سامانه تصویر برداری حرارتی پیش نگر

دوربین‌های مادون‌قرمز پیش‌نگر (Forward-Looking Infrared – FLIR) که معمولاً بر روی هواگردهای نظامی و غیرنظامی استفاده می‌شوند، از دوربین ترموگرافی بهره می‌برند که تابش مادون‌قرمز را آشکار می‌کند.حسگرهای این دوربین‌ها با تشخیص تابش مادون‌قرمز گسیل‌شده از منابع گرمایی، تصویری حرارتی ایجاد می‌کنند که برای خروجی ویدئویی پردازش می‌شود. این سامانه‌ها به خلبانان و رانندگان کمک می‌کنند تا در شب یا شرایط مه‌آلود وسیله نقلیه خود را هدایت کنند و اجسام گرم را در برابر پس‌زمینه‌ای سردتر شناسایی کنند. طول موج مادون‌قرمزی که دوربین‌های حرارتی آشکار می‌کنند 3 تا 12 میکرومتر است و با سامانه‌های دید در شب، که در محدوده نور مرئی و مادون‌قرمز نزدیک (0.4 تا 1.0 میکرومتر) عمل می‌کنند، تفاوت قابل توجهی دارد.
[بندانگشتی|400x400پیکسل|یک پاد هدف‌گیری FLIR [:en:Thales_Group|Thales Damocles]]

## طراحی
نور مادون‌قرمز به دو بازه اصلی تقسیم می‌شود: مادون‌قرمز موج بلند (LWIR) و مادون‌قرمز موج میانی (MWIR). دوربین‌های مادون‌قرمز موج بلند، که گاهی «مادون‌قرمز دور» نیز نامیده می‌شوند، در بازه ۸ تا ۱۲ میکرومتر عمل می‌کنند و قادرند منابع حرارتی مانند قطعات داغ موتور یا حرارت بدن انسان را در چند کیلومتری تشخیص دهند. مشاهده در فواصل طولانی‌تر با LWIR دشوارتر است، زیرا نور مادون‌قرمز توسط هوا و بخار آب جذب، پراکنده و خمیده می‌شود.

برخی دوربین‌های موج بلند نیاز دارند که آشکارسازشان به‌صورت کریوژنتیکی خنک شود، معمولاً برای چند دقیقه قبل از استفاده، اگرچه برخی دوربین‌های مادون‌قرمز با حساسیت متوسط به این کار نیاز ندارند. بسیاری از تصویربرداری‌های حرارتی، از جمله برخی دوربین‌های مادون‌قرمز پیش‌نگر (مانند برخی سامانه‌های دید تقویت‌شده LWIR) ، نیز بدون خنک‌کننده کار می‌کنند.

دوربین‌های مادون‌قرمز موج میانی (MWIR) در بازه ۳ تا ۵ میکرومتر عمل می‌کنند. این دوربین‌ها تقریباً به همان خوبی عمل می‌کنند، زیرا فرکانس‌های آن‌ها کمتر تحت تأثیر جذب بخار آب قرار می‌گیرند، اما معمولاً نیاز به آرایه حسگر گران‌قیمت‌تر و خنک‌سازی کریوژنتیکی دارند.

بسیاری از سامانه‌های دوربین از پردازش تصویر دیجیتال برای بهبود کیفیت تصویر استفاده می‌کنند. آرایه‌های حسگر تصویربرداری مادون‌قرمز اغلب از پیکسل به پیکسل حساسیت بسیار نامتوازنی دارند، که ناشی از محدودیت‌های فرایند تولید است. برای رفع این مشکل، پاسخ هر پیکسل در کارخانه اندازه‌گیری شده و یک تبدیل، معمولاً خطی، سیگنال ورودی اندازه‌گیری‌شده را به سطح خروجی نگاشت می‌کند.

برخی شرکت‌ها فناوری‌های پیشرفته «ترکیبی» ارائه می‌دهند که تصویر طیف مرئی را با تصویر طیف مادون‌قرمز ترکیب می‌کنند تا نتایجی بهتر از تصویر تک‌طیفی ارائه دهند.
بندانگشتی|388x388پیکسل|تصویربرداری FLIR از یک هلیکوپتر نیروی دریایی ایالات متحده: قاچاقچیان مواد مخدر ادعاشده توسط نیروهای دریایی کلمبیا دستگیر می‌شوند.

## ویژگی ها
دوربین‌های تصویربرداری حرارتی مانند Raytheon AN/AAQ-26 در کاربردهای متنوعی استفاده می‌شوند، از جمله بر روی شناورهای دریایی، هواپیماهای بال ثابت، هلیکوپترها، خودروهای زرهی رزمی و گوشی‌های هوشمند با استاندارد نظامی.

