紅外熱像儀基礎理論、主要參數和應用
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1672年人們發(fā)現太陽(yáng)光(白光)是由各種顏色的光復合而成,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(zhù)名結論。使用分光棱鏡就把太陽(yáng)光(白光)分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各色單色光。 1800年，英國物理學(xué)家F. W. 赫胥爾從熱的觀(guān)點(diǎn)來(lái)研究各種色光時(shí)發(fā)現了紅外線(xiàn)。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(hù)用暗板堵住，并在板上開(kāi)了一個(gè)矩型孔，孔內裝了一個(gè)分光棱鏡。當太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡時(shí)，便被分解為彩色光帶，并用溫度計去測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來(lái)測定周?chē)h(huán)境溫度。試驗中，他偶然發(fā)現一個(gè)奇怪的現象：放在光帶紅光外的一支溫度計，比室內其它溫度的批示數值高。經(jīng)過(guò)反復試驗表明這個(gè)所謂熱量最多的高溫區，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(xiàn)外，還有一種人眼看不見(jiàn)的熱線(xiàn)，這種看不見(jiàn)"熱線(xiàn)位于紅色外側，叫做紅外線(xiàn)。紅外線(xiàn)是一種電磁波，具有與無(wú)線(xiàn)電波及可見(jiàn)光一樣的本質(zhì)，紅外線(xiàn)的發(fā)展是人類(lèi)對自然認識的一次飛躍，對研究、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(xiàn)的波長(cháng)在0.76--100μM之間,按波長(cháng)的范圍可分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外四類(lèi)，它在電磁波連續頻譜中的位置是處于無(wú)線(xiàn)電波與可見(jiàn)光之間的區域。
紅外線(xiàn)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環(huán)境下都會(huì )產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規則的運動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。
溫度在絕對零度以上的物體，都會(huì )因自身的分子運動(dòng)而輻射出紅外線(xiàn)。通過(guò)紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號，成像裝置的輸出的就可以完全一 一對應地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統處理后傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應的熱像圖。 運用這一方法，便能實(shí)現對目標進(jìn)行遠距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進(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器、 光學(xué)成像物鏡和光機掃描系統(目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機掃描系統)接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學(xué)系統和紅外探測器之間，有一個(gè)光機掃描機構(焦平面熱像儀無(wú)此機構)對被測物體的紅外熱像儀進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換電信號，經(jīng)放大處理、轉換為標準視頻信號通過(guò)電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。
這種熱像圖與物體表面的分布場(chǎng)相對應；實(shí)際上是被測目標物體各部分紅外輻射的熱像分布圖由于信號非常弱，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目標的紅外熱場(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、對比度的控制，實(shí)際校正，偽色彩描繪等高線(xiàn)和直方進(jìn)行運算、打印等。
3. 紅外熱像儀的主要參數
(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器的響應波長(cháng)區域，一般是3~5μm或8~12μm。
(2) 探測器類(lèi)型：探測器類(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：一般為我國標準電視制式，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) 溫度測定范圍：指測定溫度的最低限與最高限的溫度值的范圍。
(6) 測溫準確度：指紅外熱像儀測溫的最大誤差與儀器量程之比的百分數。
(7) 最大工作時(shí)間：紅外熱像儀允許連續的工作時(shí)間。
4. 紅外熱像儀的分類(lèi)
紅外熱像儀一般分光機掃描成像系統和非掃描成像系統.
光機掃描成像系統采用單元或多元(元數有 8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多) 光電導或光伏紅外探測器，用單元探測器時(shí)速度慢，主要是幀幅響應的時(shí)間不夠快，多元陣列探測器可做成高速實(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)于光機掃描式熱像儀，有逐步取代光機掃描式熱像儀的趨勢。其關(guān)鍵技術(shù)是探測器由單片集成電路組成被測目標的整個(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)調焦圖像凍結、連續放大，點(diǎn)溫、線(xiàn)溫、等溫和語(yǔ)音注釋圖像等功能。儀器采用PC卡，其存儲容量可高達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)接受被測目標物體表面紅外輻射，并把目標內熱輻射分布的不可見(jiàn)熱圖像轉變成視頻信號。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(對比3~5μm及8~14μm有較好的頻率響應)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)功能是將被測目標的紅外輻射線(xiàn)通過(guò)透鏡聚集成像到熱釋電攝像管，采用常溫熱電視探測器和電子束掃描及靶面成像技術(shù)來(lái)實(shí)現的。
5. 紅外熱像儀的發(fā)展
1800年,英國物理學(xué)家F. W.赫胥爾發(fā)現了紅外線(xiàn),從此開(kāi)辟了人類(lèi)應用紅外技術(shù)的廣闊道路。 在第二次世界大戰中，德國人用紅外變像管作為光電轉換器件，研制出了主動(dòng)式夜視儀和紅外通信設備，為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。
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