Infravermelhos

Visão nocturna por infravermelhos activos: a câmara ilumina a cena em comprimentos de onda de infravermelhos invisíveis ao olho humano. Apesar de uma cena escura iluminada por infravermelhos, a visão nocturna por infravermelhos activos fornece detalhes identificadores, como se vê no monitor do ecrã.

O infravermelho é utilizado em equipamento de visão nocturna quando não há luz visível suficiente para ver. Os aparelhos de visão nocturna funcionam através de um processo que envolve a conversão de fotões de luz ambiente em electrões que são depois amplificados por um processo químico e eléctrico e depois convertidos de novo em luz visível. As fontes de luz infravermelha podem ser utilizadas para aumentar a luz ambiente disponível para conversão por dispositivos de visão nocturna, aumentando a visibilidade no escuro sem realmente utilizar uma fonte de luz visível.

A utilização de luz infravermelha e dispositivos de visão nocturna não deve ser confundida com imagem térmica, que cria imagens baseadas em diferenças na temperatura da superfície detectando radiação infravermelha (calor) que emana dos objectos e do seu ambiente circundante.

ThermographyEdit

Thermography ajudou a determinar o perfil de temperatura do sistema de protecção térmica do Vaivém Espacial durante a reentrada.

A radiação infravermelha pode ser utilizada para determinar remotamente a temperatura dos objectos (se a emissividade for conhecida). Isto é denominado termografia, ou no caso de objectos muito quentes no NIR ou visíveis, é denominado pirometria. A termografia (imagem térmica) é utilizada principalmente em aplicações militares e industriais, mas a tecnologia está a chegar ao mercado público sob a forma de câmaras de infravermelhos em automóveis devido a custos de produção muito reduzidos.

As câmaras termográficas detectam radiação na gama de infravermelhos do espectro electromagnético (cerca de 9.000-14.000 nanómetros ou 9-14 μm) e produzem imagens dessa radiação. Uma vez que a radiação infravermelha é emitida por todos os objectos com base nas suas temperaturas, de acordo com a lei da radiação de corpo negro, a termografia permite “ver” o ambiente com ou sem iluminação visível. A quantidade de radiação emitida por um objecto aumenta com a temperatura, portanto a termografia permite ver variações de temperatura (daí o nome).

Imagem hiper-espectralEditar

Medição de emissão térmica infravermelha hiper-espectral, uma varredura ao ar livre em condições de Inverno, temperatura ambiente -15 °C, imagem produzida com uma câmara de imagem hiper-espectral Specim LWIR. Os espectros de radiância relativa de vários alvos na imagem são mostrados com setas. Os espectros de infravermelhos dos diferentes objectos, tais como o fecho do relógio, têm características claramente distintas. O nível de contraste indica a temperatura do objecto.

Luz infravermelha do LED de um controlo remoto, tal como gravada por uma câmara digital

Uma imagem hiperespectral é uma “imagem” contendo espectro contínuo através de uma ampla gama espectral em cada pixel. A imagem hiper-espectral está a ganhar importância no campo da espectroscopia aplicada particularmente com as regiões espectrais NIR, SWIR, MWIR, e LWIR. As aplicações típicas incluem medições biológicas, mineralógicas, de defesa e industriais.

A imagem hiper-espectral infravermelha térmica pode ser realizada de forma semelhante utilizando uma câmara termográfica, com a diferença fundamental de que cada pixel contém um espectro LWIR completo. Consequentemente, a identificação química do objecto pode ser realizada sem necessidade de uma fonte de luz externa, tal como o Sol ou a Lua. Tais câmaras são tipicamente aplicadas para medições geológicas, vigilância exterior e aplicações de UAV.

Outras imagensEditar

Na fotografia infravermelha, são utilizados filtros infravermelhos para capturar o espectro infravermelho próximo do infravermelho. As câmaras digitais utilizam frequentemente bloqueadores de infra-vermelhos. Câmaras digitais e telefones com câmara mais baratos têm filtros menos eficazes e podem “ver” infra-vermelhos intensos, aparecendo como uma cor púrpura-branco brilhante. Isto é especialmente pronunciado quando se tiram fotografias de sujeitos próximos de áreas infravermelhas (como perto de uma lâmpada), onde a interferência infravermelha resultante pode lavar a imagem. Há também uma técnica chamada ‘T-ray’, que é a imagem usando radiação infravermelha distante ou terahertz. A falta de fontes brilhantes pode tornar a fotografia terahertz mais desafiante do que a maioria das outras técnicas de imagem por infravermelhos. Recentemente, a imagem de raios-T tem sido de considerável interesse devido a uma série de novos desenvolvimentos, tais como a espectroscopia de domínio temporal terahertz.

