Как увидеть инфракрасное излучение: Как увидеть инфракрасный свет. Изобретения Дедала

Содержание

Как увидеть инфракрасный свет. Изобретения Дедала

Как увидеть инфракрасный свет

В лазере фотон света, сталкиваясь с возбужденным атомом среды, стимулирует испускание другого фотона той же частоты. Вторичные фотоны в свою очередь вызывают испускание фотонов другими возбужденными атомами — в результате процесс излучения света идет лавинообразно. Но попробуем рассмотреть случай, когда активная среда лазера находится в докритическом состоянии, т. е. слишком разрежена, чтобы поддерживать лавинообразный процесс. В такой среде фотон может столкнуться с невозбуждеиным атомом, который, поглотив этот фотон, переходит в возбужденное состояние. Другой фотон, столкнувшись с этим возбужденным атомом, теперь может стимулировать эмиссию, и два фотона будут двигаться вместе, парой. В несколько более плотной среде и при чуть более интенсивной накачке эта пара фотонов может столкнуться с еще одним возбужденным атомом, результатом чего будет фотонный триплет. В целом, активную среду лазера покидает примерно столько же фотонов, сколько вошло в нее, однако выходящие фотоны образуют когерентные пары и тройки.

Такой «сгруппированный» свет обладает удивительными свойствами. Прежде всего он совершенно непривычен для глаза. Так, красный сгруппированный свет будет обычным образом отражаться от красных предметов. Но, поскольку каждая пара «красных» фотонов имеет в сумме энергию, равную энергии одного «синего» фотона, такой свет за счет двухфотонного поглощения станет возбуждать также рецепторы, чувствительные к синему цвету. Предмет, таким образом, будет одновременно выглядеть и красным, и синим, — наверное, переливчато-фиолетовым. Больше всего, впрочем, Дедала занимает инфракрасный сгруппированный свет. Все окружающие нас объекты в изобилии испускают длинноволновое инфракрасное излучение. Достаточно поэтому перед любым предметом поместить «группирователь фотонов» фирмы КОШМАР, который собирает фотоны в группы, суммарная энергия которых лежит в видимой области спектра, — и вот вам бесплатное освещение! Правда, в сгруппированном ИК-свете все предметы, скорее всего, будут иметь жуткий вид, так что лучше будет, если энергия группы фотонов придется на область ультрафиолета. Тогда, используя обычный люминофор, как в лампах дневного света, можно возбуждать его за счет многофотонного поглощения и получать видимый свет. Этот изящный прибор преобразует бесполезный инфракрасный фон в видимый свет — подобно тепловому насосу, перекачивающему тепло от тел с меньшей температурой к телам с более высокой температурой. Согласно законам термодинамики, эти устройства могут отбирать у окружающей среды гораздо больше энергии (тепла и света), чем необходимо для приведения их в действие[19].

New Scientist, June 26, 1980

Из записной книжки Дедала

Рассмотрим активную среду, в которой N1 атомов находятся в основном состоянии и N2 — в возбужденном состоянии с энергией Е. Рабочая частота равна в таком случае v = E/h, и если этой частоте соответствует плотность энергии ?v, то интенсивность возбуждения N1 -> N2 составит BN1?v, где В — вероятность перехода. Аналогично интенсивность стимулированной эмиссии равна BN2?v. Пусть в систему входит n фотонов. Для каждого из иих вероятность быть поглощенным при переходе атома из состояния 1 в состояние 2 пропорциональна BN1?; обозначим эту вероятность через KN1. Тогда число фотонов, поглощенных в системе, равно nKN1 для малых KN1, а n(1 – KN1) фотонов проходят через всю среду. Вероятность того, что каждый из этих фотонов стимулирует испускание фотона возбужденным атомом, равна KN2. Таким образом, наиболее вероятное число пар фотонов, выходящих из среды, равно n(KN2)?(1 — KN1). Иначе говоря, мы пустили в среду n фотонов и получили на выходе n(KN2)?(1 – KN1 фотонных пар; таким образом, кпд нашего лазера по «группированию» фотонов составляет 2/KN2(1 – KN1). Эта величина имеет максимум при N2 = N1, т.е. когда излучение накачки, переводящее атомы в возбужденное состояние за счет переходов N1 -> N3 -> N2, чуть-чуть недостаточно для создания инверсной населенности, т. е. система находится немного ниже порога генерации лазерного излучения. При KN1 = КN2 = 0,5 максимальный кпд = 0,5, т. е. можно рассчитывать, что примерно половина общего числа попадающих в систему фотонов будет сгруппирована. На практике будут возникать группы не только из двух, но и из трех и более фотонов, но даже с учетом этого наша схема выглядит вполне реальной.

Как будут вести себя фотонные пары? В физических процессах (преломление, рассеяние и т. д.) они должны вести себя точно так же, как образующие фотоны, однако в химических процессах (поглощение и т. д.) они, скорее всего, будут проявлять тенденцию к двухфотонному поглощению, и поэтому каждая пара поведет себя как один фотон с вдвое большей частотой. На этой основе, вероятно, можно создать уличные фонари, излучающие сгруппированный инфракрасный свет, который легко проходит сквозь туман и в то же время хорошо воспринимается глазом. А как бы вы отнеслись к «антизонтику», преобразующему свет пасмурного дня в ультрафиолетовое излучение для загара? Наконец, поскольку сгруппированные фотоны когерентны с тем фотоном, который первоначально попал в среду, соответствующие очки позволят непосредственно наблюдать изображение, полученное в инфракрасных лучах.

Дедал получает письмо

Майрон Л. Уолбаршт, профессор офтальмологии и биомедицинской техники, Медицинский центр университета Дьюка, Дарем, Сев. Каролина, США 23 июля 1980

Дорогая Ариадна!

Ваш друг Дедал рассматривал (с. 448, 26 июня 1980) использование сгруппированного света для возбуждения синих рецепторов глаза в результате двухфотонного поглощения и даже допускал возможность использования длинноволнового инфракрасного излучения для получения видимого света. Я прилагаю копию одной из своих опубликованных работ «Зрительная чувствительность глаза к инфракрасному излучению» (Journal of the Optical Society of America, 66, 1976, p. 339), в которой показано, что это действительно возможно. Надеюсь, что Дедал будет продолжать свои изыскания, но ему следует сознавать, что в наши дни наука движется вперед так быстро, что даже мечтатель может отстать от жизни.

Искренне Ваш М. Уолбаршт

(В дальнейшем сгруппированный свет будет пролит на вопрос о приоритете в статье «Еще раз об инфракрасном зрении».)

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Увидеть невидимое: инфракрасная фотография: wowavostok — LiveJournal

Инфракрасная фотография позволяет нам увидеть мир, который не доступен нашему глазу. Сначала эти снимки могут показаться безжизненными, но, присмотревшись, в них можно увидеть другое пространство и другую реальность.

Картины, полученные с помощью инфракрасной фотографии очень сюрреалистичны: жаркое лето на них превращается в холодную зиму, небо и вода становятся практически черными. Все это — снимки из других, параллельных миров.

48 фото

У любого фотографа наступает момент, когда хочется запечатлеть что-то необычное и выделить свои творения из общей массы. И один из таких приемов — инфракрасная фотография.

Начнем с того, что человеческий глаз способен воспринимать лучи в диапазоне длин волн от 380 нм до 760 нм (от фиолетового до красного). Все, что выходит за эти рамки, без специального оборудования увидеть невозможно.

Видимый свет — это лишь малая часть широкого спектра волн. Соседние области спектра — ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Они могут быть запечатлены на фотографии, т.к. преломляются линзами объектива,и изображение может быть сфокусировано на матрицу фотоаппарата.

Инфракрасная фотография позволяет запечатлеть длины волн в недостижимом для нашего глаза диапазоне — от 700 до 1100 нм.

Впервые инфракрасное излучение, находящееся за пределами видимого диапазона, обнаружил англичанин Вильям Гершель еще в 1800-м году. Сначала инфракрасная фотография применялась астрономами, использовалась при аэрофотосъемке, а также военными и реставраторами при работе с полотнами великих живописцев.

В конце концов она стала использоваться и простыми фотографами. Кстати, это не зима, это лето, здесь зеленые деревья и трава:

Что нужно сделать, чтобы запечатлеть этот сказочный, невидимый мир? Первым делом определить, подходит ли камера для съемки в ИК диапазоне. Для этого нужно взять пульт дистанционного управления (он, как известно, излучает ИК-лучи) и в полной темноте направить его в объектив цифрового аппарата. Если вы видите на дисплее светящуюся точку, то фотоаппарат чувствителен к инфракрасным лучам. Значит можно двигаться дальше.

