红外热成像利用光电技术检测物体热辐射的红外特定波段信号，将信号转换成人类视觉可辨别的图像和图形，并可进一步计算出温度值。 红外热成像技术让人类超越视觉障碍，让人们看到物体表面的温度分布。
如果物体的表面温度超过绝对零，就会辐射电磁波。 随着温度的变化，电磁波的辐射强度和波长分布特性也会发生变化。 波长在0.75μm至1000μm之间的电磁波称为“红外线”，人类视觉可见的“可见光”范围为0.4μm至0.75μm。 红外线在地球表面传播时，会被大气成分（特别是H2O、CO2、CH4、N2O、O3等）吸收红外热成像技术摄像头，其强度会显着下降。 仅在短波3μ~5μm和长波8~12μm两个波段较好。 穿透率（），俗称大气窗口（），大多数红外热像仪针对这两个波段探测、计算和显示物体表面温度分布。 另外，由于红外线对大多数固体和液体物质的穿透能力极差，因此红外热成像检测主要基于测量物体表面的红外辐射能量。
图 1：面部热成像示例
图2：用冷水洗手，指尖也变凉了
热像仪
（1）红外热像仪采用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术不再需要光机扫描系统）来接收红外辐射能量分布探测器的光敏元件上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪没有这个机构），扫描被测物体的红外热图像，聚焦在分光检测装置上，探测器将红外辐射能量转换成电信号，经放大、转换或标准视频信号，在显示器上显示红外热图像。电视屏幕或显示器。
图3：手持式红外热像仪
（2）红外热像仪原理简述：红外热像仪是利用光电设备探测和测量辐射并建立辐射与表面温度相关性的科学。 辐射是当辐射能（电磁波）在没有直接传导介质的情况下移动时发生的热量移动。 现代热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并建立辐射和表面温度之间的相关性。 所有高于绝对零度 (-273°C) 的物体都会发射红外辐射。 红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布图案并将其反射到红外探测器的光敏元件上以获得红外热图像。 该热图像与物体表面的热量分布密切相关。 对应字段。 通俗地说，红外热像仪将物体发出的不可见的红外能量转换成可见的热图像。 热图像上的不同颜色代表被测物体的不同温度。 通过查看热图像，可以观察被测目标的整体温度分布，研究目标的受热情况，并做出下一步的判断。
图4：红外热像仪光路图
红外热成像的应用
医疗行业应用
人体实际上是红外线辐射的天然来源。 当人体发生疾病时，人体的热平衡就会被破坏。 因此，测量人体体温的变化是临床诊断疾病的重要指标。 热像仪可以准确显示和记录人体的温度分布，以便进一步进行病理分析。 如今，医用热像仪已成为诊断浅表肿瘤、血管疾病和皮肤病的有效工具。 在医学研究中，热像仪在医学中的应用已经成为专门的研究课题。
图5：用于获取患者数据的医用红外热像仪和相关软件的展示（a）原型机和（b）红外热像仪和采集软件（图片来自OSA）
红外热成像显微镜
在微电子器件微观缺陷的分析检测中，热分析已成为影响器件性能的重要热点。 半导体器件，尤其是几十个纳米级芯片的芯片表面结构检测，是优化微米级半导体器件的重中之重。 然而，具有亚微米级缺陷的微电子器件的表面结构在传统光学显微镜图像中是不可见的。 然而，随着红外热成像显微镜的应用，这个问题很容易解决，通过热图像可以直观地看到表面缺陷。 。 更重要的是，红外热像显微镜具有非接触测量的优良特性。 探测尺度已经可以达到几十微米，热分辨率和空间分辨率都非常高。 我相信微半导体产业未来的发展一定取决于它。 红外热成像显微镜的研制。
图 6：多晶硅微电阻 (a) 光学显微镜图像 (b) 温度图像
图7：热成像芯片和电路板探伤
图8：热反射显微镜系统示意图
机场安检
机场是红外热成像技术的典型应用场所。 机场人流量大、人员复杂，安检工作不能马虎。 如何快速、灵敏地有效检查人们的物品是机场安检的主要任务。 白天用可见光摄像机很容易监视和跟踪目标，但在夜间，可见光摄像机有一定的局限性。 机场环境复杂，夜间对可见光成像效果干扰较大。 影响 触发警报时，由于图像质量差，导致警报的事件可能不可见。 解决这个问题的方法是使用红外热像仪。
