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淺談紅外熱像儀
2012-11-21
淺談紅外熱像儀
簡(jiǎn)單地講：紅外熱像儀就是利用某些特殊的材料對(duì)紅外光輻射能產(chǎn)生某些物理量的變化的特性，然后把這種變量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制后再轉(zhuǎn)變成圖象并測(cè)溫。這些特殊的材料多為：碲鎘汞、銻化銦、鉑化硅、氧化釩、硅摻雜（或多晶硅）等等。市場(chǎng)上所謂的“制冷”和“非制冷”之分，實(shí)際上是指有無制冷器而言。
我們知道：自然界一切溫度在絕對(duì)零度-273.15°C以上的物體，由于自身的分子熱運(yùn)動(dòng)都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其光譜范圍比較廣。分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之輻射的能量愈小。而現(xiàn)階段的紅外熱像儀都只能對(duì)其中某一小段光譜范圍的紅外光產(chǎn)生反應(yīng)。比如：3～5μm 或8～14μm，也就是所謂的“大氣窗口”——大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對(duì)3~5μm和8~14μm的熱紅外線卻受影響較小。因此，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。同時(shí)，物體向外發(fā)射的輻射強(qiáng)度取決于目標(biāo)物體的溫度和物體表面材料的輻射特性。同一種物質(zhì)在不同的狀況下（表面光潔度、環(huán)境溫度、氧化程度等等），向外輻射紅外能量的能力都不同，這種能力與假象中的黑體的比值就是該物質(zhì)在該溫度下的發(fā)射率。（黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為1。）應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體。
紅外熱像儀本身并不發(fā)射紅外，它只是被動(dòng)地吸收而已。這有兩重含義：第一，這種特征加上自然界任何物體都對(duì)外輻射紅外信號(hào)的特點(diǎn)，使之成為軍事價(jià)值極高的設(shè)備；第二，考慮到紅外線在空氣中衰減的幅度，作為高靈敏度探測(cè)器材料的要求是何等的高！尤其是要考慮紅外熱像儀本身也有紅外輻射的干擾時(shí)。因此，從紅外熱像儀誕生那天開始，對(duì)它的技術(shù)保密級(jí)別及它的價(jià)格都非常的高。這里，我們還姑且不談紅外探測(cè)器的生產(chǎn)工藝的難度和成品率。
這里，還要介紹一下像素?cái)?shù)。通常我們看到國(guó)內(nèi)外的紅外生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)上標(biāo)明：320×240、160×120、120×120甚至是382×288、640×480，這一般是指探測(cè)器聚焦平面陣列數(shù)，可以理解為：?jiǎn)卧綔y(cè)器的數(shù)量，那當(dāng)然是越多越好了。
也就是說，紅外熱像儀能否觀察到物體，取決于該紅外熱像儀的溫度分辨率和空間分辨率以及被測(cè)物體表面的紅外輻射強(qiáng)度和面積，我們甚至可以大略地理解為：溫度分辨率即是最小可辨溫差的能力，空間分辨率是顯示這種溫差的能力?，F(xiàn)階段溫度分辨率是以NETD實(shí)驗(yàn)條件下，環(huán)境溫度為30℃時(shí)探測(cè)器的最小可辨溫差，而不是熱像儀整機(jī)的溫度分辨率。因?yàn)樘綔y(cè)器本身的背景噪音如果為0.06℃時(shí)，后續(xù)處理所帶來的背景噪音疊加后肯定要高于0.06℃，至于能達(dá)到多少，那就要看各個(gè)廠家后續(xù)電子線路版塊的設(shè)計(jì)和處理能力了。這里值得說明的是：溫度分辨率和測(cè)溫精度是兩回事。前者是最小可辨溫差的能力；后者是重復(fù)測(cè)量的平均溫差。剛接觸紅外熱像儀的朋友通常會(huì)混淆這兩個(gè)概念。空間分辨率不能等同于視場(chǎng)角，視場(chǎng)角是指鏡頭而言，空間分辨率實(shí)際是指紅外熱像儀整機(jī)的分辨能力，它與探測(cè)器、電路、鏡頭有關(guān)，是個(gè)綜合指數(shù)，以mrad為單位，1.0mrad即千分之一弧度。
