紅外熱像儀基礎理論、主要參數和應用
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二次世界大戰后，首先由美國經(jīng)過(guò)近一年的探索，開(kāi)發(fā)研制的第一代用于軍事領(lǐng)域的紅外成像裝置，稱(chēng)之為紅外尋視系統(FLIR0)，它是利用光學(xué)機械系統對被測目標的紅外輻射掃描。由光子探測器接收兩維紅外輻射跡象，經(jīng)光電轉換及一系列儀器處理，形成視頻圖像信號。這種系統、原始的形式是一種非實(shí)時(shí)的自動(dòng)溫度分布記錄儀，后來(lái)隨著(zhù)五十年代銻化銦和鍺摻汞光子探測器的發(fā)展，才開(kāi)始出現高速掃描及實(shí)時(shí)顯示目標熱圖像的系統。
六十年代早期，瑞典研制成功第二代紅外成像裝置，它是在紅外尋視系統基礎上增加了測溫功能，稱(chēng)之為紅外熱像儀。
開(kāi)始由于保密的原因，在發(fā)達的國家中也僅限于軍用，投入應用的熱成像裝置可在黑夜或濃厚云霧中探測對方的目標，可探測偽裝的目標和高速運動(dòng)的目標。由于有國家經(jīng)費的支撐，投入的研制開(kāi)發(fā)費用很大，儀器的成本很高。以后考慮到在工業(yè)發(fā)展中的實(shí)用性，結合工業(yè)紅外探測的特點(diǎn)，采取壓縮儀器造價(jià)。降低生產(chǎn)成本并根據民用的要求，通過(guò)減小掃描速度來(lái)提高圖像分辨率等措施逐漸發(fā)展到民用領(lǐng)域。
六十年代中期，瑞典研制出第一套工業(yè)用的實(shí)時(shí)成像系統(THV)，該系統由液氮制冷，110V 電源電壓供電，重約 35 公斤，因此使用中便攜性很差，經(jīng)過(guò)對儀器的幾代改進(jìn)，1986 年研制的紅外熱像儀已無(wú)需液氮或高壓氣，而以熱電方式致冷，可用電池供電：1988年推出的全功能熱像儀，將溫度的測量、修改、分析、圖像采集、存儲合于一體，重量小于7公斤，儀器的功能、精度和可靠性都得到了顯著(zhù)的提高。
九十年代中期，美國首先研制成功由軍用技術(shù)(FPA)轉民用并商品化的新一紅外熱像儀(CCD)屬焦平面陣列式結構的凝成像裝置，技術(shù)功能更加先進(jìn)，現場(chǎng)測溫時(shí)只需對準目標攝取圖像，并將上述信息存儲到機內的PC 卡上，即完成全部操作，各種參數的設定可回到室內用軟件進(jìn)行修改和分析數據，最后直接得出檢驗報告，由于技術(shù)的改進(jìn)和結構的改變，取代了復雜的機誡掃描儀器重量已小于二公斤，使用中如同手持攝像機一樣，單手即可方便地操作。
6、 紅外熱像儀的應用
熱像儀作為一種紅外成像儀器,不但在軍事應用中占有很重要的地位在民用方面也具有很強的生命力。它除具有紅外測溫儀的優(yōu)點(diǎn)(如非接觸、快速、能對運動(dòng)目標和微小目標測溫等)外，還具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1) 直觀(guān)地顯示物體表面的溫度場(chǎng)。紅外測溫儀只能顯示物體表面某一小區域或某一點(diǎn)的溫度值，而熱像儀則可以同時(shí)測量物體表面各點(diǎn)溫度的高低，并以圖像形式顯示出來(lái)。
(2) 溫度分析率高。紅外測溫儀由于各種一因素的影響，很難分辨0.1以下的溫差,而熱像儀由于可以同時(shí)顯示出兩點(diǎn)的溫度值,因而能準確區分很小的溫差,甚至可達0.01:
(3) 可采用多種顯示方式。熱像儀輸出的視頻信號包含目標的大量信息，可用多種方式顯示出來(lái)。例如，對視頻信號進(jìn)行假彩色處理，便可由不同顏色顯示不同溫度的熱圖像；若反視頻信號進(jìn)行模數轉換處理，即可用數字顯示物體各點(diǎn)的溫度值：
(3) 可進(jìn)行數據存儲和計算機處理。熱像儀輸出的視頻信號，可用數字存儲器存儲，或用錄像帶記錄，這樣既可長(cháng)期保持又可用計算機作運算處理。
