红外热成像仪的发展历程及工作原理
和普威视带您走进红外热成像发展历史
北京和普威视带您走进红外热成像发展历史红外热成像技术，也是一个有非常广阔前途的高科技技术，其大量的应用将会引起许多行业变革性的改变。
一、什么是红外热成像？光线是大家熟悉的。
光线是什么？光线就是可见光，是人眼能够感受的电磁波。
可见光的波长为：0.38 ～0.78 微米。
比0.38 微米短的电磁波和比0.78 微米长的电磁波，人眼都无法感受。
比0.38 微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外，称为紫外线，比0.78 微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线。
红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78 ～1000微米的电磁波。
其中波长为0.78 ～2.0 微米的部分称为近红外，波长为2.0 ～1000 微米的部分称为热红外线。
照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。
自然界中，一切物体都辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。
目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，换一句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
二、红外热成像的特点是什么？有位著名的美国红外学者指出：“人类的发展可分为三个阶段。
第一个阶段是人类通过制造工具，扩展体力活动的能力，第二阶段通过提高判断能力，寻求更清晰和更广泛的理解与判断事物的标准，而人类近年来致力的增强获得输入信息的能力，扩大感觉范围或增填新的感官，使我们的大脑能接受更多的信息，正是人类发展的第三阶段。
在这个阶段中，红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种”。
这一席话，我认为恰如其分的道出了红外热成像技术在当代的重要性。
因为，我们周围的物体只有当它们的温度高达1000 ℃以上时，才能够发出可见光。
相比之下，我们周围所有温度在绝对零度（-273 ℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。
红外线热成像仪的原理
红外线热成像仪的原理红外线热成像仪是一种非接触式的温度测量仪器，其原理基于物体的红外辐射特性。
红外线热成像仪利用光学系统将物体的红外辐射聚焦到探测器上，然后通过电子系统处理信号，最终在显示器上呈现物体的热图像。
一、红外辐射原理所有物体都会发出红外辐射，这是由于物体内部的微观粒子的振动和运动产生的。
温度越高，物体发出的红外辐射的强度越高。
红外线热成像仪通过测量物体发出的红外辐射强度来推断物体的温度。
二、工作原理红外线热成像仪由光学系统、探测器和电子系统三部分组成。
1.光学系统光学系统的作用是将目标物体的红外辐射聚焦到探测器上。
它通常由透镜或反射镜组成，具有过滤和聚焦的功能。
通过过滤器，光学系统只允许特定波长的红外辐射进入，以减少其他干扰信号的影响。
2.探测器探测器是红外线热成像仪的核心部分，负责接收和测量目标物体的红外辐射。
探测器通常由一系列的热电偶或热电阻组成，能够将红外辐射转换为电信号。
探测器的性能决定了红外线热成像仪的灵敏度和精度。
3.电子系统电子系统负责处理探测器输出的信号，将其转换为可显示的图像。
电子系统通常包括放大器、信号处理器和显示器等组件。
放大器将探测器输出的微弱电信号放大，信号处理器对信号进行进一步处理和修正，最后在显示器上呈现目标物体的热图像。
三、特点及应用红外线热成像仪具有非接触、快速、高精度和高灵敏度等特点，广泛应用于军事、工业、医疗等领域。
在军事领域，红外线热成像仪用于夜视侦查和瞄准目标；在工业领域，红外线热成像仪用于设备故障检测和产品质量检测；在医疗领域，红外线热成像仪用于疾病诊断和治疗监测。
总之，红外线热成像仪是一种基于物体红外辐射特性的温度测量仪器，其工作原理主要包括光学系统、探测器和电子系统三部分。
