サーモグラフィー

赤外線サーモグラフィ（IRT）、サーマルビデオ、またはサーマルイメージングは​​、赤外線カメラが物体から放出される赤外線を使用して物体の画像をキャプチャして作成するプロセスであり、赤外線 イメージング科学の例です。サーモグラフィカメラは通常、電磁スペクトルの長赤外線範囲（およそ9,000〜14,000ナノメートルまたは9〜14μm ）の放射を検出し、サーモグラムと呼ばれるその放射の画像を生成します。黒体放射の法則によれば、絶対零度を超える温度のすべての物体は赤外線を放射するため、サーモグラフィを使用すると、可視照明の有無にかかわらず、周囲の環境を見ることができます。物体から放出される放射の量は温度とともに増加するため、サーモグラフィを使用すると温度の変化を見ることができます。サーモグラフィカメラで見ると、温かい物体は冷たい背景に対してよく目立ちます。人間や他の温血動物は、昼夜を問わず、環境に対して簡単に見えるようになります。その結果、サーモグラフィは軍隊や監視カメラの他のユーザーにとって特に有用です。

人間や他の温血動物の生理学的変化も、臨床診断中に熱画像で監視することができます。サーモグラフィーはアレルギー検出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、がんを最も早い段階で検出する機会を逃す可能性があります」と警告しているにもかかわらず、代替医療従事者の中には、乳がん検診での使用を推奨する人もいます。^[1] 2009 年のパンデミックの際、政府と空港職員は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でその使用は劇的に増加しています。 消防士は、煙を透かして見たり、人を見つけたり、火元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、故障の兆候である過熱している接合部や電力線の部分を見つけるためにサーモグラフィーを使用します。建築技術者は、欠陥のある断熱材からの熱漏れを示す熱シグネチャを確認でき、その結果を使用して暖房および空調装置の効率を向上させることができます。

現代のサーモグラフィーカメラの外観と操作は、多くの場合、カムコーダーに似ています。ライブサーモグラムでは温度変化がはっきりとわかるため、分析に写真は必要ありません。そのため、記録モジュールが必ずしも内蔵されているわけではありません。

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の赤外線）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。それらの解像度は光学カメラよりもかなり低く、ほとんどが160x120または320x240ピクセルで、最も高価なモデルでは最大1280 x 1024 ^[3]です。熱画像カメラは可視スペクトルカメラよりもはるかに高価であり、ハイエンドモデルは、この技術の軍事用途のために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などのより感度の高いモデルでは、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、物体から放射、透過、反射される赤外線エネルギーの量を視覚的に表示したものです。赤外線エネルギーの源は複数あるため、この方法では物体の正確な温度を知ることは困難です。熱画像カメラは、そのデータを解釈して画像を作成するアルゴリズムを実行できます。画像は、物体が動作している温度の概算を視聴者に示しますが、カメラは実際の温度を検出するのではなく、物体の周囲の領域に基づいて複数のデータソースを使用してその値を決定しています。^[4]

この現象は、次の式を考慮するとより明確になるかもしれません。

入射放射パワー = 放射放射パワー + 透過放射パワー + 反射放射パワー;

ここで、入射放射電力は、熱画像カメラを通して見たときの放射電力プロファイルです。放射放射電力は通常、測定対象です。透過放射電力は、遠隔の熱源から対象物を通過する放射電力です。反射放射電力は、遠隔の熱源から対象物の表面で反射する放射電力の量です。

この現象は、いつでもどこでも発生します。これは、放射パワー × 時間が放射エネルギーに等しいため、放射熱交換と呼ばれるプロセスです。ただし、赤外線サーモグラフィーの場合、上記の式は、使用中の熱画像カメラのスペクトル波長通過帯域内の放射パワーを表すために使用されます。式で説明されている放射熱交換の要件は、電磁スペクトルのすべての波長に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、熱力学の第二法則に述べられている原理に従って、電力伝達が行われ、電力は温かいところから冷たいところへ放射されます。したがって、サーモグラムに冷たい部分がある場合、その物体は温かい物体から放射された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は放射率と呼ばれ、放射を吸収する能力は吸収率と呼ばれます。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かもしれません。

