"Blackbody" черное тело для тепловизора

Что такое (АЧТ) Black Body — зачем оно нужно и можно ли обойтись без него?

АЧТ — это абсолютно черное тело — эталонный излучатель, который на своей поверхности формирует очень точное значение температуры, до сотых долей градуса. Устанавливается в поле зрения объектива тепловизора, используется в качестве эталона температуры для калибровки или поверки прибора. Таким образом увеличивается точность измерения температуры до 0,3 °C.

Теоретические основы термографии и законы теплового излучения

Для лучшего понимания процессов, происходящих при тепловизионной регистрации температуры целесообразно кратко рассмотреть основные законы излучения, испускаемого нагретыми телами.

Температура является количественной мерой степени нагретости тел, а с позиции термодинамики – макроскопической характеристикой тел, определяемой средней кинетической энергией колебательных движений атомов, ионов и колебательно – вращательных движений молекул.

Спектр электромагнитного излучения.1–рентгеновское; 2– ультрафиолетовое; 3–видимое; 4–инфракрасное; 5 –микроволновое; 6– радиоволновое. Выделен участок 2–13 мкм – рабочий диапазон для большинства тепловизоров.

Тепловое излучение преимущественно занимает инфракрасный диапазон спектра электромагнитных волн, в коротковолновой части он граничит с видимым диапазоном, в длинноволновой – с микроволновым . Международная комиссия по освещению рекомендует разделение инфракрасного освещения на 3 полосы: IR–A: 700 нм–1400 нм, IR–B: 1400 нм–3000 нм, IR–C: 3000 нм–1 мм (IR – infrared).

Также, широко используется разделение ИК диапазона на ближний, коротко–, средне–, длинноволновый и дальний Объекты, имеющие температуру выше абсолютного нуля, испускают электромагнитные волны. Учитывая практическую недостижимость абсолютного нуля температуры – любое тело испускает электромагнитное излучение. Излучение, испускаемое нагретыми телами, называется тепловым. Законы теплового излучения первоначально сформулированы для тел называемых абсолютно черными. Черным телом является объект, поглощающий все падающее на него излучение во всем спектре электромагнитных волн. По закону Кирхгофа тело, способное поглощать все падающее электромагнитное излучение, в равной степени способно и испускать его, следовательно, абсолютно черное тело является не только хорошим (идеальным) поглотителем, но и хорошим излучателем.

Моделью черного тела может служить светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из его сторон. Любое входящее через отверстие излучение рассеивается и поглощается после многократного отражения от внутренних стенок, в результате обратно из отверстия может выйти бесконечно малая часть падающего излучения. Степень черноты отверстия в равномерно нагретой (изотерической) полости, сделанной из непрозрачного поглощающего материала почти равна степени черноты черного тела. Установив в такую изотермическую полость подходящий нагреватель, получаем полостной излучатель. Равномерно нагретая изотермическая полость создает излучение черного тела, характеристики которого определяются исключительно температурой полости. Такие полостные излучатели обычно используются в лабораториях в качестве источников излучения для калибровки термографических инструментов.

Основной целью использования черного тела (АЧТ) — это увеличить точность измерения температуры тела, т. е. повысить вероятность обнаружения человека с температурными отклонениями.

Но возникает вопрос: работает ли это так, как должно ?

Поверхностная температура тела здорового человека находится в диапазоне от 26 до 37 °C — этот диапазон зависит от окружающей среды и физиологических особенностей конкретного организма. Возникает вопрос: зачем нам такая точность? Ведь получается, что идеально откалиброванный с помощью АЧТ тепловизор с точностью в 0,3 °C измерит температуру человека, вошедшего в помещение с морозного воздуха, но «не увидит» лихорадку, т. к. поверхностная температура тела была понижена условиями окружающей среды. Получается, что формальный подход сравнивания температур работает только в условиях постоянной окружающей температуры.

Наиболее универсальный и действенный способом безошибочного обнаружения человека с повышенной температурой в плотном потоке людей — использование математической модели, которая вычисляет среднюю температуру у людей в потоке и корректирует порог срабатывания системы.

Уникальный режим работы: В тепловизоре применяется именно такое решение для автоматического измерения температуры людей в потоке. С использованием  математической модели нейросети, которая вычисляет среднюю температуру потока и корректирует порог срабатывания системы.

Возможно ли 100 % обнаружение человека, инфицированного COVID-19, при использовании тепловизионной аппаратуры? Нет! 

Задача тепловизора не поставить диагноз (пока это невозможно сделать на расстоянии, к сожалению), а выявить людей с повышенной температурой тела, предупреждая обслуживающий персонал здания о вероятной угрозе. И с этой задачей эпидемиологические тепловизоры справляются достаточно неплохо. Естественно, чем технологичней тепловизор, тем меньше погрешность и точнее результат.

Достоверно известно, что любая нестандартная или серьёзная проблема даёт мощный импульс для развития технологий. И нынешняя эпидемия не исключение. Уже сейчас видно, как сильно оживился рынок тепловизоров во всём мире. Кто знает, может быть после эпидемии коронавируса будут разработаны принципиально новые средства обнаружения людей с неудовлетворительными параметрами общего состояния, которые будут давать 100% результат. Однако пока что этого не произошло.

Что касаемо теплоизмерительной аппаратуры, то в этом случае эпидемиологический тепловизор должен выступить в роли первого эшелона обороны — защитить границы и обнаружить невидимое простым взглядом. Само собой разумеется, что всех подозрительных людей с помощью тепловизора выявить нельзя (в основном за счет бессимптомного течения болезни и с учетом инкубационного периода). Однако снизить риск массового заражения вследствие своевременно поданного сигнала об изменениях температуры выше или ниже нормы они вполне способны.

Альтернатива тепловизорам

На данный момент альтернативы эпидемиологическому тепловизору, как эффективному средству выявления патологических колебаний температуры на пропускных пунктах (входах) не существует! 

Но увеличить его эффективность можно с помощью дополнительного оборудования, установленного параллельно. Более того, комплекс диагностической аппаратуры сможет с высокой долей вероятности выявить отклонения от нормы даже при наличии средств индивидуальной защиты на человеке, а именно: маски и перчаток.