紅外熱成像技術(shù)的諸多應(yīng)用【手持式紅外熱像儀】
紅外熱成像技術(shù)由光學(xué)鏡頭、內(nèi)部控制電路、信號(hào)傳輸電路、目鏡等模塊構(gòu)成，最為核心的是紅外探測(cè)器。從焦平面工作時(shí)溫度可分為制冷探測(cè)器和非制冷探測(cè)器兩大類。從封裝上有非晶硅、氧化釩、金屬封裝等幾大類。國產(chǎn)探測(cè)器目前量產(chǎn)使用的大多為氧化帆探測(cè)器，但部分高檔產(chǎn)品探測(cè)器還需從國外進(jìn)口，但隨著國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展，相信以后可以擺脫這種現(xiàn)象。
在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，非制冷探測(cè)器更適合量產(chǎn)與民用，制冷探測(cè)器則更精細(xì)，但成本也更昂貴。目前國內(nèi)的紅外儀器相比國外還有一定的差距，在硬件、電路、核心探測(cè)器技術(shù)上都有待提高。
圖為紅外熱成像圖
紅外熱成像技術(shù)可以不受惡劣天氣的影響，無論大霧天還是深夜都可正常工作，在車載或夜晚監(jiān)控上具有顯著優(yōu)勢(shì)。在海上，通過紅外技術(shù)，可以讓使船舶的日常檢查工作更加容易，節(jié)約人工檢測(cè)成本和消除安全隱患。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美國憑借其紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用，使夜間或惡劣條件下軍事作戰(zhàn)能力大為提高，引起了全世界的關(guān)注。目前，許多國家為了加強(qiáng)自身國防能力，紛紛在紅外方面加大投入，把紅外熱成像技術(shù)當(dāng)作國家戰(zhàn)略進(jìn)行研究，以求增強(qiáng)自身軍事能力。
在以往傳統(tǒng)的測(cè)量方式當(dāng)中，對(duì)大批量待測(cè)物的測(cè)量會(huì)導(dǎo)致大量人力與時(shí)間的浪費(fèi)，得不償失。還存在的問題是測(cè)量?jī)x器和被測(cè)物體之間的表面接觸，破壞了物體原有的溫度場(chǎng)，影響了溫度傳感元件的傳輸，導(dǎo)致輸出信號(hào)不夠準(zhǔn)確真實(shí)。紅外熱成像技術(shù)的測(cè)量不會(huì)干擾被測(cè)物體的溫度，在光信息的傳輸中沒有慣性效應(yīng)，可以平滑地改變路徑，保證數(shù)據(jù)的完整性。熱成像技術(shù)目前已經(jīng)初步進(jìn)入到測(cè)量領(lǐng)域，通過各種對(duì)溫度場(chǎng)的測(cè)試，為了解熱量傳播提供了有效數(shù)據(jù)。熱成像技術(shù)的研究為探索新的物理概念和構(gòu)建新的物理模型做出了重大的貢獻(xiàn)，為一些問題的解決提供了新的思路。
德國科學(xué)家霍胥爾在1800年發(fā)現(xiàn)了紅外光的存在，1900年德國物理學(xué)家普朗克提出了量子理論，為紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展和完善打下了基礎(chǔ)。紅外熱成像技術(shù)曾經(jīng)歷了兩次世界大戰(zhàn)，在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了不容忽視的作用。第一次戰(zhàn)爭(zhēng)應(yīng)用的是美國得克薩斯儀器公司研制的紅外成像裝置，稱之為紅外前視系統(tǒng)（FLIR）。
早期的熱成像系統(tǒng)利用光學(xué)系統(tǒng)掃描被測(cè)目標(biāo)的熱輻射，由單元光子探測(cè)器接受，經(jīng)過一系列圖像處理與光電信息轉(zhuǎn)換，輸出視頻與圖像信號(hào)，但是不能實(shí)時(shí)記錄。隨著銦鍺摻雜光子探測(cè)器在二十世紀(jì)中期的快速發(fā)展，這時(shí)期出現(xiàn)了可以高速掃描目標(biāo)熱圖像的實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。伴隨著高速掃描目標(biāo)實(shí)時(shí)熱圖像技術(shù)的發(fā)展，瑞典AGA公司成功研制出新的熱成像儀器，該儀器在紅外成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了測(cè)溫的功能，這就是最早的紅外熱成像儀。
