การถ่ายภาพความร้อนด้วยอินฟราเรด ( IRT ) หรือที่รู้จักกันในชื่อการถ่ายภาพ ความร้อน เป็นเทคนิคการวัดและ การสร้างภาพ โดยใช้กล้องความร้อนในการตรวจจับรังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากพื้นผิวของวัตถุ รังสีนี้มีองค์ประกอบหลักสองส่วน ได้แก่การแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวของวัตถุ ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและ ค่า การแผ่รังสี และ รังสีสะท้อนจากแหล่งกำเนิดโดยรอบ เมื่อวัตถุไม่ทึบแสง (โดยสมบูรณ์) กล่าวคือ มีค่าการส่งผ่านแสงที่ไม่เป็นศูนย์ที่ความยาวคลื่นการทำงานของกล้อง รังสีที่ส่งผ่านก็จะส่งผลต่อสัญญาณที่สังเกตได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือภาพที่มองเห็นได้เรียกว่าเทอร์โมแกรมกล้องความร้อนส่วนใหญ่ทำงานใน ช่วง อินฟราเรดคลื่นยาว (LWIR) (7–14 ไมโครเมตร) และพบได้น้อยกว่าในระบบที่ออกแบบมาสำหรับ ช่วง อินฟราเรดคลื่นกลาง (MWIR) (3–5 ไมโครเมตร)

เนื่องจากรังสีอินฟราเรดถูกปล่อยออกมาจากวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ตามกฎการแผ่รังสีของวัตถุดำ เทอร์โมกราฟีจึงทำให้สามารถมองเห็นสภาพแวดล้อมได้ทั้งในที่ที่มีแสงสว่างและในที่มืดปริมาณรังสีที่ปล่อยออกมาจากวัตถุจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ และเทอร์โมกราฟีช่วยให้สามารถมองเห็นความแปรผันของอุณหภูมิได้ เมื่อมองผ่านกล้องถ่ายภาพความร้อน วัตถุที่อุ่นจะโดดเด่นได้ดีเมื่อเทียบกับพื้นหลังที่เย็นกว่า ตัวอย่างเช่น มนุษย์และ สัตว์ เลือดอุ่น อื่นๆ จะมองเห็นได้ง่ายเมื่อเทียบกับสภาพแวดล้อมในเวลากลางวันหรือกลางคืน ด้วยเหตุนี้ เทอร์โมกราฟีจึงมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับกองทัพและผู้ใช้งานกล้อง วงจรปิด อื่นๆ

การเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาบางอย่างในมนุษย์และสัตว์เลือดอุ่นอื่นๆ สามารถตรวจสอบได้ด้วยการถ่ายภาพความร้อนระหว่างการวินิจฉัยทางคลินิก เทอร์โมกราฟีใช้ในการตรวจหาโรคภูมิแพ้และสัตวแพทยศาสตร์ ผู้ปฏิบัติการ แพทย์ทางเลือกบางรายส่งเสริมการใช้เทอร์โมกราฟีในการตรวจคัดกรองมะเร็งเต้านมแม้ว่า องค์การอาหารและยา (FDA)จะเตือนว่า "ผู้ที่เลือกใช้วิธีนี้แทนการตรวจแมมโมแกรมอาจพลาดโอกาสในการตรวจพบมะเร็งในระยะเริ่มต้น" ^{[ 1 ]}ที่น่าสังเกตคือ เจ้าหน้าที่รัฐบาลและสนามบินใช้เทอร์โมกราฟีในการตรวจหาผู้ป่วยไข้หวัดหมูที่ต้องสงสัยในช่วงการระบาดใหญ่ในปี 2552 ^{[ 2 ]}

เทคนิคการถ่ายภาพความร้อนมีประวัติความเป็นมาที่ยาวนาน แม้ว่าการใช้งานจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมนักดับเพลิงใช้การถ่ายภาพความร้อนเพื่อมองทะลุควันค้นหาบุคคล และระบุตำแหน่งต้นกำเนิดของไฟ ช่างซ่อมบำรุงใช้การถ่ายภาพความร้อนเพื่อระบุจุดเชื่อมต่อและส่วนต่างๆ ของสายไฟ ที่มีความร้อนสูง ซึ่งเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงความเสียหายที่กำลังจะเกิดขึ้น ช่าง ก่อสร้างสามารถมองเห็นร่องรอยความร้อนที่บ่งชี้ถึงการรั่วไหลของความร้อนในฉนวนกันความร้อน ที่ชำรุด ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อนและเครื่องปรับอากาศได้

รูปลักษณ์และการทำงานของกล้องถ่ายภาพความร้อน สมัยใหม่ มักคล้ายกับกล้องวิดีโอบ่อยครั้งที่ภาพความร้อนแบบเรียลไทม์แสดงความแปรผันของอุณหภูมิได้อย่างชัดเจนจนไม่จำเป็นต้องถ่ายภาพเพื่อการวิเคราะห์ ดังนั้นโมดูลบันทึกภาพจึงไม่ได้ติดตั้งมาในตัวเสมอไป

กล้องถ่ายภาพความร้อนแบบพิเศษใช้อาร์เรย์ระนาบโฟกัส (FPA) ที่ตอบสนองต่อความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (อินฟราเรดความยาวคลื่นกลางและยาว) ประเภทที่พบมากที่สุดคือInSb , InGaAs , HgCdTeและQWIP FPA เทคโนโลยีใหม่ล่าสุดใช้ ไมโครโบโลมิเตอร์ราคาประหยัดที่ไม่ต้องระบายความร้อนเป็นเซ็นเซอร์ FPA ความละเอียดของพวกมันต่ำกว่ากล้องออปติคอลมาก โดยส่วนใหญ่อยู่ที่ 160×120 หรือ 320×240 พิกเซลและสูงถึง 1280 × 1024 ^{[ 3 ]}สำหรับรุ่นที่แพงที่สุด กล้องถ่ายภาพความร้อนมีราคาแพงกว่ากล้องสเปกตรัมที่มองเห็นได้มาก และรุ่นระดับสูงมักถูกจำกัดการส่งออกเนื่องจากอาจมีการใช้งานทางทหารโบโลมิเตอร์ รุ่นเก่า หรือรุ่นที่ไวต่อแสงมากกว่า เช่น InSb ต้องใช้ การระบาย ความร้อนด้วยความ เย็นจัด โดยปกติจะใช้ ตู้เย็น แบบวงจรสเตอร์ลิง ขนาดเล็ก หรือไนโตรเจนเหลว

ภาพเปรียบเทียบระหว่างภาพถ่ายความร้อน (ด้านบน) และภาพถ่ายธรรมดา (ด้านล่าง) ถุงพลาสติกส่วนใหญ่โปร่งแสงต่อรังสีอินฟราเรดคลื่นยาว แต่แว่นตาของชายคนนั้นทึบแสง

ภาพความร้อน หรือเทอร์โมแกรม คือภาพแสดงพลังงานอินฟราเรดทั้งหมดที่ปล่อยออกมา ส่งผ่าน และสะท้อนโดยวัตถุ เนื่องจากมีแหล่งพลังงานอินฟราเรดหลายแหล่ง จึงบางครั้งยากที่จะได้อุณหภูมิที่แม่นยำของวัตถุโดยใช้วิธีนี้ กล้องถ่ายภาพความร้อนใช้อัลกอริธึมการประมวลผลเพื่อสร้างภาพอุณหภูมิขึ้นใหม่ โปรดทราบว่าภาพแสดงอุณหภูมิโดยประมาณของวัตถุ เนื่องจากกล้องจะรวมแหล่งข้อมูลหลายแหล่งในบริเวณรอบๆ วัตถุเพื่อประมาณอุณหภูมิ^{[ 4 ]}

ปรากฏการณ์นี้อาจชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อพิจารณาจากสูตรต่อไปนี้:

กำลังการแผ่รังสีตกกระทบ = กำลังการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมา + กำลังการแผ่รังสีที่ส่งผ่าน + กำลังการแผ่รังสีที่สะท้อนกลับ

โดยที่กำลังการแผ่รังสีตกกระทบ คือ โปรไฟล์กำลังการแผ่รังสีเมื่อมองผ่านกล้องถ่ายภาพความร้อน กำลังการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาโดยทั่วไปคือสิ่งที่ต้องการวัด กำลังการแผ่รังสีที่ส่งผ่าน คือ กำลังการแผ่รังสีที่ผ่านวัตถุจากแหล่งความร้อนระยะไกล และกำลังการแผ่รังสีสะท้อน คือ ปริมาณกำลังการแผ่รังสีที่สะท้อนจากพื้นผิวของวัตถุจากแหล่งความร้อนระยะไกล

ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นทุกที่ทุกเวลา เป็นกระบวนการที่เรียกว่าการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่รังสี เนื่องจากกำลังการแผ่รังสี × เวลา เท่ากับพลังงานการแผ่รังสีอย่างไรก็ตาม ในกรณีของเทอร์โมกราฟีอินฟราเรด สมการข้างต้นใช้เพื่ออธิบายกำลังการแผ่รังสีภายในช่วงความยาวคลื่นสเปกตรัมของกล้องถ่ายภาพความร้อนที่ใช้งานอยู่ ข้อกำหนดการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่รังสีที่อธิบายไว้ในสมการนั้นใช้ได้กับทุกความยาวคลื่นในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าอย่าง เท่าเทียมกัน

หากวัตถุนั้นแผ่รังสีความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่าสิ่งแวดล้อมรอบข้างการถ่ายโอนพลังงานจะเกิดขึ้นโดยการแผ่รังสีจากบริเวณที่อุ่นกว่าไปยังบริเวณที่เย็นกว่า ตามหลักการที่ระบุไว้ในกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ดังนั้น หากมีบริเวณที่เย็นในภาพถ่ายความร้อน วัตถุนั้นจะดูดซับรังสีที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่อุ่นกว่าโดยรอบ

ความสามารถของวัตถุในการแผ่รังสีเรียกว่าค่าการแผ่รังสี (emissivity)และความสามารถในการดูดซับรังสีเรียกว่าค่าการดูดซับ (absorptivity) ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง อาจต้องพิจารณาการระบายความร้อนด้วยการพาความร้อนจากลมด้วยเมื่อพยายามวัดอุณหภูมิให้แม่นยำ

ค่าการแผ่รังสีความร้อน (หรือสัมประสิทธิ์การแผ่รังสี) แสดงถึงความสามารถของวัสดุในการแผ่รังสีความร้อนซึ่งเป็นคุณสมบัติทางแสงของสสารค่าการแผ่รังสีความร้อนของวัสดุสามารถมีค่าได้ตั้งแต่ 0 (ไม่แผ่รังสีเลย) ถึง 1 (แผ่รังสีอย่างสมบูรณ์) ตัวอย่างของสารที่มีค่าการแผ่รังสีความร้อนต่ำคือเงิน ซึ่งมีสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อนเท่ากับ 0.02 ตัวอย่างของสารที่มีค่าการแผ่รังสีความร้อนสูงคือแอสฟัลต์ ซึ่งมีสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อนเท่ากับ 0.98

วัตถุดำเป็นวัตถุในเชิงทฤษฎีที่มีค่าการแผ่รังสีความร้อนเท่ากับ 1 ซึ่งจะแผ่รังสีความร้อนที่มีลักษณะเฉพาะตามอุณหภูมิสัมผัส กล่าวคือ หากอุณหภูมิสัมผัสของวัตถุดำที่มีคุณสมบัติทางความร้อนสม่ำเสมออยู่ที่ 50 °C (122 °F) มันจะแผ่รังสีลักษณะเฉพาะของวัตถุดำที่อุณหภูมิ 50 °C (122 °F) วัตถุทั่วไปจะแผ่รังสีอินฟราเรดน้อยกว่าวัตถุดำในเชิงทฤษฎี กล่าวอีกนัยหนึ่ง อัตราส่วนของการแผ่รังสีจริงต่อการแผ่รังสีสูงสุดในเชิงทฤษฎีคือค่าการแผ่รังสีความร้อนของวัตถุ

แต่ละวัสดุมีค่าการแผ่รังสีที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิและความยาวคลื่นอินฟราเรด^{[ 5 ]}ตัวอย่างเช่น พื้นผิวโลหะที่สะอาดจะมีค่าการแผ่รังสีที่ลดลงเมื่อความยาวคลื่นยาวขึ้น วัสดุไดอิเล็กทริกหลายชนิด เช่น ควอตซ์ (SiO ₂ ) ไพลิน (Al ₂ O ₃ ) แคลเซียมฟลูออไรด์ (CaF ₂ ) เป็นต้น จะมีค่าการแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้นเมื่อความยาวคลื่นยาวขึ้น ออกไซด์อย่างง่าย เช่น เหล็กออกไซด์ (Fe ₂ O ₃ ) จะแสดงค่าการแผ่รังสีที่ค่อนข้างคงที่ในช่วงสเปกตรัมอินฟราเรด

กล้องถ่ายภาพความร้อนทำการประมวลผลทางรังสีเพื่อแปลงรังสีอินฟราเรด ที่ตรวจพบ ให้เป็นค่าประมาณอุณหภูมิพื้นผิว ของวัตถุ โดยทำได้ผ่านการประยุกต์ใช้สมการเทอร์โมกราฟี ซึ่งคำนึงถึงส่วนประกอบของรังสีที่ปล่อยออกมาและสะท้อนกลับ รวมถึงอิทธิพลของบรรยากาศซึ่งปล่อยรังสีความร้อนของตัวเองและลดทอนรังสีที่มาจากพื้นผิวที่วัด ในกรณีของกล้องถ่ายภาพความร้อนแบบวัดรังสี (มาตรฐานปัจจุบัน) ภาพที่ได้ไม่เพียงแต่มีข้อมูลภาพเท่านั้น แต่ยังมีข้อมูลทางรังสีที่แสดงถึงรังสีที่ตรวจพบและช่วยให้สามารถประเมินอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำโดยอาศัยแบบจำลองการคำนวณที่ได้จากสมการเทอร์โมกราฟี

สเปกตรัมและปริมาณของรังสีความร้อน ขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุอย่างมากทำให้สามารถสร้างภาพความร้อนเพื่อวัดอุณหภูมิของวัตถุได้ อย่างไรก็ตาม ปัจจัยอื่นๆ ก็มีผลต่อรังสีที่ได้รับเช่นกัน ซึ่งจำกัดความแม่นยำของเทคนิคนี้ เช่น ค่าการแผ่รังสีของวัตถุ

สำหรับการวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส จำเป็นต้องตั้งค่าค่าการแผ่รังสีให้ถูกต้อง วัตถุที่มีค่าการแผ่รังสีต่ำอาจทำให้เครื่องตรวจจับวัดอุณหภูมิได้ต่ำกว่าความเป็นจริง เนื่องจากเครื่องตรวจจับจะตรวจจับเฉพาะ รังสีอินฟราเรด ที่ปล่อยออกมา เท่านั้น สำหรับการประมาณค่าอย่างรวดเร็ว นักเทอร์โมกราฟีอาจอ้างอิงจากตารางค่าการแผ่รังสีสำหรับวัตถุประเภทนั้นๆ และป้อนค่าดังกล่าวลงในเครื่องถ่ายภาพ จากนั้นเครื่องจะคำนวณอุณหภูมิแบบสัมผัสของวัตถุโดยอิงจากค่าการแผ่รังสีที่ป้อนและรังสีอินฟราเรดที่ตรวจจับได้โดยเครื่องถ่ายภาพ

เพื่อให้ได้การวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น นักเทอร์โมกราฟอาจใช้สารมาตรฐานที่มีค่าการแผ่รังสีความร้อนสูงที่ทราบค่ามาเคลือบลงบนพื้นผิวของวัตถุ สารมาตรฐานอาจเป็นสเปรย์ค่าการแผ่รังสีความร้อนระดับอุตสาหกรรมที่ผลิตขึ้นมาโดยเฉพาะ หรืออาจเป็นเพียงเทปฉนวน สีดำมาตรฐาน ที่มีค่าการแผ่รังสีความร้อนประมาณ 0.97 จากนั้นจึงสามารถวัดอุณหภูมิที่ทราบของวัตถุโดยใช้ค่าการแผ่รังสีความร้อนมาตรฐานได้ หากต้องการ สามารถกำหนดค่าการแผ่รังสีความร้อนจริงของวัตถุ (ในส่วนของวัตถุที่ไม่ถูกปกคลุมด้วยสารมาตรฐาน) ได้โดยการปรับการตั้งค่าของเครื่องถ่ายภาพให้ตรงกับอุณหภูมิที่ทราบ อย่างไรก็ตาม มีบางสถานการณ์ที่การทดสอบค่าการแผ่รังสีความร้อนดังกล่าวไม่สามารถทำได้เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายหรือไม่สามารถเข้าถึงได้ ในกรณีเช่นนั้น นักเทอร์โมกราฟจะต้องอาศัยตารางค่าการแผ่รังสีความร้อนแทน

