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红外热成像测量技术 一. 什么是红外线 红外线的发现 电磁波谱 红外线的分类 红外辐射的大气穿透 红外线就在我们身边！ 电磁辐射频谱图 二、 物体的红外辐射 物体接收的入射辐射 辐射—物体向外发出自身能量 吸收—物体获得并保存来自外界的辐射 反射—物体弹回来自外界的辐射 透射—来自外界的辐射经过物体穿透出去 物体发出的红外辐射 物体的辐射能力表述为辐射率(Emissivity简写为?)是描述物体辐射本领的参数。 辐射率和吸收率 一般来说，物体接收外界辐射的能力与物体辐射自身能量的能力相等， 亦即а=ε 也就是说，如果一个物体吸收辐射的能力强，那么它辐射自身能量的能力就强，反之亦然。所以一个不透明的差的吸收体是一个好的反射体，一个好的反射体同时也是一个差的辐射体。例如我们在物体表面覆上一层铝箔来保温，就是这个道理 黑体 黑体是一个理想的辐射体，真正的黑体并不存在 黑体100%吸收所有的入射辐射，也就是说它既不反射也不穿透任何辐射，即 а=1 黑体100%辐射自身的能量 ε=1 实际物体的红外辐射 实际测量的物体并不是黑体，但它具有我们上面所说物 体的所有特性，即具有吸收、辐射、反射、穿透红外辐 射的能力。 但对大多数物体来说，对红外辐射不透明，即 τ=0 所以对于实际测量来说 ε+ρ=1 物体表面温度与辐射率 从红外热图中看到的物体表面温度与辐射率有着密切的关系，我们要学习识别和分析红外图像因辐射率的不同而产生的不同现象，不要产生错觉 (1)杯中不倒水(2)杯中倒入20℃的凉水(3)杯中倒入60℃热水 三、红外热成像技术 红外热像技术是研究红外辐射的产生、传 输、转换、探测并付诸于应用的科学技术 就像照相技术意味着“可见光写入”一样， 热成像技术意味着“热量写入”。 热成像技术生成的图片被称作“温度记录图” 或“热图”。 红外热像仪的原理图 光学系统: 接收目标物体发出的红外线并聚 焦到红外探测器上； 红外探测器：感应透过光学系统的红外线， 并把信号发送给信号处理器。 信号处理器：将来自于红外探测器的信号 转化成红外热图像； 显示器： 显示红外热图像。 红外探测器 红外探测器由过去的单元探测器发展成现在的焦平面探测器（FPA）。现在工业上普遍使用320x240或160x120像素的探测器。探测器每个单元每秒钟可以积分50次，即可将接受的信号以50HZ的速率输出 四、热像仪重要的技术指标： 视 场 角 在实际测量中,好的热像仪中通常以十字光标之间的空白处来指示3x3个像素的大小，有助于使用者来判断是否能测到正确温度。 六、红外热像仪的标定 前面曾提到过史蒂芬-波兹曼定律，它给出了黑体的辐射能量与其温度的关系，即 W = óT4 式中ó=5.67×10-8w/m2.k4, T为绝对温度,单位为K 红外热像仪的标定正是基于这一理论基础,在设定的环境条件下,用一定数量已知温度的黑体进行标定 黑体标定系统 对热像仪进行简单的标定校验，通常需要多点校验，最起码两个校准点。 环境因素影响的补偿 七、红外热成像技术的应用 2.研究和开发 3.质量控制和过程监控 5．公共安全监控及军事应用 FOV IFOV 视 场 和 空 间 分 辨 率 Object IFOV 左边被探测目标完全覆盖了热像仪的 IFOV，因此，像素接受的辐射只来自目标。我们能准确测量它的温度。然而，右边的像素不只看到目标，而且吸收目标旁边的和背后的辐射。我们不可能测得这么小目标的正确温度。 不能正确测量 能正确测量 根据当前的FPA探测器技术，目标在探测器上最少要有 3 x 3 个像素才能确保能够准确测量，这要求检测时尽量靠近目标或选用望远镜头. 如果目标成像小于3x3个像素，则热像仪显示的温度读数是目标的温度值与也成像在这3x3个像素的目标周围物体（环境）的平均值。 焦平面阵 像素 目标点 “有效”的检测距离？ - 与仪器空间分辨率、检测目标大 小、目标温度等因素有关。 - 例如: 1.3毫弧度(mrad) 代表仪器 在10米远可分辨出26mm的目标。 不同镜头检测效果示意热图 12度镜头 7度镜头 24度镜头 检测距离 -- 60米 12度镜头 7度镜头 不同镜头检测效果示意热图 检测距离 -- 60米 不同镜头检测效果示意热图（60米） 12度镜头 7度镜头 五、影响测量结果的几组参数 1.热像仪参数设置对测量结果的影响： ——辐射率： 当