1、彼岸公司培訓(xùn)彼岸公司培訓(xùn)其他綜合其他綜合知識知識熱圖像熱圖像拍攝技術(shù)拍攝技術(shù)儀器操作儀器操作 紅外理論紅外理論 熱圖像熱圖像分析技術(shù)分析技術(shù) 輻射知識輻射知識 紅外線的發(fā)現(xiàn)紅外線的發(fā)現(xiàn) - 1800年年 William Herschel 18180000年年英國的天文學(xué)家英國的天文學(xué)家Mr.William Herschel Mr.William Herschel 用分光棱鏡將太陽用分光棱鏡將太陽光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應(yīng)。光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水銀溫度計移到他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水銀溫度計移到紅色光邊界以外，人眼看不見任何光線紅色

2、光邊界以外，人眼看不見任何光線的黑暗區(qū)的黑暗區(qū)的時候，溫度反而比紅光區(qū)更高。反復(fù)試驗證明，的時候，溫度反而比紅光區(qū)更高。反復(fù)試驗證明，在紅光在紅光外側(cè)外側(cè)，確實存在一種人眼看不見的，確實存在一種人眼看不見的“熱線熱線”，后來稱為，后來稱為“紅外線紅外線”，也就是也就是“紅外輻射紅外輻射”。 紅外線的發(fā)現(xiàn)紅外線的發(fā)現(xiàn) - 1800年年 William Herschel 通常把波長大于紅色光線波長通常把波長大于紅色光線波長0.750.75m m ，小于，小于10001000m m的的這一段電磁波稱作這一段電磁波稱作“紅外線紅外線” ” ，也常稱作，也常稱作“紅外輻紅外輻射射” ” 近紅外線近紅外線

3、 - 0.75- 0.75m 3m 3m m； 中紅外線中紅外線 - 3- 3m 6m 6m m；( (中波中波) ) 遠(yuǎn)紅外線遠(yuǎn)紅外線 - 6- 6m 15m 15m m；( (長波長波) ) 極遠(yuǎn)紅外線極遠(yuǎn)紅外線 - 15- 15m 1000m 1000m m 紅外線的分類紅外線的分類 吸收分子吸收分子透透射射率率近紅外近紅外中紅外中紅外遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外波長波長0531814 15紅外線在大氣中穿透比較好的波段，通常稱為紅外線在大氣中穿透比較好的波段，通常稱為 “大氣窗口大氣窗口”。紅外熱成像檢測技術(shù)，就是利用了所謂的。紅外熱成像檢測技術(shù)，就是利用了所謂的“大氣窗口大氣窗口”。短波窗口短波窗口

4、在在1 1-5m-5m之間，而之間，而長波窗口長波窗口則是在則是在8 8-14m-14m之間之間 一般紅一般紅外外線熱像儀使用的波段為線熱像儀使用的波段為: :短波短波 (3(3m - 5m - 5m); m); 長波長波 ( 8( 8m -14m -14m m) 入射輻射 Win反射輻射 W 吸收輻射 W 透射輻射 W W+W+W= Win=100%+=1反射輻射源反射輻射 W TTT透射輻射源透射輻射W 自身輻射W物體發(fā)出的輻射WexW+W+W= Wex=100%+=1史蒂芬史蒂芬- -波茲曼定律波茲曼定律W=TW=T4 4物體自身的紅外輻射是各個方向的，輻射量取決于物物體自身的紅外輻射是

5、各個方向的，輻射量取決于物體體自身的溫度自身的溫度以及它的以及它的表面輻射率表面輻射率，物體溫度越高，紅外輻射越強物體溫度越高，紅外輻射越強，反之，物體溫度反之，物體溫度越低，輻射越低；輻射率也一樣，即使物體溫度一樣，越低，輻射越低；輻射率也一樣，即使物體溫度一樣，高輻射率物體的輻射要比低輻射率物體的輻射要多。所高輻射率物體的輻射要比低輻射率物體的輻射要多。所以物體的溫度及表面輻射率決定著物體的輻射能力。以物體的溫度及表面輻射率決定著物體的輻射能力。 T茶壺中裝滿熱水，茶壺右邊玻璃的表面輻射率比左邊不茶壺中裝滿熱水，茶壺右邊玻璃的表面輻射率比左邊不銹鋼的高，盡管兩部分的溫度相同，但右邊的輻射要