ตัวแปรอื่นๆ อาจส่งผลต่อการวัดได้ เช่นการดูดซับและอุณหภูมิแวดล้อมของตัวกลางที่ส่งผ่าน (โดยปกติคืออากาศ) นอกจากนี้ รังสีอินฟราเรดโดยรอบอาจสะท้อนกลับมาที่วัตถุได้ การตั้งค่าทั้งหมดเหล่านี้จะส่งผลต่ออุณหภูมิที่คำนวณได้ของวัตถุที่กำลังสังเกต

ภาพจากกล้องอินฟราเรดมักเป็นภาพขาวดำเนื่องจากโดยทั่วไปกล้องเหล่านี้ใช้เซ็นเซอร์รับภาพที่ไม่สามารถแยกแยะความยาวคลื่น ต่างๆ ของรังสีอินฟราเรดได้ เซ็นเซอร์รับภาพสีต้องใช้โครงสร้างที่ซับซ้อนเพื่อแยกแยะความยาวคลื่น และสีมีความหมายน้อยลงนอกเหนือจากสเปกตรัมที่มองเห็นได้ตามปกติ เนื่องจากความยาวคลื่นที่แตกต่างกันไม่ได้ถูกแปลงเข้าสู่ ระบบ การมองเห็นสีของมนุษย์ อย่างสม่ำเสมอ

บางครั้งภาพขาวดำเหล่านี้จะถูกแสดงผลในรูปแบบสีเทียมโดยใช้การเปลี่ยนแปลงของสีแทนการเปลี่ยนแปลงของความเข้มแสงเพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณ เทคนิคนี้เรียกว่าการแบ่งส่วนความหนาแน่น (density slicing ) ซึ่งมีประโยชน์เพราะถึงแม้ว่ามนุษย์จะมีช่วงไดนามิกในการตรวจจับความเข้มแสงที่กว้างกว่าสีโดยรวมมาก แต่ความสามารถในการมองเห็นความแตกต่างของความเข้มแสงเล็กน้อยในบริเวณที่สว่างนั้นค่อนข้างจำกัด

ในการวัดอุณหภูมิ ส่วนที่สว่างที่สุด (ร้อนที่สุด) ของภาพมักจะเป็นสีขาว อุณหภูมิปานกลางจะเป็นสีแดงและสีเหลือง และส่วนที่มืดที่สุด (เย็นที่สุด) จะเป็นสีดำ ควรแสดงมาตราส่วนไว้ข้างภาพสีเทียมเพื่อเชื่อมโยงสีกับอุณหภูมิ

กล้องถ่ายภาพความร้อน (หรือเรียกอีกอย่างว่ากล้องอินฟราเรดกล้องถ่ายภาพความร้อนหรือเครื่องถ่ายภาพความร้อน ) เป็นอุปกรณ์ที่สร้างภาพโดยใช้ รังสี อินฟราเรด (IR) คล้ายกับกล้อง ทั่วไป ที่สร้างภาพโดยใช้แสงที่มองเห็นได้ แต่แทนที่จะเป็นช่วงความยาวคลื่น 400–700 นาโนเมตร (nm) ของกล้องแสงที่มองเห็นได้ กล้องอินฟราเรดมีความไวต่อความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 1,000 นาโนเมตร (1  ไมโครเมตรหรือ μm) ถึงประมาณ 14,000 นาโนเมตร (14 μm) การปฏิบัติในการบันทึกและวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากกล้องเหล่านี้เรียกว่าการถ่ายภาพความร้อน (thermography )

กล้องถ่ายภาพความร้อนจะแปลงพลังงานในช่วงคลื่นอินฟราเรดระยะไกลให้เป็นแสงที่มองเห็นได้ วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยพลังงานความร้อนอินฟราเรดออกมา ดังนั้นกล้องถ่ายภาพความร้อนจึงสามารถมองเห็นวัตถุทุกชนิดได้โดยไม่ต้องอาศัยแสงโดยรอบ อย่างไรก็ตาม กล้องถ่ายภาพความร้อนส่วนใหญ่จะไวต่อวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่า −50 °C (−58 °F)

พารามิเตอร์เฉพาะบางประการของระบบกล้องอินฟราเรด ได้แก่ จำนวนพิกเซลอัตราเฟรมการตอบสนองกำลังเทียบเท่าสัญญาณรบกวนความ แตกต่าง ของอุณหภูมิเทียบเท่าสัญญาณรบกวน (NETD) แถบสเปกตรัม อัตราส่วนระยะห่างต่อจุด (D:S) ระยะโฟกัสต่ำสุด อายุการใช้งานของเซนเซอร์ความแตกต่างของอุณหภูมิที่แยกแยะได้ต่ำสุด (MRTD) มุมมองภาพช่วงไดนามิกกำลังไฟฟ้าขาเข้า และมวลและปริมาตร

ความละเอียดของกล้องเหล่านี้ต่ำกว่ากล้องออปติคอลมาก โดยมักอยู่ที่ประมาณ 160×120 หรือ 320×240 พิกเซล แม้ว่ากล้องที่มีราคาแพงกว่าจะสามารถให้ความละเอียดได้ถึง 1280×1024 พิกเซล กล้องเทอร์โมกราฟิกมีราคาแพงกว่ากล้องสเปกตรัมที่มองเห็นได้มาก แม้ว่ากล้องความร้อนเสริมประสิทธิภาพต่ำสำหรับสมาร์ทโฟนจะมีวางจำหน่ายในราคาหลายร้อยดอลลาร์สหรัฐในปี 2014 ก็ตาม^{[ 6 ]}

กล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทหลักๆ คือ กล้องที่มีตัวตรวจจับภาพอินฟราเรดแบบระบายความร้อน และกล้องที่มีตัวตรวจจับแบบไม่ระบายความร้อน

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องตรวจจับแบบระบายความร้อนจะบรรจุอยู่ในเคสที่ปิดผนึกด้วยสุญญากาศหรือDewarและ ระบายความร้อน ด้วยวิธีไครโอเจนิก การระบาย ความร้อนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้อุณหภูมิการทำงาน โดยทั่วไป อยู่ระหว่าง 4 K (−269 °C) ถึงต่ำกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีของเครื่องตรวจจับ เครื่องตรวจจับแบบระบายความร้อนที่ทันสมัยส่วนใหญ่ทำงานในช่วง 60 เคลวิน (K) ถึง 100 K (−213 ถึง −173 °C) ขึ้นอยู่กับประเภทและระดับประสิทธิภาพ^{[ 7 ]}

หากไม่มีระบบระบายความร้อน เซ็นเซอร์เหล่านี้ (ซึ่งตรวจจับและแปลงแสงในลักษณะเดียวกับกล้องดิจิทัลทั่วไป แต่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน) จะถูก "บดบัง" หรือถูกรังสีของตัวเองทำลาย ข้อเสียของกล้องอินฟราเรดแบบระบายความร้อนคือมีราคาแพงทั้งในการผลิตและการใช้งาน การระบายความร้อนนั้นใช้พลังงานสูงและใช้เวลานาน

กล้องอาจต้องใช้เวลาหลายนาทีในการเย็นตัวลงก่อนที่จะเริ่มทำงานได้ ระบบระบายความร้อนที่ใช้กันทั่วไปคือระบบระบายความร้อนแบบเพลเทียร์ซึ่งแม้จะมีประสิทธิภาพต่ำและมีความสามารถในการระบายความร้อนจำกัด แต่ก็ค่อนข้างเรียบง่ายและกะทัดรัด เพื่อให้ได้คุณภาพของภาพที่ดีขึ้นหรือสำหรับการถ่ายภาพวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ จำเป็นต้องใช้ ระบบระบายความร้อนแบบสเตอร์ลิงแม้ว่าอุปกรณ์ระบายความร้อนอาจมีขนาดใหญ่และราคาแพงกว่า แต่กล้องอินฟราเรดแบบระบายความร้อนให้คุณภาพของภาพที่เหนือกว่ากล้องแบบไม่ระบายความร้อนอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัตถุที่มีอุณหภูมิใกล้เคียงหรือต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง นอกจากนี้ ความไวที่สูงกว่าของกล้องแบบระบายความร้อนยังช่วยให้สามารถใช้ เลนส์ ที่มีค่า F-number สูงขึ้นได้ ทำให้เลนส์ทางยาวโฟกัสสูงประสิทธิภาพสูงมีขนาดเล็กลงและราคาถูกลงสำหรับตัวตรวจจับแบบระบายความร้อน

