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赤外線サーモグラフィ（IRT）、別名サーマルイメージングは、サーマルカメラが物体の表面から発せられる赤外線放射を検出する測定および画像化技術です。この放射には、物体の表面からの熱放射（物体の温度と放射率に依存する）と、周囲の光源からの反射放射という2つの主要な要素があります。物体が（完全に）不透明でない場合、つまりカメラの動作波長で透過率がゼロでない場合、透過放射も観測される信号に寄与します。その結果、サーモグラムと呼ばれる可視画像が得られます。サーマルカメラは、最も一般的には長波赤外線（LWIR）領域（7～14 μm）で動作しますが、中波赤外線（MWIR）領域（3～5 μm）用に設計されたシステムはあまり使用されません。
黒体放射の法則によれば、絶対零度以上の温度を持つすべての物体は赤外線を放射するため、サーモグラフィは可視光の有無にかかわらず、周囲の環境を視覚化することを可能にします。物体から放射される放射線の量は温度とともに増加するため、サーモグラフィは温度変化を捉えることができます。サーマルイメージングカメラを通して見ると、暖かい物体は冷たい背景に対して際立って見えます。例えば、人間やその他の温血動物は、昼夜を問わず周囲の環境に対して容易に視認できるようになります。そのため、サーモグラフィは軍隊や監視カメラを使用するその他のユーザーにとって特に有用です。
人間やその他の温血動物の生理的変化の一部は、臨床診断中にサーモグラフィーでモニタリングすることもできます。サーモグラフィーはアレルギー検査や獣医学で使用されています。FDAが「マンモグラフィーの代わりにこの方法を選択すると、がんを初期段階で発見する機会を逃す可能性がある」と警告しているにもかかわらず、一部の代替医療従事者は乳がん検診での使用を推奨しています。 [ 1 ]特に、2009年のパンデミックの際には、政府や空港の職員が豚インフルエンザの疑いのある症例を検出するためにサーモグラフィーを使用しました。[ 2 ]
サーモグラフィーには長い歴史がありますが、過去50年間の商業および産業用途の拡大に伴い、その利用は劇的に増加しました。消防士は、煙を通して視界を確保したり、人を探したり、火災の起点を特定したりするためにサーモグラフィーを使用します。保守技術者は、送電線の過熱した接合部や部分を特定するためにサーモグラフィーを使用します。これは、故障が差し迫っている兆候です。建築技術者は、断熱材の欠陥による熱漏れを示す熱痕跡をサーモグラフィーで確認でき、暖房および空調設備の効率向上に役立てることができます。
最新のサーモグラフィカメラの外観と操作方法は、多くの場合、ビデオカメラに似ています。多くの場合、リアルタイムのサーモグラムは温度変化を非常に鮮明に映し出すため、分析に写真撮影は不要です。そのため、録画モジュールは必ずしも内蔵されていません。
特殊な熱画像カメラは、より長い波長（中波長および長波長赤外線）に反応する焦点面アレイ（FPA）を使用します。最も一般的なタイプは、 InSb、InGaAs、HgCdTe、およびQWIP FPAです。最新の技術では、低コストの非冷却マイクロボロメータをFPAセンサーとして使用しています。その解像度は光学カメラよりもかなり低く、ほとんどが160×120または320×240ピクセルで、最も高価なモデルでは最大1280×1024 [ 3 ]です。熱画像カメラは可視スペクトルの同等品よりもはるかに高価で、ハイエンドモデルは軍事用途の可能性から輸出が制限されていることがよくあります。古いボロメータやInSbなどのより高感度なモデルは、通常、小型スターリングサイクル冷凍機または液体窒素による極低温冷却が必要です。
熱画像、またはサーモグラムは、物体によって放出、透過、反射される赤外線エネルギーの総量を視覚的に表示したものです。赤外線エネルギーの発生源が複数あるため、この方法で物体の正確な温度を取得することは難しい場合があります。サーマルイメージングカメラは、処理アルゴリズムを使用して温度画像を再構成します。カメラは物体の周囲の領域の複数のデータソースを統合して温度を推定するため、画像は物体の温度の近似値を示すことに注意してください。[ 4 ]
