红外热像仪

红外热像仪是利用电子装置将物体表面的温度分布转换成肉眼可见的图像,并以不同颜色显示物体表面温度分布的仪器。红外热成像技术是多学科、多领域技术综合发展的产物,由于军事需求的牵引,已称为目前发展速度最快的高技术之一。

成像步骤

Telops红外热像仪是利用光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量反映到MCT或InSb焦平面阵列(红外探测器)的上,焦平面的每个点就是图像中的一个像素,所有像素合起来就是一幅红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应,热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。通俗地讲Telops红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像的红外波段照相机。(更多成像原理,参见红外热像仪原理

红外线的发现

1800年英国物理学家赫胥尔发现了红外线,红外线是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射,红外线的波长在0.76~100μm之间,按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类,它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射,它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动,并不停地辐射出热红外能量,分子和原子的运动愈剧烈,辐射的能量愈大,反之,辐射的能量愈小。

影响因素

红外线在地表传送时,会受到大气组成物质( 特别是H2O、CO2、CH4 、N2O、O3等)的吸收,强度明显下降,仅在短波3μ~5μm及长波8~12μm的两个波段有较好的穿透率(Transmission),通称大气窗口(Atmospheric window),大部份的红外热像仪就是针对这两个波段进行检测,计算并显示物体的表面温度分布。此外,由于红外线对极大部份的固体及液体物质的穿透能力极差,因此红外热成像检测是以测量物体表面的红外线辐射能量为主。

普朗克定律

著名的普朗克定律表明温度、波长和能量之间存在一定的关系,红外总能量随温度的增加而迅速增加;峰值波长随温度的增加向短波移动。根据斯蒂芬·玻耳兹曼定律,当温度变化时,红外总能量与绝对温度的四次方成正比,当温度有较小的变化时,会引起总能量的很大变化。

红外线特点

1.大气、烟云等吸收可见光和近红外线,但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此,这两个波段被称为热红外线的“大气窗口” 。利用这两个窗口,可以使人们在完全无光的夜晚,或是在烟云密布的战场,清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点,热红外成像技术军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。
2.物体的热辐射能量的大小,直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析,从而为工业生产,节约能源,保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。

优点

目前红外热成像已成为一种实时显示的成像设备,可达到与可见光电视相当的图像质量。热成像与雷达、激光、可见光探测设备相比,不需要协作光源或自然光照射目标,而是靠接收目标自身辐射成像。热成像为被动方式工作,能昼夜工作。由于工作波长比可见光长10~20倍,所以透烟雾和尘埃的能力很强,可以在恶劣的气候环境下看清目标。
红外热像系统让我们能看到了人眼看不到的另外一个辐射世界,可获取许多对生产、科研非常重要的信息。

工作原理

Telops红外热像仪是利用红外探测器和红外波段全透射光学成像物镜,接受被测目标的红外辐射能量分布图形,反映到红外探测器的光敏元件MCT或InSb焦平面阵列的上,红外探测器将其转换为电信号,成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布,经放大处理、转换或标准视频信号传至显示屏上,得到与物体表面热分布相应的热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。红外热像系统将物体发出的不可见的红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。

红外热像仪的组成

光学成像物镜红外探测器、成像系统

红外热像仪的特点

1、准确度高。红外测温不会与接触式测温一样破坏物体本身温度分布,因此测量精度高。直观地显示物体表面的温度场。红外测温仪只能显示物体表面某一小区域或某一点的温度值,而热像仪则可以同时测量物体表面各点温度的高低,并以图像形式显示出来。
2、响应速度快。接触式测量的热电偶和温度计需要与被测物体接触,达到热平衡后才能完成;红外测温只要接收到目标的红外辐射即可定温,响应时间短。灵敏度高。只要物体温度有微小变化,辐射能量就有较大改变,易于测出。红外测温仪由于各种因素的影响,很难分辨0.1以下的温差,而红外热像仪由于可以同时显示出两点的温度值,因而能准确区分很小的温差,甚至可达0.01。
红外热像仪是一门新技术和新方法,将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。与传统接触式测温相比具有有一定的优势,优点如下:
3、红外热像仪可进行数据存储和计算机处理。热像仪输出的视频信号,可用数字存储器存储,或用录像带记录,这样既可长期保持又可用计算机作运算处理。
4、红外热像仪测量范围广。红外测温范围已发展到从负几十摄氏度到几千摄氏度,范围广。
5、红外热像仪可采用多种显示方式。热像仪输出的视频信号包含目标的大量信息,可用多种方式显示出来。例如,对视频信号进行假彩色处理,便可由不同颜色显示不同温度的热图像;若对视频信号进行模数转换处理,即可用数字显示物体各点的温度值。

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