通常情況下, 我們目光所及都是物體的反射光線. 據麥姆斯諮詢介紹, 日光相機, 夜視裝置和人眼都遵循相同的基本原理: 可見光能量在撞擊物體後會反射回來, 再利用探測器來接收反射光線, 並將其轉化為映像.
無論是眼球, 還是相機, 這些 '探測器' 都必須接收到足夠的光線, 否則就無法形成映像. 顯然, 夜晚沒有陽光形成反射光線, 因此夜間成像往往受限於星光, 月光和人造光. 這種情況下, 如果光線不足, 這些探測器就無法工作.
熱像儀
與以上探測器相比, 熱像儀完全不同. 雖然, 我們將熱像儀稱為 '相機' , 但其實它的本質是感測器. 要想了解它們是如何工作, 首先要做的就是忘記你所知道的關於相機成像的一切.
FLIR產品就是利用熱能來拍攝照片的, 而不是可見光. 熱能 (亦或紅外線, 熱或能量) 和光線都屬於電磁波譜的一部分, 但是能探測可見光的相機卻探測不到熱能, 對於熱像儀來說反之亦然.
熱像儀 (亦稱紅外相機) 能檢測到的不僅僅是熱能, 還有小到0.01°C的微小熱能差異 (對比度) , 並在黑白視頻中顯示為不同色度的灰色陰影. 這個可能有些難以理解, 很多人不太理解這個概念, 因此下面我們會花些時間來好好解釋一下.
圖為利用紅外相機拍攝的黑豹
我們在日常生活中所遇到的一切事物, 即便是冰, 都會散發出熱能. 物體的溫度越高, 釋放的熱能就越多. 我們將這些釋放出的熱能稱為 '熱訊號' . 只要兩相鄰物體間的熱訊號有細微差別, 就會很明顯地出現在FLIR的熱像儀上, 並且完全無需考慮光照條件.
熱能來源於各種熱輻射源的組合, 這完全取決於當時看到的事物. 如恒溫動物 (包括人類) , 發動機和機械等事物, 無論是生物還是機械, 都屬於可自己創造熱量的事物. 如土地, 岩石, 浮標, 植被等其他事物, 是白天吸收太陽熱量, 夜間再釋放出去.
由於不同材料吸收和釋放熱能的速率不同, 因此, 我們認為應該是同一溫度的區域, 事實上是由略微溫度差別的. 這就是在水中連續浸沒數天的原木與水的溫度還是有差別的原因, 但這些對於熱像儀來說都是可見的. FLIR產品能夠探測到這些溫度差異, 並可將它們轉化為映像細節.
雖然以上理論聽起來相當複雜, 但現代熱像儀使用起來是非常容易的. 熱像儀的映像清晰易懂, 無需任何訓練或解釋. 只要你會看電視, 就會使用FLIR熱像儀.
圖為FLIR ONE Pro
微光夜視裝置
我們在電影和電視中看到的那些綠色圖片, 是來自於微光夜視儀 (NVG) 或使用相同核心技術的其他裝置. 微光夜視儀可將接收的少量可見光放大, 並投射到顯示器上.
夜視映像展示
利用微光夜視技術製造的相機和肉眼有同樣的限制: 如果沒有足夠的可見光, 就無法看清楚. 任何依賴於反射光線的物體成像性能, 都會受到反射光線數量和強度的限制.
黃昏中, 微光夜視儀和其他低照度相機並不是很有用, 這是因為黃昏對它們來說光線太足, 但又無法提供可用肉眼看清的足夠光線. 與之相反, 熱像儀不受可見光的影響, 因此即使對著落日, 它們也能給出清晰的映像. 事實上, 即使把聚光燈對準熱像儀, 它依然能給出完美的畫面.
紅外照明 (I2) 相機
I2相機通過投射其成像感測器能夠感知的近紅外光, 並接收從物體上的反射實現成像. 這在一定程度上是可行的, 但是I2相機仍需要依靠反射光成像, 因此它們與其他依賴於反射光線的夜視相機一樣有局限性: 拍攝範圍小, 對比度差.
映像對比度
這些所有的可見光相機 (如日光相機, 微光夜視儀和I2相機) 均是通過探測反射光而工作的. 然而, 所接收到的反射光線數量並不是決定這些相機能否拍攝清楚的唯一因素: 映像對比度也很重要.
如果所拍攝的物體與周圍環境差異很大, 那可見光相機拍攝清楚的機會就更大. 如果對比度不夠, 不管陽光多麼明亮, 都沒辦法拍攝清楚. 在黑暗背景下白色物體的對比度就很高. 然而, 在黑暗的背景下將很難拍攝到較暗的物體, 這就是對比度較差. 夜晚缺乏可見光, 映像對比度自然會降低, 因此可見光相機的性能就會受到更大影響.
熱像儀就沒有以上缺點. 首先, 熱像儀成像無需反射光線, 它們只需熱量. 日常生活中的一切物體都有熱訊號. 這就是晚上使用熱像儀比可見光相機甚至夜視相機拍攝效果更好的根本原因.
事實上, 平常看到的許多事物, 比如人類, 就可以自己產生對比度, 這是因為事物會自己產生熱量, 熱量差異就是對比度. 熱成像儀可以有效地捕捉到這些熱量差異, 這是由於熱像儀不只利用熱能成像, 還可以辨別物體間的熱量差異並呈現為映像.
微光夜視裝置有著與日光和低照度相機相同的缺點: 需要足夠的光線, 並且需要足夠的對比度, 才能產生有效的映像. 對比來看, 無論在白天還是黑夜, 熱成像儀都可以清晰地捕捉映像和對比度. 毫無疑問, 熱像儀才是全天候成像最佳選擇!
