紅外熱成像原理

   波長為2.0~1000μm的部分稱為熱紅外線。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零度（-273℃）以上的物體，都會不停地發(fā)出熱紅外線。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個(gè)重要的特性。

1．大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3~5μm和8~14μm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，可以使人們在*無光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場，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)爭中發(fā)揮了非常重要的作用。

2．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對物體進(jìn)行無接觸溫度測量和熱狀態(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)重要的檢測手段和診斷工具。

現(xiàn)代的熱成像裝置工作在中紅外區(qū)域（波長3~5μm）或遠(yuǎn)紅外區(qū)域（波長8~12μm）。通過探測物體發(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)器件將場景中的物體發(fā)出的紅外能量聚焦在紅外探測器上，然后來自與每個(gè)探測器元件的紅外數(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，或記錄在錄像帶上。由于熱成像系統(tǒng)探測的是熱而不是光，所以可全天候使用；又因?yàn)樗?是被動式的裝置，沒有光輻射或射頻能量，所以不會暴露使用者的位置。

紅外探測器分為兩類：光子探測器和熱探測器。光子探測器在吸收紅外能量后，直接產(chǎn)生電效應(yīng)；熱探測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。

熱探測器一般沒有光子探測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。