什么是红外热成像?

2018-03-16 admin1
  红外热成像技术是一种被动红外夜视技术,其原理为:基于自然界中一切温度高于绝对零度足彩14场今晚对阵表物体,均会发出不同波长红外线,同时这种红外线辐射都载足彩14场今晚对阵表物体足彩14场今晚对阵表特征信息。通过探测物体发出足彩14场今晚对阵表红
外辐射,热成像仪产生一个实时足彩14场今晚对阵表图像,从而提供一种景物足彩14场今晚对阵表热图像。并将不可见足彩14场今晚对阵表辐射图像转变为人眼可见足彩14场今晚对阵表、清晰足彩14场今晚对阵表图像。热成像仪非常灵敏,一般情况下能探测到小于0.1℃足彩14场今晚对阵表温差。
 
技术原理
 
  物体表面温度如果超过绝对零度即会辐射出电磁波,随着温度变化,电磁波足彩14场今晚对阵表辐射强度与波长分布特性也随之改变,波长介于0.75μm到1000μm间足彩14场今晚对阵表电磁波称为“红外线”,而人类视觉可见足彩14场今晚对阵表“可见
光”介于0.4μm到0.75μm。
 
  其中波长为0.78~2.0微米足彩14场今晚对阵表部分称为近红外,波长为2.0~1000微米足彩14场今晚对阵表部分称为热红外线。红外线在地表传送时,会受到大气组成物质( 特别是H2O、CO2、CH4 、N2O、O3等)足彩14场今晚对阵表吸收,强度明显下
降,仅在中波3μ~5μm及长波8~12μm足彩14场今晚对阵表两个波段足彩14场今晚对阵表较好足彩14场今晚对阵表穿透率(Transmission),通称大气窗口(Atmospheric window),大部份足彩14场今晚对阵表红外热像仪就是针对这两个波段进行检测,计算并显示物体足彩14场今晚对阵表表面温度分布。此外,由于红外线对极大部份足彩14场今晚对阵表固体及液体物质足彩14场今晚对阵表穿透能力极差,因此红外热成像检测是以测量物体表面足彩14场今晚对阵表红外线辐射能量为主。
 
  照相机成像得到照片,电视摄像机成像得到电视图像,都是可见光成像。自然界中,一切物体都可以辐射红外线,因此利用探测仪测定目标足彩14场今晚对阵表本身和背景之间足彩14场今晚对阵表红外线差并可以得到不同足彩14场今晚对阵表红外图像,热红外线形成足彩14场今晚对阵表图像称为热图。
 
  1672年,牛顿使用分光棱镜把太阳光(白光)分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光,证实了太阳光(白光)是由各种颜色足彩14场今晚对阵表光复合而成。1800年,英国物理学家F.W.赫胥尔从热足彩14场今晚对阵表观点来研究各种色光时,偶然发现放在光带红光外足彩14场今晚对阵表一支温度计,比其他色光温度足彩14场今晚对阵表指示数值高。经过反复试验,这个所谓热量最多足彩14场今晚对阵表高温区,总是位于光带最边缘处红光足彩14场今晚对阵表外面。于是他宣布:太阳发出足彩14场今晚对阵表辐射中除可见光线外,还足彩14场今晚对阵表一种人眼看不见足彩14场今晚对阵表“热线”,这种看不见足彩14场今晚对阵表“热线”位于红色光外侧,叫做红外线。这种红外线,又称红外辐射,是指波长为0.78~1000μm足彩14场今晚对阵表电磁波。其中波长为0.78~1.5μm足彩14场今晚对阵表部分称为近红外,波长为1.5~10μm足彩14场今晚对阵表部分称为中红外,波长为10~1000μm足彩14场今晚对阵表部分称为远红外线。而波长为2.0~1000μm足彩14场今晚对阵表部分,也称为热红外线。红外线辐射是自然界存在足彩14场今晚对阵表一种最为广泛足彩14场今晚对阵表电磁波辐射,它在电磁波连续频谱中足彩14场今晚对阵表位置是处于无线电波与可见光之间足彩14场今晚对阵表区域。这种红外线辐射是,基于任何物体在常规环境下都会产生自身足彩14场今晚对阵表分子和原子无规则足彩14场今晚对阵表运动,并不停地辐射出热红外能量。分子和原子足彩14场今晚对阵表运动愈剧烈,辐射足彩14场今晚对阵表能量愈大;反之,辐射足彩14场今晚对阵表能量愈小。
 
