Mis on termokaamera ehk soojuskaamera?

Järgnevalt teeme puust ja punaseks, mis on termokaamera ehk soojuskaamera.

Miks on üldse vaja teada termokaamera tööpõhimõtet? Võib ju lihtsalt seadme hankida ja seda kasutada, ilma et peaks täpselt mõistma, kuidas see töötab. Jah, nii võibki. Kuid termokaamera on siiski spetsiifiline seade, mille toimimine sõltub paljudest teguritest. Kui me selle tööpõhimõtet ei mõista, võime hankida valede omadustega kaamera või üritada seda kasutada oludes, kuhu see tegelikult ei sobi.

Sihiks on ju leida just oma vajadustele kõige paremini sobiv seade ja seda ka kõige efektiivsemalt kasutada. Vastasel korral läheb raha raisku.

Mida me näeme ja mida mitte?

Ilmselt oled kuulnud, et mõned loomad on võimelised ka pimeduses nägema. Aga miks ja mida sellist nad näevad, mida inimene ei näe?

Mida inimene näeb? Kuigi me arvame, et näeme asju, siis tegelikult näeme hoopis asjadelt tagasi peegelduvat valgust. Eseme pinna omadused määravad aga selle, milline valgus ja kui tugevalt sellelt tagasi peegeldub. Nii suudame me heas valguses selgesti eristada erinevaid objekte. Mida pimedamaks läheb, seda kehvemini me näeme, sest tagasi peegelduv valgus muutub aina nõrgemaks.

Valgus on tegelikult elektromagnetkiirgus, seejuures täpselt selline, mida inimese silm on võimeline registreerima. Kuid elektromagnetkiirgus ei piirdu sugugi vaid sellega, mida me näeme. Nähtav elektromagnetkiirgus on vaid väga väike osa kogu kiirgusest.

Mõned loomad on võimelised vastu võtma laiemat osa elektromagnetkiirgusest kui inimesed, mistõttu näevad nad ka siis, kui inimese silmale valgust napib. See näitab, et nähtav valgus on kitsas riba kogu elektromagnetkiirgusest. Üht osa sellest meile nähtamatust kiirgusest nimetatakse infrapunakiirguseks. Infrapunakiirgus ei ole seejuures ühtne nähtus. Nähtavale valgusele lähedane osa peegeldub esemetelt nagu valguski ja seda kasutavad öönägemisseadmed. Teine, pikema lainega osa on soojusest lähtuv kiirgus, mida silm ei näe. Ent ka loomade võimed on selles osas piiratud.

Saunaahju kuumust inimene ei näe, küll aga termokaamera

Kuuma ahju efekt

Kui oled käinud saunas, istunud lõkke ääres või kuuma ahju läheduses, siis oled tundnud kuumust. Seda kuumust näha ei saa, ent me tunneme seda. Ka soojus on elektromagnetkiirgus, ent selline, mida me ei näe. See on infrapunakiirguse teine, pikema lainega osa. See ei ole peegeldunud valgus, vaid esemete endi soojusest lähtuv kiirgus. Seejuures võivad väga kuumaks muutuvad esemed hakata kiirgama ka valgust.

Traditsiooniline termomeeter

Meile argielust tuntud soojaandur on tavaline termomeeter, mille torus tõuseb vedelik üles või langeb alla vastavalt sellele, kui soe või külm parasjagu on. Tänapäeval kasutatakse ka digitaalseid termosensoreid, mis näitavad temperatuuri otse väikesel ekraanil.

Termosensor

Termosensor on nagu kõrvuti rividesse ja tulpadesse seatud väikeste digitaalsete termomeetrite kogu. Erinevalt tavalisest termomeetrist on termosensori andurid ehk mikrobolomeetrid kordades tundlikumad. Paraku ei anna termosensor veel kujutist pildina. Selle jaoks on omakorda vaja objektiivi, läbi mille soojuskiirgus suunatakse sensorile ning tarkvara, mis on võimeline termosensori andmeid inimesele nähtavaks pildiks genereerima.

