¿Cuándo y quién inventó la cámara termográfica?

11 de agosto de 2022

El mundo en el que vivimos no es perfecto y el hombre en este mundo está constantemente tratando de mejorarlo y definir su lugar en él. Un lugar cuya cima solo existe en el mundo virtual. Estudiando el problema, los científicos trabajaron durante siglos para resolverlo y, al llegar a la cima, se dieron cuenta de que esto es solo un punto intermedio, no una victoria. Un hombre sin alas siempre soñó con volar como un pájaro. Y voló, habiendo diseñado un avión. Cuando despegó en el aire, se horrorizó: era solo el pie del Olimpo. Después de todo, desde el avión, estaba más cerca de soñar con las estrellas, y el océano desde lo alto era inmenso e inexplorado. Esto solo aumentó el deseo de seguir adelante, incluso de ver más lejos, más claro y mejor. Ver, como un gato, en la oscuridad y usar el calor de otra persona de un organismo vivo de sangre caliente para descubrir una tercera, virtualmente real "visión de gato". Esta visión ha abierto y abre una serie de soluciones nuevas e inesperadas en el desarrollo de casi todos los campos de la actividad científica. Este es solo el comienzo de un largo e interminable viaje. El camino del estudio y la aplicación de la tecnología infrarroja, en el lenguaje común, la tecnología térmica, comenzó hace dos siglos. En la ciencia, existe una designación complicada y simple para la energía térmica irradiada, definida como "firma térmica". En principio, se debe a que, aunque el hielo emite energía térmica a medida que un objeto se calienta en proporción, la liberación de energía térmica en ondas infrarrojas aumenta, lo que una serpiente puede percibir inequívocamente. Este es el mejor ejemplo de cómo este animal, al discernir la diferencia de temperatura de los roedores, ataca con éxito a su presa en completa oscuridad. ¿Cómo funciona?

