热成像仪的发展历程

1. 热成像仪的发展历程

“红外线”一词源于“past red”，是超出红色之外的意思，表示该波长在电磁辐射频谱中所处的位置。“thermography”一词是采用同根词生成的，意思是“温度图像”。热成像的起源归功于德国天文学家 Sir William Herschel，他在 1800 年使用太阳光做了一些实验。Herschel 让太阳光穿过一个棱镜并在各种颜色处放置温度计，利用灵敏的水银温度计测量每种颜色的温度，结果发现了红外辐射。Herschel 发现，当越过红色光线进入他称为“暗红热”区域时，温度便会升高。“暗红热”即是现在人们所说的红外热能，处于被称为电磁辐射的电磁波频谱区域。二十年后，德国物理学家 Thomas Seebeck 发现了温差电效应。在该发现的基础上，意大利物理学家 Leopoldo Nobili 于 1829 年发明了热量倍增器（即早期版本的热电偶）。这种简单的接触式设备的工作原理是两个异种金属之间的电压差会随着温度的变化而变化。过了不久，Nobili 的合作伙伴 Macedonio Melloni 把热量倍增器改进为热电堆（以串联方式安装热量倍增器）并将热辐射集于热电堆上，这样，他可以检测到 9.1 米（33 英尺）远处的人类体热。1880 年，美国天文学家 Samuel Langley 使用辐射热检测仪探测到 304 米(1000 英尺）以外的牛的体热。辐射热检测仪测量的不是电压差异，而是与温度变化有关的电阻变化。Sir William Herschel 的儿子 Sir John Herschel 于 1840 年使用名为“蒸发成像仪”的设备制作出第一幅红外图像。热图像是薄油膜的蒸发量差异形成的，可以借助油膜上反射出的光线进行查看。热像仪是一种无需与设备直接接触便可检测出红外波长频谱中的热图案的设备。早期型号的热像仪称为“光导探测器”。从 1916 年至 1918 年，美国发明家 Theodore Case 利用光导探测器做实验，通过与光子（而不是热能）直接交互作用产生信号，最终发明了速度更快、更灵敏的光导探测器。20 世纪四十年代和五十年代期间，为了满足日益增长的军事应用领域的需求，热成像技术不断演变，取得了长足的发展。德国科学家发现，通过冷却光导探测器可以提高整体性能。直到 20 世纪六十年代，热成像技术才被用于非军事应用领域。虽然早期的热成像系统很笨重、数据采集速度缓慢而且分辨率不佳，但它们还是被用于工业应用领域，例如检查大型输配电系统。20 世纪七十年代，军事应用领域的持续发展造就了第一个便携式系统。该系统可用于建筑诊断和材料无损测试等应用领域。20 世纪七十年代的热成像系统结实耐用而且非常可靠，但与现代热像仪相比，它们的图像质量不佳。到 20 世纪八十年代初期，热成像技术已广泛应用于医疗、主流行业以及建筑检查领域。经过校准后，热成像系统可以制作完全的辐射图像，这样便可测量该图像中任意位置的辐射温度。辐射图像是指包含图像内各点处的温度测量计算值的热图像。安全可靠的热像仪冷却器经过改进，取代了沿用已久的用于冷却热像仪的压缩气或液化气。此外，人们还开发并大量生产了成本较低、基于管道的热电光导摄像管 (PEV) 热成像系统。虽然不能进行辐射测量，但 PEV 热成像系统轻巧灵便、携带方便，而且无需冷却便可操作。20 世纪八十年代后期，一种称为焦平面阵列 (FPA) 的新设备从军事应用领域转移至商业市场。焦平面阵列 (FPA) 是一种图像传感设备，由位于镜头焦平面处的红外传感探测器的阵列（通常为矩形）组成。这大大改进了原始的扫描式探测器，从而提高了图像质量和空间分辨率。现代热像仪上的典型阵列的像素范围为：16 × 16 至 640 × 480。从这个角度来说，像素是可以检测红外能量的 FPA 的最小独立元素。对于特殊应用场合，阵列的像素可以达到 1000 × 1000 以上。第一个数字代表每个垂直列中的像素数，第二个数字代表屏幕上显示的行数。例如，160 × 120 阵列的总像素为 19,200 （160 像素 × 120 像素 = 19,200 总像素）。自 2000 年以来，使用多个探测器的 FPA 技术的发展不断加快。长波热像仪用于检测 8 μm 至 15 μm 波长范围内的红外能量。微米 (μm) 是一个长度测量单位，等于 1 毫米（0.001 米）的千分之一。中波热像仪用于检测 2.5 μm 至6 μm 波长范围内的红外能量。长波和中波热成像系统均提供全面的辐射型号，图像融合度和热灵敏度通常为 0.03SDgrC (0.054SDgrF) 或更低。这些系统的成本在过去十年间降低了十倍以上，但质量得到了大幅度提升。此外，用于图像处理的计算机软件的应用也有了显著的发展。现在，几乎所有商业类型的红外系统均使用软件来协助分析和撰写报告。报告可快速生成并在互联网上以电子形式发，或以一种常见格式（例如 PDF）保存，而且还可以刻录在多种数字存储设备上。

