Значительная часть солнечного излучения приходится на инфракрасный диапазон. Снимки Солнца, сделанные через светофильтр, пропускающий только красные и инфракрасные лучи, позволяют увидеть распределение более и менее горячих мест на поверхности Солнца. Тёмные участки соответствуют меньшей температуре.В солнечном свете присутствуют почти все волны электромагнитного диапазона, но не все доходят до Земли. По пути к Земле полоса длин волн солнечного спектра сужается. Атмосфера защищает всё живое от гибели. Короткие волны поглощаются озоновым слоем, а длинные — молекулами углекислого газа и парами воды. Три четверти солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, приходится на диапазон длин волн от 0,3 до 0,11 мкм. Фотобиологические процессы на Земле происходят в основном в диапазоне длин волн от 0,3 до 0,9 мкм. Естественно задать вопрос: почему для зрения не доступны более короткие и длинные волны? Ответ содержится в величине их энергии. Эта энергия определяется по классической формуле, которая сегодня известна даже школьникам:
Обязательное условие формирования изображения — температурный контраст между объектом и фоном, а в пределах контура объекта — между его отдельными элементами. В современном поколении тепловизоров нет оптико-механических развёрток изображения, поэтому они имеют большое быстродействие, малые габариты и энергопотребление, кроме того, отличаются бесшумной работой при высоком отношении сигнал/помеха и позволяют производить цифровую обработку изображения в реальном масштабе времени.
С помощью тепловизора можно измерить температуру в каждой точке рассматриваемого объекта, но ключевая часть термина „тепловидение“ есть „видение“ (в данном случае — это синоним зрения). Видение — это информационный процесс, позволяющий обозреть объект целиком, выделить его существенные признаки, распознать и классифицировать. Принцип действия тепловизионных приборов основан на преобразовании естественного теплового излучения от объектов в видимое и даже цветное изображение. На экране может быть создана цветная картина, где окраска элементов изображения определяется разницей температур соответствующих участков наблюдаемого объекта. Разумеется, окраска условная, но она отражает температурный рельеф объекта. Правда, не все исследователи любят иметь дело с условно цветными портретами. Некоторые предпочитают чёрно-белые — это вопрос вкуса и привычки.
Речь пойдет об инфракрасном излучении, диапазон длин волн которого лежит за пределами диапазона видимого света в микронной области. Тепловизионная техника (иначе её называют тепловидение, термовидение или инфракрасное видение) появилась в прошлом веке, но 20–30 лет назад использовалась главным образом для военных целей — наведения высокоточного оружия на объекты, излучающие тепло. Сегодня она имеет все основания стать одной из главных информационных технологий с обширной областью применения. В биологии это — исследование теплопродукции живых организмов и отдельных органов в зависимости от суточных и сезонных циклов. В медицине — диагностика сосудистых, воспалительных и опухолевых заболеваний, наблюдение за эффективностью лечения, экспресс-контроль при карантинных мероприятиях. Тепловизионная техника позволяет вести противопожарный мониторинг лесных массивов и торфяников, следить за состоянием вулканов, наблюдать с воздуха за смещением зон мерзлоты, степей и пустынь, миграцией животных. В технике тепловизоры нужны для того, чтобы контролировать работу машин и механизмов, транспорт энергии, теплоизоляцию зданий и сооружений.
Итак, основной опорой в человеческом „мироощущении“ служит зрение. Между тем возможности глаза далеко не беспредельны. Если учесть, что шкала длин известных электромагнитных колебаний простирается от миллионных долей нанометра до сотен километров, видимый диапазон выглядит каплей в море — безбрежном море электромагнитных волн. А ведь человеку было бы интересно и весьма полезно получать сведения о самых разнообразных процессах, которые лежат за порогом непосредственных ощущений. Возникает задача — видеть незримое. И не просто видеть, а подробно изучать невидимые явления, используя богатство возможностей человеческого глаза и мозга, например, различать „цвета“, узнавать и классифицировать различные объекты.
Чуть ли не 7/8 всей информации от окружающего мира человек получает благодаря зрительным впечатлениям. Многие повседневные выражения речи восходят своими этимологическими корнями к зрительным ощущениям. Например, дела для нас бывают „ясными“, „очевидными“; случается, мы кого-то в чём-то „подозреваем“, что-то „имеем в виду“, наконец, у каждого из нас есть определённое „мировоззрение“. И если мы говорим „мироощущение“, то подразумеваем чаще всего именно „мировоззрение“. Никому в голову не придёт такое нелепое истолкование этого термина, как „мирообоняние“. А почему, собственно, нелепое? Разве полностью исключена встреча с разумными существами, у которых сильнее всего развито иное чувство? Скажем, обоняние и слух, как у собаки. Кстати, зрение у собак действительно куда слабее, чем у человека, и, кроме того, собака плохо различает цвета. А вот у дождевого червя, хотя он ощущает направление света, главную роль в процессах восприятия играет осязание. У муравья — особое топохимическое чувство, в котором обоняние сочетается с осязанием.
Возможности человеческих органов чувств ограничены, и всё же благодаря техническим достижениям мы можем заглянуть за пределы видимого мира, увидеть незримое, например тепловые лучи. Тепловидение как способ информации об окружающем мире завоёвывает всё новые области применения в технике, биологии и медицине. В основу статьи легла лекция директора Института теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук Генриха Романовича Иваницкого, прочитанная им на IX Международной школе-конференции „Биология — наука XXI века“ в городе Пущино весной 2005 года.
Член-корреспондент РАН Г. ИваницкийВернисаж инфракрасных портретов
Комментариев нет:
Отправить комментарий