Fotografia de luz reflectida em vários espectros de infravermelhos para ilustrar a aparência à medida que o comprimento de onda da luz muda.

TrackingEdit

Principal artigo: Rastreamento de infravermelhos

Rastreamento de infravermelhos, também conhecido como infravermelho, refere-se a um sistema passivo de orientação de mísseis, que utiliza a emissão de um alvo de radiação electromagnética na parte infravermelha do espectro para o rastrear. Os mísseis que utilizam a procura por infravermelhos são muitas vezes referidos como “caçadores de calor”, uma vez que o infravermelho (IR) está imediatamente abaixo do espectro visível da luz em frequência e é fortemente irradiado por corpos quentes. Muitos objectos tais como pessoas, motores de veículos e aeronaves geram e retêm calor, e como tal, são especialmente visíveis nos comprimentos de onda de infravermelhos da luz em comparação com objectos em fundo.

HeatingEdit

Main article: Aquecimento por infravermelhos

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p>A radiação infravermelha pode ser usada como uma fonte de aquecimento deliberada. Por exemplo, é utilizada em saunas de infravermelhos para aquecer os ocupantes. Também pode ser utilizada noutras aplicações de aquecimento, tais como para remover gelo das asas das aeronaves (descongelação). A radiação infravermelha é utilizada na cozedura, conhecida como grelhar ou grelhar. Uma vantagem energética é que a energia infravermelha aquece apenas objectos opacos, tais como alimentos, em vez do ar à sua volta.

Aquecimento por infravermelhos está também a tornar-se mais popular nos processos de fabrico industrial, por exemplo, cura de revestimentos, formação de plásticos, recozimento, soldadura de plástico, e secagem por impressão. Nestas aplicações, os aquecedores infravermelhos substituem os fornos de convecção e o aquecimento por contacto.

Eficiência é alcançada através da correspondência do comprimento de onda do aquecedor infravermelho com as características de absorção do material.

CoolingEdit

Artigo principal: Refrigeração radiativa

Uma variedade de tecnologias ou tecnologias propostas aproveitam as emissões de infravermelhos para arrefecer edifícios ou outros sistemas. A região LWIR (8-15 μm) é especialmente útil uma vez que algumas radiações nestes comprimentos de onda podem escapar para o espaço através da atmosfera.

CommunicationsEdit

Outras informações: Consumer IR

IR transmissão de dados também é utilizada em comunicações de curto alcance entre periféricos de computadores e assistentes digitais pessoais. Estes dispositivos estão geralmente em conformidade com as normas publicadas pela IrDA, a Associação de Dados Infravermelhos. Os dispositivos de controlo remoto e IrDA utilizam díodos emissores de luz infravermelha (LEDs) para emitir radiação infravermelha que pode ser concentrada por uma lente num feixe que o utilizador visa para o detector. O feixe é modulado, ou seja, ligado e desligado, de acordo com um código que o receptor interpreta. Normalmente, utiliza-se o infravermelho muito próximo (abaixo de 800 nm) por razões práticas. Este comprimento de onda é eficientemente detectado por fotodíodos de silício baratos, que o receptor utiliza para converter a radiação detectada numa corrente eléctrica. Esse sinal eléctrico é passado através de um filtro passa-alto que retém as pulsações rápidas devido ao transmissor IR, mas filtra lentamente a radiação infravermelha da luz ambiente. As comunicações por infravermelhos são úteis para uso interior em áreas de alta densidade populacional. O infravermelho não penetra nas paredes e por isso não interfere com outros dispositivos em salas adjacentes. Os protocolos de controlo remoto por infravermelhos, como RC-5, SIRC, são utilizados para comunicar com infravermelhos.

A comunicação óptica de espaço livre utilizando lasers de infravermelhos pode ser uma forma relativamente barata de instalar uma ligação de comunicações numa área urbana operando a até 4 gigabit/s, em comparação com o custo de enterrar o cabo de fibra óptica, excepto no caso de danos causados pela radiação. “Uma vez que o olho não consegue detectar infravermelhos, piscar ou fechar os olhos para ajudar a prevenir ou reduzir os danos pode não acontecer”

Lasers infravermelhos são utilizados para fornecer a luz para sistemas de comunicações por fibra óptica. Luz infravermelha com um comprimento de onda de cerca de 1.330 nm (menos dispersão) ou 1.550 nm (melhor transmissão) são as melhores escolhas para fibras de sílica padrão.

Transmissão de dados IR de versões de áudio codificadas de sinais impressos está a ser pesquisada como auxílio para pessoas com deficiência visual através do projecto RIAS (Remote Infrared Audible Signage).A transmissão de dados IR de um dispositivo para outro é por vezes referida como beaming.