由于具有非接触、快速、高精度和高灵敏度等特点，红外线热成像仪在军事、工业、医疗等领域得到了广泛应用。
随着技术的不断发展，红外线热成像仪的应用前景将更加广阔。
红外热像仪原理
红外热像仪原理
红外热像仪是一种测量和记录目标物体表面温度分布的设备。
它基于热辐射原理，利用物体发射的红外辐射来获取其表面温度信息，并将其转化为热像图。
红外热像仪的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 红外辐射接收：红外热像仪使用一种称为红外探测器的器件来接收目标物体发射的红外辐射。
红外辐射是一种电磁波，如果物体温度高于绝对零度（-273.15摄氏度），它就会发射红
外辐射。
2. 辐射转换：红外探测器接收到红外辐射后，将其转化为电信号。
这个过程是通过材料中的特殊特性实现的，例如热电效应、焦耳效应或半导体效应。
3. 电信号处理：红外热像仪将接收到的电信号进行放大和滤波等处理，以提高信噪比和图像质量。
4. 热图生成：经过处理的电信号被传送到图像处理单元，进一步转化为热图。
在热图中，不同颜色表示不同温度的区域，从而形成一幅以温度为信息的热像。
需要注意的是，红外热像仪只能感测物体表面的红外辐射，并不能穿透物体测量内部温度。
此外，由于红外辐射是相对较弱的，高温物体的辐射强度较低，因此在应用中需要根据具体情况选择适合的探测器灵敏度和镜头焦距。
红外热像仪在许多领域得到广泛应用，包括建筑检测、电气设备故障排查、火灾预警、医学诊断等。
通过获取目标物体表面的温度信息，红外热像仪可以帮助用户发现问题区域，提高工作效率，减少损失。
红外热成像技术
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环境监测
监测大气、土壤、水资源等环 境指标，助力环境保护和治理
。
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环境质量监测
利用红外热成像技术可以监测城市空气质量、工业污染等环境问题 ，帮助政府部门制定环境保护政策。
生态保护
红外热成像技术可以观察动植物体的温度分布，为生态保护域，红外热成像技 术可以用于火灾监测、救援和灭 火，提高安全保障水平。
交通安全
在交通安全领域，红外热成像技 术可以用于夜间和恶劣天气下的 道路监测，提高交通安全保障能 力。
未来红外热成像技术的发 展方向
提高图像质量
高分辨率
提高红外热成像的分辨率，使得能够更清晰地识 别目标细节。
灵敏度提升
增强红外探测器的灵敏度，提高对微弱热辐射的 检测能力。
动态范围扩展
增大红外热成像的动态范围，使其能够适应更广 泛的温度变化。
降低成本
1 2
批量生产
通过规模化生产，降低红外热成像设备的制造成 本。
红外热成像技术的应用领域
• 医疗领域：红外热成像技术在医疗领域的应用包括无创检测、疾病诊断、理疗 等。例如，通过红外热成像技术可以检测出肿瘤、炎症等病变部位的温度异常 ，为医生提供有价值的诊断信息。
• 工业领域：在工业领域，红外热成像技术可用于检测设备故障、评估产品质量 等。例如，对电力设备进行红外热成像检测，能够发现潜在的故障和隐患，提 高设备运行的安全性和稳定性。
材料成本降低
研发低成本、高性能的红外材料，降低设备采购 成本。
3
技术创新
持续推动红外热成像技术的创新与优化，降低维 护与升级成本。
发展新型应用领域
红外热成像仪原理和分类
红外热成像仪分类和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。
红外辐射简介红外辐射是指波长在0.75um至lOOOum，介于可见光波段与微波波段之间的电磁辐射。
红外辐射的存在是由天文学家赫胥尔在1800年进行棱镜试验时首次发现。
红外辐射具有以下特点及应用：（1）所有温度在热力学绝对零度以上的物体都自身发射电磁辐射，而一般自然界物体的温度所对应的辐射峰值都在红外波段。
因此，利用红外热像观察物体无需外界光源，相比可见光具有更好的穿透烟雾的能力。
红外热像是对可见光图像的重要补充手段，广泛用于红外制导、红外夜视、安防监控和视觉增强等领域。
