No estoy seguro de si es mejor resucitar esta vieja pregunta o plantear una nueva, pero allá va:
¿No es cierto que el sensor emite IR hacia la escena justo cuando la escena emite IR hacia el sensor?
Si el sensor está viendo una escena a una temperatura más baja, que enfría el sensor . El sensor emite más energía hacia la escena que la escena hacia el sensor.
El cuerpo de la cámara y el objetivo tienen emisividad por lo que no irradian suficiente energía térmica para ahogar este efecto. El sensor tiene una alta emisividad -- debe tenerla, porque necesita absorber IR entrante con gran eficacia, en lugar de reflejarlo.
Este mismo razonamiento funciona si se considera un píxel individual del sensor y la pequeña porción correspondiente de la escena. Así es como una cámara térmica puede imagen objetos más fríos que él.
Así es también como el suelo se enfría por debajo de la temperatura del aire en una noche despejada. El cielo parece muy frío, y como el suelo irradia calor hacia él, el cielo no irradia tanto calor de vuelta. El resultado: el suelo puede enfriarse lo suficiente como para acumular escarcha, incluso cuando la temperatura del aire está por encima del punto de congelación, ¡y todo ello sin romper ni una sola ley de la termodinámica!
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Detectar el calor no es lo mismo que la visión IR. La visión funciona cerca del límite cuántico. Los seres humanos, por ejemplo, pueden detectar tan sólo unos diez fotones, y se dice que algunos animales lo superan por un factor de unos pocos. Con ese número de fotones, el ruido térmico es limitante. Si no tenemos que trabajar en ese límite, podemos promediar el fondo térmico y entonces la SNR siempre puede ser lo suficientemente grande como para detectar una señal. Un animal que detecta el calor probablemente pueda detectar a su presa a unos metros de distancia, mientras que la visión, con el mismo brillo de la fuente, le permitiría ver cientos de veces más lejos.
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Percibir el calor por infrarrojos, como en el caso de la víbora de fosetas, y no, por ejemplo, percibir la fuente de calor por convección del aire así calentado.
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Sí, es mucho menos sensible que la visión, lo que se debe, como bien observas, a que el fondo térmico limita la SNR alcanzable. Probablemente se puedan comparar nuestros sensores de movimiento IR con el rendimiento sensorial de los animales que tienen estos sentidos y podría resultar de un rendimiento similar. Lo que no sé es si eso ya está cerca del límite físico, pero podría estar cerca.
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Sólo como punto de referencia, la temperatura mínima que nuestra cámara FLIR puede medir es de -40C, es decir, ~60C por debajo de la temperatura del sensor.
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Recuerda que los animales de sangre fría también están a temperatura ambiente, o más bien por encima, porque su cuerpo produce calor. Sólo que no regulan su temperatura a un nivel constante, y funcionan a temperaturas más bajas que las criaturas de sangre caliente. Por tanto, se encuentran en una situación similar a la de la cámara FLIR en lo que respecta al calor interno, y quizá peor. Pero sigue siendo una buena pregunta.