Muncul
Dengan kemajuan teknologi dan kos yang semakin berkurangan, teknologi pengimejan terma memasuki sektor baru muncul seperti elektronik pengguna dan kereta pintar. Gabungan "drone + pengimejan terma" menunjukkan prestasi yang baik dalam bidang seperti pencegahan kebakaran hutan, pengesanan hidupan liar dan mencari dan menyelamat di lapangan.
Dalam sektor rumah pintar, teknologi pengimejan haba boleh digunakan untuk pemantauan penjimatan tenaga dan penjagaan warga emas. Dalam sistem pemanduan autonomi, kamera pengimejan terma merupakan pelengkap penting kepada LiDAR dan kamera cahaya yang boleh dilihat, meningkatkan persepsi kenderaan dalam cuaca buruk.
5. Kejayaan Termaju: Gabungan Pintar dan Pengecilan
Trend pembangunan yang paling ketara dalam teknologi pengimejan terma ialah integrasi mendalamnya dengan kecerdasan buatan. Algoritma AI secara automatik boleh mengenal pasti corak tidak normal dalam imej terma, membolehkan amaran awal pintar dan sokongan keputusan. Pada masa ini, sistem pengimejan terma lanjutan mempunyai kadar ketepatan melebihi 95% untuk pengecaman sasaran, meningkatkan kecekapan pengesanan sebanyak 300%. Pengecilan perkakasan ialah satu lagi trend utama. Saiz pengesan telah mengecil kepada di bawah 8μm, mengurangkan volum modul sebanyak 50%, mewujudkan peluang untuk menyepadukan teknologi pengimejan terma ke dalam elektronik pengguna seperti telefon mudah alih dan boleh pakai. Beberapa syarikat China telah melancarkan aksesori pengimejan terma mudah alih untuk pengguna.
Teknologi gabungan pelbagai spektrum telah menjadi tumpuan penyelidikan dan pembangunan. Peranti gabungan berbilang mod yang menggabungkan inframerah, cahaya boleh dilihat dan lidar secara serentak boleh memberikan data pengedaran haba dan butiran visual, meningkatkan ketepatan pengecaman sasaran dengan ketara dalam persekitaran yang kompleks. Dianggarkan menjelang 2027, bahagian pasaran peranti gabungan tiga mod akan mencapai 15%.
Kadar penggantian domestik yang dipercepatkan adalah ciri utama sektor pengimejan terma China. Kadar pengeluaran domestik pengesan sejuk tentera dijangka meningkat daripada 35% pada 2023 kepada 60% pada 2027. Syarikat tempatan seperti Ruichuang Micronano dan Guide Infrared terus menghakis bahagian pasaran gergasi antarabangsa.
6. Tinjauan Pasaran: Landskap Industri yang Berkembang
Pasaran peralatan pengimejan terma global mengekalkan pertumbuhan yang stabil. Menurut statistik, jualan pasaran peralatan pengimejan haba global mencecah AS$6.944 bilion pada 2024 dan dijangka meningkat kepada AS$10.03 bilion pada 2031, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 5.6%.
Pasaran China menunjukkan prestasi yang sangat baik. Dari 2020 hingga 2024, saiz pasaran pengimejan terma China melonjak daripada 48.036 bilion yuan kepada 81 bilion yuan, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 14%. Saiz pasaran dijangka melebihi 90 bilion yuan pada tahun 2025, membentuk kitaran murni "lelaran teknologi dan pengurangan kos, peningkatan penembusan aplikasi, dan pengembangan pasaran."
Dari perspektif aplikasi, pasaran awam menjadi pemacu pertumbuhan utama. Menjelang 2030, saiz pasaran awam dijangka mencecah 98 bilion yuan, dengan penembusan berterusan dalam keselamatan, pemeriksaan industri, penjagaan kesihatan dan bidang lain.
Dari segi landskap berdaya saing, syarikat terkemuka terus menyatukan kelebihan mereka melalui penyepaduan teknologi. Sebagai contoh, Guide Infrared merancang untuk melabur 5 bilion yuan untuk membina barisan pengeluaran pengesan generasi ketiga, menyasarkan untuk mencapai kapasiti pengeluaran sebanyak 5 juta unit menjelang 2030. Perusahaan kecil dan sederhana sedang menumpukan pada pasaran khusus untuk membangunkan kelebihan daya saing yang berbeza. Dengan penemuan teknologi yang berterusan, peralatan pengimejan haba sedang beralih daripada alat profesional kepada produk pengguna. Pada masa hadapan, "sistem pengimejan terma pintar" yang menyepadukan pengiktirafan AI, pengkomputeran tepi dan gabungan berbilang sensor akan menjadi arus perdana, memainkan peranan yang lebih besar dalam penyelenggaraan ramalan, keselamatan pintar, kesihatan peribadi dan bidang lain.
Daya tarikan terbesar teknologi pengimejan haba terletak pada keupayaannya untuk mengatasi had penglihatan manusia. Teknologi ini tidak melihat "kegelapan" sebenar di dunia, hanya jenis kecerahan berbeza yang dihasilkan oleh perbezaan suhu.