2. 热像仪的发展历程

“红外线”一词源于“past red”，是超出红色之外的意思，表示该波长在电磁辐射频谱中所处的位置。“thermography”一词是采用同根词生成的，意思是“温度图像”。热成像的起源归功于德国天文学家 Sir William Herschel，他在 1800 年使用太阳光做了一些实验。Herschel 让太阳光穿过一个棱镜并在各种颜色处放置温度计，利用灵敏的水银温度计测量每种颜色的温度，结果发现了红外辐射。Herschel 发现，当越过红色光线进入他称为“暗红热”区域时，温度便会升高。二十年后，德国物理学家 Thomas Seebeck 发现了温差电效应。在该发现的基础上，意大利物理学家 Leopoldo Nobili 于 1829 年发明了热量倍增器（即早期版本的热电偶）。这种简单的接触式设备的工作原理是两个异种金属之间的电压差会随着温度的变化而变化。过了不久，Nobili 的合作伙伴 Macedonio Melloni 把热量倍增器改进为热电堆（以串联方式安装热量倍增器）并将热辐射集于热电堆上，这样，他可以检测到 9.1 米（33 英尺）远处的人类体热。1880 年，美国天文学家 Samuel Langley 使用辐射热检测仪探测到 304 米(1000 英尺）以外的牛的体热。辐射热检测仪测量的不是电压差异，而是与温度变化有关的电阻变化。Sir William Herschel 的儿子 Sir John Herschel 于 1840 年使用名为“蒸发成像仪”的设备制作出第一幅红外图像。热图像是薄油膜的蒸发量差异形成的，可以借助油膜上反射出的光线进行查看。热像仪是一种无需与设备直接接触便可检测出红外波长频谱中的热图案的设备。早期型号的热像仪称为“光导探测器”。从 1916 年至 1918 年，美国发明家 Theodore Case 利用光导探测器做实验，通过与光子（而不是热能）直接交互作用产生信号，最终发明了速度更快、更灵敏的光导探测器。20 世纪四十年代和五十年代期间，为了满足日益增长的军事应用领域的需求，热成像技术不断演变，取得了长足的发展。德国科学家发现，通过冷却光导探测器可以提高整体性能。直到 20 世纪六十年代，热成像技术才被用于非军事应用领域。虽然早期的热成像系统很笨重、数据采集速度缓慢而且分辨率不佳，但它们还是被用于工业应用领域，例如检查大型输配电系统。20 世纪七十年代，军事应用领域的持续发展造就了第一个便携式系统。该系统可用于建筑诊断和材料无损测试等应用领域。20 世纪七十年代的热成像系统结实耐用而且非常可靠，但与现代热像仪相比，它们的图像质量不佳。到 20 世纪八十年代初期，热成像技术已广泛应用于医疗、主流行业以及建筑检查领域。经过校准后，热成像系统可以制作完全的辐射图像，这样便可测量该图像中任意位置的辐射温度。辐射图像是指包含图像内各点处的温度测量计算值的热图像。安全可靠的热像仪冷却器经过改进，取代了沿用已久的用于冷却热像仪的压缩气或液化气。此外，人们还开发并大量生产了成本较低、基于管道的热电光导摄像管 (PEV) 热成像系统。虽然不能进行辐射测量，但 PEV 热成像系统轻巧灵便、携带方便，而且无需冷却便可操作。20 世纪八十年代后期，一种称为焦平面阵列 (FPA) 的新设备从军事应用领域转移至商业市场。焦平面阵列 (FPA) 是一种图像传感设备，由位于镜头焦平面处的红外传感探测器的阵列（通常为矩形）组成。这大大改进了原始的扫描式探测器，从而提高了图像质量和空间分辨率。现代热像仪上的典型阵列的像素范围为：16 × 16 至 640 × 480。从这个角度来说，像素是可以检测红外能量的 FPA 的最小独立元素。对于特殊应用场合，阵列的像素可以达到 1000 × 1000 以上。第一个数字代表每个垂直列中的像素数，第二个数字代表屏幕上显示的行数。例如，160 × 120 阵列的总像素为 19,200 （160 像素 × 120 像素 = 19,200 总像素）。自 2000 年以来，使用多个探测器的 FPA 技术的发展不断加快。长波热像仪用于检测 8 µm 至 15 µm 波长范围内的红外能量。微米 (µm) 是一个长度测量单位，等于 1 毫米（0.001 米）的千分之一。中波热像仪用于检测 2.5 µm 至6 µm 波长范围内的红外能量。长波和中波热成像系统均提供全面的辐射型号，图像融合度和热灵敏度通常为 0.03SDgrC (0.054SDgrF) 或更低。这些系统的成本在过去十年间降低了十倍以上，但质量得到了大幅度提升。此外，用于图像处理的计算机软件的应用也有了显著的发展。报告可快速生成并在互联网上以电子形式发，或以一种常见格式（例如 PDF）保存，而且还可以刻录在多种数字存储设备上。