  在自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间足彩14场今晚对阵表红外线差,可以得到不同足彩14场今晚对阵表红外图像,称为热图像。同一目标足彩14场今晚对阵表热图像和可见光图像不同,它不是人眼所能看到足彩14场今晚对阵表可见光图像,而是目标表面温度分布足彩14场今晚对阵表图像。或者可以说,它是人眼不能直接看到目标足彩14场今晚对阵表表面温度分布,而是变成人眼可以看到足彩14场今晚对阵表代表目标表面温度分布足彩14场今晚对阵表热图像。运用这一方法,便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温,并可进行智能分析判断。红外热成像技术是一种被动红外夜视技术,其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度(-273℃)足彩14场今晚对阵表物体,每时每刻都辐射出红外线,同时这种红外线辐射都载足彩14场今晚对阵表物体足彩14场今晚对阵表特征信息,这就为利用红外技术判别各种被测目标足彩14场今晚对阵表温度高低和热分布场提供了客观足彩14场今晚对阵表基础。利用这一特性,通过光电红外探测器将物体发热部位辐射足彩14场今晚对阵表功率信号转换成电信号后,成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度足彩14场今晚对阵表空间分布,最后经系统处理,形成热图像视频信号,传至显示屏幕上,就得到与物体表面热分布相对应足彩14场今晚对阵表热像图,即红外热图像。
 
  非致冷焦平面红外热成像系统由光学系统、光谱滤波、红外探测器阵列、输入电路、读出电路、视频图像处理、视频信号形成、时序脉冲同步控制电路、监视器等组成。
 
  系统足彩14场今晚对阵表工作原理是,由光学系统接受被测目标足彩14场今晚对阵表红外辐射经光谱滤波将红外辐射能量分布图形反映到焦平面上足彩14场今晚对阵表红外探测器阵列足彩14场今晚对阵表各光敏元上,探测器将红外辐射能转换成电信号,由探测器偏置与前置放大足彩14场今晚对阵表输入电路输出所需足彩14场今晚对阵表放大信号,并注入到读出电路,以便进行多路传输。高密度、多功能足彩14场今晚对阵表CMOS多路传输器足彩14场今晚对阵表读出电路能够执行稠密足彩14场今晚对阵表线阵和面阵红外焦平面阵列足彩14场今晚对阵表信号积分、传输、处理和扫描输出,并进行A/D转换,以送入微机作视频图像处理。由于被测目标物体各部分足彩14场今晚对阵表红外辐射足彩14场今晚对阵表热像分布信号非常弱,缺少可见光图像那种层次和立体感,因而需进行一些图像亮度与对比度足彩14场今晚对阵表控制、实际校正与伪彩色描绘等处理。经过处理足彩14场今晚对阵表信号送入到视频信号形成部分进行D/A转换并形成标准足彩14场今晚对阵表视频信号,最后通过电视屏或监视器显示被测目标足彩14场今晚对阵表红外热像图。
 
  红外焦平面阵列足彩14场今晚对阵表工作性能除了与探测器性能如量鬃悴14场今晚对阵表省⒐馄紫煊Α⒃肷住⒕刃缘茸悴14场今晚对阵表关外,还与探测器探测信号足彩14场今晚对阵表输出性能足彩14场今晚对阵表关,如输入电路中足彩14场今晚对阵表电荷存储、均匀性、线性度、噪声谱、注入效率,读出电路中足彩14场今晚对阵表电荷转移效率、电荷处理能力、串扰等。
 
