miniatura|Imatge d'un Pomerània fotografiat en llum infraroja ("tèrmic") (fals color)
Una càmera tèrmica (també anomenada càmera infraroja o termografia infraroja) és un dispositiu que forma una imatge de zones de calor que utilitza radiació infraroja, similar a una càmera comuna que forma una imatge que utilitza llum visible. En comptes de la gamma de 400–700 nanòmetres en els que operen les càmeres de llum visible, les càmeres infraroges operen en longituds d'ona de fins a 14.000 nanòmetres (14 µm). El seu ús és anomenat termografia.
Història Descobriment i recerca de la radiació infraroja William Herschel descobrí l'any 1800 els infrarojos com una mena de radiació més enllà de la llum vermella. Aquests "rajos infrarojos" (infra és el prefix llatí per "a sota") foren utilitzats principalment per a la mesura tèrmica.W. Herschel, "Experiments on the refrangibility of the visible rays of the sun", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 90, p. 284–292, 1800. Existeixen quatre lleis bàsiques de radiació IR: la llei de Kirchhoff de radiació tèrmica, la llei de Stefan-Boltzmann, la llei de Planck, i la llei de Wien. El desenvolupament de detectors era principalment enfocat en l'ús de termòmetres i bolòmetres fins a la Primera Guerra Mundial. Un pas significatiu en el desenvolupament de detectors va ocórrer l'any 1829, quan Leopoldo Nobili, utilitzant l'efecte Seebeck, va crear el primer termoparell del que se'n té constància, fabricant així un termòmetre millorat, la termopila. Nobili va descriure aquest instrument a Macedonio Melloni, un físic italià En els inicis, ells dos van desenvolupar conjuntament un instrument molt millorat. Subsegüentment, Melloni va treballar sol, desenvolupant un instrument l'any 1833 (una termopila força avançada) que podia detectar una persona a 10 metres de distància.Barr, E. S. (1962). The infrared pioneers—II. Macedonio Melloni. Infrared Physics, 2(2), 67-74. El següent pas significatiu en la millora dels detectors fou el bolòmetre, inventat l'any 1880 per Samuel Pierpont Langley. Langley I el seu ajudant Charles Greeley continuaren fent millores en aquest instrument. Vers l'any 1901, l'instrument tenia la capacitat de detectar la radiació d'una vaca a 400 metres de distància, i era sensible a diferències de temperatura de cent milers d'un grau Celsius.
La primera aplicació avançada de tecnologia IR en l'àmbit civil podria haver estat un dispositiu patentat l'any 1913 i emprat per a detectar la presència d'icebergs i vaixells de vapor utilitzant un mirall i una termopila.L. Bellingham, "Means for detecting the presence at a distance of icebergs, steamships, and other cool or hot objects," US patent no. 1,158,967. Aquest sistema va quedar obsolet aviat amb l'arribada del primer detector IR d'icebergs, patentat l'any 1914 per R.D. Parker, el qual no utilitzava termopiles.Parker (R.D.)- Thermic balance or radiometer. U.S. Patent No 1,099,199 June 9, 1914 Anys més tard, G. A. Barker proposà utilitzar el sistema IR per detectar incendis forestals l'any 1934. La tècnica no va ser veritablement industrialitzada fins que no fou emprada en l'anàlisi de l'escalfor uniforme en tires d'acer calent en l'any 1935.
La primera càmera tèrmica En l'any 1929, el físic hongarès Kálmán Tihanyi inventà la càmera electrònica de televisió sensible a l'infraroig (o visió nocturna) per a la defensa antiaèria de Gran Bretanya. Les primeres càmeres tèrmiques desenvolupades foren escànners de línia infrarojos. Foren creades pels militars dels EUA i de Texas Instruments l'any 1947, i necessitaven una hora per a produir una sola imatge.
El primer sistema infraroig d'escaneig de línia era el britànic Yellow Duckling, de mitjans del . Aquest utilitzava un mirall contínuament rotant i un detector, amb un eix Y d'escombratge pel moviment de l'aeronau. Tot i que no va triomfar en la seva pretensió d'aplicació en submarins.