อีกทางเลือกหนึ่งนอกเหนือจากเครื่องทำความเย็นแบบสเตอร์ลิงคือการใช้ก๊าซบรรจุขวดที่ความดันสูง โดยไนโตรเจนเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้กัน ก๊าซที่มีความดันสูงจะถูกขยายตัวผ่านรูขนาดเล็กมากและส่งผ่านไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดเล็ก ส่งผลให้เกิดการทำความเย็นแบบหมุนเวียนผ่านปรากฏการณ์จูล-ทอมสันสำหรับระบบดังกล่าว การจัดหาก๊าซที่มีความดันสูงเป็นปัญหาด้านโลจิสติกส์สำหรับการใช้งานภาคสนาม

วัสดุที่ใช้สำหรับการตรวจจับอินฟราเรดแบบระบายความร้อน ได้แก่โฟโตดีเทคเตอร์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานแคบ หลากหลายชนิด เช่นอินเดียมแอนติโมไนด์ (3–5 μm), อินเดียมอาร์เซไนด์ , เมอร์คิวรีแคดเมียมเทลลูไรด์ (MCT) (1–2 μm, 3–5 μm, 8–12 μm), ตะกั่วซัลไฟด์และตะกั่วเซเลไนด์นอกจากนี้ยังสามารถสร้างโฟโตดีเทคเตอร์อินฟราเรดด้วยโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานสูง เช่น ในโฟโตดีเทคเตอร์อินฟราเรดแบบควอนตัมเวลล์ได้อีก ด้วย

เทคโนโลยีโบโลมิเตอร์แบบระบายความร้อนสามารถเป็นได้ทั้งแบบตัวนำยิ่งยวดและไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวด เครื่องตรวจจับตัวนำยิ่งยวดมีความไวสูงมาก โดยบางชนิดสามารถตรวจจับโฟตอนแต่ละตัวได้ ตัวอย่างเช่นกล้องตัวนำยิ่งยวด (SCAM)ของESAอย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายนอกเหนือจากการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในทางทฤษฎีแล้ว อุปกรณ์ เชื่อมต่ออุโมงค์ตัวนำยิ่งยวดสามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์อินฟราเรดได้เนื่องจากมีช่องว่างที่แคบมาก มีการสาธิตการใช้งานในรูปแบบอาร์เรย์ขนาดเล็กแล้ว แต่ยังไม่ได้นำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความไวสูงของมันต้องการการป้องกันอย่างระมัดระวังจากรังสีพื้นหลัง

กล้องถ่ายภาพความร้อนแบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อนจะใช้เซ็นเซอร์ที่ทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อม หรือเซ็นเซอร์ที่ควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ใกล้เคียงกับอุณหภูมิแวดล้อมโดยใช้ชิ้นส่วนควบคุมอุณหภูมิขนาดเล็ก เครื่องตรวจจับแบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อนที่ทันสมัยทั้งหมดใช้เซ็นเซอร์ที่ทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงความต้านทานแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าเมื่อได้รับความร้อนจากรังสีอินฟราเรด จากนั้นจึงวัดการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้และเปรียบเทียบกับค่าที่อุณหภูมิการทำงานของเซ็นเซอร์

ในเซ็นเซอร์แบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อน ความแตกต่างของอุณหภูมิที่พิกเซลของเซ็นเซอร์นั้นน้อยมาก ความแตกต่าง 1 องศาเซลเซียสที่ฉากจะทำให้เกิดความแตกต่างเพียง 0.03 องศาเซลเซียสที่เซ็นเซอร์เท่านั้น นอกจากนี้ เวลาตอบสนองของพิกเซลยังค่อนข้างช้า อยู่ในช่วงหลายสิบมิลลิวินาที

เซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อนสามารถปรับอุณหภูมิให้คงที่เพื่อลดสัญญาณรบกวนในภาพได้ แต่เซ็นเซอร์เหล่านี้ไม่ได้ถูกระบายความร้อนจนถึงอุณหภูมิต่ำ และไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องทำความเย็นแบบไครโอเจนิกขนาดใหญ่ ราคาแพง และสิ้นเปลืองพลังงาน ทำให้กล้องอินฟราเรดมีขนาดเล็กกว่าและราคาถูกกว่า อย่างไรก็ตาม ความละเอียดและคุณภาพของภาพมักจะต่ำกว่าเซ็นเซอร์แบบระบายความร้อน เนื่องจากความแตกต่างในกระบวนการผลิต ซึ่งถูกจำกัดด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน กล้องถ่ายภาพความร้อนแบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อนยังต้องจัดการกับความร้อนที่เกิดขึ้นเองด้วย

เครื่องตรวจจับที่ไม่ต้องระบายความร้อนส่วนใหญ่ใช้พื้นฐานจาก วัสดุ ไพโรอิเล็กทริกและเฟอร์โรอิเล็กทริกหรือเทคโนโลยีไมโครโบโลมิเตอร์^{[ 8 ]}วัสดุเหล่านี้ใช้ในการสร้างพิกเซลที่มีคุณสมบัติขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสูง ซึ่งแยกจากสภาพแวดล้อมทางความร้อนและอ่านค่าทางอิเล็กทรอนิกส์

ตัวตรวจจับเฟอร์โรอิเล็กทริกทำงานใกล้กับ อุณหภูมิ การเปลี่ยนสถานะของวัสดุเซ็นเซอร์ โดยอุณหภูมิของพิกเซลจะถูกอ่านค่าเป็นประจุโพลาไรเซชันซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมากค่า NETD ที่ได้ ของตัวตรวจจับเฟอร์โรอิเล็กทริกที่มี เลนส์ f/1และเซ็นเซอร์ขนาด 320×240 พิกเซล คือ 70–80 มิลลิเคลวิน โครงสร้างเซ็นเซอร์ที่เป็นไปได้ประกอบด้วยแบเรียมสตรอนเทียมไททาเนตที่เชื่อมต่อด้วยฉนวน ความร้อนโพลีอิไมด์

ไมโครโบโลมิเตอร์ซิลิคอนสามารถวัดอุณหภูมิต่ำสุดได้ถึง 20 มิลลิเคลวิน (mK) ประกอบด้วยชั้นซิลิคอนอสัณฐานหรือฟิล์มบางของวาเนเดียม(V) ออกไซด์ที่แขวนอยู่บน สะพาน ซิลิคอนไนไตรด์เหนือวงจรอิเล็กทรอนิกส์สแกนที่ใช้ซิลิคอนเป็นฐาน วัดค่าความต้านทานไฟฟ้าขององค์ประกอบตรวจจับหนึ่งครั้งต่อเฟรม

การพัฒนาล่าสุดของอาร์เรย์ระนาบโฟกัสแบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อน (UFPA) มุ่งเน้นไปที่ความไวและความหนาแน่นของพิกเซลที่สูงขึ้นเป็นหลัก ในปี 2013 DARPAได้ประกาศกล้อง LWIR ความละเอียด 5 ไมครอน ซึ่งใช้อาร์เรย์ระนาบโฟกัส (FPA) ขนาด 1280 × 720 พิกเซล^{[ 9 ]} วัสดุบางชนิดที่ใช้สำหรับอาร์เรย์เซนเซอร์ได้แก่ซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si), วานาเดียม(V) ออกไซด์ (VOx), ^{[ 10 ]}แลนทานัมแบเรียมแมงกาไนท์ (LBMO), ตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต (PZT), ตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนตที่เจือด้วยแลนทานัม (PLZT), ตะกั่วสแกนเดียมแทนทาเลต (PST), ตะกั่วแลนทานัมไททาเนต (PLT), ตะกั่วไททาเนต (PT), ตะกั่วซิงค์ไนโอเบต (PZN), ตะกั่วสตรอนเทียมไททาเนต (PSrT), แบเรียมสตรอนเทียมไททา เนต ( BST), แบเรียมไททาเนต (BT), แอนติโมนีซัลโฟไอโอไดด์ (SbSI) และโพลีไวนิลิดีนไดฟลูออไรด์ (PVDF)

