好久沒有爲大家帶來裝備方面的信息了，今天我們繼續瞭解熱成像儀相關知識。

熱成像原理

紅外熱成像設備探測紅外光譜成像，而普通攝像機利用可見光譜（0.4～0.76μm）和近紅外光譜（0.76～1μm）。紅外熱成像有長波熱像儀和短波熱像儀之分，長波熱像儀工作於8～14μm（這也是目前商用熱像儀使用最多的波段），短波熱像儀工作於3～5μm。使用這兩個波段是因爲其屬於“大氣窗口”具有穩定的大氣透射率，在大氣層中較少被反射、吸收和散射，進行紅外測量效果較好。

紅外熱成像設備的設備結構與常規可見光攝像機類似，主要是由鏡頭、擋片、熱紅外探測器、處理電路、顯示單元構成。關鍵技術是熱紅外探測器、信號處理技術、圖成處理算法、測溫算法與校正技術、熱成像鏡頭。熱像儀使用的鏡頭特性與材質不同於普通可見光鏡頭，專用鏡頭只能通過紅外光線通常採用鍺鏡頭材質並做鍍膜處理，所以成本比較高。

紅外鍺鏡頭同樣有標準鏡頭、廣角鏡頭、長焦鏡頭之分，中高檔的熱像儀鏡頭像單反相機一樣是可更換的，以適合不同的應用需要，低端的熱像儀鏡頭則是固定的。低端熱像儀一般搭配定焦鏡頭也被稱爲“免調焦鏡頭”，中檔熱像儀一般搭配手動鏡頭，高端熱像儀會搭配自動對焦鏡頭。具有焦距可調的鏡頭可以使得目標區域成像更爲清晰銳利。現在智能手機的後置主攝像頭和數碼相機都具有自動對焦功能。

熱像儀鏡頭與探測器之間通常有一塊活動擋片，這是一些熱像儀所特有的部件和結構，作用是用於內部校準。也就是因爲存在該活動擋片機械裝置所以熱像儀在工作時會發出擋片開合的輕微“咔嗒”聲噪音。現在新技術電路的熱像儀已可以省略擋片部件，使得熱像儀在工作時完全安靜也避免了檔片機械機構的故障。

熱像儀的熱紅外探測器作用是將紅外輻射轉換爲電信號，是熱像儀關鍵技術所在。早期的紅外探測器以光伏探測器爲基礎基於光子探測技術，優點是成像質量優秀熱靈敏度高，缺點是需要專門的製冷器確保期間熱噪聲低於成像信號，由此產品很難小型化、低功耗且成本高昂。光子探測技術的熱紅外探測器稱爲製冷型熱紅外探測器。現在主流商用熱像儀大多采用非製冷型熱紅外探測器，以微測輻射熱計爲基礎，雖然成像質量和熱靈敏度比光子探測略差一些但不需要低溫製冷器體積也小，產品容易小型化、低功耗且成本相對較低。而且現代不斷改進的圖成算法與校準技術使得非製冷型熱紅外探測器成像效果大爲提升，彌補了產品自身的一些不足之處。

目前主流非製冷型熱紅外探測器有氧化釩和非晶硅兩種技術，美國以FLIR公司爲代表主推氧化釩技術，法國以ULIS公司爲代表主推非晶硅技術。從技術上講氧化釩熱紅外探測器在成像質量方面有一定優勢，不過非晶硅熱紅外探測器近年來在技術上也有很大的進步。

熱成像設備重要參數

選購紅外熱成像設備從技術指標上可關注以下參數。

熱紅外探測器分辨率

熱紅外探測器作爲熱像儀核心部件其分辨率越高越好，就像手機攝像頭一樣，熱紅外探測器物理分辨率往往是熱像儀檔次的首要標誌。熱紅外探測器分辨率直接關係到最終熱像圖的有效分辨率和成像效果，在同樣的光學系統中熱紅外探測器分辨率越高成像分辨率也越高，目標可分辨度也越高。限於技術目前熱紅外探測器分辨率比可見光的普通攝像頭CCD/CMOS動則幾百萬像素甚至上千萬像素要低得多，在民用領域640×480的熱紅外探測器分辨率就算是高端器件了，一部具有640×480紅外分辨率的國際大牌熱像儀價格基本都在20萬以上，目前主流中檔產品大多采用320×240、384×288級別的熱紅外探測器。在入門級的產品中則更多采用60×60、80×60、80×80、120×120、160×120級別的熱紅外探測器。別小看了這些看似分辨率不高的熱紅外探測器如果用於近距離觀測，例如電子行業的電路板探查和家庭管線檢查還是非常實用的，最主要是其價格低廉，令大衆用戶容易接受。如FLUKE最新款279FC具有熱成像功能的萬用表採用的熱紅外探測器分辨率爲80×60，實際使用中成像效果不錯，價格也不到10000元人民幣。