3. 工业用红外测温仪的热像仪的发展

1800年，英国物理学家F. W. 赫胥尔发现了红外线，从此开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在第二次世界大战中，德国人用红外变像管作为光电转换器件，研制出了主动式夜视仪和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。二次世界大战后，首先由美国德克萨兰仪器公司经过近一年的探索，开发研制的第一代用于军事领域的红外成像装置，称之为红外寻视系统（FLIR），它是利用光学机械系统对被测目标的红外辐射扫描。由光子探测器接收两维红外辐射迹象，经光电转换及一系列仪器处理，形成视频图像信号。这种系统、原始的形式是一种非实时的自动温度分布记录仪，后来随着五十年代锑化铟和锗掺汞光子探测器的发展，才开始出现高速扫描及实时显示目标热图像的系统。六十年代早期，瑞典AGA公司研制成功第二代红外成像装置，它是在红外寻视系统的基础上以增加了测温的功能，称之为红外热像仪。开始由于保密的原因，在发达的国家中也仅限于军用，投入应用的热成像装置可的黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装的目标和高速运动的目标。由于有国家经费的支撑，投入的研制开发费用很大，仪器的成本也很高。以后考虑到在工业生产发展中的实用性，结合工业红外探测的特点，采取压缩仪器造价。降低生产成本并根据民用的要求，通过减小扫描速度来提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。六十年代中期，AGA公司研制出第一套工业用的实时成像系统（THV），该系统由液氮致冷，110V电源电压供电，重约35公斤，因此使用中便携性很差，经过对仪器的几代改进，1986年研制的红外热像仪已无需液氮或高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电；1988年推出的全功能热像仪，将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体，重量小于7公斤，仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。九十年代中期，美国FSI公司首先研制成功由军用技术（FPA）转民用并商品化的新一红外热像仪（CCD）属焦平面阵列式结构的一种凝成像装置，技术功能更加先进，现场测温时只需对准目标摄取图像，并将上述信息存储到机内的PC卡上，即完成全部操作，各种参数的设定可回到室内用软件进行修改和分析数据，最后直接得出检测报告，由于技术的改进和结构的改变，取代了复杂的机械扫描，仪器重量已小于二公斤，使用中如同手持摄像机一样，单手即可方便地操作。如今，红外热成像系统已经在电力、消防、石化以及医疗等领域得到了广泛的应用。红外热像仪在世界经济的发展中正发挥着举足轻重的作用。2.3热像仪分类红外热像仪一般分光机扫描成像系统和非扫描成像系统。光机扫描成像系统采用单元或多元（元数有8、10、16、23、48、55、60、120、180甚至更多）光电导或光伏红外探测器，用单元探测器时速度慢，主要是帧幅响应的时间不够快，多元阵列探测器可做成高速实时热像仪。非扫描成像的热像仪，如近几年推出的阵列式凝视成像的焦平面热像仪，属新一代的热成像装置，在性能上大大优于光机扫描式热像仪，有逐步取代光机扫描式热像仪的趋势。其关键技术是探测器由单片集成电路组成，被测目标的整个视野都聚焦在上面，并且图像更加清晰，使用更加方便，仪器非常小巧轻便，同时具有自动调焦图像冻结，连续放大，点温、线温、等温和语音注释图像等功能，仪器采用PC卡，存储容量可高达500幅图。红外热电视是红外热像仪的一种。红外热电视是通过热释电摄像管（PEV）接受被测目标物体的表面红外辐射，并把目标内热辐射分布的不可见热图像转变成视频信号，因此，热释电摄像管是红外热电视的光键器件，它是一种实时成像，宽谱成像（对3～5μm及8～14μm有较好的频率响应）具有中等分辨率的热成像器件，主要由透镜、靶面和电子枪三部分组成。其技术功能是将被测目标的红外辐射线通过透镜聚焦成像到热释电摄像管，采用常温热电视探测器和电子束扫描及靶面成像技术来实现的。热像仪的主要参数有：2.3.1工作波段；工作波段是指红外热像仪中所选择的红外探测器的响应波长区域，一般是3～5μm或8～12μm。2.3.2探测器类型；探测器类型是指使用的一种红外器件。是采用单元或多元（元数8、10、16、23、48、55、60、120、180等）光电导或光伏红外探测器，其采用的元素有硫化铅（PbS）、硒化铅（PnSe）、碲化铟（InSb）、碲镉汞（HgCdTe）、碲锡铅（PbSnTe）、锗掺杂（Ge：X）和硅掺杂（Si：X）等。2.3.3扫描制式；一般为我国标准电视制式，PAL制式。2.3.4显示方式；指屏幕显示是黑白显示还是伪彩显示。2.3.5温度测定范围；指测定温度的最低限与最高限的温度值的范围。2.3.6测温准确度；指红外热像仪测温的最大误差与仪器量程之比的百分数。2.3.7最大工作时间；红外热像仪允许连续的工作时间。3.