Aquest treball fou també desenvolupat en el Royal Signals and Radar Establishment, en el Regne Unit, quan van descobrir que el tel·lurur de cadmi i mercuri podia usar-se com un conductor que requeria molt menys fred. Honeywell també va desenvolupar als Estats Units unes matrius de detectors que es podien refredar a temperatura inferior, però que escanejaven mecànicament. Aquest mètode tenia diversos inconvenients que podien ser solucionats mitjançant un sistema d'escaneig electrònic. L'any 1969 Michael Francis Tompsett, a la Companyia Anglesa de la Vàlvula Elèctrica situada en el Regne Unit, hi va patentar una càmera que escanejava piro-electrònicament, la qual va assolir un alt nivell de rendiment després de diversos avenços al llarg de la dècada de 1970. Tompsett també va proposar una idea per a les matrius d'imatge tèrmica d'estat sòlid, que eventualment van portar a dispositius moderns d'imatges híbrides d'un sol cristal·lí.
Sensors intel·ligents Una de les àrees de desenvolupament més importants per als sistemes de seguretat era la capacitat d'avaluar de forma intel·ligent un senyal, així com l'advertència sobre la presència d'una amenaça. Sota el foment de la Iniciativa de Defensa Estratègica dels Estats Units, van començar a aparèixer "sensors intel·ligents". Són sensors que podien integrar la detecció, l'extracció del senyal, el processament i la comprensió.C. Corsi, "Smart sensors," Microsystem Technologies, p. 149–154, 1995. Hi ha dos tipus principals de sensors intel·ligents. Un, similar al que s'anomena "xip de visió" quan s'utilitza en el rang visible, permet el pre-processament mitjançant tècniques de detecció intel·ligent a causa de l'augment del creixement de la microcircuiteria integrada. L'altra tecnologia està més orientada a un ús específic i compleix el seu objectiu de pre-processament a través del seu disseny i estructura.
Cap a finals dels anys noranta, l'ús de l'infraroig va tendir cada vegada més cap a l'ús civil. Hi va haver una disminució dramàtica dels costos de les matrius sense coure, que juntament amb el gran augment dels desenvolupaments van conduir a un mercat de doble ús entre civils i militars. Aquests usos inclouen el control mediambiental, l'anàlisi d'edificis i/o art, el diagnòstic funcional mèdic i sistemes d'autoajuda i de prevenció de col·lisions.
Teoria de l'operació miniatura|Imatge tèrmica que mostra la variació de la temperatura en un globus d'aire calent. L'energia infraroja és només una part de l'espectre electromagnètic, que engloba la radiació de raigs gamma, raigs X, ultraviolada, una regió prima de la llum visible, infrarojos, ones de terahertz (o raigs T), microones i ones radiofòniques.
ràdio. Tots aquests conceptes estan relacionats i diferenciats en la longitud de la seva ona (longitud d'ona). Tots els objectes emeten una certa quantitat de radiació del cos negre en funció de la seva temperatura.
En termes generals, com més alta sigui la temperatura d'un objecte, més radiació infraroja s'emet com a radiació del cos negre. Una càmera especial pot detectar aquesta radiació d'una manera similar a la manera com una càmera ordinària detecta la llum visible. Funciona fins i tot en la foscor total, ja que el nivell de llum ambiental no hi guarda cap relació. Això fa que sigui útil per a operacions de rescat en edificis plens de fum i sota terra.
Una diferència important amb les càmeres òptiques és que les lents de focus no es poden fer de vidre, ja que el vidre bloqueja la llum infraroja d'ona llarga. S'han d'utilitzar materials especials com ara cristalls de germani o safir. Les lents de germani també són força fràgils, així que sovint tenen un recobriment dur per protegir-se. El major cost d'aquestes lents especials és un dels motius pels quals les càmeres tèrmiques són, en general, força costoses.
