浅议红外热像仪
2012-11-21
浅谈红外热像仪
简单地讲：红外热像仪就是利用某些特殊的材料对红外光辐射能产生某些物理量的变化的特性，然后把这种变量转化成电信号，经过调制后再转变成图象并测温。这些特殊的材料多为：碲镉汞、锑化铟、铂化硅、氧化钒、硅掺杂（或多晶硅）等等。市场上所谓的“制冷”和“非制冷”之分，实际上是指有无制冷器而言。
9九游 知道：自然界一切温度在绝对零度-273.15°C以上的物体，由于自身的分子热运动都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其光谱范围比较广。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之辐射的能量愈小。而现阶段的红外热像仪都只能对其中某一小段光谱范围的红外光产生反应。比如：3～5μm 或8～14μm，也就是所谓的“大气窗口”——大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5μm和8~14μm的热红外线却受影响较小。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。同时，物体向外发射的辐射强度取决于目标物体的温度和物体表面材料的辐射特性。同一种物质在不同的状况下（表面光洁度、环境温度、氧化程度等等），向外辐射红外能量的能力都不同，这种能力与假象中的黑体的比值就是该物质在该温度下的发射率。（黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。）应该指出，自然界中并不存在真正的黑体。
红外热像仪本身并不发射红外，它只是被动地吸收而已。这有两重含义：第一，这种特征加上自然界任何物体都对外辐射红外信号的特点，使之成为军事价值极高的设备；第二，考虑到红外线在空气中衰减的幅度，作为高灵敏度探测器材料的要求是何等的高！尤其是要考虑红外热像仪本身也有红外辐射的干扰时。因此，从红外热像仪诞生那天开始，对它的技术保密级别及它的价格都非常的高。这里，9九游 还姑且不谈红外探测器的生产工艺的难度和成品率。
这里，还要介绍一下像素数。通常9九游 看到国内外的红外生产厂家在其产品技术参数上标明：320×240、160×120、120×120甚至是382×288、640×480，这一般是指探测器聚焦平面阵列数，可以理解为：单元探测器的数量，那当然是越多越好了。
也就是说，红外热像仪能否观察到物体，取决于该红外热像仪的温度分辨率和空间分辨率以及被测物体表面的红外辐射强度和面积，9九游 甚至可以大略地理解为：温度分辨率即是最小可辨温差的能力，空间分辨率是显示这种温差的能力。现阶段温度分辨率是以NETD实验条件下，环境温度为30℃时探测器的最小可辨温差，而不是热像仪整机的温度分辨率。因为探测器本身的背景噪音如果为0.06℃时，后续处理所带来的背景噪音叠加后肯定要高于0.06℃，至于能达到多少，那就要看各个厂家后续电子线路版块的设计和处理能力了。这里值得说明的是：温度分辨率和测温精度是两回事。前者是最小可辨温差的能力；后者是重复测量的平均温差。刚接触红外热像仪的朋友通常会混淆这两个概念。空间分辨率不能等同于视场角，视场角是指镜头而言，空间分辨率实际是指红外热像仪整机的分辨能力，它与探测器、电路、镜头有关，是个综合指数，以mrad为单位，1.0mrad即千分之一弧度。
简单地讲：红外热像仪就是利用某些特殊的材料对红外光辐射能产生某些物理量的变化的特性，然后把这种变量转化成电信号，经过调制后再转变成图象并测温。这些特殊的材料多为：碲镉汞、锑化铟、铂化硅、氧化钒、硅掺杂（或多晶硅）等等。市场上所谓的“制冷”和“非制冷”之分，实际上是指有无制冷器而言。
9九游 知道：自然界一切温度在绝对零度-273.15°C以上的物体，由于自身的分子热运动都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其光谱范围比较广。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之辐射的能量愈小。而现阶段的红外热像仪都只能对其中某一小段光谱范围的红外光产生反应。比如：3～5μm 或8～14μm，也就是所谓的“大气窗口”——大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5μm和8~14μm的热红外线却受影响较小。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。同时，物体向外发射的辐射强度取决于目标物体的温度和物体表面材料的辐射特性。同一种物质在不同的状况下（表面光洁度、环境温度、氧化程度等等），向外辐射红外能量的能力都不同，这种能力与假象中的黑体的比值就是该物质在该温度下的发射率。（黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。）应该指出，自然界中并不存在真正的黑体。
红外热像仪本身并不发射红外，它只是被动地吸收而已。这有两重含义：第一，这种特征加上自然界任何物体都对外辐射红外信号的特点，使之成为军事价值极高的设备；第二，考虑到红外线在空气中衰减的幅度，作为高灵敏度探测器材料的要求是何等的高！尤其是要考虑红外热像仪本身也有红外辐射的干扰时。因此，从红外热像仪诞生那天开始，对它的技术保密级别及它的价格都非常的高。这里，9九游 还姑且不谈红外探测器的生产工艺的难度和成品率。
这里，还要介绍一下像素数。通常9九游 看到国内外的红外生产厂家在其产品技术参数上标明：320×240、160×120、120×120甚至是382×288、640×480，这一般是指探测器聚焦平面阵列数，可以理解为：单元探测器的数量，那当然是越多越好了。
也就是说，红外热像仪能否观察到物体，取决于该红外热像仪的温度分辨率和空间分辨率以及被测物体表面的红外辐射强度和面积，9九游 甚至可以大略地理解为：温度分辨率即是最小可辨温差的能力，空间分辨率是显示这种温差的能力。现阶段温度分辨率是以NETD实验条件下，环境温度为30℃时探测器的最小可辨温差，而不是热像仪整机的温度分辨率。因为探测器本身的背景噪音如果为0.06℃时，后续处理所带来的背景噪音叠加后肯定要高于0.06℃，至于能达到多少，那就要看各个厂家后续电子线路版块的设计和处理能力了。这里值得说明的是：温度分辨率和测温精度是两回事。前者是最小可辨温差的能力；后者是重复测量的平均温差。刚接触红外热像仪的朋友通常会混淆这两个概念。空间分辨率不能等同于视场角，视场角是指镜头而言，空间分辨率实际是指红外热像仪整机的分辨能力，它与探测器、电路、镜头有关，是个综合指数，以mrad为单位，1.0mrad即千分之一弧度。