この現象は、以下の式を考慮するとより明確になるかもしれない。
ここで、入射放射電力とは、サーマルイメージングカメラを通して見たときの放射電力プロファイルのことです。放射電力は一般的に測定対象であり、透過放射電力とは、遠隔の熱源から対象物を透過する放射電力であり、反射放射電力とは、遠隔の熱源から対象物の表面で反射される放射電力の量です。
この現象はあらゆる場所で常に発生します。放射熱交換と呼ばれるプロセスであり、放射電力×時間＝放射エネルギーとなります。ただし、赤外線サーモグラフィの場合、上記の式は、使用するサーマルイメージングカメラのスペクトル波長帯域内の放射電力を表すために使用されます。この式で示される放射熱交換の要件は、電磁スペクトルのあらゆる波長において等しく適用されます。
物体が周囲よりも高い温度で放射している場合、熱力学第二法則の原理に従って、熱は高温から低温へと放射されます。したがって、サーモグラムに低温領域がある場合、その物体は周囲の高温物体から放出される放射を吸収していることになります。
物体が放射する能力を放射率、放射線を吸収する能力を吸収率と呼びます。屋外環境では、正確な温度測定を行う際に、風による対流冷却も考慮する必要がある場合があります。
放射率（または放射率係数）とは、物質が熱放射を放出する能力を表すもので、物質の光学的性質です。物質の放射率は、理論的には0（全く放射しない）から1（完全に放射する）までの範囲をとります。放射率の低い物質の例としては、放射率係数が0.02の銀が挙げられます。放射率の高い物質の例としては、放射率係数が0.98のアスファルトが挙げられます。
黒体とは、放射率が1で、接触温度に固有の熱放射を放射する理論上の物体です。つまり、熱的に均一な黒体放射体の接触温度が50 ℃（122 °F）であれば、 50 ℃（122 °F）に固有の黒体放射を放射します。通常の物体は、理論上の黒体よりも少ない赤外線放射を放射します。言い換えれば、実際の放射量と理論上の最大放射量の比が、物体の放射率です。
各材料は異なる放射率を持ち、その放射率は温度や赤外線の波長によって変化する可能性があります。[ 5 ]例えば、きれいな金属表面は長波長で放射率が低下します。石英（SiO2）、サファイア（Al2O3）、フッ化カルシウム（CaF2）などの多くの誘電体材料は長波長で放射率が増加します。酸化鉄（Fe2O3）などの単純な酸化物は、赤外線スペクトルで比較的平坦な放射率を示します。
サーマルイメージングカメラは、検出された赤外線放射を対象物の表面温度の推定値に変換するために、放射測定処理を行います。これは、放射の放射成分と反射成分、および大気の影響（大気自体も熱放射を発し、測定対象表面からの放射を減衰させる）を考慮した熱画像方程式を適用することによって実現されます。放射測定式サーマルカメラ（現在の標準）の場合、出力画像には視覚情報だけでなく、検出された放射を表し、熱画像方程式によって提供される計算モデルに基づいて正確な温度評価を可能にする放射測定データも含まれます。
熱放射のスペクトルと量は、物体の表面温度に大きく依存します。これにより、物体の温度を熱画像で測定することが可能になります。しかし、物体の放射率など、他の要因も受信される放射に影響を与え、この技術の精度を制限します。
非接触式温度測定では、放射率の設定を適切に行う必要があります。放射率の低い物体は、検出器が赤外線しか検出しないため、温度が過小評価される可能性があります。迅速な推定値を得るには、サーモグラファーは対象物の種類に応じた放射率表を参照し、その値をイメージャーに入力します。すると、入力された放射率とイメージャーが検出した赤外線放射に基づいて、対象物の接触温度が計算されます。
