چطور با گوشی اندروید یا آی‌فون خود عکس حرارتی و فروسرخ بگیریم یا آن را تبدیل یه یک ترومومتر کنیم؟

نور فروسرخ چیست و چرا دیده نمی‌شود؟

نور فروسرخ (Infrared) بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که طول موجی بلندتر از نور مرئی دارد و به همین دلیل چشم انسان قادر به تشخیص مستقیم آن نیست. ما انسان‌ها فقط می‌توانیم فرکانس‌های خاصی را به عنوان رنگ‌های رنگین‌کمان ببینیم، در حالی که انرژی گرمایی اجسام در قالب تابش فروسرخ ساطع می‌شود. این تابش به شدت تحت تأثیر دمای جسم قرار دارد و هرچه جسمی گرم‌تر باشد، فرکانس‌های قوی‌تری از این موج را به اطراف می‌فرستد.

دانشمندان این طیف را به دسته‌های مختلفی مثل فروسرخ نزدیک، متوسط و دور تقسیم می‌کنند که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را در عکاسی دارند. در عکاسی حرارتی، ما در واقع به دنبال شکار همین امواج هستیم که از اتم‌های در حال نوسان اجسام به بیرون پرتاب می‌شوند. درک این موضوع اولین قدم برای ورود به دنیای پنهانی است که موبایل شما می‌تواند با کمی کمک، آن را برایتان آشکار کند.

محدودیت سنسورهای فعلی گوشی هوشمند

بسیاری از کاربران تصور می‌کنند دوربین گوشی‌شان به تنهایی قادر به ثبت عکس‌های حرارتی است، اما واقعیت فنی کمی ناامیدکننده به نظر می‌رسد. سنسورهای (CMOS) که در آیفون و اندروید به کار می‌روند، طوری طراحی شده‌اند که با استفاده از یک فیلتر قطع‌کننده فروسرخ (IR Cut Filter)، از ورود این امواج جلوگیری کنند تا عکس‌های روزمره طبیعی‌تر به نظر برسند. بدون این فیلتر، رنگ‌ها در نور خورشید به شدت تغییر می‌کردند و تصاویر دچار نویزهای بنفش و قرمز آزاردهنده‌ای می‌شدند.

بنابراین، دوربین گوشی شما به طور پیش‌فرض دشمن سرسخت فروسرخ است و مهندسان تلاش زیادی کرده‌اند تا آن را مسدود کنند. با این حال، سنسورهای موبایل هنوز حساسیت اندکی به فروسرخ نزدیک دارند که می‌توانید با گرفتن کنترل از راه دور تلویزیون روبروی دوربین و فشردن دکمه‌ها، آن را امتحان کنید. برای دیدن دمای واقعی، ما به سنسورهای میکروبولومتر (Microbolometer) نیاز داریم که در ماژول‌های مخصوص تعبیه شده‌اند.

معرفی ماژول‌های اکسترنال حرارتی

اگر واقعاً می‌خواهید آیفون یا اندروید خود را به یک دوربین حرارتی تبدیل کنید، باید به سراغ برندهایی مثل فلیر (FLIR) یا سیک ترمال (Seek Thermal) بروید. این گجت‌های کوچک به پورت شارژ گوشی وصل می‌شوند و شامل یک لنز و سنسور اختصاصی برای تشخیص گرما هستند. وقتی این دستگاه را وصل می‌کنید، اپلیکیشن مخصوص باز شده و تصویر محیط را بر اساس دما رنگ‌آمیزی می‌کند؛ مثلاً نقاط سرد به رنگ آبی و نقاط داغ به رنگ زرد یا قرمز دیده می‌شوند.

این ماژول‌ها دقت بسیار بالایی دارند و می‌توانند اختلاف دمای صدم درجه‌ای را هم تشخیص دهند که واقعاً حیرت‌انگیز است. با استفاده از این‌ها، شما دیگر فقط عکس نمی‌گیرید، بلکه یک دماسنج تصویری در دست دارید که می‌تواند دمای هر نقطه از فریم را به صورت زنده به شما نشان دهد. خرید این وسایل شاید کمی هزینه داشته باشد، اما برای کسانی که به دنبال کارهای حرفه‌ای یا سرگرمی‌های علمی هستند، یک گزینه بی‌رقیب است.

راستی، داشتن یکی از این‌ها در خانه باعث می‌شود شبیه به کارآگاه‌های فیلم‌های علمی-تخیلی شوید که به دنبال ردپای حرارتی در تاریکی مطلق می‌گردند!

