熱成像的原理是什么

現(xiàn)在我們來(lái)看看熱像儀是如何完成這一轉(zhuǎn)換的。光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)將紅外望遠(yuǎn)鏡所接收的景物熱輻射圖分解成熱輻射信號(hào)，并聚焦到紅外探測(cè)器上，探測(cè)器與圖像視頻系統(tǒng)一起將熱輻射信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，通過(guò)顯示器人們就可以看到一幅幅神奇的畫面。熱像儀能夠在幾百分之一攝氏度內(nèi)識(shí)別出溫度的微小差異。

熱成像技術(shù)是根據(jù)所有物體都發(fā)熱這一事實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。盡管許多物體從外表看不出什么，但在其上仍有冷熱之分。借助熱圖上的顏色我們可以看到溫度的分布，紅色、粉紅表示比較高的溫度，藍(lán)色和綠色表示了較低的溫度。

所有不處于絕對(duì)零度的物體，均會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的電磁輻射，物體的溫度越高，分子或原子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，則紅外輻射越強(qiáng)。輻射的頻譜分布或波長(zhǎng)與物體的性質(zhì)和溫度有關(guān)。衡量物體輻射能力大小的量，稱為輻射系數(shù)。黑顏色或表面顏色較深的物體，輻射系數(shù)大，輻射較強(qiáng)；亮顏色或表面顏色較淺的物體，輻射系數(shù)小，輻射較弱。

人眼僅能看到很狹窄的一段波長(zhǎng)的電磁輻射，稱為可見光譜。而對(duì)于波長(zhǎng)在0.4um以下或0.7um以上的輻射，人眼則無(wú)能為力了。電磁波譜中紅外區(qū)域的波長(zhǎng)在0.7um~1mm之間，人眼看不到紅外輻射。 現(xiàn)代的熱成像裝置工作在中紅外區(qū)域（波長(zhǎng)3~5um）或遠(yuǎn)紅外區(qū)域（波長(zhǎng)8~12um）。通過(guò)探測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射，熱成像儀產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的圖像，從而提供一種景物的熱圖像。并將不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷摹⑶逦膱D像。熱成像儀非常靈敏，能探測(cè)到小于0.1℃的溫差。

工作時(shí)，熱成像儀利用光學(xué)器件將場(chǎng)景中的物體發(fā)出的紅外能量聚焦在紅外探測(cè)器上，然后來(lái)自與每個(gè)探測(cè)器元件的紅外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的視頻格式，可以在標(biāo)準(zhǔn)的視頻監(jiān)視器上顯示出來(lái)，或記錄在錄像帶上。由于熱成像系統(tǒng)探測(cè)的是熱而不是光，所以可全天候使用；又因?yàn)樗耆潜粍?dòng)式的裝置，沒(méi)有光輻射或射頻能量，所以不會(huì)暴露使用者的位置。

紅外探測(cè)器分為兩類：光子探測(cè)器和熱探測(cè)器。光子探測(cè)器在吸收紅外能量后，直接產(chǎn)生電效應(yīng)；熱探測(cè)器在吸收紅外能量后，產(chǎn)生溫度變化，從而產(chǎn)生電效應(yīng)。溫度變化引起的電效應(yīng)與材料特性有關(guān)。 光子探測(cè)器非常靈敏，其靈敏度依賴于本身溫度。要保持高靈敏度，就必須將光子探測(cè)器冷卻至較低的溫度。通常采用的冷卻劑為斯太林（Stirling）或液氮。

熱探測(cè)器一般沒(méi)有光子探測(cè)器那么高的靈敏度但在室溫下也有足夠好的性能，因此不需要低溫冷卻。

熱成像的組成

一、紅外鏡頭，普通的鏡頭只能夠接收可見光，對(duì)于輻射光線是無(wú)法感應(yīng)和接收的，而紅外鏡頭則可以接收并匯聚被測(cè)物體所發(fā)射的紅外輻射;

二、紅外探測(cè)器，這是熱像儀當(dāng)中非常重要的轉(zhuǎn)換組件，通過(guò)紅外鏡頭搜集的信息屬于輻射信號(hào)，而紅外探測(cè)器就可以將這些輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào);

三、電子組件和顯示組件，這兩個(gè)組件是將轉(zhuǎn)換后的電子信號(hào)進(jìn)行處理，并且將電子信號(hào)轉(zhuǎn)變成可見光的圖像，從而人眼可以觀察到事物具體的樣子;

四、處理軟件，這是計(jì)算機(jī)化的部分，它可以對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，顯示出物體的溫度及各個(gè)部分的溫差大小。

熱成像的特點(diǎn)

1、普遍性

我們周圍的物體只有當(dāng)它們的溫度高達(dá)1000℃以上時(shí)，才能夠發(fā)出可見光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對(duì)零度（-273℃）以上的物體，都會(huì)不停地發(fā)出熱紅外線。例如，我們可以計(jì)算出，一個(gè)正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量，大約為100瓦。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。

2、穿透性

大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對(duì)3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個(gè)窗口，可以使人們?cè)谕耆珶o(wú)光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場(chǎng)，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，熱紅外成像技術(shù)軍事上提供了先進(jìn)的夜視裝備并為飛機(jī)、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了非常重要的作用。

3、熱輻射性

物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來(lái)對(duì)物體進(jìn)行無(wú)接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境等等方面提供了一個(gè)重要的檢測(cè)手段和診斷工具。

熱成像的優(yōu)點(diǎn)

1、作用距離遠(yuǎn)

