紅外熱像儀基礎(chǔ)知識

紅外熱像儀的發(fā)展可分為三個階段，第一個階段是人類通過制造工具，擴展體力活動的能力；第二個階段通過提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標(biāo)準(zhǔn)；而人類近年來致力的增強獲得輸入信息的能力，擴大感覺范圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發(fā)展的第三階段。

在這個階段中，紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種。在海灣戰(zhàn)爭中，高科技武器展示了先進技術(shù)的廣闊平臺，成為世界科技發(fā)展的風(fēng)向計，也成為世界各國競相研究和開發(fā)的方向和重點。這些高科技技術(shù)也因此成為新的產(chǎn)業(yè)和投資熱點，創(chuàng)造了億萬的財富和無法預(yù)計的社會效益。在這些新科技中，以衛(wèi)星定位（GPS）和紅外熱成像（TIS）兩項技術(shù)。衛(wèi)星定位系統(tǒng)（又稱GPS）已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，成為從軍事到民用都有寬廣發(fā)展前途的行業(yè)，其應(yīng)用的發(fā)展速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們的預(yù)想，例如：在在廣泛使用的汽車防盜定位系統(tǒng)等。

紅外熱成像技術(shù)，也是一個有非常廣闊前途的高科技技術(shù)，其大量的應(yīng)用將會引起許多行業(yè)變革性的改變。

一、什么是紅外熱成像？

光線是大家熟悉的。光線是什么？光線就是可見光，是人眼能夠感受的電磁波?？梢姽獾牟ㄩL為：0.38—0.78微米。比0.38微米短的電磁波和比0.78微米長的電磁波，人眼都無法感受。比0.38微米短的電磁波位于可見光光譜紫色以外，稱為紫外線，比0.78微米長的電磁波位于可見光光譜紅色以外，稱為紅外線。紅外線，又稱紅外輻射，是指波長為0.78~1000微米的電磁波。其中波長為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外，波長為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。照相機成像得到照片，電視攝像機成像得到電視圖像，都是可見光成像。自然界中，一切物體都可以輻射紅外線，因此利用探測儀測定目標(biāo)的本身和背景之間的紅外線差并可以得到不同的紅外圖像，熱紅外線形成的圖像稱為熱圖。目標(biāo)的熱圖像和目標(biāo)的可見光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標(biāo)可見光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布圖像，換一句話說，紅外熱成像使人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布，變成人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像。

二、紅外熱成像的特點是什么？

有位著名的美國紅外學(xué)者指出：“人類的發(fā)展可分為三個階段。第一個階段是人類通過制造工具，擴展體力活動的能力，第二階段通過提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標(biāo)準(zhǔn)，而人類近年來致力的增強獲得輸入信息的能力，擴大感覺范圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發(fā)展的第三階段。在這個階段中，紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種”。這一席話，我認(rèn)為恰如其分的道出了紅外成像技術(shù)在當(dāng)代的重要性。因為，我們周圍的物體只有當(dāng)它們的溫度高達1000℃以上時，才能夠發(fā)出可見光。相比之下，我們周圍所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會不停地發(fā)出熱紅外線。例如，我們可以計算出，一個正常的人所發(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。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個重要的特性。

1．大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個窗口，可以使人們在完全無光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場，清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個特點，熱紅外成像技術(shù)軍事上提供了先進的夜視裝備并為飛機、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)。熱輻射的這個特點使人們可以利用它來對物體進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，保護環(huán)境等等方面提供了一個重要的檢測手段和診斷工具。

三、紅外熱成像儀器

根據(jù)物體能夠發(fā)射紅外線的特點，各國競相開發(fā)出各種紅外熱成像儀器。美國德克薩斯儀器公司（TI）在1964年首次研制成功第一代的熱紅外成像裝置，叫紅外前視系統(tǒng)，這類裝置利用光學(xué)元件運動機械，對目標(biāo)的熱輻射進行圖像分解掃描，然后應(yīng)用光電探測器進行光——電轉(zhuǎn)換，最后形成視頻圖像信號，并在熒屏上顯示，紅外前視系統(tǒng)至今仍是軍用飛機、艦船和坦克上的重要裝置。

六十年代中期，在紅外前視裝置的基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有溫度測量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置，通常稱為熱像儀。

七十年代研制出不需致冷的紅外熱電視產(chǎn)品。

九十年代出現(xiàn)致冷型和非致冷型的焦平面紅外熱成像產(chǎn)品，這是一種最新一代的紅外電視產(chǎn)品，可以進行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，把紅外熱成像的應(yīng)用提高到一個新的階段。

七十年代中國有關(guān)單位已經(jīng)開始對紅外熱成像技術(shù)進行研究，到八十年代初，中國在長波紅外元件的研制和生產(chǎn)技術(shù)上有了一定進展。到了八十年代末和九十年代初，中國已經(jīng)研制成功了實時紅外成像樣機，其靈敏度、溫度分辨率都達到很高的水平。進入九十年代，中國在紅外成像設(shè)備上使用低噪音寬頻帶前置放大器，微型致冷器等關(guān)鍵技術(shù)方面有了發(fā)展，并且從實驗走向應(yīng)用，主要用途用于部隊，例如便攜式野戰(zhàn)熱像儀，反坦克飛彈、防空雷達以及坦克、軍艦火炮等。

中國在紅外熱成像技術(shù)方面，已經(jīng)投入了大量人力物力，形成了相當(dāng)規(guī)模的研發(fā)力量，但是總的來講，與世界先進水平差距很大，與西方相比，約差10年以上。

目前國外已經(jīng)開始在部隊裝備第二代紅外熱成像儀，并開始了第三代的研發(fā)工作，但中國現(xiàn)在才推廣第一代紅外成像儀。在國際上，美國、法國、以色列是這方面的先行者，其它國家包括俄羅斯均處下游水平。

近幾年來，中國的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設(shè)備的先進性也可同西方同步，相信中國和西方的差距會進一步縮小，尤其在新技術(shù)的應(yīng)用方面更可以獨樹一幟。紅外熱成像產(chǎn)品，可以分為致冷型的.非致冷型兩大類。

目前，最先進的紅外熱成像儀，其溫度靈敏的可達0.03攝氏度。無論白天、黑夜均可用于持紅外儀來探測叢林中的敵人，其距離可達百米之遙，作為邊防緝私，更可以追蹤海上走私的大飛機，其距離可達數(shù)公里。通過熱像儀不僅可實時對目標(biāo)進行觀測，更可以通過其行蹤軌跡的“熱痕跡”進行動態(tài)分析，因為一般物體的熱發(fā)散有一定的時間性，有些物體的熱發(fā)散需要很大時間。例如部隊點燃的炊煙，曾經(jīng)發(fā)動過的車輛等都可以留下“熱痕跡”。

第一代熱像儀主要由帶有掃描裝置的光學(xué)儀器和電子放大線路、顯示器等部件組成，已經(jīng)成功裝備部隊，并在夜間的地面觀察、空中偵察、水面保險等作出重要的貢獻。第二代熱成像儀主要采用焦平面陣列技術(shù)，集成數(shù)萬個乃至數(shù)十萬個信號放大器，將芯片置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，取得目標(biāo)的全景圖像，無需光——機掃描系統(tǒng)，大大提高了靈敏度和熱分辨率，可以進一步提高目標(biāo)的探測距離和識別能力。 (end) 紅外熱像儀相關(guān)文章:紅外熱像儀原理