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热成像原理

　 红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。　
红外热像仪最早是因为军事目的而得以开发，近年来迅速向民用工业领域扩展。自二十世纪70年代，欧美一些发达国家先后开始使用红外热像仪在各个领域进行探索。红外热像仪也经过几十年的发展，已经发展成非常轻便的现场测试设备。由于测试往往产生的温度场差异不大和现场环境复杂等因素，好的热像仪必须具备320*240像素、分辨率小于0.1℃、空间分辨率小、具备红外图像和可见光图像合成功能等。由于红外热成像技术能够进行非接触式的、高分辨率的温度成像，能够生成高质量的图像，可提供测量目标的众多信息，弥补了人类肉眼的不足，因此已经在电力系统、土木工程、汽车、冶金、石化、医疗等诸多行业得到广泛应用，未来的发展前景更不可限量。 　

一. 热成像原理 基础篇
　　现在我们来看看热像仪是如何完成这一转换的。光机扫描机构将红外望远镜所接收的景物热辐射图分解成热辐射信号，并聚焦到红外探测器上，探测器与图像视频系统一起将热辐射信号放大并转换成视频信号，通过显示器人们就可以看到一幅幅神奇的画面。热像仪能够在几百分之一摄氏度内识别出温度的微小差异。
　　热成像技术是根据所有物体都发热这一事实来实现的。尽管许多物体从外表看不出什么，但在其上仍有冷热之分。借助热图上的颜色我们可以看到温度的分布，红色、粉红表示比较高的温度，蓝色和绿色表示了较低的温度。

二. 热成像原理 科学篇
   所有不处于绝对零度的物体，均会发出不同波长的电磁辐射，物体的温度越高，分子或原子的热运动越剧烈，则红外辐射越强。辐射的频谱分布或波长与物体的性质和温度有关。衡量物体辐射能力大小的量，称为辐射系数。黑颜色或表面颜色较深的物体，辐射系数大，辐射较强；亮颜色或表面颜色较浅的物体，辐射系数小，辐射较弱。
人眼仅能看到很狭窄的一段波长的电磁辐射，称为可见光谱。而对于波长在0.4um以下或0.7um以上的辐射，人眼则无能为力了。电磁波谱中红外区域的波长在0.7um~1mm之间，人眼看不到红外辐射。
现代的热成像装置工作在中红外区域（波长3~5um）或远红外区域（波长8~12um）。通过探测物体发出的红外辐射，热成像仪产生一个实时的图像，从而提供一种景物的热图像。并将不可见的辐射图像转变为人眼可见的、清晰的图像。热成像仪非常灵敏，能探测到小于0.1℃的温差。
工作时，热成像仪利用光学器件将场景中的物体发出的红外能量聚焦在红外探测器上，然后来自与每个探测器元件的红外数据转换成标准的视频格式，可以在标准的视频监视器上显示出来，或记录在录像带上。由于热成像系统探测的是热而不是光，所以可全天候使用；又因为它完全是被动式的装置，没有光辐射或射频能量，所以不会暴露使用者的位置。
红外探测器分为两类：光子探测器和热探测器。光子探测器在吸收红外能量后，直接产生电效应；热探测器在吸收红外能量后，产生温度变化，从而产生电效应。温度变化引起的电效应与材料特性有关。
光子探测器非常灵敏，其灵敏度依赖于本身温度。要保持高灵敏度，就必须将光子探测器冷却至较低的温度。通常采用的冷却剂为斯太林（Stirling）或液氮。
热探测器一般没有光子探测器那么高的灵敏度但在室温下也有足够好的性能，因此不需要低温冷却。

三. 热成像的应用
　　从第二次世界大战开始，热成像技术就已应用在军事上。由于这种仪器是靠热辐射来工作的，它能够透过漆黑的战场让士兵们清楚地看到敌方的行踪。又由于它为无源性接收系统，比无线电雷达等可见光装置更安全、隐蔽。
　　现在，热成像技术已经广泛应用在日常生活当中。一个重要应用是诊断疾病，大家都知道，当某一部位出现炎症时，体温会升高，测量体温能够判断有无炎症，但不能确定炎症的具体位置，而热像仪可以直观给出人体温度场分布图，将病变的热图与正常热图比较，就可以从异常变化上诊断病的部位。热成像技术也能在手术室大显身手。当血液流经刚刚被安置的动脉血管时，热像仪上的动脉管的颜色由灰变白，而在通常情况下，肉眼是很难观察到血管是否畅通无阻的。
　　与诊断疾病类似，高压输变电的电器部件、火车轴箱、电路板等出现故障，也可以用热像仪直接观测检查，避免故障带来的损失。热像仪也可以用于地质调查，地热探查，森林植被分布，大气与海洋监测，火灾的发现与救援。热像仪可以帮助救援者发现那些被浓烟和黑暗隐僻住的遇难者，从而救出他们。
　　热成像技术还能帮助科学家们进一步探索宇宙的奥秘。可以预期未来热成像技术的应用领域将会得到更充分的开发，推广和普及。 
四. 热像仪品牌及产品举例介绍