6、比銹鋼的高，盡管兩部分的溫度相同，但右邊的輻射要比左邊的高，這也意味著物體右邊的熱輻射效率要比左邊左邊的高，這也意味著物體右邊的熱輻射效率要比左邊的高，如果用紅外熱像儀觀看，右邊看上去要比左邊熱的高，如果用紅外熱像儀觀看，右邊看上去要比左邊熱反射輻射源反射輻射 W TTT自身輻射W物 體 發(fā) 出 的輻射Wex實際物體的輻射由兩部分組成：自身輻射和反射環(huán)境 l光滑表面的反射率較高，容易受環(huán)境影響（反光）。光滑表面的反射率較高，容易受環(huán)境影響（反光）。 粗躁表面的輻射率較高粗躁表面的輻射率較高 不同的不同的材料材料、不同的、不同的溫度溫度、不同的、不同的表面光度表面光度、不同的不同的 顏色顏色等，

7、所發(fā)出的紅外輻射強度都不同等，所發(fā)出的紅外輻射強度都不同（輻射率不同）。（輻射率不同）。 在檢測過程中，由于輻射率對測溫影響很大，在檢測過程中，由于輻射率對測溫影響很大， 因此必須選擇正確的輻射系數(shù)。因此必須選擇正確的輻射系數(shù)。膠帶=0.95杯子=0.10 環(huán)境溫度T=25高輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近它的真實溫度高輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近它的真實溫度, ,低輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近環(huán)境溫度低輻射率物體的紅外圖像表面溫度接近環(huán)境溫度 25 20 60 目目 標(biāo)標(biāo) 空空 氣氣 熱熱 像像 儀儀 熱熱 圖圖紅外熱像圖和可見光圖比較紅外熱像圖和可見光圖比較紅紅 外外 熱熱 圖圖可

8、可 見見 光光 圖圖信號處理器信號處理器顯示器顯示器二維焦平面列陣探測器二維焦平面列陣探測器 ( (FPA) FPA) 光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見的圖像將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見的圖像焦 平 面 陣紅外輻射探 測 器微橋CMOS輸入單元FPA 單元控制在室溫附近的熱電穩(wěn)定器熱靈敏度是指紅外熱像儀的溫度探測靈敏熱靈敏度是指紅外熱像儀的溫度探測靈敏 度度(NETD)(NETD)。 簡單講就是儀器可分簡單講就是儀器可分辨兩點之間的溫度差辨兩點之間的溫度差別的能力別的能力（例如：（例如：0.08 ）25.027.8252627LI01儀器測量溫度的精確性（例如儀器測量溫度的精確性（

9、例如:度）度）30Hz50Hz(IFOV =Instantaneous Field of View) 是紅外測溫儀器分辨空間尺寸能力的技術(shù)參數(shù)（是紅外測溫儀器分辨空間尺寸能力的技術(shù)參數(shù)（儀儀器可分辨物體大小的能力）。器可分辨物體大小的能力）。以毫弧度表示。以毫弧度表示。空間分辨率空間分辨率 = = 丌丌/180 x /180 x 鏡頭度數(shù)鏡頭度數(shù) 像素數(shù)像素數(shù) P30: 3.14 /180 x 24P30: 3.14 /180 x 24 320 = 1.3 mrd 320 = 1.3 mrd HV24 18 空間分辨率和鏡頭的視場角有關(guān)，和探測器像元數(shù)有關(guān)空間分辨率和鏡頭的視場角有關(guān)，和探測器

10、像元數(shù)有關(guān) 豎豎 直直 視視 場場 角角水平視場角水平視場角F O VFOVIFOV視視 場場 和和 空空 間間 分分 辨辨 率率ObjectIFOV左邊被探測目標(biāo)完全覆蓋了熱像儀的左邊被探測目標(biāo)完全覆蓋了熱像儀的 IFOVIFOV，因此，因此，像素接受的輻射只來自目標(biāo)。我們能準(zhǔn)確測量它的像素接受的輻射只來自目標(biāo)。我們能準(zhǔn)確測量它的溫度。然而，右邊的像素不只看到目標(biāo)，而且吸收溫度。然而，右邊的像素不只看到目標(biāo)，而且吸收目標(biāo)旁邊的和背后的輻射。我們不可能測得這么小目標(biāo)旁邊的和背后的輻射。我們不可能測得這么小目標(biāo)的正確溫度。目標(biāo)的正確溫度。 不能正確測量不能正確測量能正確測量能正確測量 根據(jù)當(dāng)前的

11、根據(jù)當(dāng)前的FPAFPA探測器技術(shù)，目標(biāo)在探測器上最少探測器技術(shù)，目標(biāo)在探測器上最少要有要有 3 x 3 3 x 3 個像素才能確保能夠準(zhǔn)確測量，這要個像素才能確保能夠準(zhǔn)確測量，這要求檢測時盡量靠近目標(biāo)或選用望遠(yuǎn)鏡頭求檢測時盡量靠近目標(biāo)或選用望遠(yuǎn)鏡頭. . 如果目如果目標(biāo)成像小于標(biāo)成像小于3x33x3個像素，則熱像儀顯示的溫度讀數(shù)個像素，則熱像儀顯示的溫度讀數(shù)是目標(biāo)的溫度值與也成像在這是目標(biāo)的溫度值與也成像在這3x33x3個像素的目標(biāo)周個像素的目標(biāo)周圍物體（環(huán)境）的平均值。圍物體（環(huán)境）的平均值。焦平面陣像素目標(biāo)點與儀器空間分辨率、檢測目標(biāo)大與儀器空間分辨率、檢測目標(biāo)大 小、目標(biāo)溫度等因素有關(guān)。