EspectroscopiaEditar

Espectroscopia vibracional por infravermelhos (ver também espectroscopia por infravermelhos próximos) é uma técnica que pode ser utilizada para identificar moléculas através da análise das suas ligações constituintes. Cada ligação química numa molécula vibra a uma frequência característica dessa ligação. Um grupo de átomos de uma molécula (por exemplo, CH2) pode ter múltiplos modos de oscilação causados pelos movimentos de estiramento e flexão do grupo como um todo. Se uma oscilação levar a uma mudança de dipolo na molécula, então absorverá um fóton que tem a mesma frequência. As frequências vibracionais da maioria das moléculas correspondem às frequências da luz infravermelha. Tipicamente, a técnica é utilizada para estudar compostos orgânicos utilizando radiação de luz do infravermelho médio, 4.000-400 cm-1. É registado um espectro de todas as frequências de absorção de uma amostra. Isto pode ser utilizado para obter informações sobre a composição da amostra em termos de grupos químicos presentes e também da sua pureza (por exemplo, uma amostra húmida mostrará uma ampla absorção de O-H de cerca de 3200 cm-1). A unidade para expressar radiação nesta aplicação, cm-1, é o número de ondulação espectroscópica. É a frequência dividida pela velocidade da luz no vácuo.

Metrologia de película finaEditar

Na indústria de semicondutores, a luz infravermelha pode ser utilizada para caracterizar materiais tais como películas finas e estruturas de trincheiras periódicas. Medindo a reflectância da luz da superfície de uma bolacha semicondutora, o índice de refracção (n) e o coeficiente de extinção (k) podem ser determinados através das equações de dispersão de Forouhi-Bloomer. A reflectância da luz infravermelha também pode ser utilizada para determinar a dimensão crítica, profundidade e ângulo lateral das estruturas de trincheiras com elevado rácio de aspecto.

MeteorologyEdit

Imagem de satélite IR de nuvens de cumulonimbus sobre as Grandes Planícies dos Estados Unidos.

Satélites meteorológicos equipados com radiómetros de varrimento produzem imagens térmicas ou infravermelhas, que podem então permitir a um analista treinado determinar alturas e tipos de nuvens, calcular a temperatura da terra e da água superficial, e localizar características da superfície do oceano. O varrimento está tipicamente no intervalo 10,3-12,5 μm (canais IR4 e IR5).

Nuvens com topos altos e frios, tais como ciclones ou nuvens cumulonimbus, aparecem a vermelho ou preto, nuvens mais baixas mais quentes, tais como stratus ou stratocumulus aparecem a azul ou cinzento, com nuvens intermédias sombreadas em conformidade. Superfícies terrestres quentes aparecerão como cinzento-escuras ou negras. Uma desvantagem das imagens infravermelhas é que nuvens baixas, tais como stratus ou nevoeiro, podem ter uma temperatura semelhante à superfície terrestre ou marítima circundante e não aparecem. Contudo, utilizando a diferença de brilho do canal IR4 (10,3-11,5 μm) e o canal quase infravermelho (1,58-1,64 μm), pode-se distinguir uma nuvem baixa, produzindo uma imagem de satélite de nevoeiro. A principal vantagem do infravermelho é que as imagens podem ser produzidas à noite, permitindo o estudo de uma sequência contínua do tempo.

Estas imagens infravermelhas podem retratar os remoinhos ou vórtices oceânicos e as correntes do mapa, tais como a Corrente do Golfo, que são valiosas para a indústria naval. Os pescadores e agricultores estão interessados em conhecer a temperatura da terra e da água para proteger as suas culturas contra a geada ou aumentar a sua captura do mar. Até os fenómenos El Niño podem ser detectados. Usando técnicas digitalizadas por cores, as imagens térmicas cinzentas podem ser convertidas em cor para facilitar a identificação da informação desejada.

O principal canal de vapor de água às 6,40 a 7,08 μm pode ser imitado por alguns satélites meteorológicos e mostra a quantidade de humidade na atmosfera.

ClimatologyEdit

O efeito estufa com moléculas de metano, água, e o dióxido de carbono a irradiar calor solar

No campo da climatologia, a radiação infravermelha atmosférica é monitorizada para detectar tendências na troca de energia entre a terra e a atmosfera. Estas tendências fornecem informações sobre alterações a longo prazo no clima da Terra. É um dos parâmetros primários estudados na investigação sobre aquecimento global, juntamente com a radiação solar.

Um pirómetro é utilizado neste campo de investigação para efectuar medições contínuas ao ar livre. Trata-se de um radiómetro de infravermelhos de banda larga com sensibilidade para radiação infravermelha entre aproximadamente 4,5 μm e 50 μm.