より正確な測定を行うために、サーモグラファーは既知の高放射率の標準材料を対象物の表面に塗布することがあります。標準材料は、この目的のために特別に製造された工業用放射率スプレーでも、放射率が約0.97の標準的な黒色の絶縁テープでも構いません。その後、標準放射率を用いて対象物の既知の温度を測定できます。必要に応じて、イメージャーの設定を既知の温度に調整することで、対象物の実際の放射率（標準材料で覆われていない部分）を求めることもできます。ただし、危険な状況やアクセス困難な状況のため、このような放射率テストが不可能な場合があり、その場合はサーモグラファーは表に頼らざるを得ません。
吸収率や透過媒体（通常は空気）の周囲温度など、その他の変数も測定結果に影響を与える可能性があります。また、周囲の赤外線が対象物に反射される場合もあります。これらの要因すべてが、測定対象物の温度計算結果に影響を及ぼします。
赤外線カメラで撮影した画像は、一般的に赤外線の波長を区別できないイメージセンサーを使用しているため、モノクロになる傾向があります。カラーイメージセンサーは波長を区別するために複雑な構造を必要とし、また、異なる波長が人間の色覚システムに均一に対応しないため、通常の可視光スペクトル以外では色の意味が薄れてしまいます。
モノクロ画像は、擬似カラーで表示されることがあります。これは、信号の変化を強度変化ではなく色の変化で表現する方式です。この手法は密度スライスと呼ばれ、人間の視覚は全体的には色よりも強度検出のダイナミックレンジがはるかに広いものの、明るい領域における微細な強度差を識別する能力はかなり限られているため、有効です。
温度測定においては、画像の中で最も明るい（最も暖かい）部分は一般的に白、中間温度部分は赤や黄色、最も暗い（最も冷たい）部分は黒で着色されます。擬似カラー画像には、色と温度の関係を示す目盛りを添えるべきです。
サーモグラフィカメラ（赤外線カメラ、熱画像カメラ、サーマルカメラ、サーマルイメージャーとも呼ばれる）は、可視光を用いて画像を生成する通常のカメラと同様に、赤外線（IR）放射を用いて画像を生成する装置です。可視光カメラの400～700ナノメートル（nm）の範囲とは異なり、赤外線カメラは約1,000 nm（1マイクロメートル、μm）から約14,000 nm（14 μm）の波長に感度があります。これらのカメラが提供するデータを取得および分析する手法は、サーモグラフィと呼ばれます。
サーマルカメラは、遠赤外線波長のエネルギーを可視光に変換します。絶対零度以上のすべての物体は熱赤外線エネルギーを放出するため、サーマルカメラは周囲の光量に関係なく、すべての物体をパッシブに捉えることができます。ただし、ほとんどのサーマルカメラは、-50 °C (-58 °F)より暖かい物体に感度があります。
赤外線カメラシステムの仕様パラメータには、画素数、フレームレート、応答性、雑音等価電力、雑音等価温度差（NETD）、スペクトル帯域、距離対スポット比（D:S）、最小焦点距離、センサー寿命、最小分解可能温度差（MRTD）、視野、ダイナミックレンジ、入力電力、質量および体積などがあります。
サーモグラフィカメラの解像度は光学カメラよりもかなり低く、通常は160×120ピクセルまたは320×240ピクセル程度ですが、高価なものは1280×1024ピクセルの解像度を実現できます。サーモグラフィカメラは可視光スペクトルのカメラよりもはるかに高価ですが、 2014年にはスマートフォン用の低性能アドオンサーマルカメラが数百米ドルで入手可能になりました。[ 6 ]
サーモグラフィカメラは、大きく分けて2種類に分類できる。冷却式赤外線画像検出器を備えたものと、非冷却式検出器を備えたものである。
冷却型検出器は通常、真空密封ケースまたはデュワーに収められ、極低温で冷却されます。冷却は、使用される半導体材料の動作に不可欠です。一般的な動作温度は、検出器技術に応じて、 4 K (-269 °C)から室温よりわずかに低い温度までです。最新の冷却型検出器のほとんどは、種類と性能レベルに応じて、60 K (K) から 100 K (-213 °C から -173 °C) の範囲で動作します。[ 7 ]
