老粥科普_从一公里之外拍摄冰冷遗体,红外热成像仪是怎么做到的?

由 老粥科普 发表于2021-11-25 19:34:16

4名地质调查队员在哀牢山原始森林里失联8天后,2021年11月22日晚,由携带热成像仪的无人机找到了4人遗体。因发现失联人员随身携带的一天半口粮还有剩余,推测他们可能早在8天前(也就是11月14日)就已经遇难了。

有朋友问,人死后不是变得冰凉、与环境温度一样了吗,为什么他们的遗体在热成像仪的画面上还能显示出来?

国外红外相机拍摄树林中的遗体

借着回答这个问题的机会,我们来科普一下温度、热、红外线和热成像仪到底是怎么回事。

从2020年初新冠肺炎疫情在全球流行时起,我们对红外线体温计都不再陌生,只要拿着这么一支小小的仪器对着额头或手腕一照,就能很快判断一个人是不是发烧。这比起以前拿水银温度计含在嘴里、夹在腋下,甚至翘起屁股插到肛门里要方便多了,也免掉许多尴尬。

红外体温计使用很方便

通常情况下,人体正常体温在37℃左右,超过38℃就判定为发烧。但如果人死了,他身体里的一切器官将停止工作,血液也不再流动,身体会渐渐变凉,一直到接近周围环境的温度。

有人说死人冰冷“没有温度”,这是不对的。宇宙中的一切物质都有温度,这是由物质的性质决定的,物理学家将-273.15℃称为“绝对零度”,但事实上我们还没有发现过达到这么低温度的物质。换句话讲,没有温度就没有物质,物体只存在温度高低,不存在“有没有温度”这种说法。

一个不断振动的蛋白质分子

物体为什么会有温度呢?宇宙中所有的物体都由分子和原子这样的微观粒子组成,粒子并不是固定不动的,事实上它们都在一刻不停地振动,粒子在运动过程中不断向外释放能量(光子),于是使物体有了热量。粒子振动的频率越高、幅度越大,它释放的能量越高,温度也越高;粒子振动得越慢,温度就越低;宇宙中没有不振动的微观粒子,所以没有绝对零度。

有朋友会问,既然所有物体都向外释放光子,为什么夜里会“伸手不见五指”,在黑暗状态下我们什么都看不见?这是一个好问题!同时你可以试一下:闭上眼睛,把手慢慢靠近一个热水壶,你会被烫到吗?大概率不会,因为随着距离越来越近,你会感觉到危险——手越来越热——热水壶在向外辐射光子,物理学家称之为“黑体辐射”,又叫热辐射。

热水壶辐射热能

在环境温度范围内的黑体辐射基本都是红外光,人类的眼睛只能看到可见光,对红外光不敏感,这时候就需要借助红外线敏感器。

我们的眼睛看不见红外线

最早的红外线探测器(热电偶)是1829年发明的,1901年兰利发明的探测器能检测到400米外奶牛的温度,它的敏感度达到0.00001℃,但这时候的红外线探测仪还不能显示出图像。真正实用化的热成像相机直到1970年之后才被开发出来。

红外设备大多被限制出口

让热电偶感应温度变化比较容易,但要让不同能量的光子准确落到敏感器相应的位置、再形成图像就很难。相比之下要想快速得到一张高分辨率的红外线图像就难比上青天,所以迄今为止,高灵敏热成像仪都是被发达国家严格限制出口的敏感设备。

热成像相机的主要指标有分辨率、温度灵敏度和测量精度三大指标,其它的指标还有温度范围、视场大小等等。

红外相机有三大指标

分辨率越高,意味着你可以在更远更安全的地方探测图像,比如哀牢山山高林密,海拔落差达千米,如果分辨率不够,无人机飞高了看不清山谷的画面,飞低了又容易撞山,肯定不行。

中国无人机红外相机灵敏度很高

不同物体发热不同,高灵敏度的相机能分辨20mk甚至10mk(0.02℃~0.01℃)的温度变化,这样才能得出层次更丰富的图像,有助于判断物体的形状和特征。为了达到高灵敏度,探测仪需要把自身热辐射降到最低,从而避免干扰,这就需要用液氮把传感器降到-173℃以下。因为红外线不能穿透玻璃,高灵敏度红外传感器的镜头由特殊材料制成,非常昂贵。

即便在死亡几个小时之后,尸体的温度与野外环境温度还是会有所不同,因为组成人体细胞的分子跟树木、泥土的分子不一样,它们向外辐射的热量就会有差异。尽管差异只有摄氏零点几度,却依然能被高灵敏的热成像相机区别开来。

国外热像仪寻找遇难者

在死亡一天后,尸体温度开始升高,这是因为人体内的细菌开始分解细胞,在这个过程中会产生热量,导致尸体发热;如果周围有食腐昆虫,几天后这些昆虫也会在分解时产生热量,使尸体迅速升温。所以几天之后利用红外探测器更容易发现遇难者。


作者:老粥科普

公众号:老粥科普

发布时间:2021-11-25 19:34:16