次に、熱画像カメラは一連の数学的アルゴリズムを使用します。カメラは人間の目では検出できない電磁放射のみを観察できるため、ビューアーに画像を構築し、通常はJPG形式で可視画像を記録します。

非接触温度記録装置の役割を果たすために、カメラは放射率設定によって観察対象の物体の温度を変更します。

測定に影響を与える他のアルゴリズムには、伝送媒体 (通常は空気) の伝送能力やその伝送媒体の温度などがあります。これらすべての設定は、表示対象の物体の温度の最終的な出力に影響します。

この機能により、サーマル イメージング カメラは、産業および商業における電気システムと機械システムのメンテナンスに最適なツールになります。適切なカメラ設定を使用し、画像を撮影する際に注意することで、電気システムをスキャンして問題を見つけることができます。蒸気加熱システムの蒸気トラップの障害は簡単に見つけることができます。

エネルギー節約の分野では、サーマル イメージング カメラはさらに多くのことを行うことができます。物体の有効放射温度と、その物体が放射している方向を確認できるため、熱漏れや過熱領域の発生源の特定にも役立ちます。

放射率は、誤解され、誤用されることが多い用語です。これは、物質が熱放射を放出する能力を表し、物質の光学特性です。

それぞれの物質は異なる放射率を持ち、温度や赤外線の波長によって変化することがあります。^[5]たとえば、きれいな金属表面の放射率は波長が長くなるにつれて低下します。石英 (SiO ₂ )、サファイア (Al ₂ O ₃ )、フッ化カルシウム (CaF _{2 ) などの多くの誘電体は、波長が長くなるにつれて放射率が上昇します。酸化鉄 (Fe 2} O ₃ )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。

物質の放射率は、理論上 0.00 (まったく放射しない) から同じく理論上 1.00 (完全に放射する) の範囲になります。放射率が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。放射率が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、接触温度の熱放射特性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 °C (122 °F) の場合、黒体は 50 °C (122 °F) の熱放射特性を放射します。

通常の物体は、理論上の黒体よりも少ない赤外線を放射します。実際の放射と理論上の放射（黒体の放射）の割合が、その物体の放射率（または放射率係数）です。

赤外線イメージャーを使用して物体の温度を測定するには、物体の放射率を推定または決定する必要があります。作業を迅速に行うために、サーモグラファーは特定の種類の物体の放射率表を参照し、その値をイメージャーに入力します。イメージャーは、表から入力された値と、イメージャーによって検出された物体の赤外線放射に基づいて、物体の接触温度を計算します。

より正確な温度測定を行うために、サーモグラファーは既知の高放射率の標準物質を物体の表面に塗布することがあります。標準物質は、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のように複雑なものから、放射率が約 0.97 の標準的な黒色絶縁テープのように単純なものまであります。物体の既知の温度は、標準放射率を使用して測定できます。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、物体の実際の放射率 (標準物質で覆われていない物体の部分) を判定できます。ただし、危険な状況やアクセスできない状況のために、このような放射率テストが不可能な場合があります。このような状況では、サーモグラファーは表に頼らなければなりません。

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、可視光を使用して画像を形成する通常のカメラと同様に、赤外線（IR）放射を使用して画像を作成するデバイスです。可視光カメラの400〜700ナノメートル（nm）の範囲ではなく、赤外線カメラは約1,000 nm（1 マイクロメートルまたはμm​​）から約14,000 nm（14 μm）までの波長に感度があります。赤外線カメラが提供するデータをキャプチャして分析する手法は、サーモグラフィと呼ばれます。

サーモグラフィーカメラは、冷却型赤外線画像検出器を備えたものと非冷却型検出器を備えたものの 2 種類に大別できます。

冷却型検出器は、通常、真空密閉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必要です。典型的な動作温度は、検出器の技術に応じて、4 K (-269 °C) から室温直下までの範囲です。最新の冷却型検出器のほとんどは、タイプと性能レベルに応じて、60 ケルビン (K) から 100 K (-213 から -173 °C) の範囲で動作します。^[6]

