紅外熱像儀原理

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電磁波譜包括了無線電波、紅外線、紫外線以及X射線等。它們的波長不同，其中波長在400~760納米之間就是一般的可見光。

可見光由七種顏色不一的光組成，即紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。顏色不同，波長也不同：波長最長的是紅色光，接下來是橙、黃、綠、藍、靛、紫。也就是說紫色光波長最短。可見光譜visible spectrum是波段范圍在380～780nm，人的視覺可以感受的光譜。如白光經(jīng)棱鏡或光柵色散后呈紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫彩帶，即為可見連續(xù)光譜。在可見區(qū)也有線光譜及帶狀光譜?？梢姽庾V是整個電磁波譜中極小的一個區(qū)域。

紅外光譜 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究開始于 20 世紀(jì)初期，自 1940 年商品紅外光譜儀問世以來，紅外光譜在有機化學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。近幾十年來一些新技術(shù) （如發(fā)射光譜、光聲光譜、色——紅聯(lián)用等）的出現(xiàn)，使紅外光譜技術(shù)得到更加蓬勃的發(fā)展。

紅外光是電磁光譜的一部分。肉眼可以檢測可見光或可見輻射。但是還存在我們不可見的其他形式的光（輻射）。肉眼只能看到電磁光譜的很小一部分。光譜一端是不可見的紫外光，另一端是不可見的紅外光。紅外輻射介于電磁光譜的可見光輻射和微波輻射之間。紅外輻射源主要為熱量或熱輻射。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。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在廣泛的輻射。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3~6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，清晰地觀察到前方的情況。 

 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。

紅外熱成像的理論基礎(chǔ)是斯蒂芬—波爾茲曼定律。該定律指出黑體表面單位面積所發(fā)射的各種波長的總輻射功率與其熱力學(xué)溫度的四次方成正比。即：式中，Mb為黑體表面單位面積所發(fā)射的各種波長的總輻射功率，T為其對應(yīng)的熱力學(xué)溫度，б為斯忒藩常數(shù) ：

紅外熱成像技術(shù)是在紅外波段3μm~6μm和8μm~14μm兩個大氣窗口，利用場景中物體本身的熱輻射，將熱目標(biāo)的紅外圖像轉(zhuǎn)換為可見光圖像。其轉(zhuǎn)換過程為：熱像儀對準(zhǔn)目標(biāo)時其瞬時視場將物體的表面看作一個個像元，然后通過內(nèi)部機構(gòu)將含有像元溫度的輻射能量匯聚到探測器上，從而探測器的輸出電信號幅度與輸入的輻射能量大小成正比，最后經(jīng)信號處理在顯示器上顯示出對應(yīng)于物體表面溫度分布的熱像圖。在整個過程中，熱像儀陣列的每個傳感器接受對應(yīng)于目標(biāo)上的一個像元，每個像元對應(yīng)的輸入輻射在焦平面上成像，隨后通過置于焦平面的光電或是熱電系統(tǒng)將每個像元含有的輻射能轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過后置電路的放大及去噪顯示在顯示器上。

          圖2 紅外成像過程圖解

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