    RNO公司于1940年成立于美国芝加哥，是全球历史最为悠久的热像仪生产企业，在二战中，RNO热像仪曾广泛应用美国军方。经过70年的发展，RNO下设了美国RNO热像仪公司，美俄合资RNO夜视仪公司。RNO是全球最为专业的热像仪公司，其下属的RNO夜视仪，在3,4代高端夜视仪领域拥有极大的知名度。

    70年来，RNO一直专门致力于热像技术的开发，RNO热像仪工厂分别设在美国、英国、日本和中国。RNO夜视仪则将工厂设立在俄罗斯。
    目前RNO 在全球拥有近5000名雇员，其授权分销商及服务分公司遍布全球100多个国家。
    美国RNO一直是全球热像仪技术的领导者。引领全球热像技术的发展。
    RNO以生产中高端热像仪为主，2011年，美国RNO以高达50%的市场份额位居全球热像仪首位，其传奇产品IR160以高达30%的市场份额连续5年位居全球热像仪销售宝座。这款售价不到5000美元的产品，以高达60HZ的帧频,多个移动点移动区高温自动捕捉，3个移动区域，可见光拍摄等功能，让其成为最具性价比产品，成为热像仪的一代神话。

    2013年3月，美国热成像仪技术周刊，评选了2012年度热成像仪风云产品。全球第一大热成像仪品牌RNO 新款IR160荣登榜首：
    RNO IR160作为一款入门级160*120的热成像仪，其获奖原因：
    高端热像仪的功能首次在5000美金一下的热成像仪中得到实现。
    1. 首款具有可见光拍摄的入门级热成像仪。
    2. 首款具有多个移动区域的入门级热成像仪。
    3. 首款50/60HZ 帧频的入门级热成像仪。
正是因为这样的突破。让其成为2012年年度风云产品。

探测器类型 RNO专利非制冷焦平面微热型探测器
像素 160×120
视场角/最小焦距 25o×19o /0.1m
空间分辨率 2.72mrad
热灵敏度 ≤0.06℃@30℃
帧频 50/60Hz
聚焦 手动调焦
波长范围 8～14um
内置可见光 130万像素，CMOS模组
液晶显示屏 2.7"TFT LCD，320×240
图像调整 自动/手动调整对比度、亮度
调色板 11种调色板可选（包括铁红，彩虹，黑白，黑白反转等）
测温范围 -20℃～+350℃

精度 ±2℃ 或 ±2%(读数范围），取大值

测温较正 自动/手动
测量模式 实时4个可移动点，3个可移动区域（最高温、最低温捕捉、平均温度测量），线测温，等温分析，温差测量，温度报警（声音、颜色）
设置功能 日期/时间，温度单位℃/°F/K，语言
辐射率校正 0.01至1.0辐射率可调 （增量为 0.01 ），或通过预定义的物质辐射率表校正辐射率
背景温度校正 自动
大气透过率修正 自动，根据输入的目标距离、相对湿度、环境温度
存储卡 2G Micro SD（TF）卡，最高支持16G
存储方式 手动 / 自动存储，单帧红外存储、红外与可见光关联存储
红外图像格式 JPEG格式，带红外原始测量数据图像
可见光图像格式 JPEG格式
语音注释 60秒语音记录，随图像一同存储（内置麦克风）
激光指示器 二级，1mW/635nm红色
电池类型 锂电池，可充电
电池工作时间 4小时连续工作
充电类型 智能充电器充电或随机（AC电源适配器或12V车内电源）充电
省电模式 自动休眠，自动关机
工作温度 15℃- +50℃
存储温度 -40℃- +70℃
防护等级 IP54
抗冲击 25G，IEC 68-2-29
抗振动 2G，IEC 68-2-6 等级
跌落 2米
湿度 ≤95％（非冷凝）
重量 0.96kg
尺寸 228mm×103mm×243mm
扶手带 两侧均可安装
三脚架 1/4″-20-UNC
存储卡槽 Micro SD(TF)卡座
电源接口 有，DC 12V
视频输出 有，PAL/NTSC
数据接口 Mini-USB ， 图像/测量数据/语音传输至计算机