เซ็นเซอร์ CCD และCMOSที่ไม่ใช่เซ็นเซอร์ เฉพาะทางนั้น มีความไวต่อสเปกตรัมส่วนใหญ่อยู่ในช่วงความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม โดยการใช้พื้นที่ "ท้าย" ของความไวต่อสเปกตรัม กล่าวคือ ส่วนของสเปกตรัมอินฟราเรดที่เรียกว่าอินฟราเรดใกล้ (NIR) และโดยการใช้กล้องวงจรปิดทั่วไป ก็สามารถได้ภาพความร้อนที่แท้จริงของวัตถุที่มีอุณหภูมิประมาณ 280 °C (536 °F) ขึ้นไปได้ในบางสถานการณ์^{[ 11 ]}

ที่อุณหภูมิ 600 °C ขึ้นไป กล้องราคาไม่แพงที่มีเซ็นเซอร์ CCD และ CMOS ก็ถูกนำมาใช้สำหรับการวัดอุณหภูมิในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้เช่นกัน มีการนำไปใช้กับเขม่าในเปลวไฟ อนุภาคถ่านหินที่กำลังลุกไหม้ วัสดุที่ได้รับความร้อนเส้นใย SiCและถ่านที่กำลังคุอยู่^{[ 12 ]}การวัดอุณหภูมินี้ดำเนินการโดยใช้ตัวกรองภายนอกหรือเฉพาะตัวกรอง Bayer ของเซ็นเซอร์เท่านั้น และดำเนินการโดยใช้อัตราส่วนสี ระดับสีเทา และ/หรือการผสมผสานทั้งสองอย่าง

ฟิล์มอินฟราเรด (IR) ไวต่อรังสีของวัตถุดำในช่วงอุณหภูมิ 250 ถึง 500 องศาเซลเซียส (482 ถึง 932 องศาฟาเรนไฮต์) ในขณะที่ช่วงอุณหภูมิของเทอร์โมกราฟีอยู่ที่ประมาณ −50 ถึง 2,000 องศาเซลเซียส (−58 ถึง 3,632 องศาฟาเรนไฮต์) ดังนั้น เพื่อให้ฟิล์ม IR ทำงานได้ในเชิงเทอร์โมกราฟี วัตถุที่วัดจะต้องมีอุณหภูมิสูงกว่า 250 องศาเซลเซียส (482 องศาฟาเรนไฮต์) หรือสะท้อนรังสีอินฟราเรดจากสิ่งที่ร้อนอย่างน้อยเท่านี้

อุปกรณ์มองกลางคืนแบบ Starlight โดยทั่วไปจะขยาย แสงโดยรอบเท่านั้นและไม่ใช่กล้องถ่ายภาพความร้อน

กล้องอินฟราเรดบางรุ่นที่วางจำหน่ายในท้องตลาดในชื่อกล้องมองกลางคืน มีความไวต่อรังสีอินฟราเรดใกล้ ซึ่งอยู่เลยช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้ และสามารถมองเห็นรังสีอินฟราเรดใกล้ที่ปล่อยออกมาหรือสะท้อนออกมาได้ในความมืดสนิท อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว กล้องเหล่านี้ไม่ได้ถูกนำมาใช้สำหรับการถ่ายภาพความร้อน เนื่องจากต้องใช้ค่าอุณหภูมิเทียบเท่าวัตถุดำ ที่สูงมาก แต่จะใช้ร่วมกับแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดใกล้แบบแอคทีฟแทน

วัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (0  K ) จะปล่อยรังสีอินฟราเรดดังนั้น วิธีที่ดีเยี่ยมในการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิคือการใช้อุปกรณ์ตรวจจับอินฟราเรด ซึ่งโดยทั่วไปคือกล้องอินฟราเรดแบบอาร์เรย์ระนาบโฟกัส (FPA) ที่สามารถตรวจจับรังสีในช่วงคลื่นกลาง (3 ถึง 5 μm) และคลื่นยาว (7 ถึง 14 μm) ซึ่งเรียกว่า MWIR และ LWIR ซึ่งสอดคล้องกับหน้าต่างอินฟราเรด ที่มีการส่งผ่านสูงสองช่วง โปรไฟล์อุณหภูมิที่ผิดปกติที่พื้นผิวของวัตถุเป็นสัญญาณบ่งชี้ถึงปัญหาที่อาจเกิดขึ้น^{[ 13 ]}

ในเทอร์โมกราฟีแบบพาสซีฟคุณลักษณะที่สนใจจะมีอุณหภูมิสูงกว่าหรือต่ำกว่าพื้นหลังโดยธรรมชาติ เทอร์โมกราฟีแบบพาสซีฟมีแอปพลิเคชันมากมาย เช่นการเฝ้าระวังผู้คนในที่เกิดเหตุ และการวินิจฉัยทางการแพทย์ (โดยเฉพาะเทอร์โมโลยี )

ในการถ่ายภาพความร้อนแบบแอคทีฟจำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานเพื่อสร้างความแตกต่างทางความร้อนระหว่างคุณลักษณะที่สนใจกับพื้นหลัง^{[ 14 ]}วิธีการแบบแอคทีฟมีความจำเป็นในหลายกรณี เนื่องจากชิ้นส่วนที่ตรวจสอบมักจะอยู่ในสภาวะสมดุลกับสภาพแวดล้อม ด้วยคุณสมบัติความเป็นเส้นตรงสูงของรังสีของวัตถุดำการถ่ายภาพความร้อนแบบแอคทีฟยังสามารถใช้เพื่อเพิ่มความละเอียดของระบบการถ่ายภาพให้สูงกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนหรือเพื่อให้ได้กล้องจุลทรรศน์ที่มีความละเอียดสูงขึ้น^{[ 15 ]}

เทอร์โมกราฟีแสดงภาพเพื่อให้สามารถเปรียบเทียบอุณหภูมิในพื้นที่ขนาดใหญ่ได้^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}สามารถตรวจจับเป้าหมายที่เคลื่อนที่ได้แบบเรียลไทม์^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}สามารถตรวจจับการเสื่อมสภาพ เช่น ส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นก่อนที่จะเกิดความเสียหาย สามารถใช้ในการวัดหรือสังเกตในพื้นที่ที่เข้าถึงยากหรือเป็นอันตรายสำหรับวิธีการอื่น เป็นวิธีการทดสอบแบบไม่ทำลาย สามารถใช้ในการค้นหาข้อบกพร่องในเพลา ท่อ และชิ้นส่วนโลหะหรือพลาสติกอื่นๆ^{[ 19 ]}สามารถใช้ตรวจจับวัตถุในพื้นที่มืดได้ มีการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์บางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน กายภาพบำบัด

กล้องถ่ายภาพความร้อนคุณภาพสูงมักมีราคาสูง (โดยทั่วไป 3,000 ดอลลาร์สหรัฐขึ้นไป) เนื่องจากค่าใช้จ่ายของอาร์เรย์พิกเซลขนาดใหญ่ (เทคโนโลยีล้ำสมัย 2560x2048 ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} ) แม้ว่าจะมีรุ่นที่ราคาถูกกว่า (ที่มีอาร์เรย์พิกเซลตั้งแต่ 40×40 ถึง 160×120 พิกเซล) ให้เลือกก็ตาม จำนวนพิกเซลที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับกล้องแบบดั้งเดิมจะลดคุณภาพของภาพ ทำให้ยากต่อการแยกแยะเป้าหมายที่อยู่ใกล้เคียงภายในขอบเขตการมองเห็นเดียวกัน

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างในอัตราการรีเฟรช กล้องบางตัวอาจมีค่าการรีเฟรชเพียง 5–15 Hz ในขณะที่กล้องอื่นๆ (เช่น FLIR X8500sc ^{[ 3 ]} ) อาจมีอัตราการรีเฟรช 180 Hz หรือมากกว่านั้นในโหมดที่ไม่ใช่แบบเต็มหน้าต่าง