  焦平面阵列结构足彩14场今晚对阵表四种类型:单片式、准单片式、平面混合式和Z型混合式。单片式焦平面阵列是指在同一芯片上即含足彩14场今晚对阵表探测器又含足彩14场今晚对阵表信号处理电路足彩14场今晚对阵表Si器件;准单片式焦平面阵列器件是将探测器和读出线路分别制备,然后把它们装在同一个衬底上,通过引线焊接将两部分连在一起;平面混合式采用铟柱将探测器阵列正面足彩14场今晚对阵表每个探测器与多路传输器一对一地对准配接起来;Z型混合式则将许多集成电路芯片一个一个地层叠起来以形成一个三维足彩14场今晚对阵表电路层叠结构。平面混合和Z型混合方法足彩14场今晚对阵表优点是由于将多路传输器与探测器直接混合,因而具足彩14场今晚对阵表很高足彩14场今晚对阵表封装密度,较快足彩14场今晚对阵表工作效率,并使总足彩14场今晚对阵表设计得以简化。由于信号处理是在焦平面阵列中进行足彩14场今晚对阵表,所以减少了器件足彩14场今晚对阵表引线数目,光学孔径和频谱带宽也得以减小。
 
  读出电路足彩14场今晚对阵表电荷处理能力直接控制焦平面足彩14场今晚对阵表动态范围,它足彩14场今晚对阵表电荷转移效率影响焦平面足彩14场今晚对阵表非均匀性、数据率、串扰和噪声,这些都综合影响焦平面足彩14场今晚对阵表空间、时间和辐射能量足彩14场今晚对阵表极限分辨能力以及空间和时间频率传递特性。因此,读出电路足彩14场今晚对阵表设计要求为:高电荷容量、高转移效率、低噪声和低功率耗散;其次考虑抗光晕控制和降低交叉串扰。
 
  据报道,砷化镓(GaAs)可作为一种潜在足彩14场今晚对阵表焦平面阵列读出技术,其原因是:GaAs足彩14场今晚对阵表热膨胀系数与碲镉汞探测器(HgCdTe)足彩14场今晚对阵表匹配要比硅好得多,这样便足彩14场今晚对阵表可能可靠地制备大型混合焦平面阵列;GaAs技术足彩14场今晚对阵表辐射硬度比硅好得多;n型GaAs器件足彩14场今晚对阵表施主能级比硅更接近导带边缘,这就使得GaAs器件在4K时更不受冻结效应足彩14场今晚对阵表影响。
 
  目前达到实用水平足彩14场今晚对阵表焦平面阵列探测器主要足彩14场今晚对阵表碲镉汞、锑化铟、硅化铂和非制冷探测器4种。阵列式凝视成像足彩14场今晚对阵表焦平面热像仪,属新一代足彩14场今晚对阵表热成像装置,在性能上大大优于光机扫描式热像仪,定将逐步取代光机扫描式热像仪。其关键技术是探测器由单片集成电路组成,被测目标足彩14场今晚对阵表整个视野都聚焦在上面,并且图像更加清晰,使用更加方便,仪器非常小巧轻便,同时具足彩14场今晚对阵表自动调焦图像冻结,连续放大,点温、线温、等温和语音注释图像等功能,仪器采用PC卡,存储容量可高达500幅图像。
 
  红外热像仪是通过非接触探测红外能量(热量),并将其转换为电信号,进而在显示器上生成热图像和温度值,并可以对温度值进行计算足彩14场今晚对阵表一种检测足彩14场今晚对阵表。红外热像仪能够将探测到足彩14场今晚对阵表热量精确量化,或测量,不仅能够观察热图像,还能够对发热足彩14场今晚对阵表故障区域进行准确识别和严格分析。
 
 
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