冷却がなければ、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出して変換しますが、異なる材料で作られています) は、自身の放射線によって「盲目」になったり、あふれたりすることになります。冷却赤外線カメラの欠点は、製造と運用の両方にコストがかかることです。冷却には大量のエネルギーと時間がかかります。

カメラが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冷却器ですが、これは効率が悪く冷却能力も限られていますが、比較的シンプルでコンパクトです。より優れた画質を得るため、または低温の物体を撮影するには、スターリング エンジン クライオクーラーが必要です。冷却装置は比較的大きくて高価ですが、冷却式赤外線カメラは、特に室温付近または室温以下の物体の場合、非冷却式カメラに比べて非常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 値のレンズも使用できるため、冷却式検出器用の高性能な長焦点距離レンズを小型かつ安価にすることができます。

スターリング エンジン クーラーの代替として、高圧で充填されたガスを使用する方法があります。一般的な選択肢は窒素です。加圧されたガスはマイクロサイズのオリフィスで膨張し、小型熱交換器を通過してジュール トムソン効果による再生冷却が行われます。このようなシステムでは、加圧ガスの供給が現場での使用における物流上の懸念事項となります。

冷却型赤外線検出に使用される材料には、アンチモン化インジウム（3～5μm）、ヒ化インジウム、テルル化水銀カドミウム（MCT）（1～2μm、3～5μm、8～12μm）、硫化鉛、セレン化鉛など、さまざまな狭ギャップ半導体をベースにした光検出器があります。

赤外線光検出器は、量子井戸赤外線光検出器などの高バンドギャップ半導体の構造を使用して作成できます。

超伝導および非超伝導の冷却ボロメータ技術は数多く存在します。

原理的には、超伝導トンネル接合デバイスはギャップが非常に狭いため、赤外線センサーとして使用できます。小型アレイが実証されています。感度が高いため、背景放射線から慎重に遮蔽する必要があるため、広く採用されていません。

超伝導検出器は極めて高い感度を誇り、一部の検出器は個々の光子を記録できます。たとえば、ESAの超伝導カメラ (SCAM)などです。ただし、科学研究以外では通常使用されていません。

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、または小さな温度制御要素を使用して周囲温度に近い温度で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、赤外線による加熱時に抵抗、電圧、または電流が変化することで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での値と比較されます。

非冷却型赤外線センサーは、画像ノイズを低減するために動作温度まで安定させることができますが、低温まで冷却されることはなく、かさばって高価でエネルギーを消費する極低温冷却器を必要としません。これにより、赤外線カメラは小型で低コストになります。ただし、解像度と画質は冷却型検出器よりも低くなる傾向があります。これは、現在利用可能な技術によって制限されている製造プロセスの違いによるものです。非冷却型サーマルカメラは、独自の熱シグネチャにも対処する必要があります。

非冷却型検出器は、主に焦電性材料や強誘電体材料、またはマイクロボロメータ技術に基づいています。 ^[7]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、環境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、センサー材料の相転移温度付近で動作します。ピクセル温度は、温度に大きく依存する分極電荷として読み取られます。f /1光学系と 320x240 センサーを備えた強誘電体検出器の達成されたNETD は70 ～ 80 mK です。考えられるセンサー アセンブリは、ポリイミド断熱接続によってバンプ接合されたチタン酸バリウム ストロンチウムで構成されます。

シリコン マイクロボロメータは、20 mK まで NETD に到達できます。シリコン マイクロボロメータは、シリコン ベースのスキャン エレクトロニクスの上にあるシリコン窒化物ブリッジに吊り下げられたアモルファス シリコン層、または薄膜の酸化バナジウム (V)の感知要素で構成されています。感知要素の電気抵抗は、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、主に感度とピクセル密度の向上に重点を置いています。2013 年にDARPA は、 1280 x 720 焦点面アレイ (FPA) を使用する 5 ミクロンの LWIR カメラを発表しました。^[8]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）、酸化バナジウム（V）（VOx）、^[9]ランタンバリウムマンガナイト（LBMO）、ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）、ランタン ドープジルコン酸チタン酸鉛（PLZT）、タンタル酸鉛スカンジウム（PST）、チタン酸ランタン（PLT）、チタン酸鉛（PT）、ニオブ酸鉛亜鉛（PZN）、チタン酸ストロンチウム鉛（PSrT）、チタン酸バリウムストロンチウム（BST ）、チタン酸バリウム（BT）、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。