冷却を行わないと、これらのセンサー（一般的なデジタルカメラとほぼ同じ方法で光を検知・変換するが、異なる素材で作られている）は、自身の放射光によって「機能不全」に陥ったり、光が過剰に照射されたりする。冷却式赤外線カメラの欠点は、製造コストと運用コストの両方が高いことである。冷却にはエネルギーと時間がかかる。
カメラは動作を開始する前に数分間冷却する必要がある場合があります。最も一般的に使用されている冷却システムはペルチェクーラーですが、効率が悪く冷却能力には限界があるものの、比較的シンプルでコンパクトです。より高画質な画像を得るため、または低温の物体を撮影するためには、スターリング冷凍機が必要です。冷却装置は比較的大きく高価になる場合がありますが、冷却式赤外線カメラは、特に室温付近またはそれ以下の温度の物体を撮影する場合、非冷却式カメラに比べてはるかに優れた画質を提供します。さらに、冷却式カメラは感度が高いため、より高いF値のレンズを使用することも可能になり、高性能な長焦点レンズを冷却式検出器用に小型かつ安価にすることができます。
スターリング冷却器の代替手段として、高圧ガス（窒素ガスが一般的）を用いる方法がある。加圧ガスは微細な開口部を通して膨張させ、小型熱交換器を通過することで、ジュール・トムソン効果による再生冷却が行われる。このようなシステムでは、現場での使用において加圧ガスの供給が物流上の課題となる。
冷却型赤外線検出に使用される材料には、インジウムアンチモン（3～5 μm）、インジウムヒ素、水銀カドミウムテルル（MCT）（1～2 μm、3～5 μm、8～12 μm）、硫化鉛、セレン化鉛など、幅広い狭バンドギャップ半導体をベースとした光検出器が含まれる。また、量子井戸型赤外線光検出器のように、広バンドギャップ半導体の構造を用いて赤外線光検出器を作製することもできる。
冷却ボロメータ技術には、超伝導型と非超伝導型がある。超伝導検出器は極めて高い感度を持ち、中には個々の光子を検出できるものもある。例えば、ESAの超伝導カメラ（SCAM）などが挙げられる。しかし、科学研究以外では、超伝導検出器は一般的に使用されていない。原理的には、超伝導トンネル接合デバイスは、その非常に狭いギャップのため、赤外線センサーとして使用できる可能性がある。小型アレイは実証されているが、感度が高いため背景放射線からの慎重な遮蔽が必要となることから、広く採用されてはいない。
非冷却型サーマルカメラは、周囲温度で動作するセンサー、または小型の温度制御素子を用いて周囲温度に近い温度に安定化されたセンサーを使用します。最新の非冷却型検出器はすべて、赤外線放射によって加熱された際の抵抗、電圧、または電流の変化を利用して動作するセンサーを使用しています。これらの変化は測定され、センサーの動作温度における値と比較されます。
非冷却型検出器では、センサー画素における温度差はごくわずかです。 シーンの温度が1℃変化しても、 センサーの温度差はわずか0.03℃にしかなりません。また、画素の応答時間も数十ミリ秒とかなり遅いです。
非冷却型赤外線センサーは、動作温度を安定させることで画像ノイズを低減できますが、低温まで冷却する必要がなく、かさばって高価でエネルギー消費の大きい極低温冷却器も不要です。そのため、赤外線カメラは小型化され、コストも抑えられます。しかし、解像度と画質は冷却型検出器に比べて劣る傾向があります。これは、製造プロセスの違いによるもので、現在の技術では限界があります。また、非冷却型サーマルカメラは、自身の熱特性にも対処する必要があります。
非冷却検出器は、主に焦電性および強誘電体材料またはマイクロボロメータ技術に基づいています。[ 8 ]これらの材料は、温度依存性の高い特性を持つピクセルを形成するために使用され、周囲から熱的に絶縁され、電子的に読み取られます。