En ús miniatura|Imatge tèrmica d'un lèmur de cua anellada. Les imatges de càmeres infraroges solen ser monocromàtiques perquè les càmeres generalment utilitzen un sensor d'imatge que no distingeix les diferents longituds d'ona de la radiació infraroja. Els sensors d'imatge en color requereixen una construcció complexa per tal de diferenciar longituds d'ona, i el color té menys significats fora de l'espectre visible normal, ja que les diferents longituds d'ona no es classifiquen uniformement en el sistema de visió de color que utilitzen els humans.
De vegades, aquestes imatges monocromàtiques es mostren en pseudocolor, on s'utilitzen canvis de color en lloc de canvis d'intensitat per mostrar els canvis en el senyal. Aquesta tècnica, anomenada tall de densitat, és útil perquè, tot i que els humans tenen un rang dinàmic molt més gran en la detecció d'intensitat que el color en general, la capacitat de veure diferències d'intensitat fina en zones brillants és bastant limitada.
Per al seu ús en mesurament de la temperatura, les parts més brillants (més càlides) de la imatge són acolorides de color blanc, les temperatures intermèdies, en colors que oscil·len entre el vermell i el groc, i les parts més fosques (més fredes), en color negre. Una escala s'hauria de mostrar al costat d'una imatge de color fals per relacionar els colors amb les temperatures i així ajudar en la comprensió de la imatge. La seva resolució és considerablement inferior a la de les càmeres òptiques, sent majoritàriament de només 160 x 120 o 320 x 240 píxels, encara que les càmeres més cares poden aconseguir una resolució de 1280 x 1024 píxels. Les càmeres tèrmiques són molt més costoses que els seus homòlegs d'espectre visible, tot i que les càmeres tèrmiques complementàries de baix rendiment per a telèfons intel·ligents van estar disponibles per a centenars de dòlars l'any 2014.Thermal camera answers age-old question by Fraser Macdonald, 4 October 2014, Hot Stuff Els models de gamma alta són sovint considerats com de doble ús i la seva exportació està restringida, particularment si la resolució és de 640 x 480 o superior, tret que la taxa de refresc sigui de 9 Hz o inferior. L'exportació de càmeres tèrmiques està regulada pel reglament internacional sobre tràfic d'armes.
En els detectors sense coure, les diferències de temperatura en els píxels del sensor són minuts; una diferència de 1 ° C a l'escena representa només una diferència de 0,03 ° C en el sensor. El temps de resposta del píxel també és bastant lent, situat en el rang de desenes de mil·lisegons.
Existeixen molts altres usos en els quals s'hi aplica la termografia. Per exemple, els bombers la fan servir per veure a través del fum, trobar persones i localitzar els punts calents dels incendis. Amb imatges tèrmiques, els tècnics de manteniment de línies elèctriques poden localitzar les parts sobreescalfades, un clar indici de falla de funcionament, per tal d'evitar potencials riscos futurs. Quan l'aïllament tèrmic es torna defectuós, els treballadors en l'àmbit de la construcció poden veure les filtracions de calor per així trobar l'origen del problema i millorar l'eficiència de la refrigeració o la calefacció de l'aire condicionat. esquerra|miniatura|Les parts calentes poden indicar que la vaca està malalta. Les càmeres d'imatge tèrmica també estan instal·lades en alguns cotxes de luxe per tal d'ajudar el conductor en la conducció nocturna (Visió nocturna automotriu), sent el primer el primer el Cadillac DeVille 2000.
Algunes activitats fisiològiques, especialment respostes com la febre, en l'ésser humà i altres animals de sang calenta es poden controlar també amb imatges tèrmiques. Les càmeres infraroges refrigerades es poden trobar en els principals telescopis d'investigació astronòmica, fins i tot en aquells que no són telescopis d'infrarojos.
Tipus miniatura|Imatge tèrmica d'una serp al voltant d'un braç. Les càmeres tèrmiques es poden dividir en dos tipus: les que tenen detectors d'imatges infraroges refrigerats i les que tenen detectors no refrigerats.
Detectors d'infrarojos refrigerats miniatura|Imatge tèrmica on hi apareixen diverses sargantanes.