一般的紅外燈產(chǎn)品只有不到100米的成像距離。熱像儀對(duì)物體輻射的紅外線進(jìn)行成像，不受環(huán)境光和照明光的限制，一般長(zhǎng)焦熱成像儀能觀測(cè)3千米以上的人員和6千米以上的車輛。

2、隱蔽性強(qiáng)

它完全是被動(dòng)地接收信號(hào)，不主動(dòng)發(fā)射探測(cè)信號(hào)，這樣就不容易被反偵察手段所發(fā)現(xiàn)。

3、穿透能力強(qiáng)

紅外熱輻射比可見光具有更強(qiáng)的穿透霧、霾、雨、雪的能力，因而紅外熱成像系統(tǒng)在惡劣天氣條件下的成像效果幾乎不受影響。特別是作用于8-14um的長(zhǎng)波紅外熱像儀，具有更強(qiáng)的穿透霧能力。

4、全天候工作能力，抗強(qiáng)光干擾

紅外熱成像儀成像不借助照明光和環(huán)境光，而是靠目標(biāo)與背景的輻射產(chǎn)生景物圖像，因此紅外熱成像系統(tǒng)能24小時(shí)全天候工作，并且也不會(huì)像其他夜視設(shè)備那樣受可見光強(qiáng)光干擾。而低照度攝像機(jī)在沒(méi)有環(huán)境光的情況下不能成像。

5、能識(shí)別隱蔽目標(biāo)

普通的偽裝是以防可見光觀測(cè)為主。一般犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹林中，由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺錯(cuò)覺，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。紅外熱成像能透過(guò)偽裝和草叢樹葉，探測(cè)出隱蔽的熱目標(biāo)，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。

6、防火監(jiān)控

一般的火災(zāi)都是由不明顯的隱火引發(fā)的。用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，應(yīng)用紅外熱成像儀透過(guò)煙霧發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)，做到早知道早預(yù)防，早撲滅。

7、功耗低壽命長(zhǎng)

激光照明或者紅外燈由于需要主動(dòng)照明，整機(jī)功耗比較大，有些特殊供電的場(chǎng)合，必須使用低功耗的紅外熱像儀系統(tǒng)。由于紅外燈等主動(dòng)系統(tǒng)的散熱問(wèn)題不好解決，而普通紅外燈的壽命只有1000小時(shí)，激光照明的壽命大約為10000小時(shí)，但是非制冷紅外熱成像儀的壽命可達(dá)45000小時(shí)。

熱成像墻壁可以擋住嗎_熱成像儀真的可以穿透墻的看見人嗎

一般來(lái)說(shuō)是不可以的。

熱成像與微光成像是兩種典型的夜視技術(shù)，主要用于當(dāng)可見光極弱或沒(méi)有可見光的黑暗環(huán)境下觀察周圍情況，紅外成像通過(guò)物體輻射或反射的肉眼不可見的紅外線成像在光敏元件上再通過(guò)電子技術(shù)顯示出來(lái)，由于任何物體都不可能是絕對(duì)0度（攝氏-273度）所以所有物體都有紅外輻射特性，但是紅外線和可見光一樣，只是波長(zhǎng)大于可見光，光譜位于紅光之外，因此可見光不能穿越不透明的墻。

紅外線自然也不能穿越，能夠具有穿越特性的只有高能粒子（光譜位于遠(yuǎn)紫外位置），且波長(zhǎng)越短，穿透越強(qiáng)，如倫琴射線能穿越人體，阿爾法粒子能穿越一定厚度的鋼板，中子束甚至能穿越重金屬！由此可見你的擔(dān)心是多余的，紅外不會(huì)透視墻體，而且成像的畫面是紅外特性，越熱的地方成像越亮，和平時(shí)看見的景象完全不同！

熱成像的應(yīng)用

從第二次世界大戰(zhàn)開始，熱成像技術(shù)就已應(yīng)用在軍事上。由于這種儀器是靠熱輻射來(lái)工作的，它能夠透過(guò)漆黑的戰(zhàn)場(chǎng)讓士兵們清楚地看到敵方的行蹤。又由于它為無(wú)源性接收系統(tǒng)，比無(wú)線電雷達(dá)等可見光裝置更安全、隱蔽。

現(xiàn)在，熱成像技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在日常生活當(dāng)中。一個(gè)重要應(yīng)用是診斷疾病，大家都知道，當(dāng)某一部位出現(xiàn)炎癥時(shí)，體溫會(huì)升高，測(cè)量體溫能夠判斷有無(wú)炎癥，但不能確定炎癥的具體位置，而熱像儀可以直觀給出人體溫度場(chǎng)分布圖，將病變的熱圖與正常熱圖比較，就可以從異常變化上診斷病的部位。熱成像技術(shù)也能在手術(shù)室大顯身手。當(dāng)血液流經(jīng)剛剛被安置的動(dòng)脈血管時(shí)，熱像儀上的動(dòng)脈管的顏色由灰變白，而在通常情況下，肉眼是很難觀察到血管是否暢通無(wú)阻的。

與診斷疾病類似，高壓輸變電的電器部件、火車軸箱、電路板等出現(xiàn)故障，也可以用熱像儀直接觀測(cè)檢查，避免故障帶來(lái)的損失。熱像儀也可以用于地質(zhì)調(diào)查，地?zé)崽讲椋种脖环植迹髿馀c海洋監(jiān)測(cè)，火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)與救援。熱像儀可以幫助救援者發(fā)現(xiàn)那些被濃煙和黑暗隱僻住的遇難者，從而救出他們。 熱成像技術(shù)還能幫助科學(xué)家們進(jìn)一步探索宇宙的奧秘。可以預(yù)期未來(lái)熱成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)得到更充分的開發(fā)，推廣和普及。