熱像儀在軍事和民用方面都有廣泛的應用。隨著(zhù)熱成像技術(shù)的成熟，各種低成本適于民用的熱像儀的問(wèn)世，它在國民經(jīng)濟各部門(mén)發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多設備常處于高溫、高壓和高速運行狀態(tài)，應用紅外熱像儀對這些設備進(jìn)行檢測和監控，既能保證設備的安全運轉，又能發(fā)現異常情況以便及時(shí)排除隱患。同時(shí)，利用熱像儀還可進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理。例如，在鋼鐵工業(yè)中的高爐和轉爐所用耐火材料的燒蝕磨損情況，可用熱像儀進(jìn)行觀(guān)測及時(shí)采取措施檢修防止事故發(fā)生。又如，在石化工業(yè)中，熱像儀可監視生產(chǎn)設備和管道的運行情況，隨時(shí)提供有關(guān)沉淀形成、流動(dòng)阻塞、漏熱溫度隔熱材料變質(zhì)等數據。再如，在電力工業(yè)中，發(fā)電機組、高壓輸電和配電線(xiàn)路等可用熱像儀沿線(xiàn)掃查，找出故障隱患，及時(shí)排除以利于杜絕事故的發(fā)生。在電子工業(yè)中，也可用熱像儀檢查半導體器件、集成電路和印刷電路板等的質(zhì)量情況，發(fā)現其他方法難以找到的故障。
此外，紅外熱像儀在醫療、治安、消防、考古、交通、農業(yè)和地質(zhì)等許多領(lǐng)域均有重要的應用。如建筑物漏熱查尋、森林探火、火源尋找、海上救護、礦石斷裂判別、導彈發(fā)動(dòng)機檢查，公安偵查以及各種材料及制品質(zhì)無(wú)損檢查等。
7．紅外熱成像系統的主要技術(shù)指標
1). f/數
f/數是光學(xué)系統相對孔徑的倒數.設光學(xué)系統的相對孔徑為A=D/f(D為通?？讖?f為焦距),IA=f/D, 則數f/D 是表示系統的集中f為通光孔徑的多少倍。例如，f/3 表示光學(xué)系統的集中為通光孔徑的三倍。
2). 視場(chǎng)
視場(chǎng)是光學(xué)系統視場(chǎng)角的簡(jiǎn)稱(chēng).它表示能夠在光學(xué)系統像平面視場(chǎng)光闌 內成像的空間范圍,當目標位于以光軸為軸線(xiàn),頂角為視場(chǎng)角的圓錐內的(任一點(diǎn)在一定距離內),時(shí)候被光學(xué)系統發(fā)現,即成像于光學(xué)系統像平面的視場(chǎng)光闌內.即使物體能在熱像儀中成像的物空間的最大張角叫做視場(chǎng), 一般是a”X 的矩形視場(chǎng).
3). 光譜響應
紅外探測器對各個(gè)波長(cháng)的入射輻射的響應稱(chēng)為光譜響應。一般的光電探測器均為選擇性的探測器。
4). 空間分辨率
應用熱像儀觀(guān)測時(shí)，熱像儀對目標空間形狀的分辨能力。本行業(yè)中通常以mrad(毫弧度)的大小來(lái)表示。mrad的值越小，表明其分辨率越高?；《戎党艘园霃郊s等于弦長(cháng)，即目標的直徑。如 1.3 mrad的分辨率意味著(zhù)可以在100m的距離上分辨出 1.3×10-3 ×100=0.13m=13厘米的物體。
5).溫度分辨率
溫度分辨率 ：可以簡(jiǎn)單定義為儀器或使觀(guān)察者能從背景中精確的分辨出目標輻射的小溫度AT。民用熱成像產(chǎn)品通常使用NETD 來(lái)表述該性能指標。
6).最小可分辨溫差
分辨靈敏度和系統空間分辨率的參數,而且是以與觀(guān)察者本身有關(guān)的主觀(guān)評價(jià)參數,它的定義為： 在使用標準的周期性測試卡(即高寬比為 7：1的4帶條圖情況下)， 觀(guān)察人員可以分辨的最小目標、背景溫差。上述觀(guān)察過(guò)程中，觀(guān)察時(shí)間、系統增益、信號電平值等可以不受限制的調整在最佳狀態(tài)。
7).幀頻
幀頻是熱像儀每秒鐘產(chǎn)生完整圖象的畫(huà)面數,單位為HZ。一般電視幀頻為25H z 。根據熱像儀的幀頻可分為快掃描和慢掃描兩大類(lèi)。電力系統所用的設備一般采用快掃描熱像儀(幀頻在20Hz以上)，否則就會(huì )帶來(lái)一些工作不便。
8).探測識別和辨認距離
探測、識別和辨認距離；這些是使用者很關(guān)心的性能指標。為每個(gè)使用者自身素質(zhì)和儀器給出的圖像質(zhì)量的差異以及嚴格定義的困難(探測性能是一個(gè)多種因素的復合函數)這里只給出大致形象的定義； 探測距離是能將目標與背景及一些引起注意的目標清晰分別開(kāi)來(lái)的最大臨界；識別距離是將探測的目標能大致分出種類(lèi)的距離，如是車(chē)輛還是艦船；辨認距離是在分別出種類(lèi)的基礎上的細分，如車(chē)輛是坦克還是汽車(chē)。
9).顯示記錄方式
顯示記錄方式是指視監控器或液晶顯示; 顯示記錄放磁帶錄像啟示、軟區存盤(pán)或PC卡記錄，電子存儲器記錄；輸出接口、打印類(lèi)型或照相等。目前較為先進(jìn)的是PC卡存儲和電子存儲。 (end)
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