تفاوت دوربین حرارتی با دوربین فروسرخ

بسیاری از افراد این دو عبارت را به جای هم به کار می‌برند، در حالی که تفاوت‌های بنیادینی بین آن‌ها وجود دارد. دوربین فروسرخ (Infrared Camera) معمولاً به سنسورهایی گفته می‌شود که برای دید در شب استفاده می‌شوند و به نوری که از پروژکتورهای IR تابیده می‌شود حساس هستند. این دوربین‌ها گرما را حس نمی‌کنند، بلکه فقط بازتاب نور نامرئی را می‌بینند تا در تاریکی تصویر سیاه و سفید واضحی به ما بدهند.

در مقابل، دوربین حرارتی (Thermal Camera) هیچ نیازی به منبع نور خارجی یا پروژکتور ندارد، زیرا خودِ جسم منبع تابش است. این دوربین‌ها برای تشخیص نشت لوله‌های آب گرم زیر دیوار یا پیدا کردن حیوانات در جنگل‌های تاریک ایده‌آل هستند. پس اگر به دنبال دیدن «دما» هستید، واژه صحیح ترموگرافی (Thermography) است و اگر می‌خواهید در تاریکی مطلق اشیاء را ببینید، به دنبال نایت ویژن (Night Vision) باشید.

آموزش عکاسی فروسرخ با فیلتر فیزیکی

برای علاقمندان به هنر عکاسی، راهی وجود دارد که بدون خرید ماژول‌های گران‌قیمت، عکس‌های فروسرخ رویایی بگیرند. شما می‌توانید یک فیلتر فروسرخ (مانند فیلتر R72) بخرید و آن را جلوی لنز گوشی خود نگه دارید. این فیلتر تمام نورهای مرئی را مسدود می‌کند و فقط اجازه می‌دهد مقدار کمی از امواج فروسرخ که سنسور موبایل هنوز به آن‌ها حساس است، عبور کنند. البته برای این کار به یک سه‌پایه و تنظیمات دستی (Manual) نیاز دارید.

چون مقدار نوری که عبور می‌کند بسیار کم است، باید سرعت شاتر را به چندین ثانیه افزایش دهید تا سنسور فرصت جمع‌آوری اطلاعات را داشته باشد. نتیجه کار شگفت‌انگیز خواهد بود؛ برگ‌های سبز درختان به رنگ سفید برفی در می‌آیند و آسمان به رنگ سیاه یا قهوه‌ای تیره تبدیل می‌شود. این تکنیک بیشتر جنبه هنری دارد و برای عکاسی منظره (Landscape) استفاده می‌شود تا تصاویری سوررئال و ماورایی خلق کند.

کاربردهای عملی در مهندسی و تاسیسات

عکاسی حرارتی با گوشی فقط برای تفریح نیست و در دنیای واقعی می‌تواند میلیون‌ها تومان در هزینه‌های تعمیرات صرفه‌جویی کند. مهندسان ساختمان از این ابزار برای پیدا کردن پل‌های حرارتی و نقاطی که انرژی گرمایی خانه از آنجا هدر می‌رود استفاده می‌کنند. اگر در زمستان احساس می‌کنید خانه‌تان با وجود بخاری هنوز سرد است، یک دوربین حرارتی می‌تواند دقیقاً نشان دهد که از کدام درز پنجره یا شکاف دیوار، سرمای بیرون به داخل نفوذ می‌کند.

همچنین در تعمیرات برقی، داغ شدن بیش از حد یک فیوز یا اتصال برقی می‌تواند نشانه‌ای از یک فاجعه قریب‌الوقوع باشد. با اسکن کردن تابلو برق توسط موبایل، می‌توانید قبل از بروز آتش‌سوزی، قطعه معیوب را شناسایی و تعویض کنید. این قابلیت برای تعمیرکاران موبایل و لپ‌تاپ هم کاربرد دارد تا قطعاتی که روی برد (Motherboard) دچار اتصالی شده و داغ می‌شوند را در کمترین زمان ممکن پیدا کنند.

لحن صمیمی ما را پذیرا باشید، اما باور کنید که داشتن این وسیله در جعبه ابزار، شما را از یک آچار به دست ساده به یک متخصص مجهز به تکنولوژی فضایی تبدیل می‌کند!

عکاسی هنری در طیف فروسرخ

دنیای هنر همیشه به دنبال ابزارهای جدید برای بیان مفاهیم متفاوت بوده است و عکاسی فروسرخ یکی از این ابزارهای جادویی است. هنرمندان با استفاده از دوربین‌های تغییریافته (Modified) یا فیلترهای خاص، تصاویری ثبت می‌کنند که در آن‌ها چهره انسان‌ها بسیار نرم و بدون لک به نظر می‌رسد. دلیل این پدیده آن است که نور فروسرخ کمی به داخل پوست نفوذ می‌کند و بازتاب آن باعث محو شدن عیوب سطحی پوست می‌شود.

