الأشعة تحت الحمراء ذات الرؤية المستقبلية

تستخدم كاميرات الأشعة تحت الحمراء ذات الرؤية الأمامية ( FLIR )، والتي تستخدم عادة في الطائرات العسكرية والمدنية، كاميرا حرارية تستشعر الأشعة تحت الحمراء . ^{[ 1 ]}

تستخدم أجهزة الاستشعار المثبتة في كاميرات الأشعة تحت الحمراء الأمامية، وكذلك تلك الموجودة في كاميرات التصوير الحراري الأخرى، الكشف عن الأشعة تحت الحمراء، المنبعثة عادة من مصدر حراري ( إشعاع حراري )، لإنشاء صورة مجمعة لإخراج الفيديو .

يمكن استخدامها لمساعدة الطيارين والسائقين على توجيه مركباتهم ليلاً وفي الضباب، أو لاكتشاف الأجسام الدافئة على خلفية باردة. يتراوح طول موجة الأشعة تحت الحمراء التي ترصدها كاميرات التصوير الحراري بين 3 و12 ميكرومتر ، وهو يختلف اختلافًا كبيرًا عن طول موجة الرؤية الليلية التي تعمل في نطاق الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة (من 0.4 إلى 1.0 ميكرومتر).  

ينقسم ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى نطاقين أساسيين: الموجات الطويلة والموجات المتوسطة . تعمل كاميرات الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة (LWIR)، والتي تُسمى أحيانًا "الأشعة تحت الحمراء البعيدة"، عند أطوال موجية تتراوح بين 8 و12  ميكرومتر، ويمكنها رصد مصادر الحرارة، مثل أجزاء المحرك الساخنة أو حرارة جسم الإنسان، على بُعد عدة كيلومترات. إلا أن الرؤية لمسافات أبعد تصبح أكثر صعوبة باستخدام كاميرات LWIR لأن ضوء الأشعة تحت الحمراء يُمتص ويُشتت وينكسر بفعل الهواء وبخار الماء.

تتطلب بعض كاميرات الموجات الطويلة تبريد كاشفها تبريدًا فائقًا ، عادةً لعدة دقائق قبل الاستخدام، بينما لا تتطلب بعض كاميرات الأشعة تحت الحمراء متوسطة الحساسية ذلك. كما أن العديد من أجهزة التصوير الحراري، بما في ذلك بعض كاميرات الأشعة تحت الحمراء الأمامية (مثل بعض أنظمة الرؤية المحسّنة بالأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة)، لا تحتاج إلى تبريد.

تعمل كاميرات الأشعة تحت الحمراء متوسطة الموجة (MWIR) في  نطاق 3-5 ميكرومتر. ويمكنها الرؤية بشكل جيد تقريبًا، نظرًا لأن هذه الترددات أقل تأثرًا بامتصاص بخار الماء، ولكنها تتطلب عمومًا مصفوفة مستشعرات أكثر تكلفة ، بالإضافة إلى التبريد المبرد.

تستخدم العديد من أنظمة الكاميرات معالجة الصور الرقمية لتحسين جودة الصورة. غالبًا ما تتميز مصفوفات مستشعرات التصوير بالأشعة تحت الحمراء بحساسية غير متناسقة بشكل كبير من بكسل إلى آخر، وذلك بسبب قيود في عملية التصنيع. وللتغلب على هذه المشكلة، يتم قياس استجابة كل بكسل في المصنع، ثم يتم تحويل إشارة الإدخال المقاسة إلى مستوى الإخراج باستخدام تحويل، غالبًا ما يكون خطيًا.

تقدم بعض الشركات تقنيات "دمج" متطورة تجمع بين صورة الطيف المرئي وصورة طيف الأشعة تحت الحمراء لإنتاج نتائج أفضل من صورة الطيف الواحد وحدها. ^{[ 2 ]}

تُستخدم كاميرات التصوير الحراري مثل كاميرا Raytheon AN/AAQ-26 في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك السفن الحربية والطائرات ذات الأجنحة الثابتة والمروحيات والمركبات القتالية المدرعة والهواتف الذكية ذات المواصفات العسكرية . ^{[ 3 ]}

في مجال الحروب، تتمتع هذه التقنيات بثلاث مزايا واضحة مقارنة بتقنيات التصوير الأخرى:

1. يكاد يكون من المستحيل على العدو اكتشاف جهاز التصوير نفسه، لأنه يكتشف الطاقة المنبعثة من الهدف بدلاً من إرسال الطاقة المنعكسة من الهدف، كما هو الحال مع الرادار أو السونار .
2. يرصد الإشعاع في طيف الأشعة تحت الحمراء، وهو ما يصعب تمويهه .
3. تستطيع أنظمة الكاميرات هذه الرؤية عبر الدخان والضباب والغبار وغيرها من العوائق الجوية بشكل أفضل من كاميرا الضوء المرئي .