Также, обычно в фотоаппаратах имеется специальный режим «Ночной съемки». В нем фильтр, отсекающий инфракрасную область спектра, механически убирается из оптической системы, что позволяет достичь достаточно большой чувствительности сенсора фотоаппарата в ИК-диапазоне.

Снять инфракрасную фотографию невозможно без специализированных фильтров, которые блокируют видимую часть спектра.

Практически все известные производители фильтров имеют в своей линейке и ИК-модели. К сожалению, купить такой фильтр в наших магазинах почти нереально. Среди причин — и высокая стоимость в несколько сотен долларов, и малый спрос на такую продукцию. Так что желающим экспериментировать с другими мирами придется заказывать фильтры в зарубежных фотомагазинах.

Для инфракрасной фотографии обязательно нужен штатив, так как выдержка будет достаточно длинной. На фотографии: белое и жаркое лето:

Фотографировать нужно в RAW формате, поскольку в этом виде съемки автоматика не сможет правильно определить баланс белого и его придется корректировать в программах.

И вот перед нами сказочные картины, недоступные невооруженному глазу. Это другой, невидимый мир, другая реальность.

В любом случае, настоящее мастерство фотографа заключается не в том, чтобы красиво снять и обработать в фотошопе, а в том, чтобы показать нечто, что другие не заметили, просто пройдя мимо.

Разноцветная бабочка на цветке:

Вдоль дороги:

В зоопарке Буэнос-Айреcа:

Весна:

Выделяясь из толпы:

Геодезический купол в Монреале:

Графство Стаффордшир на западе центральной части Англии:

«Гриб»:

Дорога к пагоде (буддийское или индуистское сооружение культового характера):

Ее мир:

Затишье перед бурей:

Зимнее солнцестояние в полночь:

Капитолий:

Кладбище:

Конь:

Летние цветы:

«Ледяной» замок в Диснейленде:

Метро:

Мечеть Джама-Масджид, Дели:

Мост Харбор-Бридж, Сидней, Австралия:

Отражения:

Памятник:

Пальмы:

Парк Томока, Флорида:

Красно-белое:

Инфракрасный портрет:

Расщепление:

Реверанс:

Жаркий день в Сан-Исидро, Испания:

Сингапур:

Спокойствие:

Тихая летняя ночь:

Прогулочные лодки (paddan) на канале:

ИСТОЧНИК

Как увидеть инфракрасное излучение | Наука и жизнь

Инфракрасный свет можно увидеть, если его импульсы будут короткими – тогда фотопигменты глаза получат достаточно фотонов, чтобы отреагировать на них и запустить передачу нервного импульса.

Мы знаем, что инфракрасное излучение не видно невооружённому человеческому глазу, или, говоря боле специальным языком, что оно находится за пределами видимой области электромагнитного спектра. Однако в некоторых случаях, как оказывается, инфракрасный свет можно увидеть.

Бегущий человек, сфотографированный в инфракрасном излучении. (Фото Joseph Giacomin / Corbis.)


Владимир Кефалов и его сотрудники из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) заметили, что во время экспериментов с инфракрасным лазером они время от времени видят зелёные вспышки. (На всякий случай ещё раз подчеркнём, что речь идёт о невидимом инфракрасном излучении, а не о красном свете от лазерной указки.) Эксперимент повторили при разных условиях, чтобы понять, когда именно появляются видимые вспышки; одновременно в литературе искали похожие случаи, когда человек был способен увидеть «что-то инфракрасное».


Выяснилось, как пишут авторы работы в Proceedings of the National Academy of Sciences, что «видимость» инфракрасного излучения зависела от длительности импульса: при одном и том же общем количестве фотонов более короткие импульсы с какого-то момента делались видимыми. Эксперимент повторили с клетками сетчатки мышей и человека, и результат оказался тот же: клетки чувствовали инфракрасный свет, если его подавали короткими импульсами.


Мы чувствуем световые электромагнитные волны благодаря работе пигментных молекул, которые ловят фотоны и запускают нейрохимический импульс, отправляющийся в мозг. Энергией, достаточной для возбуждения пигментной молекулы, обладают фотоны видимого света. Но если два инфракрасных фотона достаточно быстро попадут на пигментную молекулу в сетчатке, то у них есть все шансы вызвать реакцию: двойной удар «невидимых» фотонов окажется равен одному удару фотона «видимого». В перспективе этот феномен может найти применение в разработке оптических приборов, в том числе и медицинских – уже сейчас исследователи работают над новой моделью офтальмоскопа, которая позволила бы с помощью такой двухфотонной схемы получить более детальную информацию о том, что происходит в глазу.

Я могу видеть инфракрасное излучение!

Как известно, обычно люди видят электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 380 до 780 нм (или, если выражать в частотах, от 385 до 789 ТГц). Некоторые животные видят и за этими пределами — птицы, например, кроме трёх цветовых составляющих, которые видит человек (красный, жёлтый и синий) видят ещё и ультрафиолетовый. Они видят цвета, которые мы не можем себе представить. Излучения за пределами видимости используются в технике: пульты дистанционного излучения, напрмиер, излучают инфракрасный.

Я давно мечтал увидеть эти самые необычные цвета, хоть это и невозможно. И можете вы себе представить мои чувства, когда вчера я присмотрелся к светодиоду пульта, нажал кнопку и увидел едва заметное красноватое свечение! В темноте эффект проявлялся ещё больше. Поискав в Интернете информацию о пультах и проведя пару экспериментов, у меня отпали сомнения: это действительно инфракрасное излучение с длиной волны 950 нм.

Я решил точнее узнать, какой диапазон длин волн я могу видеть. Я провёл исследование с помощью компакт-диска (размеры бороздок на нём сопоставимы с длинами волн, а потому его можно использовать как дифракционную решётку. Именно благодаря этому на нём видны харктерные радужные спектры). Данные, полученные мной, нельзя назвать очень точными, но тем не менее они должны быть близки к истине. Согласно им, я могу видеть волны с длинами от 370 до 1160 нм (или с частотами от 259 до 811 ТГц). Это почти в 2 раза больший диапаон длин, чем видят обычно! (И почти в полтора раза больший диапазон частот.)

Ранее я интересовался, что за цвета мы могли бы видеть, если бы видели ИК- или УФ-излучения. Так как же выглядит «инфракрасный цвет»? Это темноватый блёклый красный с небольшой примесью фиолетового.

Возможно, я вижу и ультрафиолетовый с длиной волны, меньшей 370 нм. Сейчас я не могу ответить на этот вопрос. Дело в том, что стекло не пропускает ульрафиолетовый, и для его выявления нужны длительные эксперименты у отркытого окна, а пока холодно. Это можно будет узнать летом.

Пока я не знаю, насколько распространён такой эффект. Присмотритесь к светодиоду пульта и понажимайте на кнопки, желательно в темноте. Может, и вы видете ИК-волны?

ближний инфракрасный диапазон / Блог компании AVI / Хабр

А вы думали, мы только чайники умеем делать? Не-а.

Мы все привыкли к тому, что цветы красные, черные поверхности не отражают свет, кока-кола непрозрачная, горячим паяльником нельзя ничего осветить как лампочкой, а фрукты можно легко отличить по их цвету. Но давайте представим на минутку, что мы может видеть не только видимый диапазон(хи-хи), но и ближний инфракрасный. Ближний инфракрасный свет — это вовсе не то, что можно увидеть в тепловизоре. Он скорее ближе в видимому свету, чем к тепловому излучению. Но у него есть ряд интересных особенностей — часто совершенно непрозрачные в видимом диапазоне предметы отлично просвечиваются в инфракрасном свете — пример на первой фотографии.
Черная поверхность плитки прозрачна для ИК, и с помощью камеры, у которой снят с матрицы фильтр можно рассмотреть часть платы и нагревательный элемент.

Для начала — небольшое отступление. То, что мы называем видимым светом — всего лишь узкая полоска электромагнитного излучения.
Вот, например я упер с википедии такую картинку:

Мы просто не видим ничего кроме этой маленькой части спектра. И фотоаппараты, которые делают люди — изначально кастрированы, чтобы добиться похожести фотоснимка и человеческого зрения. Матрица фотоаппарата способна видеть инфракрасный спектр, но специальным фильтром(он называется Hot-mirror) эта возможность убирается — иначе снимки будут выглядеть несколько непривычно для человеческого глаза. А вот если этот фильтр убрать…

Камера

Подопытным выступил китайский телефон, который изначально предназначался для обзора. К сожалению, выяснилось что радиочасть у него жестоко глючит — то принимает, то не принимает звонки. Само-собой, писать я про него не стал, но китайцы не захотели ни выслать замену, ни забрать этот. Так он остался у меня.
Разбираем телефон:

Вытаскиваем камеру. Паяльником и скальпелем аккуратно отделяем фокусировочный механизм(сверху) от матрицы.

