通常情况下, 我们目光所及都是物体的反射光线. 据麦姆斯咨询介绍, 日光相机, 夜视装置和人眼都遵循相同的基本原理: 可见光能量在撞击物体后会反射回来, 再利用探测器来接收反射光线, 并将其转化为图像.
无论是眼球, 还是相机, 这些 '探测器' 都必须接收到足够的光线, 否则就无法形成图像. 显然, 夜晚没有阳光形成反射光线, 因此夜间成像往往受限于星光, 月光和人造光. 这种情况下, 如果光线不足, 这些探测器就无法工作.
热像仪
与以上探测器相比, 热像仪完全不同. 虽然, 我们将热像仪称为 '相机' , 但其实它的本质是传感器. 要想了解它们是如何工作, 首先要做的就是忘记你所知道的关于相机成像的一切.
FLIR产品就是利用热能来拍摄照片的, 而不是可见光. 热能 (亦或红外线, 热或能量) 和光线都属于电磁波谱的一部分, 但是能探测可见光的相机却探测不到热能, 对于热像仪来说反之亦然.
热像仪 (亦称红外相机) 能检测到的不仅仅是热能, 还有小到0.01°C的微小热能差异 (对比度) , 并在黑白视频中显示为不同色度的灰色阴影. 这个可能有些难以理解, 很多人不太理解这个概念, 因此下面我们会花些时间来好好解释一下.
图为利用红外相机拍摄的黑豹
我们在日常生活中所遇到的一切事物, 即便是冰, 都会散发出热能. 物体的温度越高, 释放的热能就越多. 我们将这些释放出的热能称为 '热信号' . 只要两相邻物体间的热信号有细微差别, 就会很明显地出现在FLIR的热像仪上, 并且完全无需考虑光照条件.
热能来源于各种热辐射源的组合, 这完全取决于当时看到的事物. 如恒温动物 (包括人类) , 发动机和机械等事物, 无论是生物还是机械, 都属于可自己创造热量的事物. 如土地, 岩石, 浮标, 植被等其他事物, 是白天吸收太阳热量, 夜间再释放出去.
由于不同材料吸收和释放热能的速率不同, 因此, 我们认为应该是同一温度的区域, 事实上是由略微温度差别的. 这就是在水中连续浸没数天的原木与水的温度还是有差别的原因, 但这些对于热像仪来说都是可见的. FLIR产品能够探测到这些温度差异, 并可将它们转化为图像细节.
虽然以上理论听起来相当复杂, 但现代热像仪使用起来是非常容易的. 热像仪的图像清晰易懂, 无需任何训练或解释. 只要你会看电视, 就会使用FLIR热像仪.
图为FLIR ONE Pro
微光夜视装置
我们在电影和电视中看到的那些绿色图片, 是来自于微光夜视仪 (NVG) 或使用相同核心技术的其他装置. 微光夜视仪可将接收的少量可见光放大, 并投射到显示器上.
夜视图像展示
利用微光夜视技术制造的相机和肉眼有同样的限制: 如果没有足够的可见光, 就无法看清楚. 任何依赖于反射光线的物体成像性能, 都会受到反射光线数量和强度的限制.
黄昏中, 微光夜视仪和其他低照度相机并不是很有用, 这是因为黄昏对它们来说光线太足, 但又无法提供可用肉眼看清的足够光线. 与之相反, 热像仪不受可见光的影响, 因此即使对着落日, 它们也能给出清晰的图像. 事实上, 即使把聚光灯对准热像仪, 它依然能给出完美的画面.
红外照明 (I2) 相机
I2相机通过投射其成像传感器能够感知的近红外光, 并接收从物体上的反射实现成像. 这在一定程度上是可行的, 但是I2相机仍需要依靠反射光成像, 因此它们与其他依赖于反射光线的夜视相机一样有局限性: 拍摄范围小, 对比度差.
图像对比度
这些所有的可见光相机 (如日光相机, 微光夜视仪和I2相机) 均是通过探测反射光而工作的. 然而, 所接收到的反射光线数量并不是决定这些相机能否拍摄清楚的唯一因素: 图像对比度也很重要.
如果所拍摄的物体与周围环境差异很大, 那可见光相机拍摄清楚的机会就更大. 如果对比度不够, 不管阳光多么明亮, 都没办法拍摄清楚. 在黑暗背景下白色物体的对比度就很高. 然而, 在黑暗的背景下将很难拍摄到较暗的物体, 这就是对比度较差. 夜晚缺乏可见光, 图像对比度自然会降低, 因此可见光相机的性能就会受到更大影响.
热像仪就没有以上缺点. 首先, 热像仪成像无需反射光线, 它们只需热量. 日常生活中的一切物体都有热信号. 这就是晚上使用热像仪比可见光相机甚至夜视相机拍摄效果更好的根本原因.
事实上, 平常看到的许多事物, 比如人类, 就可以自己产生对比度, 这是因为事物会自己产生热量, 热量差异就是对比度. 热成像仪可以有效地捕捉到这些热量差异, 这是由于热像仪不只利用热能成像, 还可以辨别物体间的热量差异并呈现为图像.
微光夜视装置有着与日光和低照度相机相同的缺点: 需要足够的光线, 并且需要足够的对比度, 才能产生有效的图像. 对比来看, 无论在白天还是黑夜, 热成像仪都可以清晰地捕捉图像和对比度. 毫无疑问, 热像仪才是全天候成像最佳选择!