Termokaamera ehk soojuskaamera

Seadet, kuhu on kokku kombineeritud eelpool tutvustatud termosensor, objektiiv, tarkvara tööks vajalik protsessor, pilti genereeriv tarkvara ja ekraan pildi näitamiseks, nimetataksegi soojuskaameraks. Laiemalt levinud sünonüümiks eesti keeles on termokaamera. Rahvakeeli öeldakse veel ka termokas ja soojukas.

Termokaamera ekraanil nähtava kujutise kvaliteet ehk pildi selgus, teravus ja eraldusvõime sõltub omakorda nii termosensorist endast kui ka muudest komponentidest. Objektiivist sõltub, kui kvaliteetne ja suur on see soojuskujutis, mis jõuab sensorile. Sensori võimekusest aga sõltub, kui detailset ja selget pilti on võimalik genereerida.

Mida ja mis oludes näeb soojuskaameraga?

Kuigi termokaamera on võimas vaatlusseade, on selle võimekus siiski piiratud. Seade ei näe „läbi asjade“ nagu röntgen. See näitab temperatuurierinevusi. Kui soe objekt eristub jahedamast taustast, paistab ta pildil. Kui kõik on peaaegu sama soe, muutub pilt uduseks ja raskesti loetavaks.

Seetõttu näeb termokaamera hästi elusolendeid metsas, inimest pimedas või soojaleket majaseinas. Loom, kes on silmale maastikuga kokku sulanud, paistab soojuse järgi enamasti kohe kätte. Täielik pimedus ei ole takistus, sest seade ei vaja valgust.

Suits on tavakaamerale sageli nagu sein, ent termokaamera näeb läbi suitsu paremini, sest soojuskiirgus pääseb osakeste vahelt läbi. See ei ole siiski kindel igas suitsus. Väga tihe või kuum suits võib pildi siiski ära varjata.

Udus on lugu sarnane. Kerge ja mõõdukas udu takistab termokaamerat tavaliselt vähem kui silma või tavalist kaamerat. Paks udu koosneb veepiiskadest, mis neelavad ka soojuskiirgust. Siis kahaneb nägemiskaugus tunduvalt.

Pilvise ilmaga töötab termokaamera endiselt, sest ta ei vaja päikesevalgust. Ka läbi pilvede nägemine ei ole välistatud, kuid sõltub pilvedest. Õhuke, rebenenud või hajus pilv võib soojuskiirgust osaliselt läbi lasta. Siis võib soe objekt, näiteks lennuk, pilvede seest paista. Paks ja ühtlane pilvemass neelab soojuskiirgust tugevalt ning varjab selle, mis jääb taha.

Vihm ja lumesadu vähendavad samuti nägemiskaugust. Mida rohkem on õhus vett, seda rohkem soojuskiirgust teel kaob.

Kuna termokaameraid tehakse erinevate eluvaldkondade jaoks, tuleb valida just kasutusvaldkonna jaoks sobiv seade. Ehituse jaoks mõeldud seade võib osutuda looduse vaatlemisel väga ebaefektiivseks ja vastupidi.

Ehituses on oluline näha lähedalt soojalekkeid, külmasildu ja niiskuskohti. Seal loeb pigem temperatuurimõõtmise täpsus ja lai vaateväli kui kilomeetrite kaugusele ulatuv avastuskaugus.

Looduses ja jahil on tähtsam leida soe objekt kaugelt, ka siis, kui temperatuurierinevus on väike. Seal loevad objektiiv, sensori tundlikkus ja ilmastikukindlus. Lühikese vaateväljaga ehituskaamera jätab metsas paljud objektid kaadrist välja. Kaugvaatluseks mõeldud seade võib majaseinal olla liiga kitsas ja mõõtmiselt ebatäpne.

