紅外熱成像原理
波長(zhǎng)為2.0~1000μm的部分稱為熱紅外線。我們周?chē)奈矬w只有當(dāng)它們的溫度高達(dá)1000℃以上時(shí)，才能夠發(fā)出可見(jiàn)光。相比之下，我們周?chē)袦囟仍诮^對(duì)零度（-273℃）以上的物體，都會(huì)不停地發(fā)出熱紅外線。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個(gè)重要的特性。
1．大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線，但是對(duì)3~5μm和8~14μm的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口” 。利用這兩個(gè)窗口，可以使人們?cè)谕耆珶o(wú)光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場(chǎng)，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，熱紅外成像技術(shù)軍事上提供了先進(jìn)的夜視裝備并為飛機(jī)、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了非常重要的作用。
2．物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來(lái)對(duì)物體進(jìn)行無(wú)接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境等等方面提供了一個(gè)重要的檢測(cè)手段和診斷工具。
現(xiàn)代的熱成像裝置工作在中紅外區(qū)域（波長(zhǎng)3~5μm）或遠(yuǎn)紅外區(qū)域（波長(zhǎng)8~12μm）。通過(guò)探測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射，熱成像儀產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的圖像，從而提供一種景物的熱圖像。并將不可見(jiàn)的輻射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢?jiàn)的、清晰的圖像。熱成像儀非常靈敏，能探測(cè)到小于0.1℃的溫差。
工作時(shí)，熱成像儀利用光學(xué)器件將場(chǎng)景中的物體發(fā)出的紅外能量聚焦在紅外探測(cè)器上，然后來(lái)自與每個(gè)探測(cè)器元件的紅外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的視頻格式，可以在標(biāo)準(zhǔn)的視頻監(jiān)視器上顯示出來(lái)，或記錄在錄像帶上。由于熱成像系統(tǒng)探測(cè)的是熱而不是光，所以可全天候使用；又因?yàn)樗耆潜粍?dòng)式的裝置，沒(méi)有光輻射或射頻能量，所以不會(huì)暴露使用者的位置。
紅外探測(cè)器分為兩類(lèi)：光子探測(cè)器和熱探測(cè)器。光子探測(cè)器在吸收紅外能量后，直接產(chǎn)生電效應(yīng)；熱探測(cè)器在吸收紅外能量后，產(chǎn)生溫度變化，從而產(chǎn)生電效應(yīng)。溫度變化引起的電效應(yīng)與材料特性有關(guān)。
光子探測(cè)器非常靈敏，其靈敏度依賴于本身溫度。要保持高靈敏度，就必須將光子探測(cè)器冷卻至較低的溫度。通常采用的冷卻劑為斯太林（Stirling）或液氮。
熱探測(cè)器一般沒(méi)有光子探測(cè)器那么高的靈敏度但在室溫下也有足夠好的性能，因此不需要低溫冷卻。
紅外與熱成像什么關(guān)系
紅外熱像儀是通過(guò)非接觸探測(cè)紅外熱量，并將其轉(zhuǎn)換生成熱圖像和溫度值，進(jìn)而顯示在顯示器上，并可以對(duì)溫度值進(jìn)行計(jì)算的一種檢測(cè)設(shè)備。紅外熱像儀能夠?qū)⑻綔y(cè)到的熱量精確量化，能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和嚴(yán)格分析。 照相機(jī)成像得到照片，電視攝像機(jī)成像得到電視圖像，都是可見(jiàn)光成像。自然界中，一切物體都可以輻射紅外線，因此利用探測(cè)儀測(cè)定目標(biāo)的本身和背景之間的紅外線差并可以得到不同的紅外圖像，熱紅外線形成的圖像稱為熱圖。