¿Cuándo y quién inventó la termografía?
A principios del siglo XIX, el astrónomo William Herschel, mientras buscaba una solución al problema de la reducción del brillo de la imagen del Sol en los telescopios, descubrió que al utilizar un filtro rojo se liberaba una gran cantidad de calor. Al medirlo, el calor aumentaba en la región oscura más allá del extremo rojo del espectro. Cuando se estableció el punto máximo, se descubrió que estaba mucho más allá del extremo rojo del espectro, conocido actualmente como "rango de ondas infrarrojas". A este descubrimiento lo denominó "objetivo termométrico". Investigaciones posteriores demostraron que más allá de este espectro existe una forma invisible de luz, llamada "rayos invisibles", que sólo setenta años después recibieron el nombre hoy conocido de "infrarrojos". Por cierto, también obtuvo la primera grabación de una imagen térmica en papel, a la que llamó termógrafo. A finales del siglo XIX, el científico estadounidense Langley inventó un dispositivo, el bolómetro, para medir la radiación térmica. Era el prototipo del termómetro muy sensible actual, que enfocaba la radiación infrarroja sobre placas y medía la corriente eléctrica con un galvanómetro. A principios del siglo XX, en 1934, el físico húngaro Tihanyi inventó la cámara de televisión electrónica sensible a la radiación infrarroja. Este fue el punto de partida para el desarrollo activo de la visión nocturna. Desde entonces, los dispositivos de visión nocturna se han dividido en generaciones. La introducción gradual de cada generación estuvo asociada con el aumento del alcance de observación, la mejora de la calidad de la imagen y la reducción del peso y el tamaño de los dispositivos. El criterio que define la nueva generación es el componente principal del dispositivo: el convertidor electroóptico, cuya esencia es hacer visible lo invisible aumentando el brillo.
Cómo nació la termografía
El inicio de la producción se dio con la llamada generación "cero", en la que se utilizó un convertidor óptico de la empresa holandesa Philips, llamado así por uno de sus creadores, el "cristal de Holst". El fotocátodo y el fósforo se aplicaban en el fondo de dos vasos acoplados. Mediante la creación de un campo electrostático, se conseguía la transmisión de imágenes. De hecho, en esta versión, el equipo funcionaba únicamente mediante la iluminación obligatoria del objeto de observación con un foco infrarrojo. A pesar de que el dispositivo era impresionante por su tamaño, muy pesado y con una mala calidad de imagen, los británicos comenzaron a fabricarlo en serie para las necesidades del ejército en 1942. En los cuatro años de uso de este convertidor, comenzó el desarrollo y la producción activos de miras nocturnas, binoculares y sistemas para tanques y otros equipos. En los años sesenta, hubo intentos de producir detectores de un solo elemento que escanearan y crearan imágenes lineales de lo que se veía. Debido al alto coste del proyecto, esta idea no se llevó a cabo.
Los dispositivos de una sola cascada de esta generación tienen más desventajas que ventajas. En la primera generación del dispositivo electroóptico, se utilizó como elemento principal una frágil bombilla de vacío de vidrio con sensibilidad de fotocátodo. Este dispositivo proporcionaba una imagen nítida en el centro y distorsionaba todo lo que había en los bordes. Con una fuente de luz brillante lateral o frontal, el dispositivo prácticamente se volvía "ciego". Por la noche, sin iluminación infrarroja adicional, la visibilidad también era casi nula. En los años sesenta, con el desarrollo de la tecnología de fibra óptica, fue posible mejorar los dispositivos de la primera generación, sustituyéndolos por un dispositivo condicional de una sola cascada. El vidrio plano fue sustituido por una placa de fibra óptica, lo que permitió transmitir imágenes con gran claridad, obtener una alta resolución en todo el encuadre y eliminar el deslumbramiento.
Los años setenta estuvieron marcados por el desarrollo de la segunda generación de dispositivos. Los investigadores estadounidenses equiparon el dispositivo con un amplificador basado en una placa de microcanales, donde los electrones en una cámara especial se amplifican muchas veces, obteniendo una excelente visión. Por eso, la segunda generación del dispositivo electroóptico se conoce comúnmente como dispositivo inversor.
En la segunda generación, denominada planar, no hay cámara de dispersión y el electrón entra directamente a través de la pantalla del convertidor electrón-óptico. El aparato perdió calidad de imagen y, al mismo tiempo, se duplicó la velocidad de la imagen en el modo infrarrojo. Las innovaciones añadieron control de brillo y protección contra la luz lateral y frontal. Estos aparatos pertenecían al equipo profesional.
En 1982 comenzó la cuenta atrás de la tercera generación de dispositivos electroópticos, de diferente diseño. Utilizaban galio, que aumentaba varias veces la sensibilidad infrarroja. Los dispositivos de esta generación se reconocen como de alta tecnología y son de gran interés, en primer lugar, para el complejo militar-industrial. Debido a la ausencia de una placa de fibra óptica, cabe señalar que los dispositivos de la cuarta generación no están protegidos de la exposición a la luz lateral. Y el precio. El dispositivo de esta generación superó todas las tolerancias razonables en la comprensión de la formación de costos del fabricante.
Probablemente para compensar las deficiencias del dispositivo y reducir el coste, se desarrolló el dispositivo de la generación SUPER two-plus. Los desarrolladores planearon combinar las ventajas tecnológicas de todas las generaciones anteriores del convertidor electroóptico en este equipo. El resultado fue un fotocátodo muy sensible. Como reconocen los especialistas, no hay diferencia entre el Super Two Plus y la tercera generación. Excepto por el precio. En términos de costo, el Super Two Plus corresponde al precio de un automóvil económico promedio.
Primeras aplicaciones
A principios de los años 1930, los científicos alemanes investigaron activamente los efectos de la radiación térmica sobre los semiconductores. Como resultado, se desarrollaron receptores de radiación sensibles, que desempeñaron un papel esencial en el desarrollo de numerosos sistemas de infrarrojos, producidos hasta cuatro mil cada mes, para la industria militar. Los más exitosos en la década de 1930 fueron los estadounidenses, que crearon equipos para conducir tanques de noche y miras nocturnas para barcos. En 1941, la marina británica comenzó a equipar los barcos con dispositivos de visión nocturna basados ​​en convertidores ópticos de imágenes, que ayudaban a los barcos a regresar a su base de origen en la oscuridad. Con su ayuda, los barcos que regresaban después de un ataque encontraban el barco base por sus luces de señal. Casi al mismo tiempo, el ejército alemán fue equipado con equipos de infrarrojos para conducir tanques de noche, miras nocturnas para rifles y sistemas de identificación de aeronaves. Por ejemplo, por la noche, al usar faros de doscientos vatios en tanques cerrados con un filtro infrarrojo, el conductor podía ver enormes obstáculos a casi doscientos metros de distancia, y la mira del rifle funcionaba eficazmente hasta cien metros de distancia. A principios de los años sesenta, la empresa sueca AGA desarrolló una cámara termográfica de infrarrojos para uso militar, cuyos modelos posteriores de cámaras termográficas fueron durante muchos años los mejores del mundo. Cuando a mediados de los años noventa se fusionaron los tres mayores fabricantes de cámaras termográficas, las empresas estadounidenses FLIR e Inframetrics y la sueca AGEMA Infrared Systems, se inició una nueva fase en la industria de la imagen térmica. En la actualidad, FLIR Systems, una empresa estadounidense, es el mayor fabricante mundial de cámaras termográficas comerciales para investigación científica, industria y agricultura, vigilancia de objetos aéreos y visión nocturna.