（2）根据普朗克定律，物体的红外辐射强度与其热力学温度直接相关。
通过检测物体的红外辐射可以进行非接触测温，具有响应快、距离远、测温范围宽、对被测目标无干扰等优势。
因此，红外测温特别是红外热像测温在预防性检测、制程控制和品质检测等方面具有广泛应用。
（3）热是物体中分子、原子运动的宏观表现，温度是度量其运动剧烈程度的基本物理量之一。
各种物理、化学现象中，往往都伴随热交换及温度变化。
分子化学键的振动、转动能级对应红外辐射波段。
因此，通过检测物体对红外辐射的发射与吸收，可用于分析物质的状态、结构、状态和组分等。
（4）红外辐射具有较强的热效应，因此广泛地用于红外加热等。
综上所述，红外辐射在我们身边无处不在。
而对于红外辐射的检测及利用，更是渗透到现代军事、工业、生活的各个方面。
由于人眼对于红外辐射没有响应，因此对于红外辐射的感知和检测必须利用专门的红外探测器。
红外辐射波段对应的能量在O.leV-l.OeV之间，所有在上述能量范围之内的物理化学效应都可以用于红外检测。
(完整版)医用红外热像仪的发展、原理及应用
一:医用红外热成像技术的发展史最早使用生物热学诊断技术的记录可以在大约公元前480年希波克拉底（希腊名医）的著作中找到。
方法是将病人的身体表面涂满泥巴，观察什么部位干的最快，以此判断器官疾病情况。
20世纪50年代,军队开始使用红外热成像技术监控夜间行进的队伍，引领了热成像诊断技术的新纪元.到了20世纪50年代中期红外热成像技术允许医学目的的应用。
红外热成像技术第一次的诊断应用是在1956年,Lawson发现患有乳癌的乳房皮肤表面温度要高于正常的组织温度。
他还发现癌症患者的血管温度要高于动脉温度。
在1972年美国卫生教育和福利部发表一篇论文,其中部长Thomas Tiernery写到,“医学顾问证实当前红外热成像技术作为一种诊断技术在以下4个领域的发展已经超越了实验阶段：(1）女性乳房病理检查，(2）…”.1982年1月29日，美国食品药品监督局批准红外热成像技术做为一种乳癌成像检测手段。
20世纪70年代之后，大量的医学中心和诊所开始将红外热成像技术用于各种目的的诊断.二、医用红外热成像技术的原理上海欧美大地的医用红外热成像技术的原理，所有高于绝对温度（－273K）的物体都会发射红外辐射，霍尔兹－波兹曼发现红外辐射及温度之间的关系。
物体表面发射的红外辐射与物体表面的辐射率及绝对温度成正比。
人体的辐射率接近1％,类似黑体，即几乎能100%辐射红外能量。
这样就可以通过人体皮肤的红外辐射得出人体温度分布。
医用红外热成像技术就是通过接收病人身体表面的红外辐射，对病人身体表面及热区温度进行检测、记录、成像。
图像可以提供被检测区域的温度对比信息,对被检测区域进行定性和定量检测。
三、医用红外热成像技术与其他诊断技术的区别目前医院一般常用的检查设备有B超、12导心电图机、生化分析仪、骨密度测定仪、近红外乳透仪、彩色超声多谱乐、电子胃肠镜、肺功能仪、X光机等.常规的检查设备在疾病的的诊断方面都有其局限性，对病人有侵入或伤害性。
红外热成像原理
下图就是RNO非常知名的HC系列热像夜视仪，改系 列产品与2002年为美 军定制，目前美 军采购量超过10万 台，前期美国海豹突击队人手配备一台HC640. 2010年， RNO与美 军共同研发的TC系列超高清红外夜视热成像仪 成功，RNO HC系列才得以成功转为民用，也让很多打猎 爱好者有机会使用这款传奇的红外夜视热成像仪。
六、红外热像仪介绍
• 作为最为高科技产品，红外夜视热成像仪主 要的知名品牌大都是在美国的。虽然近年来中国 在热成像仪的领域也取得了很大的发展，但是用 在侦察、打猎、巡逻的领域还是很少的。 针对于 红外夜视热成像仪的品牌来说那就太多了，如果 一个一个的挑选都不知道要到何年何月了，所以 针对购买红外夜视热成像仪，最简单的方法就是 选择大品牌，大品牌首先肯定是质量绝对过关的， 其次就是售后，高端仪器一旦发生售后问题那是 相当的麻烦的，大品牌就可以完全避免这些麻烦。 下面说说几个国际的几个大品牌。
红外热成像原理
目前，新的热成像仪主要采用非致冷 焦平面阵列技术，集成数万个乃至数十万 个信号放大器，将芯片置于光学系统的焦 平面上，无须光机扫描系统而取得目标的 全景图像，从而大大提高了灵敏度和热分 辨率，并进一步地提高目标的探测距离和 识别能力。