赤外線カメラ システムの仕様パラメータには、ピクセル数、フレームレート、応答性、ノイズ等価電力、ノイズ等価温度差 (NETD)、スペクトル バンド、距離対スポット比 (D:S)、最小焦点距離、センサー寿命、最小分解温度差(MRTD)、視野、ダイナミック レンジ、入力電力、質量と体積などがあります。

IR フィルムは 250 ～ 500 °C (482 ～ 932 °F) の範囲の赤外線 (IR) 放射に敏感ですが、サーモグラフィーの範囲は約 -50 ～ 2,000 °C (-58 ～ 3,632 °F) です。したがって、IR フィルムがサーモグラフィーとして機能させるには、測定対象物が 250 °C (482 °F) を超えているか、少なくともその温度以上の物体からの赤外線放射を反射している必要があります。

暗視赤外線装置は、可視スペクトルのすぐ外側にある近赤外線で画像を撮影し、完全な暗闇の中で放射または反射された近赤外線を見ることができます。ただし、高温要件のため、これらは通常サーモグラフィーには使用されず、代わりにアクティブな近赤外線源で使用されます。

スターライトタイプの暗視装置は、一般的に周囲の光のみを拡大します。

絶対零度（0  K）以上の物体はすべて赤外線を放射します。したがって、熱変化を測定する優れた方法は、赤外線視覚装置を使用することです。赤外線視覚装置は通常、MWIRとLWIRと呼ばれる中波長（3～5 μm）と長波長（7～14 μm）の赤外線帯域の放射を検出できる焦点面アレイ（FPA）赤外線カメラで、高透過率赤外線ウィンドウの2つに対応しています。物体の表面の温度プロファイルが異常な場合は、潜在的な問題があることを示しています。^[10]

パッシブサーモグラフィーでは、対象の特徴は当然、背景よりも高いか低い温度になります。パッシブサーモグラフィーは、現場の人々の監視や医療診断（特に熱学） など、多くの用途があります。

アクティブサーモグラフィーでは、対象物と背景の間に熱コントラストを生み出すためにエネルギー源が必要である。^{[11]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、アクティブアプローチが必要である。}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ーは、回折限界を超えて画像システムの解像度を高めたり、超解像顕微鏡法を実現したりするためにも使用できる。^[12]

サーモグラフィーは視覚的な画像を表示するため、広い範囲の温度を比較することができます。^{[13] [14] [15]}移動しているターゲットをリアルタイムで捉えることができます。^{[13] [14] [15]}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場所や危険な場所での測定や観察に使用できます。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のに使用できます。^{[16]暗い場所にある物体を検出するのに使用できます。医療用途もあり、基本的には}理学療法に使用されています。

より安価なカメラから高価なカメラまで、さまざまなものがあります。高品質のカメラは、ピクセル配列が大きい (最先端の 1280 x 1024) ため、価格帯が高額になることがよくあります (多くの場合、3,000 米ドル以上)。一方、より安価なモデル (ピクセル配列が 40 x 40 から 160 x 120 ピクセル) も提供されています。ピクセル数が少ないと画像の品質が低下し、同じ視野内にある近くの対象物を見分けることが難しくなります。

リフレッシュレートにも違いがあります。カメラによっては5～15Hzのリフレッシュレートしかないものもありますが、フルウィンドウモードではないカメラでは180Hz以上のリフレッシュレートを持つものもあります（FLIR X8500sc ^[3]など）。

また、レンズは一体化することも、一体化しないこともできます。

多くのモデルは、出力画像を作成するために使用される放射照度測定値を提供しません。放射率、距離、周囲温度、相対湿度の正しい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測定値が不正確になります。^[17]

特定の物体、特に温度が不安定な物体を撮影した場合、画像を正確に解釈することが困難になることがあります。ただし、この問題はアクティブサーマルイメージングでは軽減されます。^[18]

サーモグラフィーカメラは、受ける放射熱エネルギーに基づいて熱画像を作成します。^[19] 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。^[20]

