Termogram tradiční budovy v pozadí a „pasivního domu“ v popředí
Infračervená termografie (IRT), termovize a termovize jsou příklady vědy o infračerveném zobrazování. Termografické kamery detekují záření v infračerveném rozsahu elektromagnetického spektra (zhruba 9 000-14 000 nanometrů nebo 9-14 µm) a vytvářejí obrazy tohoto záření, tzv. termogramy. Vzhledem k tomu, že infračervené záření vyzařují všechny objekty nad absolutní nulou podle zákona o záření černého tělesa, termografie umožňuje vidět okolí s nebo bez viditelného osvětlení. Množství záření vyzařovaného objektem se zvyšuje s teplotou; proto termografie umožňuje vidět rozdíly v teplotě. Při pohledu prostřednictvím termovizní kamery teplé objekty dobře vyniknou na chladnějším pozadí; lidé a další teplokrevná zvířata se stanou snadno viditelná proti okolnímu prostředí, ve dne nebo v noci. V důsledku toho je termografie užitečná zejména pro vojenské a další uživatele sledovacích kamer.
Termografie má dlouhou historii, i když její využití dramaticky vzrostlo s komerčním a průmyslovým využitím v posledních padesáti letech. Personál vlády a letiště používal termografii k odhalení podezření na případy prasečí chřipky během pandemie v roce 2009. Hasiči používají termografii k prohlédnutí kouře, k nalezení osob a k lokalizaci ohniska požáru. Technici údržby používají termografii k lokalizaci přehřívajících se spojů a úseků elektrického vedení, které jsou známkou hrozící poruchy. Technici na stavbách budov mohou vidět tepelné stopy, které indikují únik tepla ve vadné tepelné izolaci a mohou využít výsledky ke zlepšení účinnosti topných a klimatizačních jednotek. Některé fyziologické změny u lidí a dalších teplokrevných zvířat mohou být také sledovány termovizí během klinické diagnostiky.
Vzhled a provoz moderní termografické kamery je často podobný kamkordéru. Živý termogram často odhaluje teplotní rozdíly tak jasně, že fotografie není pro analýzu nutná. Záznamový modul proto není vždy vestavěný.
Nespecializované senzory CCD a CMOS mají většinu své spektrální citlivosti v rozsahu viditelných světelných vlnových délek. Využitím „koncové“ oblasti jejich spektrální citlivosti, konkrétně části infračerveného spektra zvané blízké infračervené (NIR), a využitím standardní kamery CCTV je však za určitých okolností možné získat skutečné termální snímky objektů s teplotou kolem 280°C a vyšší.
Specializované termovizní kamery používají ohnisková rovinná pole (FPA), která reagují na delší vlnové délky (infračervené pásmo střední a dlouhé vlnové délky). Nejčastějšími typy jsou InSb, InGaAs, HgCdTe a QWIP FPA. Nejnovější technologie používají jako FPA senzory levné nechlazené mikrobolometry. Jejich rozlišení je podstatně nižší než u optických kamer, většinou 160×120 nebo 320×240 pixelů, u nejdražších modelů až 640×512. Termovizní kamery jsou mnohem dražší než jejich protějšky s viditelným spektrem a vyšší modely jsou často exportně omezené kvůli vojenskému využití této technologie. Starší bolometry nebo citlivější modely jako InSb vyžadují kryogenní chlazení, obvykle miniaturní chladničkou Stirlingova cyklu nebo tekutým dusíkem.
Pokud objekt vyzařuje při vyšší teplotě než jeho okolí, pak bude probíhat přenos energie a energie bude vyzařovat z tepla do chladu podle principu uvedeného v Druhém termodynamickém zákoně. Pokud je tedy v termogramu chladná plocha, bude tento objekt absorbovat záření vyzařované teplým objektem. Schopnost obou objektů vyzařovat nebo absorbovat toto záření se nazývá emisivita. Ve venkovním prostředí může být potřeba při snaze získat přesný údaj o teplotě zvážit také konvektivní chlazení větrem.
Tento termogram vykazuje závadu na průmyslovém elektrickém pojistkovém bloku.
Termovizní kamera by dále používala řadu matematických algoritmů. Vzhledem k tomu, že kamera je schopna vidět pouze elektromagnetické záření, které nelze lidským okem zachytit, vytvoří v prohlížeči obraz a zaznamená viditelný obraz, obvykle ve formátu JPG.
Aby mohla kamera plnit roli bezkontaktního záznamníku teploty, bude měnit teplotu pozorovaného objektu svým nastavením emisivity. Pro ovlivnění měření lze použít i jiné algoritmy, včetně přenosové schopnosti vysílacího média (obvykle vzduchu) a teploty tohoto vysílacího média. Všechna tato nastavení ovlivní konečný výstup pro teplotu pozorovaného objektu.
Tato funkce dělá z termovizní kamery vynikající nástroj pro údržbu elektrických a mechanických systémů v průmyslu a obchodě. Díky správnému nastavení kamery a opatrnosti při zachycování obrazu lze skenovat elektrické systémy a nalézt problémy. Závady s parními lapači v parních topných systémech lze snadno lokalizovat.
V oblasti úspor energie může termovizní kamera udělat více. Protože může vidět teplotu vyzařování objektu i to, na co tento objekt vyzařuje, lze součin záření vypočítat pomocí Stefanovy–Boltzmannovy konstanty.