در عکاسی مد و فشن، گاهی از این تکنیک برای ایجاد حس معلق بودن در زمان استفاده می‌شود، زیرا رنگ‌ها کاملاً با واقعیت تفاوت دارند. رودخانه‌ها در این عکس‌ها تیره و عمیق دیده می‌شوند و ابرها کنتراست شدیدی با آسمان پیدا می‌کنند که گویی در سیاره دیگری عکس‌برداری شده است. اگر به دنبال ایجاد یک پورتفولیو (Portfolio) متفاوت هستید، یادگیری کار با طیف‌های خارج از دید انسانی، امضای شخصی شما را به عکس‌هایتان اضافه می‌کند.

اپلیکیشن‌های شبیه‌ساز؛ واقعیت یا شوخی؟

اگر در گوگل پلی یا اپ استور کلمه Thermal Camera را جستجو کنید، صدها اپلیکیشن رایگان پیدا می‌کنید که ادعا می‌کنند گوشی شما را به دوربین حرارتی تبدیل می‌کنند. بگذارید خیلی رک و صمیمی به شما بگوییم: اکثر این برنامه‌ها فقط یک فیلتر رنگی (Color Filter) روی دوربین معمولی شما می‌گذارند و هیچ اطلاعات دمایی واقعی ندارند. آن‌ها فقط نقاط روشن تصویر را زرد و نقاط تاریک را آبی نشان می‌دهند تا ظاهر یک عکس حرارتی را تقلید کنند.

استفاده از این برنامه‌ها صرفاً برای شوخی و سرگرمی خوب است و نباید برای کارهای حساس به آن‌ها اعتماد کرد. سنسور دوربین موبایل از نظر فیزیکی توانایی دریافت امواج گرمایی را ندارد، بنابراین هیچ نرم‌افزاری نمی‌تواند این محدودیت سخت‌افزاری را جبران کند. اگر می‌خواهید دمای یک فنجان قهوه را بفهمید، این اپلیکیشن‌ها احتمالاً به شما دروغ خواهند گفت، چون آن‌ها فقط به میزان روشنایی محیط واکنش نشان می‌دهند نه به انرژی درونی مولکول‌ها.

امنیت و حریم خصوصی در دید حرارتی

استفاده از دوربین‌های حرارتی روی موبایل چالش‌های اخلاقی و امنیتی جدیدی را به همراه آورده است که شاید کمتر به آن فکر شده باشد. برای مثال، یک فرد با استفاده از دوربین حرارتی می‌تواند بعد از اینکه شما رمز کارت بانکی خود را روی کیبورد دستگاه ATM وارد کردید، رد گرمای انگشتان شما را روی کلیدها ببیند. کلیدهایی که لمس شده‌اند تا چند لحظه گرم‌تر باقی می‌مانند و ترتیب فشار دادن آن‌ها نیز از روی شدت دما قابل حدس زدن است.

این موضوع نشان می‌دهد که تکنولوژی در عین کاربردی بودن، می‌تواند ابزاری برای جاسوسی‌های کوچک هم باشد. البته سازندگان این گجت‌ها سعی کرده‌اند با محدود کردن رزولوشن تصاویر حرارتی، از سوءاستفاده‌های احتمالی جلوگیری کنند. با این حال، همیشه باید مراقب باشید که در چه مکان‌هایی از این قابلیت استفاده می‌کنید، زیرا دیدن پشت برخی موانع نازک پارچه‌ای یا پلاستیکی با این دوربین‌ها امکان‌پذیر است و ممکن است حریم خصوصی دیگران را به خطر بیندازد.

تاریخچه نظامی دوربین‌های گرمایاب

تکنولوژی که امروزه به راحتی به پورت USB گوشی شما وصل می‌شود، زمانی یکی از بزرگترین اسرار نظامی جهان بود. اولین دوربین‌های حرارتی در اواسط قرن بیستم برای ارتش‌ها ساخته شدند تا بتوانند تانک‌ها و سربازان دشمن را در تاریکی مطلق یا از میان مه غلیظ تشخیص دهند. این دستگاه‌ها در ابتدا به اندازه یک چمدان بزرگ بودند و نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده پیچیده‌ای با استفاده از نیتروژن مایع داشتند تا سنسورهایشان کار کند.