目標(biāo)的熱圖像和目標(biāo)的可見(jiàn)光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標(biāo)可見(jiàn)光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布圖像，換一句話說(shuō)，紅外熱成像使人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布，變成人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像。
淺談紅外熱像儀
簡(jiǎn)單地講：紅外熱像儀就是利用某些特殊的材料對(duì)紅外光輻射能產(chǎn)生某些物理量的變化的特性，然后把這種變量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制后再轉(zhuǎn)變成圖象并測(cè)溫。這些特殊的材料多為：碲鎘汞、銻化銦、鉑化硅、氧化釩、硅摻雜（或多晶硅）等等。市場(chǎng)上所謂的“制冷”和“非制冷”之分，實(shí)際上是指有無(wú)制冷器而言。
紅外熱像儀本身并不發(fā)射紅外，它只是被動(dòng)地吸收而已。這有兩重含義：第一，這種特征加上自然界任何物體都對(duì)外輻射紅外信號(hào)的特點(diǎn)，使之成為軍事價(jià)值極高的設(shè)備；第二，考慮到紅外線在空氣中衰減的幅度，作為高靈敏度探測(cè)器材料的要求是何等的高！尤其是要考慮紅外熱像儀本身也有紅外輻射的干擾時(shí)。因此，從紅外熱像儀誕生那天開(kāi)始，對(duì)它的技術(shù)保密級(jí)別及它的價(jià)格都非常的高。這里，我們還姑且不談紅外探測(cè)器的生產(chǎn)工藝的難度和成品率。
我們知道：自然界一切溫度在絕對(duì)零度-273.15°C以上的物體，由于自身的分子熱運(yùn)動(dòng)都在不停地向周?chē)臻g輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其光譜范圍比較廣。分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之輻射的能量愈小。而現(xiàn)階段的紅外熱像儀都只能對(duì)其中某一小段光譜范圍的紅外光產(chǎn)生反應(yīng)。比如：3～5μm 或8～14μm，也就是所謂的“大氣窗口”——大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線，但是對(duì)3~5μm和8~14μm的熱紅外線卻受影響較小。因此，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。同時(shí)，物體向外發(fā)射的輻射強(qiáng)度取決于目標(biāo)物體的溫度和物體表面材料的輻射特性。同一種物質(zhì)在不同的狀況下（表面光潔度、環(huán)境溫度、氧化程度等等），向外輻射紅外能量的能力都不同，這種能力與假象中的黑體的比值就是該物質(zhì)在該溫度下的發(fā)射率。（黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒(méi)有能量的反射和透過(guò)，其表面的發(fā)射率為1。）應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體。
也就是說(shuō)，紅外熱像儀能否觀察到物體，取決于該紅外熱像儀的溫度分辨率和空間分辨率以及被測(cè)物體表面的紅外輻射強(qiáng)度和面積，我們甚至可以大略地理解為：溫度分辨率即是最小可辨溫差的能力，空間分辨率是顯示這種溫差的能力?，F(xiàn)階段溫度分辨率是以NETD實(shí)驗(yàn)條件下，環(huán)境溫度為30℃時(shí)探測(cè)器的最小可辨溫差，而不是熱像儀整機(jī)的溫度分辨率。因?yàn)樘綔y(cè)器本身的背景噪音如果為0.06℃時(shí)，后續(xù)處理所帶來(lái)的背景噪音疊加后肯定要高于0.06℃，至于能達(dá)到多少，那就要看各個(gè)廠家后續(xù)電子線路版塊的設(shè)計(jì)和處理能力了。這里值得說(shuō)明的是：溫度分辨率和測(cè)溫精度是兩回事。前者是最小可辨溫差的能力；后者是重復(fù)測(cè)量的平均溫差。剛接觸紅外熱像儀的朋友通常會(huì)混淆這兩個(gè)概念。空間分辨率不能等同于視場(chǎng)角，視場(chǎng)角是指鏡頭而言，空間分辨率實(shí)際是指紅外熱像儀整機(jī)的分辨能力，它與探測(cè)器、電路、鏡頭有關(guān)，是個(gè)綜合指數(shù)，以mrad為單位，1.0mrad即千分之一弧度。
標(biāo)簽： 分辨率 紅外熱成像 輻射強(qiáng)度