มีเลนส์หลายประเภทให้เลือกใช้ รวมถึงเลนส์โฟกัสคงที่ เลนส์โฟกัสแบบแมนนวล และเลนส์โฟกัสอัตโนมัติ กล้องถ่ายภาพความร้อนส่วนใหญ่รองรับเฉพาะการซูมแบบดิจิทัลและไม่มีความสามารถในการซูมแบบออปติคอลอย่างแท้จริง อย่างไรก็ตาม กล้องบางรุ่น (เช่นFOTRIC P7MiX ) มีคุณสมบัติการซูมแบบออปติคอลสองมุมมอง โดยใช้เลนส์ที่มีมุมมองภาพต่างกัน (เช่น 25° และ 12° หรือ 25° และ 7°)

โมเดลหลายตัวไม่ได้ให้การวัดค่าการแผ่รังสีที่ใช้ในการสร้างภาพเอาต์พุต การสูญเสียข้อมูลนี้โดยไม่มีการปรับเทียบที่ถูกต้องสำหรับค่าการแผ่รังสี ระยะทาง อุณหภูมิแวดล้อม และความชื้นสัมพัทธ์ ส่งผลให้ภาพที่ได้เป็นการวัดอุณหภูมิที่ไม่ถูกต้องโดยเนื้อแท้^{[ 23 ]}

ภาพอาจตีความได้ยากอย่างแม่นยำเมื่ออิงตามวัตถุบางอย่าง โดยเฉพาะวัตถุที่มีอุณหภูมิไม่คงที่ แม้ว่าปัญหานี้จะลดลงในการถ่ายภาพความร้อนแบบแอคทีฟก็ตาม^{[ 24 ]}

กล้องเทอร์โมกราฟิกสร้างภาพความร้อนโดยอาศัยพลังงานความร้อนที่แผ่รังสี^{[ 25 ]} เนื่องจากระดับการแผ่รังสีได้รับอิทธิพลจากค่าการแผ่รังสีและการสะท้อนของรังสี เช่น แสงแดดจากพื้นผิวที่กำลังวัด ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด^{[ 26 ]}

• กล้องส่วนใหญ่มีความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิ ±2% หรือแย่กว่านั้น และไม่แม่นยำเท่าวิธีการสัมผัส^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}
• วิธีการและเครื่องมือในปัจจุบันมีข้อจำกัดในการตรวจวัดอุณหภูมิพื้นผิวโดยตรง

การถ่ายภาพความร้อนมีประโยชน์มากมาย และกล้องถ่ายภาพความร้อนเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการบำรุงรักษาระบบไฟฟ้าและเครื่องกลในอุตสาหกรรมและการพาณิชย์ ตัวอย่างเช่นนักดับเพลิงใช้เพื่อมองทะลุควันค้นหาผู้คน และระบุจุดร้อนของไฟ ช่างซ่อมบำรุง สายส่งไฟฟ้าใช้เพื่อค้นหาข้อต่อและชิ้นส่วนที่ร้อนจัด ซึ่งเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงความเสียหาย เพื่อกำจัดอันตรายที่อาจเกิดขึ้น ในกรณีที่ฉนวนกันความร้อน ชำรุด ช่าง ก่อสร้างอาคารสามารถมองเห็นรอยรั่วของความร้อนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศในการทำความเย็นหรือทำความร้อน

ด้วยการตั้งค่ากล้องที่เหมาะสม ระบบไฟฟ้าสามารถสแกนและค้นหาปัญหาได้ ความผิดปกติของกับดักไอน้ำในระบบทำความร้อนด้วยไอน้ำนั้นสามารถระบุตำแหน่งได้ง่าย

ในด้านการประหยัดพลังงาน กล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถมองเห็นอุณหภูมิการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพของวัตถุ รวมถึงสิ่งที่วัตถุนั้นแผ่รังสีออกไป ซึ่งสามารถช่วยระบุแหล่งที่มาของการรั่วไหลของความร้อนและบริเวณที่มีความร้อนสูงเกินไปได้

กล้องอินฟราเรดแบบระบายความร้อนสามารถพบได้ในกล้องโทรทรรศน์ วิจัยทางดาราศาสตร์หลัก แม้แต่กล้องโทรทรรศน์ที่ไม่ใช่กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด ก็ตาม ตัวอย่างเช่น กล้องโทรทรรศน์เช่นUKIRT , กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ , WISEและกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์^{[ 27 ]}

สำหรับระบบมองเห็นในเวลากลางคืนในรถยนต์นั้นกล้องถ่ายภาพความร้อนยังถูกติดตั้งในรถยนต์หรูบางรุ่นเพื่อช่วยเหลือผู้ขับขี่ โดยรุ่นแรกคือCadillac DeVille ปี 2000

ในสมาร์ทโฟน กล้องถ่ายภาพความร้อนถูกรวมเข้าไว้ในรุ่นCat S60 เป็นครั้งแรก ในปี 2016

ในงานด้านการผลิต วิศวกรรม และการวิจัย สามารถใช้เทอร์โมกราฟีเพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้:

• การควบคุมกระบวนการ
• การวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่
• การตรวจสอบสภาพ
• การวินิจฉัยและบำรุงรักษาอุปกรณ์ระบบจำหน่ายไฟฟ้า เช่น บริเวณหม้อแปลงไฟฟ้าและแผงจ่ายไฟ
• การทดสอบแบบไม่ทำลาย
• การวินิจฉัยข้อผิดพลาดและการแก้ไขปัญหา
• การตรวจสอบกระบวนการของโปรแกรม
• การควบคุมคุณภาพในสภาพแวดล้อมการผลิต
• การบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ (ระบบเตือนความล้มเหลวก่อนกำหนด) สำหรับอุปกรณ์เครื่องจักรกลและอุปกรณ์ไฟฟ้า
• การตรวจสอบศูนย์ข้อมูล
• การตรวจสอบโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์^{[ 28 ]}

ในการตรวจสอบอาคารสามารถใช้เทอร์โมกราฟีได้ใน: ^{[ 29 ]}

• การตรวจ สอบหลังคาเช่น หลังคาลาดต่ำและหลังคาแบน
• การวินิจฉัยอาคาร รวมถึงการตรวจสอบเปลือกอาคารและการสูญเสียพลังงานในอาคาร^{[ 30 ]}
• การระบุตำแหน่งการระบาดของศัตรูพืช
• การตรวจสอบพลังงานของฉนวนอาคารและการตรวจจับการรั่วไหล ของ สารทำความเย็น^{[ 31 ]}
• การแสดงที่บ้าน
• การตรวจ จับความชื้นในผนังและหลังคา (และโดยทั่วไปมักเป็นส่วนหนึ่งของการกำจัดเชื้อรา )
• การวิเคราะห์โครงสร้างผนังก่ออิฐ

กิจกรรมทางสรีรวิทยาบางอย่าง โดยเฉพาะการตอบสนอง เช่นไข้ในมนุษย์และสัตว์เลือดอุ่นอื่นๆ สามารถตรวจสอบได้ด้วยเทอร์โมกราฟีแบบไม่สัมผัสซึ่งแตกต่างจากเทอร์โมกราฟีแบบสัมผัสเช่น เทอร์โมมิเตอร์แบบดั้งเดิม

การใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการดูแลสุขภาพ ได้แก่:

• การตรวจหลอดเลือดด้วยความร้อนแบบไดนามิก
• การตรวจคัดกรองโรคหลอดเลือดส่วนปลาย
• การถ่ายภาพทางการแพทย์ด้วยรังสีอินฟราเรด
• เทอร์โมกราฟี (ทางการแพทย์) – การตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์
• การคัดกรองภาวะหลอดเลือดแดงคาโรติดตีบ (CAS) ผ่านแผนที่ความร้อนของผิวหนัง^{[ 32 ]}
• เทอร์โมกราฟีแบบไดนามิกเชิงแอคทีฟ (ADT) สำหรับการใช้งานทางการแพทย์^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}
• ความผิดปกติของระบบประสาทและกล้ามเนื้อ
• โรคหลอดเลือดสมองและใบหน้าภายนอกกะโหลกศีรษะ
• การรับรู้อารมณ์ทางใบหน้า^{[ 36 ] [ 37 ]}
• ความผิดปกติของต่อมไทรอยด์
• ภาวะเนื้องอก ความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม และภาวะอักเสบอื่นๆ อีกหลายชนิด

เทอร์โมกราฟีมักใช้ในการเฝ้าระวังความปลอดภัย การดับเพลิง การบังคับใช้กฎหมาย และการต่อต้านการก่อการร้าย : ^{[ 38 ]}