在20世紀(jì)80年代末，所研發(fā)出的熱像儀功能已經(jīng)較為全面。具有測(cè)量溫度、收集圖像信息、修改、分析和存儲(chǔ)等功能，重量大幅度減輕，并且準(zhǔn)確性和可靠性也有著顯著的提升。在第二十世紀(jì) 90 年代中期，美國FSI公司成功地從軍事技術(shù)向民用發(fā)展，新一代紅外焦平面紅外成像儀（FPA）開始商業(yè)化。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，只需要關(guān)注被測(cè)物體的圖像，將圖像數(shù)據(jù)保存下來即可完成操作。對(duì)一些帶存儲(chǔ)功能的紅外手持產(chǎn)品來說，在室外觀測(cè)時(shí)遇到想要保留的畫面時(shí)只用按下拍照鍵即可保存圖像，隨后可以從電腦上導(dǎo)出，進(jìn)行沖洗或者打印，十分方便快捷。
上世紀(jì)末到新世紀(jì)初，中國在紅外熱成像領(lǐng)域的取得了很大的進(jìn)步。紅外熱成像的核心探測(cè)器可以做到獨(dú)立生產(chǎn)，紅外產(chǎn)品開始逐步走近中國尋常百姓家。雖然紅外技術(shù)起步較晚，但在我們不懈努力下，技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到世界先進(jìn)水平，打破了國外的壟斷。當(dāng)下，紅外熱成像技術(shù)已在環(huán)保、醫(yī)療、安防等各大領(lǐng)域初露鋒芒，開始在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)一席之地。
在自然界中，只要物質(zhì)溫度高于零度，在其內(nèi)就會(huì)存在能量轉(zhuǎn)換，并對(duì)外產(chǎn)生輻射。光學(xué)鏡片進(jìn)行第一道篩選，篩選完成進(jìn)行信息處理，使人眼可以直觀分辨溫度圖。人眼可分辨光的波長是 400~760nm，小于400nm及超過760nm的波長人眼即不能分辨。熱成像技術(shù)利用的是紅外線，不被人眼接收但是可以通過算法與光電轉(zhuǎn)換生成人眼可以查看的圖像。
當(dāng)物體溫度高于零下273度時(shí)，會(huì)向外界輻射能量。物體本身能量越高，輻射出的能量就越多，對(duì)外界影響就越大。物體發(fā)熱時(shí)就會(huì)產(chǎn)生紅外輻射，其紅外輻射強(qiáng)度除了溫度外，還與發(fā)熱物體本身發(fā)射率、物體表面條件的性質(zhì)等因素有關(guān)。根據(jù)普朗克定律，利用物體本身的紅外輻射原理測(cè)量熱場(chǎng)。紅外技術(shù)核心的探測(cè)器將被測(cè)物的各個(gè)點(diǎn)溫度信息進(jìn)行收集整理，在儀器內(nèi)部進(jìn)行分析合并，得到熱分布圖。
一臺(tái)觀瞄儀器要到達(dá)用戶手上要經(jīng)過很多步驟。從最初的探測(cè)器選擇，軟件工程師設(shè)計(jì)電路，結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，外觀等。產(chǎn)出研發(fā)樣機(jī)后有工程進(jìn)行測(cè)試，并且產(chǎn)出工程樣機(jī)，后投入生產(chǎn)。裝配完成需要模擬用戶使用的條件，給探測(cè)器采集一個(gè)本地，在低溫、室溫、高溫各種條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且進(jìn)行非均勻校正，將成像有異常的像元坐標(biāo)用算法更正，并且進(jìn)行一系列可靠性試驗(yàn)。并且一般電子元件以及紅外技術(shù)都存在不穩(wěn)定性，構(gòu)成裝置的原件數(shù)量較多，需要各方面的專業(yè)知識(shí)。雖然對(duì)于每個(gè)配件都做出了嚴(yán)格的質(zhì)量管控，但配件越多，產(chǎn)生誤差的概率就越大，所以紅外產(chǎn)品需做出較長的品質(zhì)保證期與售后服務(wù)，以保證用戶的使用體驗(yàn)。
紅外熱成像技術(shù)利用光學(xué)鏡頭篩選，將可識(shí)別波的輻射能量反饋到探測(cè)器上。紅外探測(cè)器進(jìn)過一系列處理將收集到的信息發(fā)送到機(jī)器內(nèi)部負(fù)責(zé)圖像處理的部分進(jìn)行二次處理。圖像處理部分把從探測(cè)器收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合與分析，處理完成后可以通過目鏡或標(biāo)準(zhǔn)視頻監(jiān)視器或液晶顯示屏看到成像。紅外熱像儀是將收集到的輻射信息轉(zhuǎn)換成容易觀察識(shí)別的溫度圖，可以從圖像中得到各點(diǎn)溫度的值，這也是非典時(shí)期所用儀器的基本工作原理。實(shí)時(shí)監(jiān)控一大片區(qū)域，對(duì)于溫度正常的成像顯示正常，對(duì)溫度超標(biāo)的進(jìn)行特殊標(biāo)注，只需少量人力即可完成一個(gè)車站或港口的檢測(cè)。
標(biāo)簽：手持式紅外熱像儀