一、红外热像图和可见光图比较
红外热图像
可见光图像
二、红外线的发现
三、红外热成像技术的基础知识－电磁波谱
我们通常把波长大于红色光线波长0.75µm，小于 1000µm的这一段电磁波称作“红外线”，也常称作“红 外辐射”。红外线按照波长不同可以分为：近红外0.75 – 3µm；中红外3 – 6 µm；远红外6 – 15µm；极远红外15 – 1000 µm。
四、红外辐射的大气穿透
红外线在大气中穿透比较好的波段，通常称为“大气窗口”。红 外热成像检测技术，就是利用了所谓的“大气窗口”。短波窗口在1-5μm之间，而长波窗口则是在8--14μm之间。 一般红外线热像仪使用的波段为:短波 (3µm -- 5µm); 长波 ( 8µm --14µm) 。
红外热像仪工作原理
红外热像仪工作原理
红外热像仪，也叫热成像仪，是一种用来检测物体表面温度的仪器。
它可以检测物体表面温度，并将温度变化转换成图像，以便更加直观的查看物体的温度分布情况。
红外热像仪的工作原理可以概括为：首先，它接收物体反射的红外辐射，然后将接收到的红外辐射转换为电脉冲，最后，将其转换成可视图像，从而显示出物体表面温度的分布情况。
红外热像仪的原理主要是利用黑体原理，即物体在热辐射的作用下，会发射不同的红外辐射。
这些红外辐射的强弱取决于物体的温度，越高的温度发射的辐射越强，越低的温度发射的辐射越弱。
红外热像仪接收到的红外辐射强度与物体的表面温度成正比。
红外热像仪的优点：红外热像仪可以快速、非接触地检测物体表面温度，并将温度变化以图像的形式直观地显示出来，这样可以大大提高检测效率。
它还可以用于检测隐藏在物体表面以下的温度变化，从而进行更为精确的检测。
红外热像仪也可以用于环境监测，可以用来检测地表温度，从而为气候变化研究提供有效信息。
红外热像仪在工业、农业、环境监测等领域都有很广泛的应用，它可以检测物体表面温度，并可以将温度变化转换为图像，这样能更加直观地查看物体的温度分布情况，为工业、农业、环境监测等领域提供更多的便利。
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红外热成像仪的发展历程及工作原理
“红外线”一词源于“pastred”，是超出红色之外的意思，表示该波长在电磁辐射频谱中所处的位置。
“thermography”一词是采用同根词生成的，意思是“温度图像”。
热成像的起源归功于德国天文学家SirWilliamHerschel，他在1800年使用太阳光做了一些实验。
Herschel让太阳光穿过一个棱镜并在各种颜色处放置温度计，利用灵敏的水银温度计测量每种颜色的温度，结果发现了红外辐射。
Herschel发现，当越过红色光线进入他称为“暗红热”区域时，温度便会升高。
“暗红热”即是现在人们所说的红外热能，处于被称为电磁辐射的电磁波频谱区域。
二十年后，德国物理学家ThomasSeebeck发现了温差电效应。
在该发现的基础上，意大利物理学家LeopoldoNobili于1829年发明了热量倍增器（即早期版本的热电偶）。
这种简单的接触式设备的工作原理是两个异种金属之间的电压差会随着温度的变化而变化。
过了不久，Nobili的合作伙伴MacedonioMelloni把热量倍增器改进为热电堆（以串联方式安装热量倍增器）并将热辐射集于热电堆上，这样，他可以检测到9.1米（33英尺）远处的人类体热。
1880年，美国天文学家SamuelLangley使用辐射热检测仪探测到304米(1000英尺）以外的牛的体热。
辐射热
检测仪测量的不是电压差异，而是与温度变化有关的电阻变化。
SirWilliamHerschel的儿子SirJohnHerschel于1840年使用名为“蒸发成像仪”的设备制作出第一幅红外图像。
热图像是薄油膜的蒸发量差异形成的，可以借助油膜上反射出的光线进行查看。
热像仪是一种无需与设备直接接触便可检测出红外波长频谱中的热图案的设备。
早期型号的热像仪称为“光导探测器”。
从1916年至1918年，美国发明家TheodoreCase利用光导探测器做实验，通过与光子（而不是热能）直接交互作用产生信号，最终发明了速度更快、更灵敏的光导探测器。