• ほとんどのカメラの温度測定精度は±2%以下であり、接触式ほど正確ではありません。^{[13] [14] [15]}
• 方法と機器は表面温度を直接検出することに限られます。

赤外線カメラでは通常、赤外線の異なる波長を区別しない画像センサーが使用されるため、赤外線カメラからの画像はモノクロになる傾向があります。カラー画像センサーでは、波長を区別するために複雑な構造が必要であり、異なる波長が人間の色覚システムに均一にマッピングされないため、通常の可視スペクトル以外では色はあまり意味を持ちません。

これらの単色画像は、信号の変化を表示するために強度の変化ではなく色の変化を使用する疑似カラーで表示されることがあります。密度スライスと呼ばれるこの手法は、人間は全体的な色よりも強度の検出においてはるかに広いダイナミック レンジを持っていますが、明るい領域での細かい強度の違いを認識する能力はかなり限られているため、便利です。

温度測定に使用する場合、画像の最も明るい（最も暖かい）部分は通常、白、中間温度は赤と黄色、最も暗い（最も冷たい）部分は黒に着色されます。疑似カラー画像の横には、色と温度を関連付けるためのスケールを表示する必要があります。 解像度は光学カメラよりもかなり低く、ほとんどが160 x 120または320 x 240ピクセルですが、より高価なカメラでは1280 x 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スペクトル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なアドオンサーマルカメラが数百ドルで購入できるようになりました。^[21]ハイエンドモデルは軍用デュアルユース機器と見なされることが多く、特に解像度が640 x 480以上の場合は、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。 サーマルカメラの米国からの輸出は、国際武器取引規則によって規制されています。サーマルカメラがスマートフォンに初めて搭載されたのは、2016年のCat S60でした。

非冷却型検出器では、センサー ピクセルの温度差はわずかです。現場で 1 °C の温度差があっても、センサーでは 0.03 °C の温度差しか生じません。ピクセルの応答時間も、数十ミリ秒の範囲でかなり遅くなります。

サーモグラフィーには、他にもさまざまな用途があります。たとえば、消防士は、煙を透かして人を見つけたり、火災現場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。熱画像を使用すると、送電線の保守技術者は、過熱している接合部や部品（故障の明らかな兆候）を特定して、潜在的な危険を排除できます。断熱材に欠陥がある場合、建築技術者は熱漏れを確認して、冷房や暖房の効率を向上させることができます。

熱画像カメラは、運転手の補助（自動車の夜間視力）のために一部の高級車にも搭載されており、最初のものは 2000 年のキャデラック ドゥビルです。

人間や他の温血動物の生理活動、特に発熱などの反応も、サーモグラフィー画像で監視できます。冷却赤外線カメラは、赤外線望遠鏡ではないものも含め、主要な天文学研究用望遠鏡に設置されています。

アプリケーションには以下が含まれます:

• 状態監視
• 低勾配および平らな屋根の検査
• 建物診断（建物外壁検査、湿気検査、建物内のエネルギー損失など）^[22]
• サーマルマッピング
• 医療におけるデジタル赤外線熱画像
• 医療画像
• 非接触サーモグラフィー、接触サーモグラフィー、動的血管サーモグラフィー
• 末梢血管疾患のスクリーニング。
• 皮膚熱マップによる頸動脈狭窄症（CAS）のスクリーニング。^[23]
• 医療用途のアクティブダイナミックサーモグラフィー（ADT）。^{[24] [25] [26]}
• 神経筋骨格障害。
• 頭蓋外脳および顔面血管疾患。
• 甲状腺の異常。
• その他のさまざまな腫瘍性、代謝性、炎症性疾患。
• 考古学的凧航空サーモグラフィー
• 熱学
• 獣医用サーマルイメージング^[27]
• 鳥類学やその他の野生生物のモニタリングにおける熱画像診断^[28]
• 夜間視力とターゲティング
• 無人航空機監視^[29]
• 立体視^[30]
• 研究
• プロセス制御
• 非破壊検査
• 安全保障、法執行、防衛における監視
• 化学イメージング
• 火山学^[31]
• 建物^[32]

