紅外熱像儀基礎(chǔ)知識

紅外熱像儀的發(fā)展可分為三個階段，第一個階段是人類通過制造工具，擴(kuò)展體力活動的能力；第二個階段通過提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標(biāo)準(zhǔn)；而人類近年來致力的增強(qiáng)獲得輸入信息的能力，擴(kuò)大感覺范圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發(fā)展的第三階段。

在這個階段中，紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種。在海灣戰(zhàn)爭中，高科技武器展示了先進(jìn)技術(shù)的廣闊平臺，成為世界科技發(fā)展的風(fēng)向計(jì)，也成為世界各國競相研究和開發(fā)的方向和重點(diǎn)。這些高科技技術(shù)也因此成為新的產(chǎn)業(yè)和投資熱點(diǎn)，創(chuàng)造了億萬的財(cái)富和無法預(yù)計(jì)的社會效益。在這些新科技中，以衛(wèi)星定位（GPS）和紅外熱成像（TIS）兩項(xiàng)技術(shù)。衛(wèi)星定位系統(tǒng)（又稱GPS）已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，成為從軍事到民用都有寬廣發(fā)展前途的行業(yè)，其應(yīng)用的發(fā)展速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們的預(yù)想，例如：在在廣泛使用的汽車防盜定位系統(tǒng)等。

紅外熱成像技術(shù)，也是一個有非常廣闊前途的高科技技術(shù)，其大量的應(yīng)用將會引起許多行業(yè)變革性的改變。

一、什么是紅外熱成像？

光線是大家熟悉的。光線是什么？光線就是可見光，是人眼能夠感受的電磁波?？梢姽獾牟ㄩL為：0.38—0.78微米。比0.38微米短的電磁波和比0.78微米長的電磁波，人眼都無法感受。比0.38微米短的電磁波位于可見光光譜紫色以外，稱為紫外線，比0.78微米長的電磁波位于可見光光譜紅色以外，稱為紅外線。紅外線，又稱紅外輻射，是指波長為0.78~1000微米的電磁波。其中波長為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外，波長為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。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，因此利用探測儀測定目標(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)的可見光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標(biāo)可見光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布圖像，換一句話說，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。

二、紅外熱成像的特點(diǎn)是什么？

有位著名的美國紅外學(xué)者指出：“人類的發(fā)展可分為三個階段。第一個階段是人類通過制造工具，擴(kuò)展體力活動的能力，第二階段通過提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標(biāo)準(zhǔn)，而人類近年來致力的增強(qiáng)獲得輸入信息的能力，擴(kuò)大感覺范圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發(fā)展的第三階段。在這個階段中，紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種”。這一席話，我認(rèn)為恰如其分的道出了紅外成像技術(shù)在當(dāng)代的重要性。因?yàn)椋覀冎車奈矬w只有當(dāng)它們的溫度高達(dá)1000℃以上時，才能夠發(fā)出可見光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會不停地發(fā)出熱紅外線。例如，我們可以計(jì)算出，一個正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量，大約為100瓦。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，還有另外兩個重要的特性。

1．大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個窗口，可以使人們在完全無光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個特點(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)。熱輻射的這個特點(diǎn)使人們可以利用它來對物體進(jìn)行無接觸溫度測量和熱狀態(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重要的檢測手段和診斷工具。

三、紅外熱成像儀器

根據(jù)物體能夠發(fā)射紅外線的特點(diǎn)，各國競相開發(fā)出各種紅外熱成像儀器。美國德克薩斯儀器公司（TI）在1964年首次研制成功第一代的熱紅外成像裝置，叫紅外前視系統(tǒng)，這類裝置利用光學(xué)元件運(yùn)動機(jī)械，對目標(biāo)的熱輻射進(jìn)行圖像分解掃描，然后應(yīng)用光電探測器進(jìn)行光——電轉(zhuǎn)換，最后形成視頻圖像信號，并在熒屏上顯示，紅外前視系統(tǒng)至今仍是軍用飛機(jī)、艦船和坦克上的重要裝置。

六十年代中期，在紅外前視裝置的基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有溫度測量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置，通常稱為熱像儀。

七十年代研制出不需致冷的紅外熱電視產(chǎn)品。

九十年代出現(xiàn)致冷型和非致冷型的焦平面紅外熱成像產(chǎn)品，這是一種最新一代的紅外電視產(chǎn)品，可以進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，把紅外熱成像的應(yīng)用提高到一個新的階段。

七十年代中國有關(guān)單位已經(jīng)開始對紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行研究，到八十年代初，中國在長波紅外元件的研制和生產(chǎn)技術(shù)上有了一定進(jìn)展。到了八十年代末和九十年代初，中國已經(jīng)研制成功了實(shí)時紅外成像樣機(jī)，其靈敏度、溫度分辨率都達(dá)到很高的水平。進(jìn)入九十年代，中國在紅外成像設(shè)備上使用低噪音寬頻帶前置放大器，微型致冷器等關(guān)鍵技術(shù)方面有了發(fā)展，并且從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用，主要用途用于部隊(duì)，例如便攜式野戰(zhàn)熱像儀，反坦克飛彈、防空雷達(dá)以及坦克、軍艦火炮等。

中國在紅外熱成像技術(shù)方面，已經(jīng)投入了大量人力物力，形成了相當(dāng)規(guī)模的研發(fā)力量，但是總的來講，與世界先進(jìn)水平差距很大，與西方相比，約差10年以上。

目前國外已經(jīng)開始在部隊(duì)裝備第二代紅外熱成像儀，并開始了第三代的研發(fā)工作，但中國現(xiàn)在才推廣第一代紅外成像儀。在國際上，美國、法國、以色列是這方面的先行者，其它國家包括俄羅斯均處下游水平。

近幾年來，中國的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設(shè)備的先進(jìn)性也可同西方同步，相信中國和西方的差距會進(jìn)一步縮小，尤其在新技術(shù)的應(yīng)用方面更可以獨(dú)樹一幟。紅外熱成像產(chǎn)品，可以分為致冷型的.非致冷型兩大類。

目前，最先進(jìn)的紅外熱成像儀，其溫度靈敏的可達(dá)0.03攝氏度。無論白天、黑夜均可用于持紅外儀來探測叢林中的敵人，其距離可達(dá)百米之遙，作為邊防緝私，更可以追蹤海上走私的大飛機(jī)，其距離可達(dá)數(shù)公里。通過熱像儀不僅可實(shí)時對目標(biāo)進(jìn)行觀測，更可以通過其行蹤軌跡的“熱痕跡”進(jìn)行動態(tài)分析，因?yàn)橐话阄矬w的熱發(fā)散有一定的時間性，有些物體的熱發(fā)散需要很大時間。例如部隊(duì)點(diǎn)燃的炊煙，曾經(jīng)發(fā)動過的車輛等都可以留下“熱痕跡”。

第一代熱像儀主要由帶有掃描裝置的光學(xué)儀器和電子放大線路、顯示器等部件組成，已經(jīng)成功裝備部隊(duì)，并在夜間的地面觀察、空中偵察、水面保險(xiǎn)等作出重要的貢獻(xiàn)。第二代熱成像儀主要采用焦平面陣列技術(shù)，集成數(shù)萬個乃至數(shù)十萬個信號放大器，將芯片置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，取得目標(biāo)的全景圖像，無需光——機(jī)掃描系統(tǒng)，大大提高了靈敏度和熱分辨率，可以進(jìn)一步提高目標(biāo)的探測距離和識別能力。 (end) 紅外熱像儀相關(guān)文章:紅外熱像儀原理