На матрице должно быть тонкое стеклышко, возможно с зеленоватым или красноватым отливом. Если там его не — посмотрите на часть с «объективом». Если нет и там, то скорее всего все плохо — оно напылено на матрицу или на одну из линз, и снять ее будет более проблематично, чем найти нормальную камеру.

Если оно есть — нам надо его как можно более аккуратно снять, не повредив матрицу. У меня оно треснуло при этом, и пришлось долго выдувать осколки стекла с матрицы.

К сожалению, я потерял свои фотки, поэтому покажу фотку irenica из ее блога, которая делала тоже самое, но с веб-камерой.


Вот тот осколок стекла в углу — как раз и есть фильтр. Был фильтр.

Собираем все обратно, учитывая то, что при изменении зазора между объективом и матрицей камера не сможет правильно сфокусироваться — у вас получится или близорукая, или дальнозоркая камера. Мне потребовалось три раза собрать-разобрать камеру, чтобы добиться корректно работы механизма автофокуса.

Вот теперь можно окончательно собрать телефон, и начать исследовать этот новый мир!

Краски и вещества

Кока-кола внезапно стала полупрозрачной. Сквозь бутылку проникает свет с улицы, а через стакан видны даже предметы в комнате.

Плащ из черного стал розовым! Ну, кроме пуговиц.

Черная часть отвертки тоже посветлела. А вот у телефона эта участь постигла только кольцо джойстика, остальная часть покрыта другой краской, которая ИК не отражает. Так же как и пластик док-станции для телефона на заднем плане.

Таблетки из зеленых превратились в сиреневые.

Оба кресла в офисе тоже превратились из готично-черных в непонятные цветные.

Искусственная кожа осталась черной, а ткань — оказалось розовой.

Рюкзаку(он есть на заднем плане предыдущей фотки) стало еще хуже — он практически весь стал сиреневым.

Как и сумка для фотоаппарата. И обложка электронной книги

Коляска из синий превратилась в ожидаемо-фиолетовую. А световозвращающая нашивка, хорошо видимая в обычную камеру совсем не видна в ИК.

Красная краска, как близкая к нужной нам части спектра, отражая красный свет, захватывает и часть ИК. В итоге красный цвет заметно светлеет.

Причем таким свойством обладает все красная краска, что я замечал.

Огонь и температура

Еле тлеющая сигарета выглядит в ИК как очень яркая точка. Стоят ночью люди на остановке с сигаретами — а их кончики освещают им лица.

Зажигалка, свет которой на обычной фотографии вполне сравним с фоновым освещением в ИК режиме перекрыла жалкие потуги фонарей на улице. На фотографии даже не видно фона — умный фотоаппарат отработал изменение яркости, уменьшив экспозицию.

Паяльник при разогреве светится как небольшая лампочка. А в режиме поддержания температуры имеет нежно-розовый свет. А еще говорят что пайка не для девушек!

Горелка выглядит практически одинаково — ну разве что факел чуть дальше(на конце температура падает довольно быстро, и на определенном этапе уже перестает светить в видимом свете, но еще светит в ИК).

А вот если нагреть горелкой стеклянную палочку — стекло начнет светиться в ИК довольно ярко, и палочка будет выступать волноводом(яркий кончик)

Причем палочка будет светиться довольно долго и после прекращения нагрева

А фен термовоздушной станции вообще выглядит как фонарик с сеточкой.

Лампы и свет

Буква М на входе в метро горит гораздо ярче — в ней все еще используются лампы накаливания. А вот вывеска с название станции почти не изменила яркость — значит там люминесцентные лампы.

Двор ночью выглядит немного странно — сиреневая трава и гораздо светлее. Там, где камера в видимом диапазоне уже не справляется и вынуждена повышать исо(зернистость в верхней части), камере без ИК фильтра хватает света с запасом.

На этой фотографии получилась забавная ситуация — одно и то же дерево освещают два фонаря с разными лампами — слева лампой НЛ(оранжевая уличная), а справа — светодиодной. У первой в спектре излучения есть ик, и поэтому на фотографии листва под ней выглядит светлофиолетовой.


А у светодиодной нет ИК, а только видимый свет(поэтому лампы на светодиодах более энергоэффективны — энергия не тратится на излучение ненужного излучения, которое человек все равно не увидит). Поэтому листве приходится отражать то, что есть.

А если посмотреть на дом вечером, то можно заметить, что разные окна имеют разный оттенок — одни ярко-фиолетовые, а другие желтые или белые. В тех квартирах, чьи окна светятся фиолетовым(голубая стрелка) до сих пор используют лампы накаливания — горячая спираль светит всем подряд равномерно по всему спектру, захватывая и УФ и ИК диапазон. В подъездах используются энергосберегающие лампы холодного белого света(зеленая стрелка), а в части квартир — люминесцентные теплого света(желтая стрелка).

Восход. Просто восход.

Закат. Просто закат. Интенсивности солнечного света недостаточно для тени, а вот в инфракрасном диапазоне(может из-за разного преломления света с разной длинной волны, или из-за проницаемости атмосферы) тени видны отлично.

Занимательно. У нас в коридоре одна лампа сдохла и свет еле-еле, а вторая — нет. В инфракрасном свете наоборот — дохлая лампа светит гораздо ярче, чем живая.

Домофон. Точнее, штука рядом с ним, которая с камерами и подсветкой, которая включается в темноте. Она такая яркая, что видна и на обычную камеру, но для инфракрасной — это почти прожектор.

Подсветку можно включить и днем, закрыв пальцем датчик освещения.

Подсветка видеонаблюдения. У самой камеры подсветки не было, поэтому ее сколхозили из говна и палок. Она не очень яркая, потому что снята днем.

Живая природа

Волосатый киви и зеленый лайм по цвету почти не отличаются друг от друга.

Зеленые яблоки стали желтыми, а красные — ярко-сиреневыми!

Белые перцы стали желтыми. А привычные зеленый огурцы — каким-то инопланетным фруктом.

Яркие цветки стали практически однотонными:

Цветок почти не отличается по цвету от окружающей травы.

Да и яркие ягоды на кусте стало очень трудно увидеть в листве.

Да что ягоды — даже разноцветная листва стала однотонной.

Короче, выбрать фрукты по их цвету уже не получится. Придется спрашивать продавца, у него-то нормальное зрение.

Но почему на фотографиях все розовое?

Для ответа на этот вопрос нам придется вспомнить строение матрицы фотоаппарата. Я опять спер картинку из википедии.

Это фильтр байера — массив фильтров окрашенных в три разных цвета, расположенных над матрицей. Матрица воспринимает весь спектр одинаково, и только фильтры помогают построить полноцветную картинку.
Но инфракрасный спектр фильтры пропускают неодинаково — синие и красные больше, а зеленые меньше. Камера думает, что вместо инфракрасного излучения на матрицу попадает обычный свет и пытается формировать цветную картинку. На фотографиях, где яркость ИК-излучения минимальна обычные цвета еще пробиваются — на фотографиях можно заметить оттенки цветов. А там, где яркость большая, например на улице под ярким солнцем — ИК попадает на матрицу именно в той пропорции, которую пропускают фильтры, и которое образует розовый или фиолетовый цвет, забивая своей яркостью всю остальную цветовую информацию.
Если фотографировать с надетым на объектив фильтром — пропорция цветов получается другой. Например вот такой:

Эту картинку я нашел в сообществе ru-infrared.livejournal.com
Там же еще куча картинок снятых в инфракрасном диапазоне. Зелень на них белая потому, что ББ выставляется как раз по листве.

Но почему растения получаются такими яркими?

На самом деле, этот вопрос состоит из двух — почему зелень выглядит ярко и почему фрукты яркие.
Зелень яркая потому что в инфракрасной части спектра поглощение минимально(а отражение — максимально, что и показывает график):

Виновен в этом хлорофил. Вот его спектр поглощения:


Скорее всего это связано с тем, что растение защищается от высокоэнергетического излучения, подстраивая спектры поглощения таким образом, чтобы получить и энергию для существования и не быть засушенным от слишком щедрого солнца.

А это спектр излучения солнца(точнее, той части солнечного спектра, который достигает земной поверхности):

А почему ярко выглядит фрукты?

У плодов в кожуре зачастую нет хлорофилла, но тем не менее — они отражают ИК. Ответственно за это вещество, которое называется эпикутикулярный воск — тот самый белый налет на огурцах и сливах. Кстати, еспи погуглить «белый налет на сливах», то результатами будет что угодно, но только не это.
Смысл в этом примерно такой же — надо и окраску сохранить, которая может быть критична для выживания, и не дать солнцу высушить плод еще на дереве. Сушеный чернослив на деревьях это, конечно, отлично, но немного не вписывается в жизненные планы растения.