• การตรวจ สอบและกักกันผู้ที่เดินทางเข้าประเทศ
• มาตรการตอบโต้การสอดแนมทางเทคนิค
• ปฏิบัติการค้นหาและกู้ภัย
• ปฏิบัติการดับเพลิง
• การเฝ้าระวังด้วยโดรน^{[ 39 ]}

ในระบบอาวุธ สามารถใช้เทอร์โมกราฟีในการตรวจจับและระบุเป้าหมายทางการทหารและตำรวจได้:

• อินฟราเรดมองไปข้างหน้า
• การค้นหาและติดตามด้วยอินฟราเรด
• การมองเห็นในเวลากลางคืน
• การกำหนดเป้าหมายด้วยอินฟราเรด
• กล้องเล็งความร้อนสำหรับอาวุธ

ในการแฮ็กคอมพิวเตอร์การโจมตีด้วยความร้อนเป็นแนวทางที่ใช้ประโยชน์จากร่องรอยความร้อนที่เหลืออยู่หลังจากการโต้ตอบกับอินเทอร์เฟซ เช่น หน้าจอสัมผัสหรือแป้นพิมพ์ เพื่อเปิดเผยข้อมูลการป้อนของผู้ใช้^{[ 40 ]}

ด้านอื่นๆ ที่มีการนำเทคนิคเหล่านี้ไปใช้:

• การทำแผนที่ความร้อน
• การถ่ายภาพความร้อนทางอากาศด้วยว่าวทางโบราณคดี
• เทอร์โมโลจี
• การถ่ายภาพความร้อนทางสัตวแพทย์^{[ 41 ]}
• การถ่ายภาพความร้อนในวิชาปักษีวิทยาและการติดตามสัตว์ป่าอื่นๆ^{[ 42 ]}
• การถ่ายภาพสัตว์ป่าในเวลากลางคืน
• การค้นหาและกู้ภัยที่หน่วยกู้ภัยสามารถค้นหาเป้าหมายได้ในสภาพที่มองไม่เห็นอะไรเลย (กลางคืน ควัน หมอก) โดยใช้ทั้งภาคพื้นดินและโดรน
• การมองเห็นแบบสามมิติ^{[ 43 ]}
• การถ่ายภาพทางเคมี
• ภูเขาไฟวิทยา^{[ 44 ]}
• การเกษตรเช่น^{เครื่อง}นับเมล็ด^พืช [ ⁴⁵ ]
• ระบบตรวจสอบทารก
• การถ่ายภาพทางเคมี
• การตรวจจับน้ำเสียที่ปนเปื้อน
• โบราณคดีทางอากาศ
• เครื่องตรวจจับเปลวไฟ
• อุตุนิยมวิทยา (ภาพถ่ายความร้อนจากดาวเทียมตรวจอากาศถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดอุณหภูมิ/ความสูงของเมฆและความเข้มข้นของไอน้ำ โดยขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น)
• ระบบตรวจสอบการตัดสินของผู้ตัดสินคริกเก็ตเพื่อตรวจจับการสัมผัสเพียงเล็กน้อยระหว่างลูกบอลกับไม้ตี (และทำให้เกิดร่องรอยความร้อนบนไม้ตีหลังการสัมผัส)
• ระบบนำทางอัตโนมัติ

แอสโซซิเอนท์ อินเตอร์เนชั่นแนล (ASTM)

• ASTM C1060 มาตรฐานการปฏิบัติสำหรับการตรวจสอบฉนวนกันความร้อนในช่องว่างของโครงสร้างอาคารด้วยวิธีการถ่ายภาพความร้อน
• ASTM C1153 มาตรฐานการปฏิบัติสำหรับการระบุตำแหน่งฉนวนที่เปียกในระบบหลังคาโดยใช้การถ่ายภาพอินฟราเรด
• ATSM D4788 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการตรวจจับการแยกชั้นในพื้นสะพานโดยใช้เทอร์โมกราฟีอินฟราเรด
• ASTM E1186 มาตรฐานการปฏิบัติสำหรับการตรวจหาจุดรั่วซึมของอากาศในโครงสร้างอาคารและระบบกั้นอากาศ
• ASTM E1934, คู่มือมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องกลด้วยเทอร์โมกราฟีอินฟราเรด

องค์การมาตรฐานสากล (ISO)

• ISO 6781 ฉนวนกันความร้อน – การตรวจวัดความไม่สม่ำเสมอของความร้อนในโครงสร้างอาคารเชิงคุณภาพ – วิธีการอินฟราเรด
• ISO 18434-1 การตรวจสอบสภาพและการวินิจฉัยเครื่องจักร – การถ่ายภาพความร้อน – ส่วนที่ 1: ขั้นตอนทั่วไป
• ISO 18436-7 การตรวจสอบสภาพและการวินิจฉัยเครื่องจักร – ข้อกำหนดสำหรับการรับรองคุณสมบัติและการประเมินบุคลากร – ส่วนที่ 7: การถ่ายภาพความร้อน

กล้องถ่ายภาพความร้อนระดับสูงมักถูกจัดว่าเป็น อุปกรณ์ ใช้งานสองวัตถุประสงค์ระดับทางการทหาร และมีข้อจำกัดในการส่งออก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีความละเอียด 640×480 พิกเซลขึ้นไป เว้นแต่ว่าอัตราการรีเฟรชจะต่ำกว่าหรือเท่ากับ 9 เฮิรตซ์ การส่งออกกล้องถ่ายภาพความร้อนเฉพาะรุ่นจากสหรัฐอเมริกาอยู่ภายใต้การควบคุมของกฎระเบียบการค้าอาวุธระหว่างประเทศ (International Traffic in Arms Regulations )

ตามนิยามอย่างเคร่งครัด เทอร์โมกราฟีคือการวัดโดยใช้เครื่องมือ แต่สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีอวัยวะตามธรรมชาติที่ทำหน้าที่คล้ายกับโบโลมิเตอร์จึงมีศักยภาพในการสร้างภาพความร้อนแบบง่ายๆ ซึ่งเรียกว่าเทอร์โมเซปชันตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดอย่างหนึ่งคือการรับรู้รังสีอินฟราเรดในงู

รังสีอินฟราเรดถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1800 โดยเซอร์วิลเลียม เฮอร์เชลในรูปแบบของรังสีที่อยู่นอกเหนือแสงสีแดง^{[ 46 ]} "รังสีอินฟราเรด" เหล่านี้ (infra เป็นคำนำหน้าภาษาละตินที่แปลว่า "ด้านล่าง") ถูกนำมาใช้เป็นหลักในการวัดความร้อน[ 47 ] มีกฎพื้นฐานสี่ข้อของรังสีอินฟราเรด ได้แก่ กฎของ Kirchhoff เกี่ยวกับการแผ่รังสีความร้อน กฎของ Stefan–Boltzmann กฎของ Planck และ^{กฎการกระจัด}ของWienการพัฒนาเครื่องตรวจจับส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การใช้เทอร์โมมิเตอร์และโบโลมิเตอร์จนกระทั่งสงครามโลกครั้งที่ 1ก้าวสำคัญในการพัฒนาเครื่องตรวจจับเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1829 เมื่อLeopoldo Nobiliใช้ปรากฏการณ์ Seebeck สร้าง เทอร์โมคัปเปิ ล ตัวแรกที่รู้จักกัน โดยประดิษฐ์เทอร์โมมิเตอร์ที่ได้รับการปรับปรุง ซึ่งเป็นเทอร์ โมไพล์แบบหยาบเขาได้อธิบายเครื่องมือนี้ให้Macedonio Melloniฟัง ในตอนแรก พวกเขาร่วมกันพัฒนาเครื่องมือที่ดีขึ้นอย่างมาก ต่อมา เมลโลนีทำงานเพียงลำพัง สร้างเครื่องมือขึ้นในปี พ.ศ. 2476 ( เทอร์โมไพล์ แบบหลายองค์ประกอบ ) ที่สามารถตรวจจับบุคคลได้ในระยะ 10 เมตร^{[ 48 ]}ขั้นตอนสำคัญถัดไปในการปรับปรุงเครื่องตรวจจับคือ โบโลมิเตอร์ ซึ่งคิดค้นขึ้นในปี พ.ศ. 2423 โดยซามูเอล เพียร์พอนต์ แลงลีย์ [ ^{49 ] แลง}ลีย์และผู้ช่วยของเขาชาร์ลส์ กรีลีย์ แอ็บบอตได้ทำการปรับปรุงเครื่องมือนี้อย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2444 เครื่องมือนี้สามารถตรวจจับรังสีจากวัวได้ในระยะ 400 เมตร และมีความไวต่อความแตกต่างของอุณหภูมิถึงหนึ่งในแสนส่วน (0.00001 องศาเซลเซียส) ^{[ 50 ] [ 51 ]}กล้องถ่ายภาพความร้อนเชิงพาณิชย์เครื่องแรกวางจำหน่ายในปี พ.ศ. 2508 สำหรับการตรวจสอบสายส่งไฟฟ้าแรงสูง