強誘電体検出器は、センサ材料の相転移温度付近で動作し、画素温度は温度依存性の高い分極電荷として読み取られます。f /1光学系と320×240センサを備えた強誘電体検出器のNETDは70～80mKです。センサアセンブリは、チタン酸バリウムストロンチウムをポリイミド製の熱絶縁接続でバンプボンディングしたもので構成されます。
シリコンマイクロボロメータは、NETD（温度差）を20mKまで下げることができます。これは、シリコンベースの走査回路の上に、窒化シリコンブリッジ上に懸架されたアモルファスシリコン層、または薄膜バナジウム(V)酸化物センシング素子で構成されています。センシング素子の電気抵抗は、フレームごとに1回測定されます。
非冷却焦点面アレイ（UFPA）の現在の改良は、主に感度と画素密度の向上に重点が置かれている。2013年、DARPAは1280×720の焦点面アレイ（FPA）を使用した5ミクロン長波長赤外線カメラを発表した。[ 9 ]センサーアレイ に使用される材料には、アモルファスシリコン(a-Si)、バナジウム(V)酸化物(VOx)、[ 10 ]ランタンバリウムマンガン酸塩 (LBMO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛 (PLZT)、タンタル酸スカンジウム鉛(PST)、チタン酸ランタン鉛 (PLT)、チタン酸鉛(PT)、ニオブ酸亜鉛鉛(PZN)、チタン酸ストロンチウム鉛 (PSrT)、チタン酸ストロンチウムバリウム (BST)、チタン酸バリウム( BT )、硫化ヨウ化アンチモン (SbSI)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF) などがあります。
非特殊電荷結合素子（CCD）およびCMOSセンサーは、可視光波長範囲にスペクトル感度の大部分を有しています。しかし、スペクトル感度の「後端」領域、すなわち近赤外線（NIR）と呼ばれる赤外線スペクトルの部分を利用し、市販のCCTVカメラを使用することで、特定の条件下では、約280 ℃（536 °F）以上の温度の物体の真の熱画像を取得することが可能です。[ 11 ]
600 °C 以上の温度では 、CCD および CMOS センサーを備えた安価なカメラも可視スペクトルでの高温測定に使用されています。これらは、炎の中のすす、燃焼中の石炭粒子、加熱された材料、SiC フィラメント、くすぶっている燃えさしなどに使用されています。[ 12 ]この高温測定は、外部フィルターまたはセンサーのベイヤーフィルターのみを使用して実行されています。これは、色比、グレースケール、および/またはその両方のハイブリッドを使用して実行されています。
赤外線（IR）フィルムは、250～500 ℃（482～932 °F）の範囲の黒体放射に感度がありますが、サーモグラフィの測定範囲は約-50～2,000 ℃（-58～3,632 °F）です。したがって、IRフィルムをサーモグラフィとして機能させるには、測定対象物が250 ℃（482 °F）以上であるか、少なくともその温度以上のものから赤外線放射を反射している必要があります。
スターライト型暗視装置は一般的に周囲の光を増幅するだけで、熱画像装置ではありません。
暗視カメラとして販売されている赤外線カメラの中には、可視光スペクトルのすぐ外側の近赤外線に感度があり、完全な暗闇の中でも放射または反射された近赤外線を捉えることができるものがあります。しかし、これらは通常、必要な等価黒体温度が高いため、サーモグラフィには使用されず、代わりにアクティブ近赤外線照明光源と組み合わせて使用されます。
絶対零度 (0 K )以上のすべての物体は赤外線を放射します。したがって、温度変化を測定する優れた方法は、赤外線センシングデバイスを使用することです。通常は、中波長 (3 ～ 5 μm ) および長波長 (7 ～ 14 μm) 赤外線帯域(MWIR および LWIR と表記)の放射を検出できる焦点面アレイ (FPA)赤外線カメラが使用され、これらは透過率の高い赤外線ウィンドウの 2 つに対応します。物体の表面の異常な温度プロファイルは、潜在的な問題の兆候です。[ 13 ]
