红外热像仪原理

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电磁波谱包括了无线电波、红外线、紫外线以及X射线等。它们的波长不同，其中波长在400~760纳米之间就是一般的可见光。

可见光由七种颜色不一的光组成，即红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。颜色不同，波长也不同：波长最长的是红色光，接下来是橙、黄、绿、蓝、靛、紫。也就是说紫色光波长最短。可见光谱visible spectrum是波段范围在380～780nm，人的视觉可以感受的光谱。如白光经棱镜或光栅色散后呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫彩带，即为可见连续光谱。在可见区也有线光谱及带状光谱。可见光谱是整个电磁波谱中极小的一个区域。

红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究开始于 20 世纪初期，自 1940 年商品红外光谱仪问世以来，红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。近几十年来一些新技术 （如发射光谱、光声光谱、色——红联用等）的出现，使红外光谱技术得到更加蓬勃的发展。

红外光是电磁光谱的一部分。肉眼可以检测可见光或可见辐射。但是还存在我们不可见的其他形式的光（辐射）。肉眼只能看到电磁光谱的很小一部分。光谱一端是不可见的紫外光，另一端是不可见的红外光。红外辐射介于电磁光谱的可见光辐射和微波辐射之间。红外辐射源主要为热量或热辐射。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。所以，热红外线（或称热辐射）是自然界中存在广泛的辐射。热辐射除存在的普遍性之外，还有另外两个重要的特性。
 1． 大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~6微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口” 。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，清晰地观察到前方的情况。 

 2． 物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。

红外热成像的理论基础是斯蒂芬—波尔兹曼定律。该定律指出黑体表面单位面积所发射的各种波长的总辐射功率与其热力学温度的四次方成正比。即：式中，Mb为黑体表面单位面积所发射的各种波长的总辐射功率，T为其对应的热力学温度，б为斯忒藩常数 ：

红外热成像技术是在红外波段3μm~6μm和8μm~14μm两个大气窗口，利用场景中物体本身的热辐射，将热目标的红外图像转换为可见光图像。其转换过程为：热像仪对准目标时其瞬时视场将物体的表面看作一个个像元，然后通过内部机构将含有像元温度的辐射能量汇聚到探测器上，从而探测器的输出电信号幅度与输入的辐射能量大小成正比，最后经信号处理在显示器上显示出对应于物体表面温度分布的热像图。在整个过程中，热像仪阵列的每个传感器接受对应于目标上的一个像元，每个像元对应的输入辐射在焦平面上成像，随后通过置于焦平面的光电或是热电系统将每个像元含有的辐射能转换为电信号，再经过后置电路的放大及去噪显示在显示器上。

          图2 红外成像过程图解

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