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี IR ในภาคพลเรือนครั้งแรกอาจเป็นอุปกรณ์ตรวจจับการมีอยู่ของภูเขาน้ำแข็งและเรือกลไฟโดยใช้กระจกและเทอร์โมไพล์ ซึ่งได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2456 ^{[ 52 ]}ในไม่ช้าก็มีการพัฒนาเครื่องตรวจจับภูเขาน้ำแข็ง IR ที่แม่นยำที่สุดเครื่องแรก ซึ่งไม่ได้ใช้เทอร์โมไพล์ และได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2457 โดย RD Parker ^{[ 53 ]}ตามมาด้วยข้อเสนอของ GA Barker ในการใช้ระบบ IR เพื่อตรวจจับไฟป่าในปี พ.ศ. 2477 ^{[ 54 ]}เทคนิคนี้ยังไม่ได้รับการพัฒนาเป็นอุตสาหกรรมอย่างแท้จริงจนกระทั่งถูกนำไปใช้ในการวิเคราะห์ความสม่ำเสมอของความร้อนในแถบเหล็กที่ร้อนในปี พ.ศ. 2478 ^{[ 55 ]}

ในปี พ.ศ. 2462 นักฟิสิกส์ชาวฮังการีKálmán Tihanyiได้ประดิษฐ์กล้องโทรทัศน์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อรังสีอินฟราเรด (มองเห็นในเวลากลางคืน) สำหรับการป้องกันภัยทางอากาศในอังกฤษ^{[ 56 ]}กล้องถ่ายภาพความร้อนแบบอเมริกันตัวแรกที่พัฒนาขึ้นคือเครื่องสแกนเส้นอินฟราเรด ซึ่งสร้างขึ้นโดยกองทัพสหรัฐฯ และTexas Instrumentsในปี พ.ศ. 2490 ^{[ 57 ]}และใช้เวลาหนึ่งชั่วโมงในการสร้างภาพเดียว ในขณะที่มีการศึกษาแนวทางต่างๆ เพื่อปรับปรุงความเร็วและความแม่นยำของเทคโนโลยี ปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการสแกนภาพ ซึ่งบริษัท AGAสามารถทำการตลาดได้โดยใช้ตัวนำแสงแบบระบายความร้อน^{[ 58 ]}

ระบบสแกนเส้นอินฟราเรดระบบแรกของอังกฤษคือYellow Ducklingในช่วงกลางทศวรรษ 1950 ^{[ 59 ]}ระบบนี้ใช้กระจกและตัวตรวจจับที่หมุนอย่างต่อเนื่อง โดยมีการสแกนแกน Y ตามการเคลื่อนที่ของเครื่องบินบรรทุก แม้ว่าจะไม่ประสบความสำเร็จในการใช้งานตามที่ตั้งใจไว้สำหรับการติดตามเรือดำน้ำโดยการตรวจจับร่องรอย แต่ก็ถูกนำไปใช้ในการเฝ้าระวังบนบกและกลายเป็นรากฐานของระบบสแกนเส้นอินฟราเรดทางทหาร

งานนี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมที่Royal Signals and Radar Establishmentในสหราชอาณาจักร เมื่อพวกเขาค้นพบว่าปรอทแคดเมียมเทลลูไรด์เป็นโฟโตคอนดักเตอร์ที่ต้องการการระบายความร้อนน้อยลงมากHoneywellในสหรัฐอเมริกายังได้พัฒนาอาร์เรย์ของตัวตรวจจับที่สามารถระบายความร้อนได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า แต่พวกเขาสแกนด้วยกลไก วิธีนี้มีข้อเสียหลายประการซึ่งสามารถเอาชนะได้โดยใช้ระบบสแกนอิเล็กทรอนิกส์ ในปี 1969 Michael Francis Tompsettที่English Electric Valve Companyในสหราชอาณาจักรได้จดสิทธิบัตรกล้องที่สแกนด้วยไพโรอิเล็กทรอนิกส์และมีประสิทธิภาพสูงหลังจากความก้าวหน้าอื่นๆ อีกหลายประการในช่วงทศวรรษ 1970 ^{[ 60 ]} Tompsett ยังเสนอแนวคิดสำหรับอาร์เรย์ภาพความร้อนแบบโซลิดสเตท ซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่อุปกรณ์สร้างภาพแบบแผ่นผลึกเดี่ยวแบบไฮบริดที่ทันสมัย^{​​[ 58 ]}

โดยการใช้หลอดกล้องวิดีโอเช่น วิดิคอน ที่มี วัสดุ ไพโรอิเล็กทริกเช่นไตรไกลซีนซัลเฟต (TGS) เป็นเป้าหมาย ทำให้สามารถสร้างวิดิคอนที่ไวต่อช่วงสเปกตรัมอินฟราเรด ได้กว้าง ^{[ 61 ]}เทคโนโลยีนี้เป็นต้นแบบของเทคโนโลยีไมโครโบโลมิเตอร์สมัยใหม่ และส่วนใหญ่ใช้ในกล้องถ่ายภาพความร้อนสำหรับดับเพลิง^{[ 62 ]}

หนึ่งในด้านสำคัญของการพัฒนาระบบรักษาความปลอดภัยคือความสามารถในการประเมินสัญญาณอย่างชาญฉลาด รวมถึงการเตือนถึงภัยคุกคาม ภายใต้การสนับสนุนของโครงการริเริ่มการป้องกันเชิงกลยุทธ์ ของสหรัฐฯ “เซ็นเซอร์อัจฉริยะ” จึงเริ่มปรากฏขึ้น เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถบูรณาการการตรวจจับ การสกัดสัญญาณ การประมวลผล และการทำความเข้าใจ^{[ 63 ]}เซ็นเซอร์อัจฉริยะมีสองประเภทหลัก ประเภทหนึ่งคล้ายกับสิ่งที่เรียกว่า “ ชิปวิชั่น ” เมื่อใช้ในช่วงที่มองเห็นได้ ซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลล่วงหน้าโดยใช้เทคนิคการตรวจจับอัจฉริยะเนื่องจากการเติบโตของวงจรไมโครแบบรวม^{[ 64 ]}เทคโนโลยีอีกประเภทหนึ่งมุ่งเน้นไปที่การใช้งานเฉพาะและบรรลุเป้าหมายการประมวลผลล่วงหน้าผ่านการออกแบบและโครงสร้าง^{[ 65 ]}

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 การใช้อินฟราเรดกำลังเปลี่ยนไปสู่การใช้งานในภาคพลเรือน ต้นทุนของอาร์เรย์ที่ไม่ต้องระบายความร้อนลดลงอย่างมาก ซึ่งเมื่อรวมกับการพัฒนาที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เกิด ตลาด การใช้งานแบบสองทางที่ครอบคลุมทั้งการใช้งานในภาคพลเรือนและภาคทหาร^{[ 66 ] การใช้งานเหล่านี้รวมถึงการควบคุมสิ่งแวดล้อม การวิเคราะห์อาคาร /}งานศิลปะ การวินิจฉัยทางการแพทย์เชิงฟังก์ชัน และระบบนำทางรถยนต์และระบบป้องกันการชน [ ^{67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]}

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเทอร์โมกราฟี

• หลอดอินฟราเรดการสาธิตวิทยาศาสตร์การถ่ายภาพด้วยอินฟราเรด
• คอมปิกซ์ , การใช้งานภาพถ่ายความร้อนในด้านอิเล็กทรอนิกส์บางประการ
• ภาพถ่ายความร้อน , ภาพอินฟราเรด
• ระบบถ่ายภาพความร้อนแบบไม่ใช้ระบบระบายความร้อน ทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมงโดย ลอว์เรนซ์ เมเยส