パッシブサーモグラフィでは、対象となる特徴は、背景よりも自然に高い温度または低い温度になります。パッシブサーモグラフィには、現場の人物監視や医療診断（特に熱医学）など、多くの用途があります。
アクティブサーモグラフィでは、対象物と背景との間に熱コントラストを生成するためにエネルギー源が必要です。[ 14 ]検査対象物は通常周囲と平衡状態にあるため、多くの場合、アクティブ方式が必要となります。黒体放射の超線形性を考慮すると、アクティブサーモグラフィは、回折限界を超えてイメージングシステムの解像度を向上させたり、超解像顕微鏡を実現したりするためにも使用できます。[ 15 ]
サーモグラフィは視覚的な画像を表示するため、広い範囲の温度を比較できます。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]リアルタイムで動くターゲットを捉えることができます。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]故障する前に、劣化、つまり高温の部品を見つけることができます。他の方法ではアクセスできない、または危険な領域で測定または観察するために使用できます。非破壊検査方法です。シャフト、パイプ、その他の金属またはプラスチック部品の欠陥を見つけるために使用できます。[ 19 ]暗い領域にある物体を検出するために使用できます。主に理学療法において、いくつかの医療用途があります。
高品質のサーモグラフィカメラは、より大きなピクセルアレイ（最先端の2560x2048 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]）のコストがかかるため、価格が高い（多くの場合3,000米ドル以上）ことが多いが、より安価なモデル（40×40から160×120ピクセルのピクセルアレイ）も入手可能である。従来のカメラと比較してピクセル数が少ないため、画質が低下し、同じ視野内の近接するターゲットを識別することがより困難になる。
リフレッシュレートにも違いがあります。一部のカメラはリフレッシュレートが5～ 15Hzしかない場合もありますが、他のカメラ（例えばFLIR X8500sc [ 3 ]）は フルウィンドウモードなしで180Hz以上になる場合もあります。
固定焦点、マニュアルフォーカス、オートフォーカスなど、さまざまな種類のレンズが用意されています。ほとんどのサーマルカメラはデジタルズームのみをサポートしており、真の光学ズーム機能は備えていません。ただし、一部のモデル（例：FOTRIC P7MiX）は、視野角の異なるレンズ（例：25°と12°、または25°と7°）を組み合わせたデュアルビュー光学ズームを提供しています。
多くのモデルでは、出力画像の構築に使用される放射照度測定値が提供されません。放射率、距離、周囲温度、相対湿度の適切な較正なしにこの情報が失われると、結果として得られる画像は本質的に温度の不正確な測定値となります。[ 23 ]
特定の物体、特に温度が不安定な物体に基づいて画像を正確に解釈することは難しい場合があるが、アクティブサーマルイメージングではこの問題は軽減される。[ 24 ]
サーモグラフィカメラは、受け取る放射熱エネルギーに基づいて熱画像を生成します。[ 25 ] 放射レベルは、測定対象の表面からの太陽光などの放射の放射率と反射によって影響を受けるため、測定に誤差が生じます。[ 26 ]
サーモグラフィーは様々な用途に利用されており、サーマルイメージングカメラは産業や商業における電気・機械システムの保守管理に優れたツールです。例えば、消防士は煙を通して視界を確保したり、人を探したり、火災のホットスポットを特定したりするのにサーモグラフィーを使用します。送電線保守技術者は、過熱した接続部や部品（故障の兆候）を特定し、潜在的な危険を排除します。断熱材に不具合が生じた場合、建築技術者は熱漏れ箇所を特定することで、冷暖房空調システムの効率を向上させることができます。