NETD熱靈敏度

專業名稱爲噪聲等效溫差也稱爲溫度分辨率。熱像儀對測試圖樣進行觀測，當系統的基準電子濾波器輸出的信號電壓峯值與器件固有噪聲電壓的均方根之比爲1時，黑體目標與黑體背景的溫差稱爲噪聲等效溫差。理論上NETD越小成像畫質會越好。製冷型的紅外探測器NETD可做到小於30mK，中高檔的非製冷型的紅外探測器NETD可做到小於50mK，主流入門級低價位非製冷型的紅外探測器NETD大多在100～150mK水平。這裏的mK單位是溫度單位千分之一“開爾文”，50mK相當於0.05℃。

隨着科技的發展熱成像算法和信號處理的不斷改進，逐漸彌補了非製冷型的紅外探測器NETD不及製冷型的紅外探測器的短板，目前民用市場主流的非製冷型紅外探測器熱像儀成像質量都非常不錯，一般日常商業應用小於150mK的紅外探測器性能勝任工作，對於一些特殊的領域如建築和化工則推薦使用NETD性能更好一些的產品。

熱紅外探測器類型

目前民用市場主流的非製冷型紅外探測器使用氧化釩和非晶硅兩大技術。從技術上講氧化釩熱紅外探測器在成像質量方面有一定優勢，尤其是中高端產品優勢更爲明顯。同技術的熱紅外探測器探測元像元越小成像質量越好。新技術不帶檔片的熱像儀工作安靜且故障率低。

溫度測量範圍

不同的熱像儀設計測量溫度範圍不同，這與熱像儀的軟件和硬件都有關，主流產品爲-20～120℃，也有溫度測量範圍更寬的產品。

熱像儀鏡頭

熱像儀鏡頭分爲固定型和可更換型。常規鏡頭類型有微距、標準、廣角、長焦。另外從聚焦的角度有定焦、手動調焦、電動調焦、自動聚焦之分。一般觀察近距離物體建議使用標準或廣角鏡頭產品，觀察遠距離物體建議使用長焦鏡頭產品。採用哪種特性的鏡頭沒有檔次高低之分，只有適合不同的應用。長焦鏡頭適合分辨遠距離的物體但是視角窄不適合觀測近距離物體。

圖像捕捉頻率

熱像圖顯示的刷新率與電路中圖像處理性能密切相關，常見幀頻有9Hz、30Hz、60Hz、120Hz各個檔次。一般入門級低價位產品都只提供9Hz幀頻（低端機芯一般提供8.7Hz幀頻都被近似標稱9Hz幀頻），中檔以上檔次產品可提供60Hz幀頻。對於觀測諸如電路板、電器設備、管線之類靜態物體低價位的9Hz幀頻產品完全適用，對於觀測被測物體的運動速率大於20km/h的快速移動物體或作爲夜視儀使用那就需要60Hz幀頻的產品。

熱像圖成像技術

目前市場上熱像儀成像有純熱像圖和紅外/可見光融合增強圖像。純熱像圖全部由被測量面溫度特徵構成，體現溫度差異定位熱源都沒有問題，但對於低分辨率的熱紅外探測器物體的識別率較差。紅外/可見光融合追求圖像技術是通過可見光圖像進行輔助，將可見光圖像與熱像技術性疊加，增強物體包括物體邊緣顯示使最終熱像圖上對物體的分辨效果大大提升。該技術對於低分辨率熱像儀的圖像增強效果顯著，甚至圖像品質可以趕超擁有更高一級硬件分辨率熱紅外探測器的純熱向顯示效果。使用紅外/可見光融合圖像技術的熱像儀配備有紅外和可見光兩顆鏡頭，業界巨頭FLIR、FLUKE、TESTO都有使用這項技術。

測量精度

熱像儀的測量精度除了與產品所用熱紅外探測器有關外與電子處理電路和測溫算法與校正技術密切相關。大牌的熱像儀在軟件上內功深厚同樣的硬件最終的實際性能會有差異。目前主流的商用熱像儀精度指標大多爲“±2℃或讀數的±2%”。

熱像儀產品形式

用於便攜探測的熱像儀主流形式爲槍型握把手持式，高端產品一些具備自動/電動對焦功能的熱像儀外形多采用攝像機外形並搭配較大的彩色顯示屏。此外還有一些家用和趣味級熱像儀做成手機外置攝像頭形式與智能手機配合使用以降低成本。