紅外熱像儀基礎(chǔ)理論、主要參數(shù)和應(yīng)用
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1672年人們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光(白光)是由各種顏色的光復(fù)合而成,同時(shí), 牛頓作出了單色光在性質(zhì)上比白色光更簡(jiǎn)單的著名結(jié)論。使用分光棱鏡就把太陽(yáng)光(白光)分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各色單色光。 1800年，英國(guó)物理學(xué)家F. W. 赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來(lái)研究各種色光時(shí)發(fā)現(xiàn)了紅外線。他在研究各種色光的熱量時(shí)，有意地把暗室的唯一的窗戶用暗板堵住，并在板上開(kāi)了一個(gè)矩型孔，孔內(nèi)裝了一個(gè)分光棱鏡。當(dāng)太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡時(shí)，便被分解為彩色光帶，并用溫度計(jì)去測(cè)量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，赫胥爾用在彩色光帶附近放幾 支作為比較用的溫度計(jì)來(lái)測(cè)定周?chē)h(huán)境溫度。試驗(yàn)中，他偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：放在光帶紅光外的一支溫度計(jì)，比室內(nèi)其它溫度的批示數(shù)值高。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)表明這個(gè)所謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽(yáng)發(fā)出的輻射中除可見(jiàn)光線外，還有一種人眼看不見(jiàn)的熱線，這種看不見(jiàn)"熱線位于紅色外側(cè)，叫做紅外線。紅外線是一種電磁波，具有與無(wú)線電波及可見(jiàn)光一樣的本質(zhì)，紅外線的發(fā)展是人類(lèi)對(duì)自然認(rèn)識(shí)的一次飛躍，對(duì)研究、利用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟了一條全新的廣闊道路。
紅外線的波長(zhǎng)在0.76--100μM之間,按波長(zhǎng)的范圍可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外四類(lèi)，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無(wú)線電波與可見(jiàn)光之間的區(qū)域。
紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，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。
溫度在絕對(duì)零度以上的物體，都會(huì)因自身的分子運(yùn)動(dòng)而輻射出紅外線。通過(guò)紅外探測(cè)器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，成像裝置的輸出的就可以完全一 一對(duì)應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理后傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。 運(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測(cè)溫并進(jìn)行分析判斷。
2. 紅外熱像儀的原理
紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、 光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)(目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng))接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)(焦平面熱像儀無(wú)此機(jī)構(gòu))對(duì)被測(cè)物體的紅外熱像儀進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測(cè)器上，由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過(guò)電視屏或監(jiān)測(cè)器顯示紅外熱像圖。
這種熱像圖與物體表面的分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)；實(shí)際上是被測(cè)目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號(hào)非常弱，與可見(jiàn)光相比缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過(guò)程中為更有效地判斷被測(cè)目標(biāo)的紅外熱場(chǎng)，常采用一些輔助措施來(lái)增加儀器的實(shí)用功能，如圖像亮度、對(duì)比度的控制，實(shí)際校正，偽色彩描繪等高線和直方進(jìn)行運(yùn)算、打印等。
3. 紅外熱像儀的主要參數(shù)
(1) 工作波段： 工作波段是指紅外熱像儀中所選擇的紅外探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)區(qū)域，一般是3~5μm或8~12μm。
(2) 探測(cè)器類(lèi)型：探測(cè)器類(lèi)型是指使用的一種紅外器件。如采用單元或多元(元數(shù)8、10、16、23、48、55、60、120、180、等)，采用硫化鋁(PBS)、 硒化鉛(PnSe)、碲化銦(InSb)、碲鎘汞(PbCdTe)、碲錫(PbSnTe)、鍺摻雜(Ge：X)和硅摻雜(SI：X)等。
(3) 掃描制式：一般為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電視制式，PAL制式。
(4) 顯示方式：指屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。
(5) 溫度測(cè)定范圍：指測(cè)定溫度的最低限與最高限的溫度值的范圍。
(6) 測(cè)溫準(zhǔn)確度：指紅外熱像儀測(cè)溫的最大誤差與儀器量程之比的百分?jǐn)?shù)。
(7) 最大工作時(shí)間：紅外熱像儀允許連續(xù)的工作時(shí)間。
4. 紅外熱像儀的分類(lèi)
紅外熱像儀一般分光機(jī)掃描成像系統(tǒng)和非掃描成像系統(tǒng).
光機(jī)掃描成像系統(tǒng)采用單元或多元(元數(shù)有 8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多) 光電導(dǎo)或光伏紅外探測(cè)器，用單元探測(cè)器時(shí)速度慢，主要是幀幅響應(yīng)的時(shí)間不夠快，多元陣列探測(cè)器可做成高速實(shí)時(shí)熱像儀。
非掃描成像的熱像儀，如今幾年推出的陣列式凝視成像的焦平面熱像儀，屬新一代的熱成像裝置，在性能上大大優(yōu)于光機(jī)掃描式熱像儀，有逐步取代光機(jī)掃描式熱像儀的趨勢(shì)。其關(guān)鍵技術(shù)是探測(cè)器由單片集成電路組成被測(cè)目標(biāo)的整個(gè)視野都聚集在上面，并且圖象更加清晰，使用更加方便，儀器非常小巧輕便，同時(shí)具有自動(dòng)調(diào)焦圖像凍結(jié)、連續(xù)放大，點(diǎn)溫、線溫、等溫和語(yǔ)音注釋圖像等功能。儀器采用PC卡，其存儲(chǔ)容量可高達(dá)500幅圖像。
紅外熱電視是紅外熱像儀的一種。紅外熱電視是通過(guò)熱釋電攝像管(PEV)接受被測(cè)目標(biāo)物體表面紅外輻射，并把目標(biāo)內(nèi)熱輻射分布的不可見(jiàn)熱圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)。因此，熱釋點(diǎn)攝像管是紅外熱電視的關(guān)鍵器件，它是一種實(shí)時(shí)成像、寬譜成像(對(duì)比3~5μm及8~14μm有較好的頻率響應(yīng))具有中等分辨率的熱成像圖器件。主要由透鏡、靶面和電子槍三部分組成。其技術(shù)功能是將被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射線通過(guò)透鏡聚集成像到熱釋電攝像管，采用常溫?zé)犭娨曁綔y(cè)器和電子束掃描及靶面成像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
5. 紅外熱像儀的發(fā)展
1800年,英國(guó)物理學(xué)家F. W.赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外線,從此開(kāi)辟了人類(lèi)應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。 在第二次世界大戰(zhàn)中，德國(guó)人用紅外變像管作為光電轉(zhuǎn)換器件，研制出了主動(dòng)式夜視儀和紅外通信設(shè)備，為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
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