Но блин, почему рака-богомола?

Сколько я не искал, какие животные видят инфракрасный диапазон, мне попадались только раки-богомолы(ротоногие). Вот такие лапочки:

Кстати, если вы не хотите пропустить эпопею с чайником или хотите увидеть все новые посты нашей компании, вы можете подписаться на на странице компании(кнопка «подписаться»)

Видеть невидимое. Ближний инфракрасный диапазон (0.9-1.7мкм) / Хабр

На видео может показаться, что вольфрамовым ломом черпают расплавленный светящийся уран, но… но нет. И это не изображение тепловизора — это самый ближний инфракрасный спектральный диапазон. Возможно, вы больше не увидите таких уникальных картинок, которые спрятались под кат, добро пожаловать…

ps: читающие заголовок в мобильной версии анимацию сейчас не видят, поэтому добро пожаловать сразу в статью… ваша чашка со свежезаваренным кофе далее по тексту… =)


Обычные кремниевые детекторы ПЗС и CMOS не могут использоваться для получения изображения в спектральном диапазоне с длиной волны более 1мкм. Кванты с длиной волны 1мкм не могут индуцировать электроны в кремниевых детекторах, квантовая эффективность в ближнем ИК диапазоне быстро спадает до нуля.

Для регистрации ближнего ИК излучения используют уже детекторы на основе арсенид галлия-индия (InGaAs). Ну и несколько лет назад нам попал в руки коммерческий детектор такого типа ближнего ИК диапазона (SWIR, Near-infrared). Разрешение детектора небольшое: 320х256 элементов. Спектральная характеристика детектора представлена на рисунке ниже.

Казалось, ничто не предвещало сложностей, и разработка камеры на данном детекторе не должна была бы отличаться от разработки камеры видимого диапазона, но это оказалось не так. Основной сложностью оказался очень большой темновой ток детектора и очень большой разброс в параметрах отдельных элементов. Посмотрите на график ниже:

За время 16мс потенциальная яма отдельных элементов детектора быстро заполняется на 3-5%, а для частоты 25 кадров в секунду (40мс) это уже 8-12%. Для ёмкости потенциальной ямы элемента детектора 6млн. электрон — это 600 000 электронов темнового тока отдельного элемента, а шум в отдельном пикселе составляет более 800 электрон. Много это или мало? Для регистрации освещенных объектов вполне нормально, но для чувствительной камеры, которая способна регистрировать собственное излучение объектов с температурой до 100’C (как представленное на первом видео) — шум 800 электронов это очень и очень много.

На графике представлено излучение абсолютно черного тела, как видно, для объектов с температурой 300-400K излучение в диапазоне 1-2мкм очень слабое.

Второй особенностью является очень большой разброс характеристик каждого элемента в отдельности. Разработка заняла несколько лет, упор делался на разработку малошумящей аналоговой схемотехники, а также на аппроксимацию характеристик отдельных элементов в зависимости от температуры. Повторюсь, детектор коммерческий, мы не могли охладить детектор и напрямую уменьшить уровень темнового тока возможности не было, но смогли реализовать термостатирование детектора, что значительно сказалось на стабильности характеристик.

Ранее мы в некоторых статьях упоминали данную камеру и приводили сравнение её работы с детекторами видимого диапазона, а также с электронно оптическим преобразователем ЭОП 3+:

«Как видят ночью разные камеры и приборы»

также демонстрировали возможности данной камеры в режиме наблюдения звезд днём:

«Наблюдение звёзд днём или дневная астрономия»

Сейчас же мы хотим дополнить опубликованное ранее и продемонстрировать другие уникальные возможности камеры ближнего ИК диапазона.

Самый распространенный вопрос — «Как камера видит в тумане?». Качественный туман застать довольно непросто, поэтому сразу извиняемся за, возможно, не очень показательное видео. Для того, чтобы продемонстрировать, как видно в реальности глазами, использовалась камера видимого диапазона PanasonicGM1.

само видео наблюдения в тумане SWIR камерой

оригиналы видео доступны по ссылкам
«Видео VS320 исходник»
«Видео PanasonicGM1 оригинал»
На всякий случай предупредим, что туманы очень сильно отличаются друг от друга, бывают туманы, когда ни в одном спектральном диапазоне ничего не видно. Результат сильно зависит от дисперсии частиц воды.

Чувствительность же камеры демонстрирует видео, фрагмент которого представлен в заголовке статьи. Это обычная чашка с вкусным свежезаваренным кофе. В начале видео мы наблюдаем собственное тепловое излучение объектов, а после включения освещения — отраженное. Пока камера VS320 единственная, которая может демонстрировать видео излучения объектов до 100’C. Мы несколько раз показывали это видео на выставках и всегда сталкивались со скепсисом =)

Для примера: цветная камера и глаз видят раскаленный металл с температурой выше 500’С, черно-белая ПЗС-матрица видит жало горячего паяльника с температурой 400’С, SWIR камера VS320 видит предметы начиная с 50-60’С.

Более объективные измерения по модели абсолютно черного тела. Примерно на уровне 50 градусов шум элементов детектора и сигнал модели абсолютно черного тела сравниваются.

оригинал видео можно получить здесь (внимание! большой размер, так как без сжатия)

«Видео VS320 черное тело»

Из некоторых интересных моментов, с которыми мы столкнулись во время работы с камерами,

это особенная защита, которую наносят на банкноты, возможно это люминесцентные маркеры:

Изображения банкнот при обычном освещении не отличается от указанных на сайте Центробанка России, для примера 500р:

но при освещении исключительно видимым спектром (люминесцентной лампой) наблюдаются маркеры, которые находятся у разных банкнот в разных местах и могли бы использоваться для дополнительной автоматической сортировки банкнот:

на сайте ЦБ РФ такая защита не обозначена

В новых купюрах от такой маркировки, видимо, отказались, теперь маркер находится в одном и том же месте, круглый с буквой Р:

и вот все банкноты вместе:

Так же следует отметить, что ночное небо очень яркое в ближнем ИК диапазоне. Это позволяет конкурировать камерам ближнего ИК диапазона с другими приборами ночного видения, а так же для каких-то применений вроде обнаружения объектов на фоне «яркого» ночного неба.

«VS320. Ночное небо в ближнем ИК. исходник (200МБайт)»

А вот днём наоборот, в ближнем ИК диапазоне небо намного темнее (в сравнении с яркостью неба в видимой части спектра), для примера кадр в очень яркий солнечный день.

Эта свойство может использоваться для наблюдения за небесными объектами днём, частный случай которого был описан в статье: «Наблюдение звёзд днём или дневная астрономия».

Наиболее важным свойством камеры ближнего ИК (наравне с возможностью улучшения видимости в тумане) — это значительно лучшая видимость в дымке, для сравнения кадры разных частей спектра:

А вот видео в ближнем ИК диапазоне по вантовому мосту на дальности 9-10км.

а вот демонстрация на дальности в 9км по Смольному (в середине видео включается функция камеры: локальное контрастирование (аналог HDR/DDE) )

Можно ещё довольно много рассказывать про ближний ИК-диапазон, но, к сожалению, это выходит за объём одной статьи. Если получится и будет достаточно материала, мы обязательно продолжим. Подводя итоги можно сказать, что камеры ближнего ИК можно применять:

— для улучшения видимости в тумане

— для улучшения видимости при атмосферной дымке, смоге

— в качестве приборов ночного видения (улучшения видимости ночью)

— поиске объектов на дневном небе

— при разработке мультиспектральных камер, когда важно увидеть значительно теплый

скрытый в видимом диапазоне объект

— для особых применений в промышленности, когда важен именно этот спектральный диапазон

— поиске замаскированных предметов, когда одни краски становятся малоконтрастными, а другие наоборот темнеют в данном диапазоне или люминесцируют.

Хотелось бы сказать спасибо организации НПК «Фотоника», которая предоставила данный детектор для разработки и финансировала работу в течение длительного времени. Результатом работы явилась камера с очень высокими характеристиками по чувствительности. Отдельное спасибо коллегам, которые её разработали, несколько раз переработали, а также построили математическую модель и разработали методику калибровки такого строптивого InGaAs детектора.

Ну и собственно фотография камеры VS320 «в размере»:

Ждем вопросы в комментариях, будем рады ответить.

Что видит ИК-Камера в смартфоне? / Блог компании Droider.Ru / Хабр

Мы привыкли ко всяким диким режимам в камерах смартфонов, особенно китайских, и обычно этим никто не пользуется.