Termokaamera objektiiv on valmistatud germaaniumist

Klaas ja termokaamera objektiiv

Klaas on reeglina kõige üllatavam piirang esmakordsetele soojuskaamera kasutajatele. Tavaline digikaamera näeb aknast läbi. Termokaamera reeglina ei näe. Klaas ei lase soojuskiirgust hästi läbi ja peegeldab seda. Seetõttu näeb kaamera sageli klaasi pinda või peegeldust, mitte seda, mis on klaasi taga. Sama kehtib paljude metallpindade kohta: need peegeldavad soojust ega näita usaldusväärselt, mis on pinna all.

Aga kui klaas soojuskiirgust läbi ei lase, kuidas soojuskaamera objektiiv seda teeb?

See on loomulik küsimus. Tavaline klaas soojuskiirgust, see tähendab pikema lainega infrapunakiirgust, läbi ei lase. Seetõttu ei valmistata soojuskaamera objektiive kunagi tavalisest klaasist.

Soojuskaamerate läätsed valmistatakse spetsiaalsetest materjalidest, millest kõige levinum on germaanium. Kasutatakse ka sünteetilisi infrapunaklaase ehk kalkogeniide. Germaanium toimib silma ja soojuse jaoks vastupidi tavalisele aknaklaasile.

Inimsilmale näeb germaaniumist lääts välja nagu läikiv hall metall või peegel. Sellest ei näe tavalise valgusega läbi. Soojuskiirgusele on germaanium aga väga hästi läbipaistev. Soojus läbib seda läätse samamoodi nagu päikesevalgus läbib tavalist aknaklaasi.

Germaanium on kallis ja raskesti töödeldav. See on üks põhjuseid, miks soojuskaamerate objektiivid ja seadmed ise maksavad tavalistest kaameratest märgatavalt rohkem.

Võimas abiline ka argielus

Nagu eelpool avastasime, ületab termokaamera nii inimese kui loomade nägemisvõimet, võimaldades näha objektidest endist kiirgavat soojust. Just see asjaolu muudab termokaamera paljudes eluvaldkondades täiesti asendamatuks abiliseks.

Need, kellel seni termokaamera kasutuskogemus puudub, võivad pidada seda seadmeks, mida argielus pole vaja. Tegelikult on soojuskaamera väga praktiline, kui elate või suvitate maal. Termokaamera abil on võimalik leida koduloomi, avastada ümbruses hulkuvaid kiskjaid ja ulukeid ning tabada ööpimeduse varjus toimetavaid kutsumata külalisi.

Ka loodusmatakal, sh loodusfotograafias on termokaamera asendamatu, võimaldades märgata enda ümber luusivaid linde ja loomi, keda palja silmaga kunagi ei märkaks.

Kas termokaamera on öövaatlusseade?

Levinud on müüt, et termokaamera ehk soojuskaamera on ainult öövaatlusseade. See on eksitus. Seade aitab ka päeval, lausa kõige säravama päikese käes.

Termokaamera ei ole öövaatlusseade. Ta on asendamatu öösel, kui inimene ise ei näe, ja sama vajalik päeval. Kaunil suvepäeval metsarajal lonkides on näha, kes võsas tegelikult ragistas: uluk, inimene või ohtlik kiskja. Põllul paistavad rohus või viljas varjuvad loomad ja linnud. Omakodus leiab üles, kuhu oravad või linnud pesa on teinud. Linnud teevad pesa ka maha jäänud oksahunnikusse; enne koristamist saab veenduda, et hunnik on tühi, või oodata, kuni pojad on suureks kasvanud ja pesa hüljatud. Kasutus on tegelikult väga lai.

Termokaamera / taskutermokas Pulsar Alaris

Vaata lisaks

Meie saidist leiad veel kasulikke lugusid, mis aitavad paremini orienteeruda soojuskaamerate maailmas.