红外热像仪的原理

●什么是红外热像仪

自然界任何物体，只要温度高于绝对零度(-273.15 C?)，就会以电磁辐射的形式在非常宽的波长范围内发射能量，产生电磁波(辐射能)。

红外线的波长在780nm～1mm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波和可见光之间的区域。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，并不停的辐射出热红外能量，分子和原子的运动越剧烈，辐射的能量越大，反之，辐射的能量越小。

红外热像仪工作原理分析

※红外热像法：是一种无损检测技术，是对被检测物体表面进行非接触的热测量及测成像并分析其热图谱的方法。热成像技术是利用热感应照相机的红外线成像技术，热像仪可生成热而不是光的图像，它可以测量红外（IR）能量，并将数据转换成相应的温度图像。

※热像仪工作原理：热像仪由两个基本部分组成，即光学系统和探测器。光学系统将物体发出的红外辐射聚集到探测器上，探测器把入射的辐射转换成电信号，进而被处理成可见图像，即热图，这种热图与物体表面的分布场相对应。

实际上被测目标各部分红外辐射的热像分布图由于信号非常弱，与可见光相比缺少层次和立体感，因此实际动作过程中为更有效地判断被测目标的红外热场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，例如图像亮度、对比度的控制、实际校正、伪色彩描绘、等高线和直方进行运算等。

红外热像仪工作原理分析

※红外热像仪与红外测温仪区别：与仅能够捕获单点温度值的红外测温仪不同的是，热像仪可以将整个目标的温度特性形成一个平面图像，而非单个温度。

●了解被测物体

热像仪呈现了一幅来自物体表面的辐射能量热图，热图像与被测物体的表面温度以及物体的类型、组成材料、表面工作状况以及检测期间的运行条件有直接的关系。为了正确解释图像，就必须清楚了解物体的材料及组成部件的工作方式。

为了了解被测物体的运行状态，就必须认识物体内部与外表面之间的传递机理。热传递在红外热像中是个非常重要的概念，为了正确的解析一副热图像，必须熟悉热从一个物体传输到另一个物体的三个方式：热传导、热对流、热辐射。

红外热像仪工作原理分析

热传导 热对流 热辐射

※热传导-------将热能从一处传往另一处。通常热传导发生在固体或液体状态的物质中，且热传导仅存在能量传递而无粒子运动。

红外热像仪工作原理分析

※热对流--------由于流体运动产生的热传递。通常热对流发生在固体与液体或气体之间的相互作用，热量的流动始终是从高温流向低温。

※热辐射--------是指物体自身向外辐射热能的能力。热辐射发生在所有绝对零度以上的物体，物体辐射热能的能力从0～100%之间。

●红外热像仪的分析

当用红外热像仪观察物体时，热像仪检测到的是来自物体表面的辐射能量。而实际拍摄到的热能往往产生于内部，然后才传到物体表面。

红外热像仪工作原理分析

※定性分析和定量分析

热成像检测主要有两种类型：定性分析和定量分析。

红外热像仪工作原理分析

定性分析：拍摄优质的热图像，结合热图提供的热信息即可进行所需的情况分析=仅仅是图像。定性检测是热像分析的基本类型，在所有热成像分析检测中必须考虑定性分析。

定量分析：在通过热图获取信息的同时还需要精确的温度数据=热图+温度。

※被动式检测和主动式检测

热成像检测方法主要有两种类型：被动式检测和主动式检测。

被动式检测：主要是指有明显温差或超过环境温度的物体进行成像及分析，通常可直接进行测量。

主动式检测：对常温中或无法自然形成明显温差的物体进行检测及分析，通常通过改变被测物体或材料的温度才能进行检测

先说说红外仪的热点：

红外热成像仪的特点：自然界所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体都会发出红外线，红外线(或称热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射。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微米的红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。我们利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中。

红外热成像仪的应用：采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。红外热成像仪可分为致冷型和非致冷型两大类。致冷型的热灵敏度高，结构复杂，一般用于军事用途，而非致冷型灵敏度虽低于致冷型，但其性能已可以满足多数军事用途和几乎所有的民用领域。由于不需要配备制冷装置，因此非制冷红外热成像仪可靠性及性价比较致冷型的高。

1、夜间及恶劣气候条件下目标的监控

夜晚，由于众所周知的原因，可见光器材已经不能正常工作，如果采用人工照明的手段，则容易暴露目标。若采用微光夜视设备，它同样也工作在可见光波段，依然需要外界光照明。而红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜均可以正常工作，并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差，但红外线的波长较长，特别是工作在8～14um的热成像仪，穿透雨、雾的能力较高，因此仍可以正常观测目标。

因此在夜间以及恶劣气候条件，采用红外热成像监控设备可以对各种目标，如人员、车辆等进行监控。

2、防火监控

由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效防火报警设备，在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的。这是毁灭性火灾的根源，用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，透过烟雾发现着火点，做到早知道早预防，早扑灭。

3、伪装及隐蔽目标的识别

普通的伪装是以防可见光观测为主。一般犯罪分子作案通常隐蔽在草丛及树林中，由于野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生错误判断。红外热成像装置是被动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此不易伪装，也不容易产生错误判断。本文由西安安泰维修整理发布；

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