يُستخدم مصطلح "التصوير الأمامي" لتمييز أنظمة التصوير الحراري الثابتة ذات الرؤية الأمامية عن أنظمة الأشعة تحت الحمراء ذات التتبع الجانبي، والمعروفة أيضًا باسم أجهزة التصوير " المسحية "، وأنظمة التصوير الحراري الأخرى مثل أنظمة التصوير المثبتة على محاور دوارة، وأنظمة التصوير المحمولة، وما شابه ذلك. وقد استُخدمت أنظمة التصوير المسحية عادةً في الطائرات والأقمار الصناعية.

تعتمد أجهزة التصوير ذات التتبع الجانبي عادةً على مصفوفة أحادية البعد من البكسلات، تستخدم حركة الطائرة أو القمر الصناعي لتحريك مجال رؤية هذه المصفوفة على سطح الأرض لتكوين صورة ثنائية الأبعاد بمرور الوقت. لا يمكن استخدام هذه الأنظمة للتصوير في الوقت الفعلي، ويجب أن يكون اتجاه الرؤية عموديًا على اتجاه الحركة.

في عام 1956، بدأت شركة تكساس إنسترومنتس أبحاثًا حول تكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء أدت إلى العديد من عقود الماسح الضوئي الخطي، ومع إضافة مرآة مسح ثانية، تم اختراع أول كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء ذات رؤية أمامية في عام 1963، وبدأ الإنتاج في عام 1966. وفي عام 1972، قدمت شركة تكساس إنسترومنتس مفهوم الوحدة المشتركة، مما أدى إلى خفض التكاليف بشكل كبير وسمح بإعادة استخدام المكونات المشتركة.

• الكشف عن حركة المرور ومراقبتها عبر الفيديو ^{[ 4 ]}
• مراقبة و/أو أسر الثدييات
  • الكشف عن المهاجرين غير الشرعيين المختبئين في الشاحنات
  • تحذير للسائقين بشأن عوائق الطريق المفاجئة التي تسببها الغزلان
  • تحديد الموقع من خلال الدخان و/أو الضباب
• عمليات البحث والإنقاذ للأشخاص المفقودين، وخاصة في المناطق المشجرة أو المسطحات المائية
• تحديد الأهداف وتتبعها بواسطة الطائرات العسكرية أو المدنية
• مراقبة درجة حرارة أحواض التصريف ^{[ 5 ]} ومراقبة موائل الحيوانات البرية
• الكشف عن فقدان الطاقة أو استهلاكها، أو عيوب العزل
  • تحديد مستويات العزل (الأنابيب، الجدران، الوصلات، إلخ) بهدف تقليل استهلاك الطاقة لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.
  • مراقبة الجودة خاصة بالتركيبات الكهربائية (يمكن للصورة أن تكشف ما إذا كانت الأحمال أعلى من المتوقع، أو تظهر وصلات سيئة وربما تفشل).
  • ابحث عن مختبرات تصنيع المخدرات و/أو منتجي القنب في الأماكن المغلقة (خاصة في الليل)
• قيادة الطائرات في ظروف الرؤية المنخفضة ( IMC )
• تحديد مصادر الاشتعال أثناء عمليات مكافحة الحرائق
• مراقبة البراكين النشطة
• الكشف عن الوصلات والمكونات الكهربائية المعيبة أو التي ترتفع درجة حرارتها بشكل مفرط
• القيادة الليلية
• تحديد أو رصد المركبات أو الأفراد المعادين على الأرض بصرياً

انخفضت تكلفة معدات التصوير الحراري بشكل عام انخفاضًا كبيرًا بعد تصميم وتصنيع أجهزة كشف الأشعة تحت الحمراء المحمولة والثابتة منخفضة التكلفة، والقائمة على تقنية الميكروإلكتروميكانيكية ، للاستخدامات التجارية والصناعية والعسكرية. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} كما أن تصميمات الكاميرات القديمة كانت تستخدم مرايا دوارة لمسح الصورة إلى مستشعر صغير. أما الكاميرات الحديثة فلم تعد تستخدم هذه الطريقة، مما ساهم في خفض التكلفة. وقد ساهمت تقنية التبريد غير المتوفرة في العديد من منتجات نظام الرؤية المحسّنة أثناء الطيران (EFVS أو EVS) في خفض التكاليف إلى أجزاء من سعر تقنية التبريد القديمة، مع أداء مماثل. ^{[ 9 ] [ 10 ]} ويشهد نظام EVS انتشارًا واسعًا بين العديد من مشغلي الطائرات ذات الأجنحة الثابتة والدوارة، بدءًا من طائرات سيروس وسيسنا وصولًا إلى طائرات رجال الأعمال الكبيرة.