در حوزه جنگ، این دوربین‌ها نسبت به سایر فناوری‌های تصویربرداری سه مزیت مشخص دارند:

# خود سامانه تصویربرداری تقریباً برای دشمن غیرقابل شناسایی است، زیرا انرژی منتشرشده از هدف را آشکار می‌کند، نه اینکه انرژی بازتاب‌شده از هدف را ارسال کند، همانند رادار یا سونار.
# تابش در طیف مادون‌قرمز را مشاهده می‌کند که پنهان‌سازی آن دشوار است.
# این سامانه‌ها قادرند بهتر از دوربین‌های نور مرئی از میان دود، مه، غبار و سایر موانع جوی دید داشته باشند.

## ریشه کلمه ای نام این سیستم
اصطلاح «رو به جلو» (forward-looking) برای تمایز دادن سیستم‌های تصویربرداری حرارتی ثابت که رو به جلو قرار دارند، از سیستم‌های فروسرخ با دنبال‌کردن جانبی، که به آن‌ها «push broom» نیز گفته می‌شود، و سایر سیستم‌های تصویربرداری حرارتی مانند سیستم‌های نصب‌شده روی گیمبال، سیستم‌های دستی و نظایر آن، به کار می‌رود. سیستم‌های Push broom معمولاً روی هواپیماها و ماهواره‌ها استفاده شده‌اند.

تصویربردارهای دنبال‌کننده جانبی معمولاً شامل یک آرایه یک‌بعدی (1D) از پیکسل‌ها هستند که با استفاده از حرکت هواپیما یا ماهواره، نمای آرایهٔ یک‌بعدی را روی زمین حرکت می‌دهند تا به مرور زمان یک تصویر دو‌بعدی (2D) ایجاد شود. این سیستم‌ها قابلیت تصویربرداری در زمان واقعی (real-time) ندارند و باید عمود بر جهت حرکت نگاه کنند.

## تاریخچه
در سال ۱۹۵۶، شرکت Texas Instruments تحقیقاتی را در زمینه فناوری فروسرخ (infrared) آغاز کرد که منجر به چندین قرارداد برای اسکنر خطی (line scanner) شد و با اضافه شدن آینه اسکن دوم، اولین دوربین فروسرخ رو به جلو (forward-looking infrared) در سال ۱۹۶۳ اختراع گردید و تولید آن در سال ۱۹۶۶ آغاز شد.

در سال ۱۹۷۲، TI مفهوم ماژول مشترک (Common Module) را معرفی کرد که هزینه‌ها را به‌طور چشمگیری کاهش داد و امکان استفاده مجدد از قطعات مشترک را فراهم ساخت.

## کاربرد ها

* کاربردهای دوربین‌های فروسرخ رو به جلو (FLIR) و سیستم‌های مشابه:

* تشخیص و پایش ویدئویی ترافیک
* نظارت و یا ثبت تصاویر پستانداران
* شناسایی مهاجران غیرقانونی مخفی در کامیون‌ها و وانت‌هابندانگشتی|یک سامانه فروسرخ رو به جلو (FLIR) نصب‌شده روی یک هلیکوپتر نیروی هوایی فرانسه
* هشدار به رانندگان درباره موانع ناگهانی جاده ناشی از عبور گوزن
* شناسایی موقعیت از طریق دود و یا مه
* عملیات جستجو و نجات افراد مفقود شده، به ویژه در مناطق جنگلی یا آبی
* هدف‌گیری و دنبال‌کردن اهداف توسط هواپیماهای نظامی یا غیرنظامی
* پایش دمای حوزه‌های آبریز و بررسی زیستگاه‌های حیوانات وحشی
* شناسایی اتلاف یا مصرف انرژی، و نقص‌های عایق‌بندی
* نقشه‌برداری از میزان عایق‌بندی (لوله‌ها، دیوارها، درزها و غیره) به منظور کاهش مصرف انرژی HVAC
* کنترل کیفیت، به ویژه در تأسیسات الکتریکی (تصویر می‌تواند نشان دهد که بارها بیش از حد انتظار هستند یا اتصالات بد و در آستانه خرابی وجود دارد)
* جستجو برای آزمایشگاه‌های مواد مخدر و یا تولیدکنندگان داخلی کانابیس (به ویژه در شب)بندانگشتی|یک سامانه فروسرخ رو به جلو (FLIR) روی یک هلیکوپتر نیروی هوایی ایالات متحده در جریان عملیات جستجو و نجات
* هدایت هواپیما در شرایط دید کم (IMC)
* شناسایی دقیق منابع اشتعال در عملیات آتش‌نشانی
* پایش آتش‌فشان‌های فعال
* شناسایی اتصالات، پیوندها و اجزای الکتریکی معیوب یا بیش از حد گرم شده
* رانندگی در شب
* شناسایی یا تصویربرداری بصری از وسایل نقلیه یا افراد دشمن در زمین