AstronomyEdit

Beta Pictoris com o seu planeta Beta Pictoris b, o ponto azul claro off-center, como se vê no infravermelho. Combina duas imagens, o disco interior está em 3.6 μm.

Astrónomos observam objectos na parte infravermelha do espectro electromagnético utilizando componentes ópticos, incluindo espelhos, lentes e detectores digitais de estado sólido. Por este motivo, é classificado como parte da astronomia óptica. Para formar uma imagem, os componentes de um telescópio de infravermelhos precisam de ser cuidadosamente protegidos de fontes de calor, e os detectores são refrigerados utilizando hélio líquido.

A sensibilidade dos telescópios de infravermelhos baseados na Terra é significativamente limitada pelo vapor de água na atmosfera, que absorve uma porção da radiação infravermelha que chega do espaço fora das janelas atmosféricas seleccionadas. Esta limitação pode ser parcialmente aliviada colocando o observatório telescópio a uma altitude elevada, ou transportando o telescópio para o alto com um balão ou um avião. Os telescópios espaciais não sofrem desta limitação, pelo que o espaço exterior é considerado o local ideal para a astronomia infravermelha.

A porção infravermelha do espectro tem vários benefícios úteis para os astrónomos. Nuvens moleculares frias e escuras de gás e poeira na nossa galáxia irão brilhar com calor irradiado à medida que são irradiadas por estrelas encravadas. Os infravermelhos também podem ser utilizados para detectar protostars antes de começarem a emitir luz visível. As estrelas emitem uma porção menor da sua energia no espectro infravermelho, pelo que objectos frescos próximos, como os planetas, podem ser mais facilmente detectados. (No espectro de luz visível, o brilho da estrela afogará a luz reflectida de um planeta.)

A luz infravermelha também é útil para observar os núcleos de galáxias activas, que estão frequentemente camuflados em gás e poeira. Galáxias distantes com um redshift elevado terão a porção de pico do seu espectro deslocada para comprimentos de onda mais longos, pelo que são mais facilmente observadas no infravermelho.

Limpeza por infravermelhosEditar

Limpeza por infravermelhos é uma técnica utilizada por alguns scanners de película cinematográfica, scanners de película cinematográfica e scanners de cama plana para reduzir ou remover o efeito do pó e dos arranhões no varrimento acabado. Funciona recolhendo um canal infravermelho adicional da varredura na mesma posição e resolução que os três canais de cor visíveis (vermelho, verde, e azul). O canal infravermelho, em combinação com os outros canais, é utilizado para detectar a localização de arranhões e poeiras. Uma vez localizados, esses defeitos podem ser corrigidos por escalonamento ou substituídos por pintura.

Conservação e análise da arteEdit

Um refletograma infravermelho de Mona Lisa por Leonardo da Vinci

Reflexografia infravermelha pode ser aplicada a pinturas para revelar camadas subjacentes numa pintura nãode forma destrutiva, em particular o subdesenho ou esboço do artista desenhado como um guia. Os conservadores de arte utilizam a técnica para examinar como as camadas visíveis de tinta diferem do subdesenho ou camadas intermédias (tais alterações são chamadas de pentimenti quando feitas pelo artista original). Esta é uma informação muito útil para decidir se uma pintura é a versão principal pelo artista original ou uma cópia, e se foi alterada por um trabalho de restauração demasiado entusiástico. Em geral, quanto mais pentimenti, mais provável é que uma pintura seja a versão nobre. Também dá uma visão útil das práticas de trabalho. A Reflectografia revela frequentemente o uso de negro de fumo pelo artista, que aparece bem em reflextogramas, desde que não tenha sido também utilizado no solo subjacente a toda a pintura.

Progresso recente na concepção de câmaras sensíveis aos infravermelhos permite descobrir e representar não só sub-pinturas e pentimenti, mas também pinturas inteiras que foram posteriormente sobre-pintadas pelo artista. Exemplos notáveis são a Mulher de Picasso Ironing e a Sala Azul, onde em ambos os casos um retrato de um homem foi tornado visível sob a pintura como é conhecido hoje.

Utilizações semelhantes do infravermelho são feitas por conservadores e cientistas em vários tipos de objectos, especialmente documentos escritos muito antigos, tais como os Pergaminhos do Mar Morto, as obras romanas na Villa do Papyri, e os textos da Rota da Seda encontrados nas Grutas de Dunhuang. O preto de carbono utilizado na tinta pode aparecer extremamente bem.

Sistemas biológicosEditar

Imagem termográfica de uma cobra a comer um rato