Emisivita je termín vyjadřující schopnost materiálu emitovat tepelné záření. Každý materiál má jinou emisivitu a může být obtížné určit vhodnou emisivitu pro subjekt. Emisivita materiálu se může pohybovat od teoretické hodnoty 0,00 (zcela nevyzařující) po stejně teoretickou hodnotu 1,00 (zcela vyzařující); emisivita se často mění s teplotou. Příkladem látky s nízkou emisivitou by bylo stříbro s koeficientem emisivity 0,02. Příkladem látky s vysokou emisivitou by byl asfalt s koeficientem emisivity 0,98.
Černé těleso je teoretický objekt, který bude při své kontaktní teplotě vyzařovat infračervené záření. Pokud termočlánek na radiátoru černého tělesa ukazuje 50 °C, bude záření, kterého se černé těleso vzdá, také 50 °C.
Termogram hada drženého člověkem
Protože neexistuje dokonalé černé těleso, bude se infračervené záření normálních objektů jevit jako menší než kontaktní teplota. Rychlost (v procentech) vyzařování infračerveného záření tak bude zlomkem skutečné kontaktní teploty. Tento zlomek se nazývá emisivita.
Některé objekty mají odlišné emisivity v dlouhých vlnách ve srovnání s emisemi ve středních vlnách. Emise se mohou také měnit v závislosti na teplotě v některých materiálech.
Při měření teploty objektu se termograf odkáže na tabulku emisivity a zvolí hodnotu emisivity objektu, která se pak zadá do kamery. Algoritmus kamery upraví teplotu pomocí emisivity a vypočte teplotu, která se více blíží skutečné kontaktní teplotě objektu.
Pokud je to možné, pokusil by se termograf vyzkoušet emisivitu dotyčného objektu. To by bylo přesnější než se pokoušet určit emisivitu objektu pomocí tabulky. Obvyklou metodou zkoušení emisivity je umístit materiál se známou vysokou emisivitou do kontaktu s povrchem objektu. Materiál se známou emisivitou může být stejně složitý jako průmyslový rozprašovač emisivity, který se vyrábí speciálně pro tento účel, nebo může být stejně jednoduchý jako standardní černá izolační páska, emisivita 0,97. Poté lze z objektu odečíst teplotu s úrovní emisivity na snímači nastavenou na hodnotu zkušebního materiálu. To poskytne přesnou hodnotu teploty objektu. Teplotu pak lze odečíst na části objektu, která není pokryta zkušebním materiálem. Pokud je odečet teploty jiný, lze úroveň emisivity na snímači nastavit tak, aby objekt odečítal stejnou teplotu. Tím získáme pro termografa mnohem přesnější odečet emisivity. Jsou však chvíle, kdy test emisivity není možný kvůli nebezpečným nebo nepřístupným podmínkám. V těchto situacích se musí termograf spolehnout na tabulky.
Rozdíl mezi infračerveným filmem a termografií
Zařízení pro noční vidění typu Starlight zpravidla pouze zvětšují okolní světlo.
Pasivní vs. aktivní termografie
Všechny objekty nad absolutní nulovou teplotou (0 K) vyzařují infračervené záření. Proto je výborným způsobem měření teplotních odchylek použití infračerveného vidění, obvykle ohniskového pole (FPA) infračervené kamery schopné detekovat záření ve středních (3 až 5 μm) a dlouhých (7 až 14 μm) vlnových infračervených pásmech, označovaných jako MWIR a LWIR, odpovídajících dvěma vysoce propustným infračerveným oknům. Abnormální teplotní profily na povrchu objektu jsou známkou potenciálního problému.
Termovizní kamera a obrazovka. Termovizní snímkování může odhalit zvýšenou tělesnou teplotu, jeden ze znaků viru H1N1 (prasečí chřipka).
V pasivní termografii jsou zajímavé rysy přirozeně při vyšší nebo nižší teplotě než pozadí. Pasivní termografie má mnoho aplikací, jako je sledování osob na místě a lékařská diagnostika (konkrétně termologie).
Výhody termografie
Omezení a nevýhody termografie
Dračí letecký termogram z místa hradu Ogilface ve Skotsku.
Termovizní kamery převádějí energii v infračervené vlnové délce na zobrazení viditelného světla. Všechny objekty nad absolutní nulou vyzařují tepelnou infračervenou energii, takže termovizní kamery mohou pasivně vidět všechny objekty bez ohledu na okolní světlo. Většina termovizních kamer však vidí pouze objekty teplejší než −50°C.
Spektrum a množství tepelného záření silně závisí na teplotě povrchu objektu. Díky tomu může termovizní kamera zobrazit teplotu objektu. Záření však ovlivňují i další faktory, což omezuje přesnost této techniky. Například záření nezávisí pouze na teplotě objektu, ale je také funkcí emisivity objektu. Také záření pochází z okolí a odráží se v objektu, a záření z objektu a odražené záření bude také ovlivněno absorpcí atmosféry.
Termografie podle definice probíhá pomocí přístroje (artefaktu), ale někteří živí tvorové mají přirozené orgány, které fungují jako protějšky bolometrů, a tudíž disponují hrubým typem schopnosti termovize (termocepce). Jedním z nejznámějších příkladů je infračervené snímání u hadů.