簡(jiǎn)單地講：紅外熱像儀就是利用某些特殊的材料對(duì)紅外光輻射能產(chǎn)生某些物理量的變化的特性，然后把這種變量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制后再轉(zhuǎn)變成圖象并測(cè)溫。這些特殊的材料多為：碲鎘汞、銻化銦、鉑化硅、氧化釩、硅摻雜（或多晶硅）等等。市場(chǎng)上所謂的“制冷”和“非制冷”之分，實(shí)際上是指有無制冷器而言。
我們知道：自然界一切溫度在絕對(duì)零度-273.15°C以上的物體，由于自身的分子熱運(yùn)動(dòng)都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其光譜范圍比較廣。分子和原子的運(yùn)動(dòng)愈劇烈，輻射的能量愈大，反之輻射的能量愈小。而現(xiàn)階段的紅外熱像儀都只能對(duì)其中某一小段光譜范圍的紅外光產(chǎn)生反應(yīng)。比如：3～5μm 或8～14μm，也就是所謂的“大氣窗口”——大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對(duì)3~5μm和8~14μm的熱紅外線卻受影響較小。因此，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。同時(shí)，物體向外發(fā)射的輻射強(qiáng)度取決于目標(biāo)物體的溫度和物體表面材料的輻射特性。同一種物質(zhì)在不同的狀況下（表面光潔度、環(huán)境溫度、氧化程度等等），向外輻射紅外能量的能力都不同，這種能力與假象中的黑體的比值就是該物質(zhì)在該溫度下的發(fā)射率。（黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為1。）應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體。
紅外熱像儀本身并不發(fā)射紅外，它只是被動(dòng)地吸收而已。這有兩重含義：第一，這種特征加上自然界任何物體都對(duì)外輻射紅外信號(hào)的特點(diǎn)，使之成為軍事價(jià)值極高的設(shè)備；第二，考慮到紅外線在空氣中衰減的幅度，作為高靈敏度探測(cè)器材料的要求是何等的高！尤其是要考慮紅外熱像儀本身也有紅外輻射的干擾時(shí)。因此，從紅外熱像儀誕生那天開始，對(duì)它的技術(shù)保密級(jí)別及它的價(jià)格都非常的高。這里，我們還姑且不談紅外探測(cè)器的生產(chǎn)工藝的難度和成品率。
這里，還要介紹一下像素?cái)?shù)。通常我們看到國(guó)內(nèi)外的紅外生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)上標(biāo)明：320×240、160×120、120×120甚至是382×288、640×480，這一般是指探測(cè)器聚焦平面陣列數(shù)，可以理解為：?jiǎn)卧綔y(cè)器的數(shù)量，那當(dāng)然是越多越好了。
也就是說，紅外熱像儀能否觀察到物體，取決于該紅外熱像儀的溫度分辨率和空間分辨率以及被測(cè)物體表面的紅外輻射強(qiáng)度和面積，我們甚至可以大略地理解為：溫度分辨率即是最小可辨溫差的能力，空間分辨率是顯示這種溫差的能力?，F(xiàn)階段溫度分辨率是以NETD實(shí)驗(yàn)條件下，環(huán)境溫度為30℃時(shí)探測(cè)器的最小可辨溫差，而不是熱像儀整機(jī)的溫度分辨率。因?yàn)樘綔y(cè)器本身的背景噪音如果為0.06℃時(shí)，后續(xù)處理所帶來的背景噪音疊加后肯定要高于0.06℃，至于能達(dá)到多少，那就要看各個(gè)廠家后續(xù)電子線路版塊的設(shè)計(jì)和處理能力了。這里值得說明的是：溫度分辨率和測(cè)溫精度是兩回事。前者是最小可辨溫差的能力；后者是重復(fù)測(cè)量的平均溫差。剛接觸紅外熱像儀的朋友通常會(huì)混淆這兩個(gè)概念。空間分辨率不能等同于視場(chǎng)角，視場(chǎng)角是指鏡頭而言，空間分辨率實(shí)際是指紅外熱像儀整機(jī)的分辨能力，它與探測(cè)器、電路、鏡頭有關(guān)，是個(gè)綜合指數(shù)，以mrad為單位，1.0mrad即千分之一弧度。
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