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新型热像仪以红外视角展现世界

如果像我一样,你也是 60 年代和 70 年代漫画书的狂热读者,你可能会记得经常出现在封底之一的小广告。在“X 射线眼镜”字样下,广告展示了一个男孩戴着一副眼镜,眼镜镜片发出闪电,射向男孩举起的手,那只手看起来像骷髅。图片下方的文字问道:“你有没有看到过你手中的骨头?” 对于一个九岁的孩子来说,这种诱惑是不可抗拒的,如果不是我的父母阻止我,我肯定会邮寄 1.98 美元(加上邮资)购买这副眼镜。“别浪费钱,”我父亲说。

三十年后,X 射线透视的诱惑仍然强烈。几年前,当摄影师发现将镜头滤镜放在某些索尼摄像机上可以让他们看穿薄裙子和泳衣时,引起了一阵小小的轰动。秘密不是 X 射线,而是红外辐射,我们将其感知为热量。摄像机中的 CCD(电荷耦合器件)芯片可以检测到一些红外线以及可见光;如果你滤掉可见波长,图像就会显示从物体反射的太阳辐射热。

但是,电视上出现的耸人听闻的故事(“一种可以看穿衣服的相机!”)大大夸大了热成像偷窥的威胁。只有纯粹的织物对红外线是透明的,而且摄像机只能观察光谱的近红外部分——波长小于一微米——因此它们无法检测到体热,体热的强度峰值约为九微米。


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直到最近,真正的热像仪——那些可以感应长波红外线的热像仪——仍然笨重且非常昂贵。标准仪器是光子探测器,必须冷却到低温,通常使用液氮。(在室温下,信号会被热“噪声”淹没。)寻热导弹使用这些系统进行目标定位,天文学家使用它们来窥探星系尘埃密布的中心。然而,在过去的 10 年中,制造商开发了更便宜、更便携的红外热像仪,无需冷却。这些设备不是检测光子,而是将入射的红外辐射聚焦在热敏材料上;然后使用材料物理特性的变化来生成图像。

当我听说这项新技术时,我感觉自己又回到了九岁。现在我终于可以一睹超人视觉的风采了!非制冷热像仪的领先制造商之一,位于德克萨斯州达拉斯市的 L-3 通信红外产品公司,让我评估了 Thermal-Eye 250D 型号,该型号旨在满足执法机构的需求。由于该装置可以观察波长在 7 到 14 微米之间的红外线,因此非常适合检测体热。警察可以使用 250D 作为夜视镜,扫描黑暗的小巷寻找逃犯或在树林中搜寻迷路的徒步旅行者。热像仪比传统的夜视镜具有优势,后者显示绿色图像并被军方广泛使用:传统的夜视镜只是增强可用的可见光,而 250D 可以在完全黑暗的环境中工作。

你可以想象当我收到这个装置送到我的办公室时有多高兴。(我甚至不必支付邮资。)乍一看,250D 看起来像一台普通的摄像机。它有一个可充电电池、一个可调节的目镜和一对对焦按钮。事实上,在取下镜头盖并看到超大的抛光锗圆片之前,你不会发现它与普通摄像机有任何重大差异。与玻璃不同,锗对红外线是透明的。

250D 是一款热释电探测器——它将红外线聚焦在钛酸钡锶 (BST) 上,这是一种类似陶瓷的材料,其作用类似于电容器。当连接到电路时,该材料会发生电极化:一端变为正极,另一端变为负极。BST 温度的变化会改变极化程度,从而在电路中感应出位移电流。BST 被分成一个矩形阵列;通过测量阵列每个部分的位移电流,探测器会创建一个二维图像,显示入射辐射的强度。[中断]

我打开相机,眯起眼睛对着目镜,环视我的办公室。我发现镜头针对远距离使用进行了优化——我无法对焦 10 英尺以内的任何物体。但是通过稍微后退一点并调整控件,我能够获得一张不错的红外线工作空间照片。整个图像是蓝色和颗粒状的,但热点非常突出。我的电脑显示器背面发出温暖的光芒,散热器的通风口像高炉一样燃烧。但是,窗户是纯黑色的(当时外面很冷)。

接下来,我在大众科学的走廊里漫步,注意到所有打开的打印机和复印机都发出了耀眼的热信号。我有点害怕将相机对准我的同事;尽管 L-3 红外产品公司的官员向我保证 250D 看不穿衣服,但我不想冒险。最后,我将相机对准了我们的主编约翰·雷尼。对我们俩来说幸运的是,我没有看到任何太暴露的东西。红外图像描绘了他的衬衫的褶皱,但仅此而已。不过,他的脸部显示出有趣的变化——他的鼻子是黑色的,比他的脸颊和额头冷得多。此外,他的手指比他的手掌更暗。也许它没有看到你手中的骨头那么令人兴奋,但仍然非常酷。

约翰和我用相机玩了一些技巧。约翰将他的手放在他的办公室门上大约 10 秒钟;在他移开手后,我可以在金属上看到一个热手印。然后我们决定看看相机是否真的在完全黑暗的环境中工作。我们走进一间没有窗户的办公室,关上门,关掉灯。里面一片漆黑,但是当我看着 250D 并扫描房间时,我发现约翰躲在角落里,像霓虹灯一样明亮。

最后,我把相机带到了曼哈顿洛克菲勒中心的著名溜冰场。因为 250D 看起来很像普通的摄像机,所以我认为我可以伪装成游客,不引人注目地观察节日人群。在红外线下,场景就像但丁的《神曲·地狱篇》中的场景:一群面部涂着荧光涂料的阴森恐怖的人物。在背景中,汽车在第 49 街上疾驰而下,车头被发动机的热量点亮。

虽然 250D 是为警察工作而设计的,但其他热像仪是为消防员开发的,消防员使用这些设备来定位被困在黑暗、烟雾弥漫的建筑物中的人员。L-3 红外产品公司推出了一种基于微测辐射热计技术的更新一代探测器;这些设备将红外线聚焦在非晶硅材料上,其电阻会随着温度升高而降低。这些装置比 250D 需要更少的电量——它们可以使用一对 AA 电池运行——并且可以放在你的手掌中。例如,Thermal-Eye X100xp 的重量仅为 13 盎司。美国陆军已经购买了数千台此类设备,目前正在伊拉克和阿富汗使用。

随着技术的进步,相机的成本正在下降,但如果您零售购买,它们仍然至少要花费数千美元。高昂的价格让我怀念 1.98 美元的 X 射线眼镜。我仍然希望弄清楚那些眼镜是否真的有效。我的孩子们很快就到了可以看漫画书的年龄,如果他们像我一样,我确信他们会吵着要一副。

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