همه چیز درباره دوربین مداربسته حرارتی، انواع، اجزا و کاربردهای آن

در دنیای امروز، نیاز به امنیت و نظارت دقیق بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود. تاریکی شب اما همچنان چالشی بزرگ برای سیستم‌های نظارتی سنتی محسوب می‌شود. در این میان، دوربین مداربسته حرارتی با عبور از این محدودیت، راه حلی نوین برای نظارت ۲۴ ساعته و بدون نقص ارائه می‌دهد.

این دوربین‌ها که به جای اتکا به نور مرئی، از امواج مادون قرمز (IR) برای تصویربرداری استفاده می‌کنند، گویی چشمانی تیزبین در تاریکی مطلق هستند و می‌توانند تصویری دقیق از توزیع گرما در محیط ارائه ‌دهند.

در این مقاله قصد داریم به بررسی جامع دوربین‌های مداربسته حرارتی بپردازیم. از نحوه عملکرد و اجزای تشکیل‌دهنده آن‌ها گرفته تا انواع و کاربردهایشان در حوزه‌های مختلف، همه چیز را شرح خواهیم داد.

دوربین مداربسته حرارتی چیست؟

فرض کنید در تاریکی مطلق یا در میان انبوه دود و مه غلیظ قرار دارید. در چنین شرایطی، دوربین‌های معمولی هیچ تصویری را ثبت نمی‌کنند و عملاً کارایی خود را از دست می‌دهند. اما در این میان، دوربین های حرارتی به کمک شما می‌آیند.

دوربین مداربسته حرارتی با استفاده از فناوری نوین تصویربرداری حرارتی یا گرمانگاری، قادر است از هر جسم و موجودی که گرما ساطع می‌کند، تصویری رنگی تهیه کند. در واقع، دوربین مداربسته حرارتی با دریافت و پردازش امواج مادون قرمز، که به طور طبیعی از همه اجسام ساطع می‌شود، می‌تواند توزیع دما در محیط را به تصویر بکشد.

در تصاویر دوربین‌های حرارتی، رنگ‌های گرم مانند قرمز و زرد نشان‌دهنده اجسام گرم‌تر و رنگ‌های سرد مانند آبی و بنفش نشان‌دهنده اجسام سردتر هستند. به این ترتیب، این دوربین‌ها می‌توانند تفاوت دمایی بین اجسام را نمایش داده و از این طریق، اشیاء و موجودات را در تاریکی شب یا محیط‌های دودی و مه‌آلود تشخیص دهند.

اجزای تشکیل‌دهنده دوربین مداربسته حرارتی

دوربین‌های مداربسته حرارتی از چند قطعه اصلی تشکیل شده‌اند که هر یک وظایف مختلفی را بر عهده دارند:

1. سنسور حرارتی

قلب تپنده دوربین مداربسته حرارتی، سنسور آن است. این سنسورها که معمولاً از نوع بولومتر یا میکروبولومتر هستند، وظیفه تبدیل انرژی حرارتی اشیا به سیگنال الکتریکی را بر عهده دارند.

2. لنز

لنز دوربین مداربسته حرارتی از جنس مواد خاصی مانند ژرمانیوم یا سیلیکون ساخته شده که به طور ویژه برای عبور تابش مادون قرمز طراحی شده‌اند. لنز وظیفه‌ی جمع‌آوری تابش مادون قرمز از محیط و تمرکز آن بر روی دتکتور را بر عهده دارد. کیفیت لنز تاثیر بسزایی در وضوح و شفافیت تصاویر نهایی دارد.

3. دتکتور

قلب تپنده دوربین‌های حرارتی، دتکتور نام دارد. این قطعه حساس، تابش مادون قرمز را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. نوع دتکتور و تکنولوژی ساخت آن نقش مهمی در کیفیت تصاویر و کارایی دوربین دارد.

دو نوع رایج دتکتور در دوربین‌های حرارتی، بولومتر و میکروبولومتر هستند. دتکتورهای بولومتر به دلیل حساسیت بالا و دقت بیشتر، در دوربین‌های رده بالا و حرفه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.

4. پردازشگر

سیگنال الکتریکی دریافتی از دتکتور، توسط پردازشگر به اطلاعات قابل فهم برای انسان تبدیل می‌شود. پردازشگر وظایف مختلفی مانند تنظیم روشنایی، کنتراست، حذف نویز و اعمال الگوریتم‌های پردازش تصویر را بر عهده دارد. کیفیت پردازشگر تاثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی تصاویر و عملکرد دوربین دارد.

5. نمایشگر

تصاویر نهایی پردازش شده توسط پردازشگر، بر روی نمایشگر به کاربر نشان داده می‌شوند. نمایشگرهای دوربین‌های حرارتی از نوع LCD یا OLED هستند و می‌توانند تصاویر را با وضوح و جزئیات بالا به نمایش بگذارند.

6. شاسی

تمامی اجزای داخلی دوربین مانند لنز، دتکتور، پردازشگر و … در داخل شاسی قرار دارند. شاسی وظیفه‌ی محافظت از اجزای داخلی دوربین در برابر عوامل محیطی مانند گرد و غبار، رطوبت و ضربه را بر عهده دارد. شاسی دوربین‌های حرارتی از جنس آلومینیوم یا پلاستیک مقاوم ساخته می‌شود.

انواع دوربین مداربسته حرارتی

دوربین‌های مداربسته حرارتی بسته به نوع سنسور حرارتی و کاربردهای خاص می‌توانند در انواع مختلفی باشند. برخی از رایج‌ترین انواع این دوربین‌ها عبارتند از:

• دوربین‌های حرارتی دستی

این دوربین‌ها که اغلب قابل حمل هستند، به عنوان ابزارهای نظامی و حفاظتی برای گشت‌زنی هستند. این دوربین‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به راحتی قابل حمل باشند و توسط کاربر به صورت دستی مورد استفاده قرار بگیرند.

دوربین‌های حرارتی دستی دارای وزن و ابعاد کوچکی هستند و از باتری برای تامین برق استفاده می‌کنند. این نوع دوربین‌ها برای نظارت سیار و موقت در مکان‌های مختلف مانند گشت‌زنی در محوطه‌های بزرگ، جستجو و نجات افراد گمشده و یا بازرسی تاسیسات صنعتی کاربرد دارند.

• دوربین‌های حرارتی ثابت

 این دوربین‌ها به دیوارها یا ستون‌ها نصب شده و برای نظارت بر محیط‌هایی که نیاز به پوشش دائمی دارند، مثل پارکینگ‌ها و مرزها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این دوربین‌ها در یک مکان ثابت نصب شده و برای نظارت دائمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. دوربین‌های حرارتی ثابت از طریق برق شهری یا PoE (تغذیه از طریق کابل شبکه) تامین برق می‌شوند. این نوع دوربین‌ها برای نظارت بر مکان‌هایی مانند ورودی و خروجی اماکن حساس، محوطه‌های صنعتی، مرزها و … کاربرد دارند.

• دوربین‌های حرارتی تعبیه‌شده

 این دوربین‌ها در داخل تجهیزات و دستگاه‌های مختلف تعبیه شده و برای پایش و کنترل دمای آن‌ها به کار می‌روند. این دوربین‌ها در داخل سایر تجهیزات مانند پهپادها، بالگردها، خودروها و یا تجهیزات نظامی تعبیه شده و برای نظارت از راه دور و دیده‌بانی هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دوربین‌های حرارتی تعبیه‌شده دارای ابعاد و وزن بسیار کوچکی هستند و به طور خاص برای کاربردهای مورد نظر طراحی و ساخته می‌شوند. این نوع دوربین‌ها در عملیات جستجو و نجات، گشت‌زنی هوایی، امور نظامی و … کاربرد دارند.

• دوربین‌های حرارتی صنعتی

 این دوربین‌ها برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی مانند تشخیص اجسام گرمازا، تشخیص نقص در تجهیزات الکتریکی و مکانیکی و ایمنی در محیط‌های خطرناک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• دوربین‌های حرارتی امنیتی

 این دوربین‌ها معمولاً در سیستم‌های نظارتی و امنیتی برای تشخیص حرکت، شناسایی اشیا در شب و ردیابی افراد یا وسایل نقلیه استفاده می‌شوند.

مزایا و معایب انواع دوربین مداربسته حرارتی

همه انواع دوربین مداربسته حرارتی مانند هر فناوری دیگری، مزایا و معایبی دارند که باید قبل از خرید و استفاده از آن‌ها در نظر گرفته شوند:

مزایای دوربین مداربسته حرارتی

• • دید در تاریکی مطلق: برخلاف دوربین‌های معمولی که در تاریکی کارایی خود را از دست می‌دهند، دوربین‌های حرارتی می‌توانند در تاریکی مطلق نیز تصاویر واضحی را ارائه ‌دهند.
  • دید در شرایط جوی نامساعد: مه، دود، گرد و غبار و بارش برف و باران هیچ تاثیری بر عملکرد دوربین‌های حرارتی ندارند.
  • تشخیص اشیاء و اجسام: دوربین‌های حرارتی می‌توانند اشیاء و موجودات را بر اساس دمای آنها تشخیص ‌دهند، حتی اگر در تاریکی مطلق باشند.
  • کارکرد بدون نور: برخلاف دوربین‌های معمولی که برای کار به نور نیاز دارند، دوربین‌های حرارتی بدون نیاز به نور نیز می‌توانند تصاویر را ثبت کنند.
  • عدم نیاز به نورپردازی مصنوعی: استفاده از دوربین‌های حرارتی نیاز به نورپردازی مصنوعی را از بین می‌برد، که این امر می‌تواند در صرفه‌جویی در مصرف انرژی و هزینه‌ها موثر باشد.
  • قابلیت پنهان سازی: دوربین‌های حرارتی در نور مرئی قابل مشاهده نیستند، بنابراین می‌توان آنها را به راحتی پنهان کرد.

معایب دوربین مداربسته حرارتی

• وضوح و رزولوشن پایین: تصاویر دوربین‌های حرارتی به طور کلی وضوح و رزولوشن پایین‌تری نسبت به دوربین‌های معمولی دارند. این محدودیت باعث می‌شود که تشخیص چهره و بیان جزییات در این دوربین‌ها سخت‌تر باشد.
• قیمت بالا: دوربین‌های حرارتی از تکنولوژی پیشرفته‌تری نسبت به دوربین‌های معمولی استفاده کرده و به همین دلیل، قیمت بالاتری دارند و به همین علت دوربین‌های حرارتی به مراتب از دوربین‌های معمولی گران‌تر هستند.
• نیاز به آموزش: استفاده از این دوربین‌ها و تفسیر تصاویر ترموگرام آنها نیاز به آموزش و تخصص دارد.
• تأثیرپذیری از عوامل محیطی: تابش مستقیم خورشید و سایر منابع گرمایی می‌توانند در کیفیت تصاویر حرارتی تداخل ایجاد کنند.
• محدودیت برد: برد دید دوربین‌های حرارتی به مدل و کیفیت آنها بستگی دارد. به طور کلی، برد دید دوربین‌های حرارتی از چند متر تا چند کیلومتر متغیر است.

کاربردهای دوربین مداربسته حرارتی چیست؟

انواع دوربین مداربسته حرارتی به دلیل قابلیت‌های منحصر به فرد خود در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله موارد زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

1.نظارت امنیتی: دوربین‌های حرارتی به دلیل توانایی دید در تاریکی مطلق و شرایط جوی نامساعد، ابزاری ایده‌آل برای نظارت امنیتی در مکان‌های مختلف مانند منازل، محل کار، اماکن دولتی، زندان‌ها، مناطق مرزی و … هستند. با استفاده از این دوربین‌ها می‌توان در تاریکی مطلق نیز سارقان، متجاوزان و سایر افراد مشکوک را به راحتی شناسایی کرد.

2.نظارت در شب: دوربین‌های حرارتی بر خلاف دوربین‌های معمولی که در تاریکی کارایی خود را از دست می‌دهند، می‌توانند در تاریکی مطلق نیز تصاویر واضحی را ارائه ‌دهند. این قابلیت، آنها را به ابزاری ایده‌آل برای نظارت در شب در مکان‌هایی مانند پارک‌ها، جنگل‌ها، محوطه‌های صنعتی و … تبدیل می‌کند.

3.نظارت در شرایط جوی نامساعد: مه، دود، گرد و غبار و بارش برف و باران هیچ تاثیری بر عملکرد دوربین‌های حرارتی ندارند. به همین دلیل، از این دوربین‌ها می‌توان برای نظارت در شرایط جوی نامساعد در مکان‌هایی مانند فرودگاه‌ها، بنادر، جاده‌ها و … استفاده کرد.

4.جستجو و نجات: یکی از کاربردهای مهم دوربین‌های حرارتی، استفاده از آنها در عملیات جستجو و نجات است. با استفاده از این دوربین‌ها می‌توان افراد گمشده یا مجروح را در حوادث و بلایای طبیعی مانند زلزله، سیل، آتش‌سوزی و … به سرعت پیدا کرد.

5.اطفاء حریق: دوربین‌های حرارتی می‌توانند نقاط داغ و کانون حریق را به راحتی تشخیص ‌دهند. این قابلیت، به آتش‌نشانان کمک می‌کند تا عملیات اطفاء حریق را به طور موثرتری انجام دهند و از گسترش آتش‌سوزی جلوگیری کنند.