20世纪四十年代和五十年代期间，为了满足日益增长的军事应用领域的需求，热成像技术不断演变，取得了长足的发展。
德国科学家发现，通过冷却光导探测器可以提高整体性能。
直到20世纪六十年代，热成像技术才被用于非军事应用领域。
虽然早期的
热成像系统很笨重、数据采集速度缓慢而且分辨率不佳，但它们还是被用于工业应用领域，例如检查大型输配电系统。
20世纪七十年代，军事应用领域的持续发展造就了第一个便携式系统。
该系统可用于建筑诊断和材料无损测试等应用领域。
20世纪七十年代的热成像系统结实耐用而且非常可靠，但与现代热像仪相比，它们的图像质量不佳。
到20世纪八十年代初期，热成像技术已广泛应用于医疗、主流行业以及建筑检查领域。
经过校准后，热成像系统可以制作完全的辐射图像，这样便可测量该图像中任意位置的辐射温度。
辐射图像是指包含图像内各点处的温度测量计算值的热图像。
安全可靠的热像仪冷却器经过改进，取代了沿用已久的用于冷却热像仪的压缩气或液化气。
此外，人们还开发并大量生产了成本较低、基于管道的热电光导摄像管(PEV)热成像系统。
虽然不能进行辐射测量，但PEV热成像系统轻巧灵便、携带方便，而且无需冷却便可操作。
20世纪八十年代后期，一种称为焦平面阵列(FPA)的新设备从军事应用领域转移至商业市场。
焦平面阵列(FPA)是一种图像传感设备，由位于镜头焦平面处的红外传感探测器的阵列（通常为矩形）组成。
这大大改进了原始的扫描式探测器，从而提高了图像质量和空间分辨率。
现代热像仪上的典型阵列的像素范围为：16×16至640×480。
从这个角度来说，像素是可以检测红外能量的FPA的最小独立元素。
对于特殊应用场合，阵列的像素可以达到1000×1000以上。
第一个数字代表每个垂直列中的像素数，第二个数字代表屏幕上显示的行数。
例如，160×120阵列的总像素为19,200（160像素×120像素=19,200总像素）。
自2000年以来，使用多个探测器的FPA技术的发展不断加快。
长波热像仪用于检测8µm至15µm波长范围内的红外能量。
微米(µm)是一个长度测量单位，等于1毫米（0.001米）的千分之一。
中波热像仪用于检测2.5µm至6µm波长范围内的红外能量。
长波和中波热成像系统均提供全面的辐射型号，图像融合度和热灵敏度通常为0.03SDgrC(0.054SDgrF)或更低。
红外热像仪的光路图
这些系统的成本在过去十年间降低了十倍以上，但质量得到了大幅度提升。
此外，用于图像处理的计算机软件的应用也有了显著的发展。
现在，几乎所有商业类型的红外系统均使用软件来协助分析和撰写报告。
报告可快速生成并在互联网上以电子形式发，或以一种常见格式（例如PDF）保存，而且还可以刻录在多种数字存储设备上。
红外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。
辐射是指辐射能（电磁波）在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。
现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。
所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。
红外热像仪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。
通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。
人类一直都能够检测到红外辐射。
人体皮肤内的神经末梢能够对低达±0.009°C(0.005°F)的温差作出反应。
虽然人体神经末梢极其敏感，但其构造不适用于无损热分析。
例如，尽管人类可以凭借动物的热感知能力在黑暗中发现温血猎物，但仍可能需要使用更佳的热检测工具。
由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制，因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。
这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具。