適切なカメラ設定を使用することで、電気系統をスキャンして問題点を発見できます。蒸気暖房システムの蒸気トラップの故障箇所は容易に特定できます。
省エネルギーの分野では、サーマルイメージングカメラは物体の実効放射温度だけでなく、その物体が何に向かって放射しているかも把握できるため、熱漏れの原因や過熱箇所を特定するのに役立ちます。
冷却赤外線カメラは、赤外線望遠鏡ではないものも含め、主要な天文学研究望遠鏡に搭載されています。例としては、 UKIRT、スピッツァー宇宙望遠鏡、WISE、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などがあります[ 27 ]。
自動車の夜間視界のために、一部の高級車にはサーマルイメージングカメラも搭載されており、ドライバーを支援する役割を果たしている。その最初の例は2000年のキャデラック・デビルである。
スマートフォンにおいて、サーマルカメラが初めて搭載されたのは2016年のCat S60だった。
製造、エンジニアリング、研究分野において、サーモグラフィは以下のような用途に使用できます。
ヒトやその他の温血動物における生理的活動、特に発熱などの反応は、非接触式サーモグラフィーによってモニタリングすることも可能です。これは、従来の体温計を用いた接触式サーモグラフィーと比較することができます。
医療関連の用途には以下が含まれます。
サーモグラフィーは、監視、セキュリティ、消防、法執行、対テロ対策によく使用されます。[ 38 ]
兵器システムにおいて、サーモグラフィーは軍事および警察の標的探知および捕捉に利用できる。
コンピュータハッキングにおいて、熱攻撃とは、タッチスクリーンやキーボードなどのインターフェースとのやり取り後に残る熱痕跡を利用して、ユーザーの入力を解読する手法である。[ 40 ]
これらの技術が活用されているその他の分野：
ハイエンドのサーモグラフィカメラは、軍民両用機器とみなされることが多く、特に解像度が640×480ピクセル以上の場合、リフレッシュレートが9Hz 以下でない限り、輸出が制限されます。米国からの特定のサーモグラフィカメラの輸出は、国際武器取引規則（ITAR）によって規制されています。
厳密に言えば、サーモグラフィーは機器を用いた測定であるが、一部の生物はボロメータに相当する器官を自然に備えており、それによって原始的な熱画像化能力を持っている。これは温度感知と呼ばれる。最もよく知られた例の一つは、ヘビの赤外線感知である。
赤外線は、1800 年にウィリアム・ハーシェル卿によって赤色光を超える放射の一形態として発見されました。[ 46 ]これらの「赤外線」（infra はラテン語で「下」を意味する接頭辞）は、主に熱測定に使用されました。[ 47 ]赤外線放射には、キルヒホッフの熱放射の法則、シュテファン・ボルツマンの法則、プランクの法則、ウィーンの変位法則の 4 つの基本法則があります。検出器の開発は、第一次世界大戦まで、主に温度計とボロメータの使用に重点が置かれていました。検出器の開発における重要なステップは、1829 年にレオポルド・ノビリがゼーベック効果を使用して、最初の既知の熱電対を作成し、改良された温度計である粗雑な熱電対を製作したときに起こりました。彼はこの装置をマケドニオ・メローニに説明しました。当初、彼らは共同で大幅に改良された装置を開発しました。その後、メローニは単独で研究を進め、1833年に10メートル離れた人物を検出できる装置（多素子熱電対）を開発した。 [ 48 ]検出器の改良における次の重要なステップは、1880年にサミュエル・ピアポント・ラングレーによって発明されたボロメータであった。[ 49 ]ラングレーと彼の助手チャールズ・グリーリー・アボットは、この装置の改良を続けた。1901年までに、400メートル離れた牛からの放射線を検出でき、摂氏10万分の1度（0.00001℃）の温度差に感度を持つようになった。[ 50 ] [ 51 ]最初の商用サーマルイメージングカメラは、高圧送電線の検査用に1965年に販売された。