6.صنعت: در صنعت از دوربین‌های حرارتی برای مصارف مختلفی مانند کنترل دما و نشت در تاسیسات صنعتی، تشخیص عیوب در خطوط تولید، کنترل کیفیت محصولات و … استفاده می‌شود.

7.حیات وحش: محققان و دوستداران حیات وحش از دوربین‌های حرارتی برای مشاهده و رصد حیوانات در شب و در تاریکی استفاده می‌کنند. این دوربین‌ها به آنها کمک می‌کند تا رفتار حیوانات را در محیط طبیعی خود مطالعه کنند.

8.نظامی: در ارتش و نیروهای نظامی از دوربین‌های حرارتی برای شناسایی و رصد دشمن در میدان نبرد، هدایت عملیات شبانه، جستجو و نجات مجروحان و … استفاده می‌شود.

در این قسمت به بررسی چند کاربرد بصورت مفصل تر می پردازیم:

امنیت و نظارت

• نظارت بر محیط‌های وسیع: انواع دوربین مداربسته حرارتی با برد بالا و قابلیت دید در شب، برای نظارت بر محوطه‌های بزرگ مانند پارکینگ‌ها، مرزها، فرودگاه‌ها، تاسیسات صنعتی و… بسیار مناسب هستند.
• تشخیص نفوذ: این دوربین‌ها می‌توانند افراد و اشیاء پنهان‌شده در تاریکی یا پشت موانع را به سرعت شناسایی کرده و از ورود افراد غیرمجاز به حریم خصوصی یا زیرساخت‌های حیاتی جلوگیری کنند.
• کنترل ترافیک: انواع دوربین مداربسته حرارتی می‌توانند برای رصد ترافیک در شب و در شرایط جوی نامساعد مانند مه و دود استفاده شوند و به رانندگان در مسیریابی و جلوگیری از تصادفات کمک کنند.
• پیشگیری از جرم: به وسیله وجود داشتن این دوربین نها می‌توان از وقوع جرم و جنایت در مکان‌های عمومی مانند بانک‌ها، جواهرفروشی‌ها و… پیشگیری کرد.

صنعت و تولید

• کنترل دمای تجهیزات: دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای پایش دمای تجهیزات و ماشین‌آلات صنعتی مانند دیگ‌های بخار، کوره‌ها، موتورها و… استفاده شوند و از بروز خطراتی مانند آتش‌سوزی، انفجار یا خرابی جلوگیری کنند.
• تشخیص نشت: این دوربین‌ها می‌توانند نشت گرما در لوله‌های بخار، خطوط گاز، مخازن ذخیره‌سازی و… را به سرعت تشخیص دهند و از هدر رفتن انرژی و بروز خطرات زیست‌محیطی جلوگیری کنند.
• کنترل کیفیت: دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای بررسی ناهنجاری‌ها در فرآیندهای تولید مانند نقص در قطعات، عدم یکنواختی در مواد و… استفاده شوند و به ارتقای کیفیت محصولات نهایی کمک کنند.
• ایمنی در محیط‌های خطرناک: در صنایع پرخطر مانند فولادسازی، پالایشگاه‌ها و معادن، دوربین مداربسته حرارتی می‌تواند برای تشخیص نقاط گرم خطرناک و جلوگیری از حوادث برای کارکنان استفاده شود.

کاربرد دوربین مداربسته حرارتی در پزشکی و دامپزشکی

• تشخیص بیماری‌ها: دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای تشخیص برخی بیماری‌ها مانند تب، عفونت، التهاب و… استفاده شوند.
• کنترل سلامت حیوانات: در دامپزشکی، از این دوربین‌ها می‌توان برای تشخیص بیماری‌ها، بررسی وضعیت بارداری و نظارت بر سلامت کلی حیوانات استفاده کرد.
• جستجو و نجات: در عملیات جستجو و نجات، دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای یافتن افراد گمشده یا مجروح در تاریکی، زیر آوار یا در میان انبوه جمعیت استفاده شوند.

تحقیقات علمی

• مطالعات زیست‌محیطی: دوربین‌های حرارتی می‌توانند برای بررسی توزیع دما در محیط زیست، مطالعه رفتار حیوانات و ردیابی تغییرات آب و هوایی استفاده شوند.
• مطالعات باستان‌شناسی: با استفاده از این دوربین‌ها می‌توان بقایای باستانی پنهان‌شده در زیر خاک یا در اعماق آب را کشف کرد.
• مطالعات نجومی: در اخترشناسی، از دوربین‌های حرارتی پیشرفته برای مطالعه ستارگان، سیارات و سایر اجرام فضایی استفاده می‌شود.