في عام 2001، قضت المحكمة العليا للولايات المتحدة في قضية كيللو ضد الولايات المتحدة بأن قيام سلطات إنفاذ القانون بمراقبة الممتلكات الخاصة (ظاهرياً للكشف عن مصابيح النمو عالية الانبعاثات المستخدمة في زراعة القنب السرية) باستخدام كاميرات التصوير الحراري دون إذن تفتيش يُعد انتهاكاً للحماية التي يكفلها التعديل الرابع للدستور من عمليات التفتيش والمصادرة غير المعقولة. ^{[ 11 ]}

في حكم قضية ر. ضد تيسلينغ لعام ٢٠٠٤ ، ^{[ ١٢ ]} قضت المحكمة العليا الكندية بجواز استخدام كاميرات التصوير الحراري المحمولة جواً في عمليات المراقبة من قبل الشرطة دون الحاجة إلى إذن تفتيش. وقررت المحكمة أن الطبيعة العامة للبيانات التي تجمعها هذه الكاميرات لا تكشف عن معلومات شخصية للساكنين، وبالتالي لا تُعدّ انتهاكاً لحقوق تيسلينغ المنصوص عليها في المادة ٨ من ميثاق الحقوق والحريات (١٩٨٢). وقد ميّز إيان بيني القانون الكندي فيما يتعلق بحكم قضية كيللو، متفقاً مع رأي الأقلية في قضية كيللو بأن المسؤولين العموميين لا ينبغي أن يُجبروا على تجاهل حواسهم أو معداتهم للكشف عن الانبعاثات في المجال العام، مثل الحرارة الزائدة، وآثار الدخان، والروائح المشبوهة، والغازات عديمة الرائحة، والجسيمات المحمولة جواً، أو الانبعاثات المشعة، والتي قد يُشير أي منها إلى مخاطر على المجتمع.

في يونيو/حزيران 2014، لعبت طائرة DHC-8M-100 التابعة للبرنامج الوطني الكندي للمراقبة الجوية، والمجهزة بمستشعرات الأشعة تحت الحمراء، دورًا محوريًا في البحث عن جاستن بورك ، الهارب الذي قتل ثلاثة من أفراد الشرطة الملكية الكندية في مونكتون . استخدم طاقم الطائرة كاميرا متطورة لاستشعار الحرارة لرصد البصمة الحرارية لبورك في الأحراش الكثيفة عند منتصف الليل. ^{[ 13 ]}

خلال احتجاجات بالتيمور عام 2015 ، نفّذ مكتب التحقيقات الفيدرالي عشر طلعات جوية استطلاعية بين 29 أبريل و3 مايو، شملت جمع "أدلة فيديو بالأشعة تحت الحمراء وأخرى ملونة نهارية، بالإضافة إلى تسجيلات فيديو متحركة كاملة الحركة بتقنية FLIR"، وفقًا لما صرّح به المتحدث باسم المكتب، كريستوفر ألين. ^{[ 14 ]} واستُخدم نظام كاميرا FLIR Talon متعدد الحساسات، مزوّد بمؤشر ليزر يعمل بالأشعة تحت الحمراء (غير مرئي للمراقبين العاديين) لأغراض الإضاءة، لجمع البيانات ليلًا. ^{[ 15 ]} وأثار الاتحاد الأمريكي للحريات المدنية مخاوف بشأن تطبيق تقنيات المراقبة الجديدة دون توجيه قضائي أو نقاش عام. ^{[ 16 ]} ويقول ناثان ويسلر، محامي الاتحاد: "هذه ديناميكية نراها مرارًا وتكرارًا فيما يتعلق بتطورات المراقبة. فبحلول الوقت الذي تتسرب فيه التفاصيل، تكون البرامج قد ترسخت بقوة، ويكاد يكون من المستحيل التراجع عنها، ويصعب للغاية وضع قيود ورقابة عليها." ^{[ 14 ]}

• نظام الرؤية الليلية للسيارات – نظام أمان المركبات 
• نظام الاستهداف الكهروضوئي – نظام استهداف الحرب الجوية 
• البحث والتتبع بالأشعة تحت الحمراء - طريقة للكشف عن الأجسام التي تُصدر إشعاعًا تحت أحمر وتتبعها. صفحات تعرض أوصافًا موجزة للأهداف المراد إعادة توجيهها. 

• الأنظمة الكهروضوئية
• أجهزة استشعار التصوير الحراري (مجلة الدفاع اليوم)
• جدول المقارنة مؤرشف بتاريخ 23 سبتمبر 2015 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .