你知道紅外成像的原理嗎？紅外熱成像有什么用處

自然界中的物體，除了具有我們所熟悉的可見光圖像外，還具有一種紅外熱輻射圖像，但人的肉眼看不到紅外熱輻射，這是因為它所發(fā)出的是紅外線，為不可見光。物體溫度越高時它所發(fā)出的紅外線強度越強，通過探測、接收物體向外界發(fā)散的紅外線強度即可計算出溫度，進(jìn)而人為的將溫度值轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌念伾@示出來，當(dāng)探測紅外線的傳感器足夠多足夠密時，就可生成用顏色表示溫度的熱像圖。紅外成像是將人眼看不見的另一個用溫度（熱量）表達(dá)的世界人為轉(zhuǎn)換為顏色圖像的技術(shù)。

紅外熱成像用處

軍事：從第二次世界大戰(zhàn)開始，熱成像技術(shù)就已應(yīng)用在軍事上。由于這種儀器是靠熱輻射來工作的（與可見光無關(guān)，與環(huán)境亮度無關(guān)），它能夠透過漆黑的戰(zhàn)場讓士兵們清楚地看到敵方的行蹤。又由于它為無源性接收系統(tǒng)，比無線電雷達(dá)等可見光裝置更安全、隱蔽。醫(yī)學(xué)：例如：當(dāng)某一部位出現(xiàn)炎癥時，體溫會升高，測量體溫或者驗血能夠判斷有無炎癥，但不能確定炎癥的具體位置，而熱像儀可以直觀給出人體溫度場分布圖，將病變的熱圖與正常熱圖比較，就可以找到病變的部位。再如：當(dāng)血液流經(jīng)剛剛被安置的人造血管時，熱像儀上的動脈管的顏色由灰變白，而在通常情況下，肉眼是很難觀察到血管是否暢通無阻的。工業(yè)：配電框、電器部件、變速箱、電路板、發(fā)動機等出現(xiàn)故障，也可以用熱像儀直接觀測檢查，避免故障帶來的損失。可以用于空調(diào)、暖氣施工及效果檢查。熱像儀也可以用于地質(zhì)調(diào)查，地?zé)崽讲?，森林植被分布、防火，大氣與海洋監(jiān)測，火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)與救援。熱像儀可以幫助救援者發(fā)現(xiàn)那些被濃煙和黑暗隱僻住的遇難者，從而救出他們（生命探測儀）。

輻射率

輻射率是描述面輻射源特性的物理量。它表示某物體的單位面積輻射的熱量和黑體在相同溫度、相同條件下的輻射熱量之比。即：輻射率通俗的說就是某物體會將自身溫度轉(zhuǎn)換為輻射擴散出去的能力，1 表示可以將自身溫度轉(zhuǎn)換為 100%的輻射，0.9 表示可以將自身溫度的 90%轉(zhuǎn)換為熱輻射擴散出去。實際上輻射率為 1 的物質(zhì)（黑體）是不存在的，所以任何材料的輻射率均是 0~1 之間的數(shù)值。任何物體在高于絕對零度（-273.15℃）的時候，其物體表面就會有紅外能量也就是紅外線發(fā)射出來，溫度越高，發(fā)射的紅外能量越強。紅外線測溫儀和紅外熱像儀就是根據(jù)這個特點來測量物體表面的溫度的，因為紅外線測溫儀和紅外熱像儀是測量物體表面的溫度，所以在測量時會被物體表面的光潔度所影響。實驗證明：物體表面越接近于鏡面（反射越強），其表面所發(fā)出的紅外能量衰減越厲害，就需要對不同物體的表面對紅外能量的衰減情況做出補償，即設(shè)置一個補償系數(shù)，這個補償系數(shù)就是輻射率。
溫度分辨率與絕對精度

噪聲等效溫差（NETD）是指紅外探測器能探測到的最小溫差，即：當(dāng)被測物體的溫度變化多少時紅外探測器可以探測出來。衡量紅外探測器性能的主要指標(biāo)之一。

熱探測器的噪聲等效溫差在 100mK 左右（0.1℃）。第二代光探測器在 20mK 左右（0.02℃）。第三代探測器目標(biāo)在 1mK（0.001℃）。紅外探測計算出的絕對溫度值與被測物體的輻射率參數(shù)有直接關(guān)系，不同材料的輻射率值是不同的，更為嚴(yán)重的是即便是同種材料，表面光潔度、含水率、溫度高低等因素的影響也會直接改變輻射率，這就導(dǎo)致了紅外探測絕對溫度無法絕對準(zhǔn)確，問題不在于紅外探測器的對輻射量的感知準(zhǔn)確度而在于材料的輻射率是隨時在小范圍變化的。所以，衡量紅外探測器的性能指標(biāo)一般不能用絕對溫度，而應(yīng)該用溫度靈敏度，即：噪聲等效溫差（NETD）。這也可以得出一個結(jié)論，紅外熱成像儀的主要作用是盡量區(qū)分出不同區(qū)域的溫度差異，用數(shù)字表現(xiàn)出來，進(jìn)而展示為帶有顏色的圖像，只有溫度區(qū)分開以后，圖像才會細(xì)致分明。

探測距離

紅外熱成像儀是用光學(xué)鏡頭來收集被測物體的熱輻射能量的，故此探測距離會受鏡頭視場角和熱成像像素分辨率有關(guān)。假如某成像儀的成像分辨率為 32*32 像素，視場角為 75 度，則可以理解為從鏡頭發(fā)射出32*32=1024 條激光來探測 1024 個點的溫度（32 行*32 列），每行 32 個點，每列 32 個點。則每相鄰兩條激光線的夾角為 75/31=2.4193°發(fā)散出去。隨著距離的增長，兩條激光線的間距會變大，當(dāng)被測物體足夠小時，有可能處于兩條激光線之間未被探測到，這就是探測距離的問題。

審核編輯黃昊宇