## هزینه های تولید این سیستم
هزینهٔ تجهیزات تصویربرداری حرارتی به‌طور کلی پس از طراحی و ساخت آشکارسازها و سیستم‌های فروسرخ قابل حمل و ثابت ارزان‌قیمت بر پایه فناوری میکروالکترومکانیکی (MEMS) برای کاربردهای تجاری، صنعتی و نظامی به شکل چشمگیری کاهش یافته است. همچنین، در طراحی‌های قدیمی دوربین‌ها از آینه‌های چرخان برای اسکن تصویر روی یک حسگر کوچک استفاده می‌شد، اما دوربین‌های مدرن دیگر از این روش بهره نمی‌برند؛ این ساده‌سازی به کاهش هزینه کمک می‌کند. فناوری‌های بدون سرمایش (uncooled) که در بسیاری از محصولات سیستم‌های بهبود دید پروازی (Enhanced Flight Vision System – EFVS یا EVS) موجود است، هزینه‌ها را به کسری از قیمت فناوری‌های قدیمی با سرمایش کاهش داده‌اند و عملکرد مشابهی ارائه می‌دهند. سیستم‌های EVS به سرعت در حال رواج در بسیاری از هواپیماهای بال ثابت و بال چرخان، از جمله هواپیماهای Cirrusو Cessna تا جت‌های تجاری بزرگ، هستند.

## عملکرد پلیس در این سیستم
در سال ۲۰۰۱، دیوان عالی ایالات متحده در پرونده Kyllo v. United States تصمیم گرفت که اجرای نظارت بر املاک خصوصی با استفاده از دوربین‌های تصویربرداری حرارتی توسط مأموران قانون بدون حکم بازرسی (که به طور ظاهری برای شناسایی چراغ‌های رشد پرتاب حرارت بالا در کشت مخفی کانابیس انجام می‌شد) مغایر با متمم چهارم قانون اساسی است که حفاظت در برابر جستجوها و مصادره‌های غیرمعقول را تضمین می‌کند.

در حکم R. v. Tessling سال ۲۰۰۴، دیوان عالی کانادا تعیین کرد که استفاده از سامانه‌های FLIR هوابرد توسط پلیس برای نظارت بدون نیاز به حکم بازرسی مجاز است. دیوان مشخص کرد که ماهیت عمومی داده‌های جمع‌آوری شده توسط FLIR اطلاعات شخصی ساکنان را فاش نمی‌کند و بنابراین نقص حقوق بخش ۸ قانون حقوق و آزادی‌ها (Charter of Rights and Freedoms) سال ۱۹۸۲ نیست. ایان بنی (Ian Binnie) قانون کانادا را با توجه به حکم Kyllo متمایز دانست و با اقلیت Kyllo موافقت کرد که مقامات عمومی نباید مجبور باشند حواس یا تجهیزات خود را از شناسایی انتشارها در حوزه عمومی مانند گرمای بیش از حد، دود، بوهای مشکوک، گازهای بی‌بو، ذرات معلق هوا، یا تابش‌های رادیواکتیو بازدارند، چرا که هر یک از این موارد می‌تواند خطرات برای جامعه را شناسایی کند.

در ژوئن ۲۰۱۴، برنامه ملی نظارت هوایی کانادا با استفاده از هواپیمای DHC-8M-100 مجهز به سنسورهای فروسرخ، در جستجوی Justin Bourque، فراری که سه مأمور Royal Canadian Mounted Police را در Moncton کشته بود، نقش کلیدی داشت. خدمهٔ هواپیما با استفاده از دوربین پیشرفته حسگر حرارت، ردپای حرارتی Bourque را در بوته‌زارهای عمیق در نیمه‌شب شناسایی کردند.

در جریان اعتراضات بالتیمور ۲۰۱۵، FBI بین ۲۹ آوریل و ۳ مه، ۱۰ مأموریت نظارت هوایی انجام شد که شامل جمع‌آوری شواهد ویدیویی کامل با FLIR روزانه و فروسرخ بود، طبق گفته سخنگوی FBI، Christopher Allen. سیستم دوربین چندحسگری FLIR Talon مجهز به لیزر فروسرخ (که برای ناظران عادی نامرئی است) برای روشنایی، برای جمع‌آوری داده‌ها در شب استفاده شد.

سازمان آزادی‌های مدنی آمریکا (ACLU) نگرانی خود را از این موضوع اعلام کرد که فناوری‌های جدید نظارت بدون راهنمایی قضایی و بحث عمومی پیاده‌سازی می‌شوند. به گفته Nathan Wessler، وکیل ACLU:

"این یک پویایی است که بارها و بارها با پیشرفت‌های نظارتی مشاهده می‌کنیم. تا زمانی که جزئیات فاش شوند، برنامه‌ها به طور محکم تثبیت شده‌اند و تقریباً غیرممکن است که آنها را عقب بکشیم – و اعمال محدودیت‌ها و نظارت بسیار دشوار است."

## جستار های وابسته

* سیگنال الکتریکی
* مادون قرمز
* ترموگرافی
* حسگر مجاورتی

## منابع

رده:فناوری فیلم و ویدئو
رده:تصویربرداری فروسرخ
رده:دستگاه‌های الکترونیکی نظامی
رده:دستگاه‌های دید در شب
رده:هدف‌گیری (نظامی)
رده:تگزاس اینسترومنتز