サーマル イメージング カメラは、赤外線波長のエネルギーを可視光に変換します。絶対零度を超える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 カメラは周囲の光に関係なく、すべての物体を受動的に見ることができます。ただし、ほとんどのサーマル カメラは、-50 °C (-58 °F) を超える物体しか見られません。

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、熱画像カメラは物体の温度を表示できます。ただし、他の要因も放射に影響するため、この技術の精度が制限されます。たとえば、放射は物体の温度だけでなく、物体の放射率にも依存します。また、放射は周囲から発生し、物体で反射されますが、物体からの放射と反射された放射は、大気の吸収によっても影響を受けます。

これらの技術が使用される分野:

• 農業、例：種子計数機^[33]
• 建物検査
• 障害診断とトラブルシューティング
  • 建物断熱材のエネルギー監査と冷媒漏れの検出^[34]
  • 屋根の点検
  • ホームパフォーマンス
  • 壁や屋根の湿気の検出（そして、多くの場合、カビ除去の一部となる）
  • 石積み壁の構造解析
• 法執行とテロ対策^[35]
  • 国への訪問者の検疫監視
  • 軍と警察の目標検出と捕捉：前方監視赤外線、赤外線捜索と追跡
  • 状態監視と監視
  • 技術的監視対策
  • 熱兵器照準器
  • 捜索救助活動
  • 消防活動
• サーモグラフィー（医療） - 診断のための医療検査
  • 獣医用サーマルイメージング
• プログラムプロセスの監視
  • 生産環境における品質管理
  • 機械・電気設備の予知保全（早期故障警告）

• 天文学、 UKIRT、スピッツァー宇宙望遠鏡、WISE、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの望遠鏡^[36]
• 自動車用ナイトビジョン
• 騒音低減のための遮音監査
• ベビーモニタリングシステム
• 化学イメージング
• データセンター監視
• 変圧器ヤードや配電盤などの配電設備の診断とメンテナンス
• 非破壊検査
• 新製品の研究開発
• 汚染排水検出
• 害虫の発生箇所の特定
• 航空考古学
• 炎検出器
• 気象学（気象衛星からの熱画像は、波長に応じて雲の温度/高さと水蒸気濃度を決定するために使用されます）
• クリケット 審判判定レビュー システム。ボールとバットのかすかな接触を検出します (接触後のバットの熱跡を検出します)。
• 自律航行
• 悪意のあるアプリケーション
  • サーマル アタックは、タッチスクリーンやキーボードなどのインターフェイスを操作した後に残る熱の痕跡を利用して、ユーザーの入力を明らかにするアプローチです。^{[引用が必要]}
• 夜間の野生動物の写真撮影
• 太陽光発電所の検査^[37]

ASTMインターナショナル（ASTM）

• ASTM C1060、 フレーム建物の外皮空洞内の断熱材設置のサーモグラフィー検査の標準実施方法
• ASTM C1153、 赤外線画像を用いた屋根システムの湿った断熱材の位置特定に関する標準的方法
• ATSM D4788、 赤外線サーモグラフィーを用いた橋梁床版の剥離検出の標準試験方法
• ASTM E1186、 建物外壁および空気バリアシステムにおける空気漏れ箇所検出の標準手順
• ASTM E1934、 赤外線サーモグラフィーによる電気および機械装置の検査に関する標準ガイド

国際標準化機構(ISO)

• ISO 6781、断熱 – 建物外壁の熱的不規則性の定性的検出 – 赤外線法
• ISO 18434-1、機械の状態監視および診断 – サーモグラフィー – パート 1: 一般的な手順
• ISO 18436-7、機械の状態監視および診断 - 要員の資格および評価の要件 - パート7：サーモグラフィー

サーモグラフィーは定義上、機器（人工物）によるものですが、一部の生物はボロメータに相当する機能を持つ自然器官を持ち、そのため、大まかなタイプの熱画像化機能（熱受容）を備えています。最もよく知られている例の 1 つは、ヘビの赤外線感知です。

非特殊電荷結合素子（CCD）とCMOSセンサーは、そのスペクトル感度のほとんどを可視光波長範囲で有しています。しかし、そのスペクトル感度の「末尾」領域、つまり近赤外線（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、特定の状況下では、約280°C（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。^[38]