Вот и тут в новом OnePlus 8 Pro вроде обычный комплект фильтров камера: матовый, яркий, Ч/Б. Так, а это что? И это не просто покрашенные фотошопные фотки, мы проверили. Новый OnePlus может снимать сквозь предметы, видеть их изнутри и может быть даже через одежду! Что это за магия такая и как работает? Давайте разбираться.

Начнем с того, что это не первая камера в устройстве, которая может видеть сквозь вещи и в том числе людей голышом. Была и другая, с которой связан огромный скандал!

Но нам интереснее понять, как это работает в OnePlus. Для этого нужно разобраться в том, как работают наши с вами глаза и чем они отличаются от объективов и матриц фотоаппаратов.

Как же это работает?

Как мы уже объясняли в одном из прошлых роликов, где мы рассказывали о ИК-камере в Pixel 4, человеческий глаз видит только привычные цвета радуги. При этом с разных сторон этого спектра расположены невидимые глазу инфракрасный и ультрафиолетовый спектры.

В переводе в нанометры мы видим длины волн примерно в этом диапазоне — от 380 до 740 нм.

В общем, вы поняли — видимый диапазон очень мал, и есть много того, чего мы не видим, но видят сенсоры камер.

И это проблема для привычных нам камер: они видят слишком много! Как следствие, появляются ненужные артефакты, а электроника путается в правильном выставлении фокуса.

Поэтому придумали специальные фильтры отсекающие инфракрасное излучение. И по сути производители фототехники соревнуются между собой — как правильнее отрезать побольше всего лишнего и добиться лучшей картинки. Есть хорошие и плохие примеры.

Но некоторые делают наоборот и специально фиксируют инфракрасное излучение, пропуская через уже другие фильтры, чтобы заснять невидимое — и есть такой вид искусства!

ИК-фотография

Сама по себе ИК фотография не является чем-то новым и революционным. Она основана на том, что съемка ведется в инфракрасном диапазоне, то есть в области примерно от 740 до 820 нм. И это меняет взгляд на мир. Художественная задача: посмотреть на действительность в невидимом простому глазу свете. Понять и увидеть самый близкий, соседний параллельный мир. Небо черное, деревья белые, люди полупрозрачные.

Что сделал OnePlus

В модели OnePlus 8 Pro стоят четыре сенсора — основной 48 МП, ширик на 48, зум и последний, четвертый сенсор — это пятимегапиксельный сенсор, про который почти что нет никакой информации. Он используется для портретов, для измерения глубины сцены. Но кроме этого он называется фотохромным и по задумке самих OnePlus должен позволять создавать очень необычные фотографии, как раз в стиле “Инфракрасной фотографии”.

По факту к названию “фотохромный” этот сенсор не имеет отношения, ведь фотохромным объективом называют оптику, которая меняет свой цвет под воздействием ультрафиолетового излучения. Например очки, которые сами темнеют на солнце.

Но есть и интересный факт. Название режима можно рассмотреть как ссылку на процесс создания цветных изображений на основе раскрашенных фотонегативов путём прямого переноса на литографические печатные формы, берущий свое начало еще в девятнадцатом веке.

И мы получили возможность делать на смартфон новый тип фотографий. Круто, хоть разрешение всего 5 мегапикселей, но все равно здорово — новый простор для творчества!

Например, можете заценить серию фотографий под названием GadgetPORN в моём Instagram.

www.instagram.com/p/CAK_iWjg31Z

Но кто-то найдет этому более прикладное применение.

Как работает камера в OnePlus

Прежде чем я расскажу о скандале с другой компанией, который также может ждать и OnePlus. Сама компания подробностями не делится, но мы все разобрали по полочкам и пришли к таким выводам.

В четвёртом сенсоре в OnePlus 8 Pro стоит фильтр, который частично отсекает “классический” для человеческого глаза спектр, но при этом позволяет проходить свету в ИК-диапазоне. То есть фактически делает ровно наоборот все то, что делает обычный Infrared Cut-Off Filter при этом оставляя что-то из видимого спектра.

Именно этот фильтр и позволяет камере телефона видеть сквозь объекты. Различные материалы поглощают свет в зависимости от длины волны. Точно также некоторые вещи, которые мы воспринимаем как непрозрачные вообще, например корпус Apple TV, черную краску или тонированное стекло электроплиты!

Точно также человеческое тело прозрачно для рентгеновских длин волн. Если у вас есть достаточное количество инфракрасного света (например, из солнечного света), вы можете видеть сквозь материалы, которые непрозрачны для невооруженного глаза — ведь для инфракрасного света они прозрачны. А внутренности мы видим потому что они сделаны из более плотных материалов — свет от них отражается и попадает в камеру смартфона.

Может быть и обратный эффект обратите внимание на стекла большинства автомобилей они выглядят черными, и не то чтобы тут все тонированные — это означает, что ИК-свет через них не проходит.

Теперь всё внимание на зеленые скамейки и синие бочки. Видимо что-то в зеленой и синей краске может отражать инфракрасный свет, именно поэтому они приобретают такой медный оттенок — скорее всего тут имеет место какая-то софтверная постобработка.

А вот что мы можем увидеть, если посмотрим на лампочку пульта от телевизора или FaceID на айфонах? Мы видим настоящее свечение.

Что же за фильтр стоит? Компания конкретно не указывает, но мы попробовали предположить, что это фильтр на 720 нм. Этому есть подтверждения в форумах и сами снимки похожи с примерами. Мало того — на самом деле и другие камеры смартфонов способны на такой эффект. Вот Apple TV, снятый на сенсор Face ID в iPhone, но за счёт низкого разрешения и отсутствия постобработки творчеством это не назовешь, да и iOS нам этого не позволяет.

Но что же с одеждой спросите вы? Я проверил лично! Работает!

При этом даже в пасмурную погоду мы можем примерно разглядеть то, что находится у людей под футболкой. Однако, судя по всему, это работает только когда одежда очень тонкая и из определенных материалов.

Скандал

И тут мы переходим к тому самому скандалу, о котором я упоминал раньше — он произошел с компанией Sony еще в 1998 году. Тогда японцы выпустили видеокамеру с революционной на тот момент функцией ночной съемки видео. И наштамповали аж 700 тысяч штук! Ожидали успеха!

Но кое-что они не учли. Ноу-хау было в том, что камера использовала чуть более широкий диапазон длин волн и могла снимать в инфракрасном спектре!

Инженеры думали об искусстве ночной съемки, а вот народу было интереснее снимать через одежду. Мечта любого школьника!

Умельцы нашли решение быстро — понадобился специальный фильтр! И синтетические купальники — просто исчезали как по волшебству особенно обильно политые лучами солнца.

В итоге Sony было неловко за такое изобретение, и пришлось извиняться. И OnePlus тоже пришлось комментировать фишки своей камеры — на Weibo. В скором времени они программно отключат этот режим, видимо обновлением, даже извинились. Но наши догадки были верны — они не предусмотрели опцию с одеждой. Также добавили, что фишку вернут после переработки. А умельцы Android уверен вернут и полную версию.

Единственно что ясно, они наступили на те же грабли — рассчитывали, что люди с помощью этого сенсора начнут глубже погружаться в искусство ИК-фотографии, но ожидания как обычно отличаются от реальности.

Спасибо за помощью в создании материала Глебу Янкевичу.

Что такое инфракрасный порт? | Живая наука

Инфракрасное излучение (ИК) или инфракрасный свет — это тип лучистой энергии, невидимой для человеческого глаза, но которую мы можем ощущать как тепло. Все объекты во Вселенной излучают некоторый уровень ИК-излучения, но двумя из наиболее очевидных источников являются солнце и огонь.

ИК — это тип электромагнитного излучения, континуум частот, возникающий, когда атомы поглощают, а затем выделяют энергию. Электромагнитное излучение от самой высокой до самой низкой частоты включает гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны.Вместе эти типы излучения составляют электромагнитный спектр.

По данным НАСА, в 1800 году британский астроном Уильям Гершель открыл инфракрасный свет. В эксперименте по измерению разницы температур между цветами видимого спектра он поместил термометры на пути света в пределах каждого цвета видимого спектра. Он наблюдал повышение температуры от синего до красного, и он обнаружил еще более теплое измерение температуры сразу за красным концом видимого спектра.

В электромагнитном спектре инфракрасные волны возникают на частотах выше частот микроволн и чуть ниже частот красного видимого света, отсюда и название «инфракрасные». По данным Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт), волны инфракрасного излучения длиннее, чем волны видимого света. Частоты ИК-излучения варьируются от примерно 300 гигагерц (ГГц) до примерно 400 терагерц (ТГц), а длины волн оцениваются в диапазоне от 1000 микрометров (мкм) до 760 нанометров (2,9921 дюйма), хотя эти значения не являются окончательными, согласно НАСА.