پیشرفت در علم نیمه‌هادی‌ها اجازه داد تا این سنسورها بدون نیاز به خنک‌کننده (Uncooled) ساخته شوند و ابعاد آن‌ها به چند میلی‌متر کاهش یابد. انتقال این فناوری از دنیای جاسوسی و جنگ به جیب کاربران عادی، یکی از بهترین مثال‌های سرریز دانش نظامی به بخش غیرنظامی است. حالا شما می‌توانید با قیمتی کمتر از یک گوشی میان‌رده، قدرتی را در اختیار داشته باشید که روزگاری فقط در اختیار واحدهای ویژه کماندویی بود.

تشخیص اتصالات برقی معیوب با موبایل

یکی از مفیدترین کارهای عملی که می‌توانید با ماژول حرارتی گوشی خود انجام دهید، بازرسی تابلوهای برق ساختمان است. الکتریسیته در هنگام عبور از مقاومت‌های ناخواسته (مثل پیچ‌های شل یا سیم‌های نازک) تولید گرما می‌کند. در یک سیستم سالم، تمام قطعات باید دمای تقریباً یکسانی داشته باشند، اما اگر در تصویر حرارتی موبایلتان نقطه‌ای را به رنگ قرمز درخشان دیدید، یعنی یک جای کار می‌لنگد و خطر جرقه یا آتش‌سوزی وجود دارد.

بسیاری از آتش‌سوزی‌های خانگی ناشی از همین اتصالات شل هستند که با چشم غیرمسلح هرگز دیده نمی‌شوند. استفاده از این ابزار به صورت دوره‌ای می‌تواند سلامت سیستم گرمایش کف زمین را هم چک کند تا اگر لوله‌ای دچار گرفتگی یا نشتی شده باشد، قبل از تخریب کفپوش آن را پیدا کنید. واقعاً لذت‌بخش است که بتوانید بدون تخریب دیوار، درون آن را ببینید و مشکل را مثل یک جراح با دقت بالا تشخیص دهید.

سینما و تصویرسازی از دنیای حرارتی

سینما نقش مهمی در محبوبیت تصاویر حرارتی داشته است؛ فیلم مشهور «غارتگر» (Predator) محصول ۱۹۸۷ یکی از اولین آثاری بود که دید حرارتی را به عنوان یک قدرت برتر فضایی معرفی کرد. در آن زمان، تیم جلوه‌های ویژه مجبور بود برای خلق آن صحنه‌ها از دوربین‌های حرارتی واقعی و گران‌قیمت استفاده کند که کار با آن‌ها بسیار دشوار بود. امروزه اما به لطف موبایل‌ها و نرم‌افزارهای پردازشی، هر یوتیوبر یا فیلم‌ساز مستقلی می‌تواند به راحتی چنین سکانس‌هایی را خلق کند.

این نوع تصویرسازی به ما کمک کرده تا درک بهتری از نحوه توزیع انرژی در جهان داشته باشیم. در مستندهای حیات وحش، دوربین‌های حرارتی متصل به پهپادها اجازه می‌دهند تا بدون ایجاد مزاحمت برای حیوانات، رفتارهای شبانه آن‌ها را رصد کنیم. این تکنولوژی که روزی یک ابزار فانتزی در فیلم‌های تخیلی بود، حالا به یک استاندارد در تولید محتوای علمی و بصری تبدیل شده است که مرزهای بین دیده شدن و نشدن را جابجا کرده است.

آینده سنسورهای حرارتی در گوشی‌ها

روند فعلی نشان می‌دهد که احتمالاً در آینده‌ای نزدیک، سنسورهای حرارتی به صورت داخلی (Built-in) در گوشی‌های پرچمدار قرار بگیرند. در حال حاضر برخی گوشی‌های مقاوم (Rugged Phones) مثل برند کاترپیلار (CAT) این سنسور را در کنار دوربین‌های معمولی خود دارند. با کوچک‌تر شدن مداوم قطعات الکترونیکی، دور از ذهن نیست که اپل یا سامسونگ هم یک لنز کوچک «دماسنجی» به ماژول دوربین خود اضافه کنند تا کاربرد موبایل از یک وسیله ارتباطی به یک ابزار چندکاره مهندسی و سلامتی تبدیل شود.

تصور کنید با گرفتن گوشی به سمت پیشانی فرزندتان، دمای دقیق بدن او را بدون تماس فیزیکی اندازه بگیرید یا قبل از خوردن غذا، از داغ نبودن بیش از حد آن مطمئن شوید. آینده‌ای که در آن سنسورهای فروسرخ به بخشی جدایی‌ناپذیر از زندگی روزمره تبدیل شده‌اند، بسیار نزدیک‌تر از آن چیزی است که فکرش را می‌کنید. این پیشرفت می‌تواند در تشخیص زودهنگام بیماری‌ها یا حتی جلوگیری از خرابی دستگاه‌های خانگی به ما کمک شایانی کند.