600℃以上の温度では、CCDやCMOSセンサーを搭載し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。これらのカメラは、炎の中の煤、燃える石炭粒子、加熱された物質、SiCフィラメント、くすぶっている残り火の測定に使用されています。^[39]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行われています。また、色比、グレースケール、および/または両方のハイブリッドを使用して行われています。

赤外線は、赤色光を超える放射線の一種として、 1800年にウィリアム・ハーシェル卿によって発見されました。 ^[40]これらの「赤外線」（infraはラテン語の接頭辞で「下」を意味します）は、主に熱測定に使用されました。^[41] IR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という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集中していました。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、最初の熱電対を作成し、改良された温度計である粗雑なサーモパイルを製造したときに起こりました。彼はこの機器についてマケドニオ・メローニに説明しました。その後、メローニは一人で研究し、1833年に10メートル離れた人物を検出できる機器（多素子サーモパイル）を作成しました。 ^[42]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した。^[43]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、この機器の改良を続けました。1901年までに、この機器は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（0.00001℃）の温度差を感知できるようになりました。^{[44] [45]}最初の商用サーモグラフィカメラは、1965年に高電圧送電線の検査用に販売されました。

民間部門における赤外線技術の最初の先進的な応用は、1913年に特許を取得した、鏡とサーモパイルを使用して氷山と蒸気船の存在を検出する装置だったと思われる。^[46]これはすぐに、サーモパイルを使用しない最初の正確な赤外線氷山検出器に追い抜かれ、1914年にRDパーカーによって特許を取得しました。^[47]これに続いて、1934年にGAバーカーが赤外線システムを使用して森林火災を検出することを提案しました。^[48]この技術は、1935年に熱い鋼板の加熱均一性を分析するために使用されて初めて、本格的に産業化されました。^[49]

1929年、ハンガリーの物理学者カルマン・ティハニは、イギリスの対空防衛のために赤外線感知（暗視）電子テレビカメラを発明した。^[50]アメリカで最初に開発されたサーモグラフィーカメラは、赤外線ラインスキャナだった。これは1947年に米軍とテキサスインスツルメンツ社によって開発され^{[51] [検証失敗]}、1枚の画像を生成するのに1時間かかった。技術の速度と精度を向上させるためにいくつかのアプローチが研究されたが、最も重要な要素の1つは画像のスキャンであり、AGA社は冷却光伝導体を使用してこれを商品化することができた。^[52]

英国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。 ^[53]これは、連続的に回転するミラーと検出器を使用し、空母機の動きによってY軸をスキャンします。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、軍用IR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、水銀カドミウムテルル化物が冷却の必要の少ない光伝導体であることを発見したことで、さらに発展した。米国のハネウェルも、より低温で冷却できる検出器アレイを開発したが^{[さらなる説明が必要]}、それらは機械的にスキャンしていた。この方法にはいくつかの欠点があったが、電子スキャンシステムを使用することで克服できた。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、焦電式にスキャンするカメラの特許を取得し、1970年代にいくつかのブレークスルーを経て、高いレベルの性能を達成した。 ^[54]トンプセットは、固体熱画像アレイのアイデアも提案し、最終的には現代のハイブリッド単結晶スライス画像デバイスにつながった。^[52]

ビジコンなどのビデオカメラ管を、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が可能になります^[55]。この技術は現代のマイクロボロメータ技術の前身であり、主に消防用サーマルカメラに使用されました。^[56]

セキュリティシステムの開発の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あった。米国の戦略防衛構想の奨励の下、「スマートセンサー」が登場し始めた。これらは、感知、信号抽出、処理、理解を統合できるセンサーである。^{[57]スマートセンサーには主に2つのタイプがある。1つは、可視範囲で使用される「}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た前処理を可能にする。^[58]もう1つの技術は、より特定の用途に向けられており、その設計と構造を通じて前処理の目的を達成する。^[59]

1990年代の終わりにかけて、赤外線の使用は民生用へと移行していった。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の用途を網羅する市場が生まれた。[ ^60]これらの用途には、環境制御、建物/芸術作品の分析、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。^{[61] [62] [63] [64] [65] [66]}

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