Подобно спектру видимого света, который варьируется от фиолетового (самая короткая длина волны видимого света) до красного (самая длинная длина волны), инфракрасное излучение имеет свой собственный диапазон длин волн. Более короткие «ближние инфракрасные» волны, которые ближе к видимому свету в электромагнитном спектре, не излучают никакого заметного тепла и излучаются пультом дистанционного управления телевизора для переключения каналов. По данным НАСА, более длинные «дальние инфракрасные» волны, которые ближе к микроволновому участку электромагнитного спектра, могут ощущаться как интенсивное тепло, такое как тепло от солнечного света или огня.

Инфракрасное излучение — это один из трех способов передачи тепла из одного места в другое, два других — конвекция и теплопроводность. Все, что имеет температуру выше 5 градусов по Кельвину (минус 450 градусов по Фаренгейту или минус 268 градусов по Цельсию), испускает ИК-излучение. По данным Университета Теннесси, Солнце выделяет половину своей общей энергии в виде ИК-излучения, а большая часть видимого света звезды поглощается и переизлучается в ИК-диапазоне.

Использование в быту

Бытовые приборы, такие как нагревательные лампы и тостеры, используют инфракрасное излучение для передачи тепла, как и промышленные обогреватели, такие как те, которые используются для сушки и отверждения материалов.По данным Агентства по охране окружающей среды, лампы накаливания преобразуют только около 10 процентов потребляемой ими электроэнергии в энергию видимого света, а остальные 90 процентов преобразуются в инфракрасное излучение.

Инфракрасные лазеры могут использоваться для связи точка-точка на расстоянии нескольких сотен метров или ярдов. Согласно How Stuff Works, пульты дистанционного управления телевизора, использующие инфракрасное излучение, испускают импульсы инфракрасной энергии от светодиода (LED) к ИК-приемнику в телевизоре.Приемник преобразует световые импульсы в электрические сигналы, которые инструктируют микропроцессор выполнить запрограммированную команду.

Инфракрасное зондирование

Одно из наиболее полезных применений ИК-спектра — зондирование и обнаружение. Все объекты на Земле излучают ИК-излучение в виде тепла. Это можно обнаружить с помощью электронных датчиков, таких как те, что используются в очках ночного видения и инфракрасных камерах.

По данным Калифорнийского университета в Беркли (UCB), простым примером такого датчика является болометр, который состоит из телескопа с термочувствительным резистором или термистором в его фокусе.Если теплое тело попадает в поле зрения прибора, оно вызывает заметное изменение напряжения на термисторе.

В камерах ночного видения используется более сложная версия болометра. Эти камеры обычно содержат микросхемы отображения на ПЗС-матрице, чувствительные к ИК-излучению. Изображение, сформированное ПЗС-матрицей, затем может быть воспроизведено в видимом свете. Эти системы можно сделать достаточно маленькими, чтобы их можно было использовать в портативных устройствах или носимых очках ночного видения. Камеры также могут использоваться для прицелов с добавлением инфракрасного лазера для наведения или без него.

Инфракрасная спектроскопия измеряет ИК-излучение материалов на определенных длинах волн. ИК-спектр вещества будет иметь характерные спады и пики, поскольку фотоны (частицы света) поглощаются или испускаются электронами в молекулах при переходе электронов между орбитами или уровнями энергии. Затем эту спектроскопическую информацию можно использовать для идентификации веществ и мониторинга химических реакций.

По словам Роберта Маяновича, профессора физики Университета штата Миссури, инфракрасная спектроскопия, такая как инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), очень полезна для многочисленных научных приложений.К ним относятся исследования молекулярных систем и 2D-материалов, таких как графен.

Инфракрасная астрономия

Калтех описывает инфракрасную астрономию как «обнаружение и изучение инфракрасного излучения (тепловой энергии), испускаемого объектами во Вселенной». Достижения в системах формирования изображений ИК-ПЗС позволили детально наблюдать за распределением источников ИК-излучения в космосе, обнаруживая сложные структуры в туманностях, галактиках и крупномасштабную структуру Вселенной.

Одним из преимуществ инфракрасного наблюдения является то, что он может обнаруживать объекты, которые слишком холодны для излучения видимого света.Это привело к открытию ранее неизвестных объектов, включая кометы, астероиды и тонкие межзвездные пылевые облака, которые, похоже, преобладают по всей галактике.

ИК-астрономия особенно полезна для наблюдения за холодными молекулами газа и для определения химического состава пылевых частиц в межзвездной среде, сказал Роберт Паттерсон, профессор астрономии в Университете штата Миссури. Эти наблюдения проводятся с использованием специализированных ПЗС-детекторов, чувствительных к ИК-фотонам.

Еще одно преимущество ИК-излучения заключается в том, что его большая длина волны означает, что оно не рассеивает столько, сколько видимый свет, согласно НАСА. В то время как видимый свет может поглощаться или отражаться частицами газа и пыли, более длинные ИК-волны просто обходят эти небольшие препятствия. Благодаря этому свойству ИК-излучение можно использовать для наблюдения за объектами, свет которых перекрывается газом и пылью. К таким объектам относятся вновь формирующиеся звезды, заключенные в туманности или в центре галактики Земли.

Дополнительные ресурсы:

.

Как работает инфракрасное излучение? Открытие, обнаружение, свойства и факты об инфракрасном излучении

В этом разделе я подробно обсудил инфракрасное (ИК) излучение, открытие инфракрасного излучения, принцип действия ИК-излучения, его обнаружение и некоторые интересные факты об ИК-излучении.

Прежде чем перейти к работе с инфракрасным излучением, давайте кратко рассмотрим, что такое инфракрасное излучение и как оно возникает.

Электромагнитный спектр состоит из видимого света, радиоволн, рентгеновских лучей, гамма-лучей, микроволн, инфракрасных лучей и ультрафиолетовых лучей.Разница между этими излучениями заключается в их длинах волн или частотах. Инфракрасное излучение является частью электромагнитного спектра и находится выше видимой красной области спектра и является невидимым излучением. Его длина волны находится между (длиннее видимого красного) видимого красного света и (короче, чем микроволны) микроволнами электромагнитного спектра, то есть от 0,74 микрометра (мкм) до 1 миллиметра (мм).

Открытие инфракрасного излучения:

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом Уильямом Гершелем.В то время как Гершель измерял температуру солнечного света, которая была разделена на спектр, он обнаружил, что более высокие температуры ощущаются за пределами видимой красной области спектра, которую он измерил с помощью термометра. Поэтому он подтвердил, что за пределами красной области спектра существует какое-то невидимое излучение, ответственное за это тепло, и первоначально назвал его «теплотворными лучами». Теплота сгорания означает «генерирование тепла». Их называли инфракрасными ( инфракрасных означает ниже ) лучами в конце 19, -го, века.Несмотря на то, что длина волны инфракрасного излучения выше, чем у видимого красного света, частота ниже, чем у красного, отсюда и название инфракрасный.

Формула ниже поясняет это ясно.

Скорость (скорость) света = длина волны x частота

Скорость света — постоянная величина, равная 299792,458 км в секунду в вакууме. Чтобы скорость света оставалась постоянной, при увеличении длины волны частота должна уменьшаться, и наоборот.

Итак, перемножая вышеприведенное уравнение, получаем

Скорость света (C) = Частота (f) x Длина волны (λ)

С = fλ

Где находится инфракрасное излучение?

Инфракрасные красные волны излучаются всеми теплыми объектами.Они также нагревают предметы, на которые падают. Когда они падают на какие-либо вещества, их молекулы поглощают эту энергию и возбуждаются, в результате чего вещество нагревается. Очень хороший пример — земля. Земля нагревается из-за падающего на нее инфракрасного излучения Солнца.

Как работает инфракрасное излучение?

Инфракрасное излучение — это тепло, излучаемое объектом. Когда объект нагревается, он получает энергию, в результате которой атомы и молекулы движутся или вибрируют и излучают инфракрасное излучение, которое является теплом.Предметы, которые недостаточно горячие для излучения видимого света, будут излучать инфракрасное излучение. Когда инфракрасные волны касаются поверхности или падают на какие-либо вещества / предметы, выделяется тепловая энергия. Эта тепловая энергия не зависит от температуры окружающей среды.

Примеры инфракрасного излучения: тепло от Солнца, тепло от огня, тепло от радиатора и т. Д.