IR技術の最初の民間部門での応用は、1913年に特許を取得した、鏡と熱電対を使用した氷山と蒸気船の存在を検出する装置だった可能性がある。[ 52 ]これはすぐに、1914年にRDパーカーによって特許を取得した、熱電対を使用しない最初の高精度IR氷山検出器によって凌駕された。[ 53 ]これに続いて、1934年にGAバーカーが森林火災を検出するためにIRシステムを使用することを提案した。[ 54 ]この技術が真に工業化されたのは、1935年に熱鋼帯の加熱均一性を分析するために使用されたときである。[ 55 ]
1929年、ハンガリーの物理学者カールマン・ティハニは、イギリスの対空防衛用に赤外線に敏感な（暗視）電子テレビカメラを発明した。[ 56 ]アメリカで最初に開発されたサーモグラフィカメラは赤外線ラインスキャナだった。これは1947年にアメリカ軍とテキサス・インスツルメンツによって開発され[ 57 ]、1枚の画像を生成するのに1時間かかった。この技術の速度と精度を向上させるためにいくつかの方法が検討されたが、最も重要な要素の1つは画像の走査に関するもので、AGA社は冷却光導電体を使用してこれを商品化することに成功した。[ 58 ]
イギリス初の赤外線ラインスキャンシステムは、1950年代半ばのイエローダックリングでした。 [ 59 ]これは、連続回転するミラーと検出器を使用し、母機の動きによってY軸をスキャンしていました。航跡検出による潜水艦追跡という当初の用途では成功しませんでしたが、陸上監視に応用され、軍事用赤外線ラインスキャンの基礎となりました。
この研究は、英国の王立信号レーダー研究所でさらに発展し、テルル化カドミウム水銀が冷却をはるかに少なく必要とする光伝導体であることが発見されました。米国のハネウェルも、より低い温度で冷却できる検出器アレイを開発しましたが、機械的にスキャンしていました。この方法にはいくつかの欠点があり、電子スキャンシステムを使用することで克服できました。1969年、英国のイングリッシュ・エレクトリック・バルブ社のマイケル・フランシス・トンプセットは、焦電的にスキャンするカメラの特許を取得し、1970年代にいくつかの画期的な進歩を経て、高いレベルの性能を達成しました。[ 60 ]トンプセットはまた、固体熱画像アレイのアイデアを提案し、それが最終的に現代のハイブリッド単結晶スライスイメージングデバイスにつながりました。[ 58 ]
トリグリシン硫酸塩（TGS）などの焦電材料をターゲットとして用いたビジコンなどのビデオカメラ管を使用することで、赤外線スペクトルの広い範囲に感度を持つビジコン[ 61 ]が実現可能となる。この技術は現代のマイクロボロメータ技術の先駆けであり、主に消防用サーマルカメラに使用されている[ 62 ] 。
セキュリティ システムの開発における重要な分野の一つは、信号をインテリジェントに評価し、脅威の存在を警告する能力でした。米国の戦略防衛構想の奨励の下、「スマート センサー」が登場し始めました。これらは、センシング、信号抽出、処理、理解を統合できるセンサーです。[ 63 ]スマート センサーには主に 2 つのタイプがあります。1 つは、可視光領域で使用される「ビジョン チップ」と呼ばれるものに似ており、集積マイクロ回路の成長の増加により、スマート センシング技術を使用して前処理を可能にします。[ 64 ]もう 1 つの技術は、特定の用途に特化しており、その設計と構造によって前処理の目的を達成します。[ 65 ]
1990年代後半になると、赤外線の利用は民生利用へと移行し始めた。非冷却アレイのコストが劇的に低下し、開発が大幅に増加したことで、民生用と軍事用の両方を含むデュアルユース市場が生まれた。[ 66 ]これらの用途には、環境制御、建物/芸術分析、機能的医療診断、自動車誘導および衝突回避システムなどがある。[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]