图9：机场红外热成像人员效果（左）和夜间热成像勘测飞机效果（右）
森林火灾监测
由于红外热像仪是反映物体表面温度并成像的设备，因此除了用于夜间现场监控外，还可以作为有效的火灾报警设备。 在大面积的森林植被中，火灾往往是由不明显的隐火引起的。 这是森林火灾的根本原因。 使用现有的普通方法很难检测到这种隐藏的火灾迹象。 红外热像仪的应用可以快速有效地发现零星隐患火灾红外热成像技术摄像头，并能准确确定火灾位置和范围，透过烟雾找到火点，做到早发现、早预防、早扑灭。
图10：通过烟雾观察森林火灾源头
识别伪装和隐蔽目标
普通迷彩主要是为了防止可见光观察。 一般来说，犯罪分子作案时通常会选择躲藏在灌木丛、树林中。 这时如果采用可见光观察，很容易因为室外恶劣的环境以及观察者的视觉错觉而产生误判。 红外热像仪被动接受目标本身的热辐射。 人体和车辆的温度和红外辐射一般比植被和红外辐射大得多，因此不容易伪装并做出错误判断。 另外，普通人不知道如何躲避红外监视，因此红外热成像设备可以有效识别伪装和隐藏目标。
图 11：红外热成像识别隐藏目标
电气设备测试
红外热成像检测技术是一种对物体的热辐射进行扫描成像的非接触式诊断技术。 对于运行中的高压设备来说，由于该技术可以在不停电的情况下通过扫描运行设备的热量分布情况进行远距离实时在线诊断，及时排除特高压输电网络中的故障，保障和维护特高压输电网络的正常运行。国家电网的正常运行是国防和民用的重要应用。
图12：红外热成像检测到的熔断器和变压器接头过热
红外热像仪的发展前景
由于红外热像仪的军用敏感性，军用产品往往受到国家的产品和技术垄断。 尤其是技术领先国家对军用红外热成像产品和技术高度保密，导致市场被国家垄断。 比赛状态。 具体来说，该行业的竞争集中在美国、英国、法国、德国、日本、以色列等国家。 其中，美国凭借强大的科研优势保持领先，在国际军品市场占据绝对主导地位。 2014年全球军用红外热像仪市场前十大供应商中，美国厂商占据7席，美国前三名企业中兴通讯公司和L-3公司占据了45%以上的市场份额，排名第四至第十。 它们是：法国公司、法国Sagem公司、美国公司、美国FLIR公司、美国UTC公司、英国BAE公司、以色列ELbit公司。 从国内情况来看，解放军配备的夜间作战装备数量较低，这极大地影响了我军的夜间作战能力。 夜战装备升级迫在眉睫。 据相关数据显示，美军作战部队红外热像仪装备率可达55%，伊拉克战争中士兵装备红外热像仪数量达到人均1.7台。 这也从另一个角度说明，我国军用红外装备仍然存在巨大的市场。 目前我军有200万部队，单兵红外热成像设备价格保守估计在10万元/套。 按10%的渗透率计算，市场空间高达200亿元。 除单兵装备外，用于战车、飞机、舰艇的红外装备系统较为复杂，价格相对较高，因此拥有广阔的市场空间。
随着红外热像处理技术、在线检测技术、小型化设计技术的日益成熟以及相关部件制造成本的降低，红外热像仪也广泛应用于工业控制、电力检测、汽车等各个民用领域。夜间视力。 、石化安全控制和医疗诊断等领域发挥着重要作用，市场前景十分广阔。 2014年全球民用红外热像仪市场规模约为31.07亿美元，预计到2020年市场规模将达到56.01亿美元，复合增长率约为11.00%。 从国内情况来看，近年来，我国红外热像仪市场需求一直处于快速增长期。 我国红外热像仪市场的潜在需求远大于实际需求：虽然目前我国民用红外热像仪市场年需求量约为4亿元，但从长远来看，我国红外热像仪的潜在需求热像仪市场规模可达50-600亿元。 未来五年，我国红外热像仪市场年均增速预计将达到20%。
光学标尺的测量是波长级别的测量，这使得它具有很强的国防和军事属性。 红外热探测是国防领域的重点。 希望中国的科研人员能够保持强烈的爱国主义精神。 ，让我们的设备达到顶级的测量精度，不再受制于人，真正掌握核心技术！
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