Лучшим примером того, как работает инфракрасное излучение, является нагрев и охлаждение Земли. Днем, когда светит Солнце, земля нагревается за счет падающего на нее инфракрасного излучения.Ночью, после захода Солнца, Земля испускает инфракрасное излучение

Например, в очень холодный, но солнечный день лыжники, альпинисты и люди, занимающиеся аналогичными видами деятельности или зимними видами спорта, не чувствуют холода, потому что они нагреваются инфракрасным излучением Солнца и инфракрасным излучением, отраженным камни и другие материалы в окружающей среде. Тепловая энергия также излучается или выделяется независимо от температуры окружающей среды, когда инфракрасные лучи попадают на какие-либо поверхности или предметы.

Таким образом, ощущение тепла или холода не имеет ничего общего с температурой окружающего воздуха, а связано с поглощением инфракрасного излучения ( разогревает, ) или испусканием / испусканием инфракрасного излучения ( остывает, когда температура вокруг нас холоднее, чем температура нашего тела ).

Инфракрасные лучи проходят через воздух и вакуум, и для их прохождения не требуется среда. Они нагревают любые предметы, на которые они падают, и выделяют тепло. Например поверхность земли, стены дома, тело человека и т. Д.

Энергия Солнца, достигающая Земли, имеет более высокий процент инфракрасного излучения.

Различные области инфракрасного излучения:

Инфракрасное излучение распространяется по полосе ( спектр ) длин волн (от 0,75 микрометра до 1000 микрометров ) и, следовательно, оно разделено на более мелкие участки. Датчики очень чувствительны и не обнаруживают все эти длины волн, и они будут сконструированы так, чтобы воспринимать конкретный / небольшой диапазон длин волн.Таким образом, инфракрасное излучение каждого региона имеет различное применение или применение. Различные подразделения инфракрасной области следующие, и это наиболее распространенная схема разделения.

Обнаружение инфракрасного излучения:

Инфракрасное излучение может быть обнаружено инфракрасными детекторами, которые реагируют на инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение можно почувствовать по его способности нагревать кожу и другие предметы. Инфракрасные камеры являются хорошим примером для записи инфракрасных изображений.Есть некоторые электронные устройства, которые могут обнаруживать инфракрасное излучение, и они должны поддерживаться при более низкой температуре, чтобы избежать нагрева от устройства, мешающего обнаружению инфракрасного излучения.

Некоторые устройства, которые используются для обнаружения инфракрасного излучения:

  • Детекторы термопар, болометры — термочувствительные устройства, реагирующие на присутствие ИК-излучения
  • Фотоэлементы, фотопроводники — из полупроводниковых материалов. Электропроводность этих материалов увеличивается при воздействии инфракрасного излучения, что помогает обнаруживать инфракрасное излучение.

Свойства инфракрасного излучения:

  • Инфракрасное излучение может распространяться в вакууме со скоростью света.
  • Инфракрасное излучение может проходить через густой туман, густой дым, пыль и некоторые другие материалы, через которые не может пройти видимый свет.
  • Инфракрасное излучение нагревает предметы, на которые они падают
  • Инфракрасные лучи могут поглощаться или отражаться в зависимости от природы вещества, на которое они падают.
  • Инфракрасное излучение имеет длину волны длиннее видимого света и короче микроволн

Факты об инфракрасном излучении:

  • Инфракрасное излучение не связано с частицами.
  • Инфракрасное излучение излучается всеми объектами с температурой выше нуля градусов Кельвина ( нулевых градусов Кельвина — это абсолютный ноль, который составляет -273,15 градусов Цельсия или -459,67 градусов по Фаренгейту и является температурой, ниже которой прекращается движение всех атомов и молекул. ). Таким образом, даже лед, который мы считаем холодным объектом, излучает инфракрасное излучение.
  • Чем выше температура любого объекта, тем больше инфракрасного излучения он излучает.
  • Инфракрасное излучение нельзя увидеть, но можно почувствовать как тепло.
  • Инфракрасная область, близкая к видимому свету ( ближняя инфракрасная область ), не теплая и используется в пультах дистанционного управления и для передачи данных между периферийными устройствами компьютера.
  • Человеческое тело естественным образом производит инфракрасное излучение в тканях, которое помогает в заживлении и восстановлении клеток

Надеюсь, этот хаб был полезным и интересным. Пожалуйста, поделитесь своими мыслями, опытом и идеями по этому поводу. Я хотел бы получить известие от вас.

Если есть какие-либо ошибки, пожалуйста, оставьте отзыв. Я их исправлю.

Спасибо за внимание.

Ливингста.

,

Использование, применение и опасности инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение — это форма электромагнитного излучения, которое является частью электромагнитного спектра и лежит за пределами видимой красной области спектра. В этом центре я подробно обсудил использование инфракрасного излучения, применение инфракрасного излучения и опасности инфракрасного излучения. Области применения и применения широки, и я обсудил их столько, сколько смог.

Использование инфракрасного излучения:

Инфракрасное излучение используется в промышленных, медицинских, научных и экспериментальных целях и т. Д.Некоторые из наиболее известных и важных применений инфракрасного излучения:

  • Используется в приборах ночного видения для наблюдения за животными или людьми с помощью явления, называемого инфракрасным освещением. Наблюдатель не узнает, что за ним наблюдают.
  • Используется в астрономии для наблюдения за объектами, которые размыты и скрыты межзвездной пылью. Здесь используется процесс получения инфракрасного изображения.
  • Используется в астрономических телескопах, оснащенных инфракрасными датчиками, и эти телескопы используются для обнаружения далеких планет, находящихся в пыльных областях космоса, поскольку их невозможно увидеть с помощью обычного телескопа.Они также используются для обнаружения объектов с высоким красным смещением (смещение длины волны в сторону красного конца спектра ).

Примечание : Ночное видение отличается от тепловизора.

Ночное видение — это наблюдение за объектами в ночное время с использованием инфракрасных устройств, что в основном увеличивает видимость в темноте без использования источника видимого света. Эти инфракрасные устройства увеличивают количество доступного света в ночное время, тем самым улучшая видимость.

Тепловидение — это процесс, с помощью которого регистрируются тепловые изображения, и изображения полностью зависят от количества тепла ( инфракрасное излучение ), испускаемого телом

Примечание : Инфракрасные устройства формирования изображений имеют множество применений в различных областях, и здесь представлена ​​краткая работа на тот случай, если кому-то интересно, что это такое. Основная концепция, лежащая в основе этого:

Инфракрасные камеры

имеют комбинацию объектива и детектора, очень похожую на другие камеры, которые мы используем, с линзами и датчиками.Объектив фокусирует инфракрасные волны / энергию на инфракрасный датчик. Этот инфракрасный датчик состоит из тысяч датчиков. Эти датчики преобразуют инфракрасную энергию в электрические сигналы, которые затем преобразуются в видимое изображение.

Применение инфракрасного излучения:

Инфракрасное излучение имеет широкий спектр применения. Они находят применение в приборах, которые используют инфракрасное излучение для различных исследований, анализа, изучения, обнаружения и т. Д. Некоторые из наиболее важных приложений:

Инфракрасный обогрев — Инфракрасные панели используются для излучения инфракрасного излучения для обогрева помещения.Когда излучение от этих панелей падает на любой объект, например стену, пол или любые другие объекты, излучение поглощается молекулами в объектах, и они начинают колебаться / вибрировать. Эти молекулы продолжают поглощать энергию, и частота их колебаний увеличивается. Когда эта частота колебаний равна частоте инфракрасного излучения, молекулы (объект) начинают отражать излучение обратно к другим объектам, и этот процесс продолжается.

Инфракрасное излучение излучается до тех пор, пока все предметы в комнате не нагреются и не начнут отражать излучение.Таким образом, инфракрасное излучение излучается всеми объектами в комнате, и мы чувствуем тепло. Преимущество этого метода в том, что этот вид обогрева предотвращает проблемы из-за сырости и сквозняков. Этот тип отопления является современным методом для старых отопительных механизмов, когда люди использовали огонь в каменных, изразцовых или глиняных печах для обогрева своих домов.

Инфракрасные лампы — Используются для подогрева пищи. Это лампы, излучающие инфракрасное излучение.

Инфракрасная термография — это раздел науки, который занимается сбором и анализом тепловой информации с удаленных тепловизионных устройств.Он используется для дистанционного определения температуры объектов и используется в военной и промышленной сфере. Это работает по тому принципу, что инфракрасное излучение излучается всеми телами, и это излучение регистрируется термографическими камерами.

Слежение с использованием инфракрасного излучения — Используется в системе наведения ракеты, где цель отслеживается с помощью испускаемого ею инфракрасного излучения. Например, инфракрасный излучатель ( передатчик ) помещается на объект, который необходимо отслеживать, и сигналы / излучение от этого излучателя принимаются инфракрасными приемниками, подключенными к компьютерной системе с дисплеем, который будет отображать местоположение предмет.