12、小、目標(biāo)溫度等因素有關(guān)。 例如例如: 1.3毫弧度毫弧度(mrad) 代表儀器代表儀器在在10米遠(yuǎn)可分辨出米遠(yuǎn)可分辨出26mm的目標(biāo)。的目標(biāo)。不同鏡頭檢測效果示意熱圖不同鏡頭檢測效果示意熱圖1212度鏡頭度鏡頭7 7度鏡頭度鏡頭2424度鏡頭度鏡頭檢測距離檢測距離 - 60- 60米米1212度鏡頭度鏡頭7 7度鏡頭度鏡頭不同鏡頭檢測效果示意熱圖不同鏡頭檢測效果示意熱圖檢測距離檢測距離 - 60- 60米米 不同鏡頭檢測效果示意熱圖（不同鏡頭檢測效果示意熱圖（6060米）米） 1212度鏡頭度鏡頭7 7度鏡頭度鏡頭多個黑體放置成半圓形，熱像儀放在中心能轉(zhuǎn)動的多個黑體放置成半圓形，熱像儀放在中心

13、能轉(zhuǎn)動的臺子上，并與標(biāo)定系統(tǒng)的自動控制中心相連臺子上，并與標(biāo)定系統(tǒng)的自動控制中心相連 T1 T2 T3 T4 T5 T6 S6S5S4S3S2S1SBBTBB 熱像儀依次對準(zhǔn)各黑體，每個黑體都會在熱像儀中產(chǎn)生一個熱像儀依次對準(zhǔn)各黑體，每個黑體都會在熱像儀中產(chǎn)生一個輻射信號，標(biāo)定系統(tǒng)將此信號與其溫度對應(yīng)起來輻射信號，標(biāo)定系統(tǒng)將此信號與其溫度對應(yīng)起來將每對信號與溫度對應(yīng)起來，并將各點擬合成一條曲線，這將每對信號與溫度對應(yīng)起來，并將各點擬合成一條曲線，這就是就是標(biāo)定曲線標(biāo)定曲線，此曲線將被存在熱像儀的內(nèi)存里，用來對應(yīng)，此曲線將被存在熱像儀的內(nèi)存里，用來對應(yīng)物體輻射與溫度的關(guān)系，所以如果熱像儀的探測器

14、接收到物物體輻射與溫度的關(guān)系，所以如果熱像儀的探測器接收到物體的輻射信號，此標(biāo)定曲線將會把信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度體的輻射信號，此標(biāo)定曲線將會把信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度 1 1）使用黑體）使用黑體2 2）其它方法（使用已知輻射率的物體作為參照體）其它方法（使用已知輻射率的物體作為參照體）Wtot = WObj + (1 - )WAmb + (1 - )WAtm 目目 標(biāo)標(biāo) 物物 體體 大大 氣氣 紅紅 外外 成成 像像 儀儀目目 標(biāo)標(biāo) 反反 射射 的的 環(huán)環(huán) 境境 輻輻 射射Tobj(1-)WReflWobjTReflWRefl(1-)WRefl(1-)WRefl 是目標(biāo)的輻射系數(shù), 是大氣透射系數(shù),Tamb 是目標(biāo)的環(huán)境溫度或反射的環(huán)境溫度,Tatm 是大氣溫度。1. 成像部分成像部分物物體體鏡頭鏡頭光珊光珊探測器探測器紅外熱圖紅外熱圖輻射線輻射線2. 測溫校準(zhǔn)系統(tǒng)測溫校準(zhǔn)系統(tǒng) 工業(yè)檢測工業(yè)檢測( (測溫型測溫型) )紅外熱像儀的構(gòu)成紅外熱像儀的構(gòu)成物物體體對大氣系數(shù)對大氣系數(shù)的校準(zhǔn)的校準(zhǔn)熱圖熱圖對儀器本體輻射對儀器本體輻射的校準(zhǔn)的校準(zhǔn)A.A.B.B.對儀器進行對儀器進行黑體標(biāo)定黑體標(biāo)定C.C. 一整套內(nèi)置的數(shù)學(xué)模塊，對大氣系數(shù)一整套內(nèi)置的數(shù)學(xué)模塊，對大氣系數(shù)進行自動校正進行自動校