Инфракрасное излучение в здравоохранении — Цифровое инфракрасное тепловидение ( DITI ) — это метод, который используется для диагностики в медицинской сфере. В этом процессе используются тепловизионные камеры, которые называются камерами DITI, которые записывают термограммы в зависимости от инфракрасного излучения, испускаемого телом. Затем они изучаются термологами, которые интерпретируют изображения для медицинских работников. Они находят применение при обнаружении рака груди, обнаружении воспалений в организме, обнаружении заболеваний щитовидной железы, скрининге на вирусы и т. Д.

Инфракрасное излучение используется в термотерапии, которая находит широкое применение при лечении высокого кровяного давления, артрита, сердечной недостаточности, хронической усталости, стресса, токсичности, бессонницы, обезболивания, высокого холестерина, травм, диабета, мышечной боли и т. Д., С помощь инфракрасных саун. Он также используется в физиотерапии и при лечении рака.

Фотобиомодуляция — это также называется низкоуровневой лазерной терапией ( LLLT ), при которой пораженная область пациента подвергается воздействию низкоуровневого лазерного света или светоизлучающих диодов, которые стимулируют функцию клетки.Он находит широкое применение при заживлении язв в полости рта, возникших в результате химиотерапии, а также используется для лечения спортивных травм, болей в суставах, шее, болей в спине, восстановления тканей, уменьшения воспаления и т. Д.

Связь с использованием инфракрасного порта — Инфракрасная передача данных используется для связи на короткие расстояния, например, между компьютерными периферийными устройствами для передачи файлов и пультов дистанционного управления. В этих устройствах используются инфракрасные светодиоды, излучающие инфракрасное излучение. Это излучение принимается на приемном конце кремниевым фотодиодом, который преобразует инфракрасное излучение в двоичные данные, которые будут считываться приемным устройством.Инфракрасные лазеры также используются в волоконно-оптической связи.

Инфракрасная спектроскопия — Инфракрасное излучение используется в спектроскопии для изучения органических соединений, а также для идентификации молекул путем анализа их связей.

За этим стоит концепция: атомы в молекулах находятся в состоянии непрерывной вибрации. Когда эти молекулы поглощают инфракрасное излучение, они нагреваются, и вибрация увеличивается. Длина волны поглощаемого инфракрасного излучения зависит от химических связей между атомами в молекулах.

Например, абсорбция для связи C-Cl будет отличаться от абсорбции связи C-C или C-O, или C = O, или C-H связи. Все эти комбинации содержат углерод (C), но, поскольку они образуют связь с разными элементами в каждом случае, связь различна. Анализируя инфракрасный спектр этих веществ, можно определить их состав.

В спектре справа каждая впадина представляет собой поглощение из-за разной связи.

Инфракрасное излучение в метеорологии — В области метеорологии спутники ( геостационарная или полярная орбита ), оснащенные сканирующими радиометрами с инфракрасными датчиками, используются для получения инфракрасных изображений облаков, суши и моря на основе их температуры.Создаваемые изображения представлены в градациях серого ( более холодных областей являются белыми или более светлыми оттенками серого, а более теплые области являются черными или более темными оттенками серого ). Они используются для мониторинга климата и погоды на Земле. Это помогает при изучении температуры земли и воды, а также особенностей океана и облаков.

(Сканирующие радиометры — это устройства, которые собирают изображения в видимом и инфракрасном диапазоне, а также радиометрические изображения моря, суши, облаков или атмосферы и т. Д. )

Поскольку инфракрасные изображения не нуждаются в источнике света для записи изображения, процесс сканирования продолжается без перерывов и в ночное время, что позволяет метеорологам непрерывно отслеживать и изучать погоду.Единственный недостаток заключается в том, что похожие температуры отображаются одинаковыми цветами.

Например, облако и туман с такой же температурой, что и окружающая область, создадут похожие цвета на изображениях.

Сканирование океана и его поведения помогает судоходству, а другие исследования, связанные с землей и водой, помогают фермерам и рыбакам. Инфракрасные датчики на спутниках помогают обнаруживать и изучать загрязнения, пожары, вырубку лесов, вулканы и их облака пепла, картографирование льда, песчаные бури, полярные сияния, снег, океанские и воздушные течения и т. Д.

Инфракрасное излучение в климатологии — Это исследование климата, которое полностью отличается от метеорологии (прогноз погоды на короткий период времени ). Инфракрасное излучение атмосферы контролируется с помощью пиргеометра ( прибор, предназначенный для измерения инфракрасного излучения для испытаний атмосферы и материалов ), и это помогает с долгосрочными данными, связанными с климатом Земли. Эти данные помогают в долгосрочном планировании многих вещей, от проектирования зданий до сельского хозяйства.

Инфракрасная астрономия — Эта область занимается изучением инфракрасного излучения, испускаемого объектами во Вселенной. В области астрономии инфракрасные телескопы используются для обнаружения протозвезд и изучения ядер галактик, которые обычно имеют высокое содержание пыли. Поскольку инфракрасные телескопы чувствительны к теплу, датчики в телескопе необходимо охлаждать, а другие части защищать от тепла.

( Протозвезды — это облако газа и пыли в галактиках, которое постепенно схлопывается, образуя горячее плотное ядро, и становится звездой, когда происходят благоприятные условия и реакции. )

История искусства (Инфракрасная рефлектография ) — Инфракрасные рефлектограммы (, используемые реставраторами искусства для просмотра различных слоев картины ) используются для определения основных этапов, связанных с картиной, таких как ее контур и другие слои ниже верхняя краска.Это будет как

.Видео

ESA показывает, как взломать веб-камеру, чтобы увидеть инфракрасное излучение

Новое видео от Европейского космического агентства (ESA) содержит пошаговые инструкции о том, как модифицировать недорогую веб-камеру так, чтобы она воспринимала инфракрасный свет.

Лучшие веб-камеры для этого взлома — те, у которых есть кольца ручной фокусировки, говорит представитель ESA в видео, которое является частью проекта агентства «Учим с космосом». Кольцо можно снять, чтобы обеспечить легкий доступ к объективу камеры и инфракрасному фильтру.Большинство камер оснащены инфракрасными фильтрами, которые блокируют инфракрасный свет, обеспечивая максимально четкое изображение. Чтобы веб-камера видела инфракрасный свет, а не только свет в видимом спектре, вам необходимо удалить этот фильтр.

Шаг первый — снять кольцо ручной фокусировки с внешней стороны объектива камеры. Как только это будет сделано, вы увидите кусок стекла с красно-зеленым оттенком, по словам представителя ESA. Это фильтр, который вам нужно удалить. [Туманность Ориона выглядит потрясающе в ближнем инфракрасном свете (видео)]

Для этого вставьте острую маленькую булавку в боковую часть фильтра.Когда вы нажимаете на фильтр булавкой, он должен выскочить. Но в зависимости от того, насколько плотно он сидит в камере, фильтр может лопнуть, поэтому важно соблюдать осторожность, чтобы не порезаться.

После снятия фильтра снова установите кольцо ручной фокусировки. Теперь ваша камера должна быть готова к просмотру объектов в инфракрасном диапазоне.

Эксперимент, показанный в этом видео, сравнивает инфракрасные изображения реального растения с изображениями поддельного растения, поскольку ЕКА использует инфракрасные камеры для проверки посевов здесь, на Земле.

«Живым растениям не нужен инфракрасный свет», — говорит на видео представитель ESA. «Следовательно, они отражают большую часть этого».

На изображении, которое она показывает с модифицированной веб-камеры, мы видим, что живое растение выглядит намного ярче, чем поддельное растение. Это потому, что оно отражает большую часть инфракрасного света, а искусственное растение его поглощает.

Чтобы сделать инфракрасное считывание еще сильнее, вы можете использовать поляризованные фильтры, которые блокируют большую часть видимого света. Наклейте на переднюю часть объектива камеры два поляризационных фильтра — вертикальный и горизонтальный.Как только это будет сделано, фильтры не должны пропускать свет в видимом спектре, и ваша камера будет улавливать почти только инфракрасные волны.

Это ясно из видео, так как два растения, на которые мы смотрели ранее, теперь намного ярче (живое растение) и намного темнее (искусственное растение).

Подобные инфракрасные камеры используются на спутниках для исследования состояния растительности на Земле. Более яркие пятна, в которых растения отражают больше инфракрасного излучения, показывают здоровую жизнь растений в этой области, а более темные пятна показывают, что посевы плохо себя чувствуют.

Старший продюсер Space.com Стив Спалета внес вклад в этот отчет.

Следите за сообщениями Касандры Брабау в Twitter @KassieBrabaw. Следуйте за нами @Spacedotcom, Facebook и Google+. Оригинальная статья на Space.com.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о