4. 红外热成像仪用途?

红外热成像仪的应用     1、夜间及恶劣气候条件下的目标监控     夜晚，需可见光工作的设备已经不能正常工作，如果采用人工照明，则容易暴露目标。若采用微光夜视设备，它同样也工作在可见光波段，依然需要外界光照明。而红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜均可以正常工作，并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差，但红外线的波长较长，特别是工作在8-14um的热成像仪，穿透雨、雾的能力较强，因此在夜间以及恶劣气候条件，采用红外热成像监控设备仍可以正常地对各种目标进行监控。     2、防火监控     由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效的防火报警设备，在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的。用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，透过烟雾发现着火点，做到早知道早预防，早扑灭。     3、伪装及隐蔽目标的识别     伪装是以防可见光观测为主，犯罪分子作案时通常会隐蔽在草丛及树林中，由于野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生错误判断。红外热成像仪是被动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此不易伪装，也不容易产生错误判断。     数字化与网络化录像及远程监控技术         模拟视频监控发展至今已无法满足人们的更高要求，数字化是必由之路。数字化是进行压缩和图像处理的前提。数字视频监控系统采用数字处理、编解码和网络技术，能较好地克服模拟系统的局限性，其优点表现为：图像数字化后可在网络上传输，不受距离限制，不易受干扰，可以大幅提高图像品质和稳定性。其次，利用现有的网络，无须重复布线。再次，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询方便快捷。     数字视频监控的两大关键技术     一是视频数据的压缩和解压缩。视频图像的信息量是巨大的，例如一幅640×480中分辨度的彩色图像(24bit／像素)，其数据量大约为0．9MB，如果以PAL制每秒25帧的速度播放，则数据量之大，是存储、传输都无法承受的，显然，视频数据压缩技术是数字化的关键。一般的压缩方式主要是通过减少每帧图像间时间上和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。目前，常用的压缩标准有H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、JPEG、小波等。     二是视频数据的实时同步传输技术。数字视频监控系统中的视频数据属于实时数据必须实时处理，例如实时压缩、解压缩、传输、同步。另外，声音与视频也必须保持同步。作为视频传输这样的特例，对时间十分敏感，因此必须确保数据的实时性和同步性。     网络型嵌入式硬盘录像机     网络型嵌入式硬盘录像机是集数字化与网络化于一体、建立在嵌入式处理器和嵌入式操作系统上的数字视频监控设备，它集成了矩阵切换、画面分割、录像、远程控制、网络传输等诸多功能。     其功能主要表现在视音频信号的实时全硬件同步压缩、压缩数据流存储在硬盘上、实时视频和声音预览、视音频信号的切换、摄像机和云台的控制、本地录像文件回放、实时网络传输、远程文件回放和下载、支持流协议（RTP/RTCP、RTSP）、支持IE浏览和双向语音对讲等。     应用案例     这里举两个应用上面两项新技术的成功案例。案例中的数字视频监控系统是融合了红外热成像、数字化与网络化录像及远程监控技术的监控平台。     该系统由红外热成像仪、网络型嵌入式硬盘录像机、网络传输设备、后端管理存储设备等部分组成。它可以利用可见光和红外两种技术实现全天时、全天候监控，通过多种传输手段，实现监视监控，使监控中心能够直观、实时地掌控现场情况，即使在夜间、雾天、烟雾、树林等条件中，也可以清晰地显示现场状况，并可在监控中心操纵前方设备，进行重点监控。     目前，该系统已被广泛应用于国防、公安、消防、森林防火、交通管理、重点设施保卫、海边防监控、港务监管、机场监管、堆场仓库火灾预警等领域的全天时、全天候监控。     案例一：某市森林防火监控系统     森林火灾是林业的重要灾害之一，森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。因此一旦有火警发生，必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，大都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。     采用先进技术，用高科技手段来加强森林防火工作，在最短的时间内作出决策和调度，从而为森林灭火赢得宝贵时间，最大限度地减少损失是森林防火管理发展的必然

5. 红外热像仪的应用范围

红外热像仪的应用范围极其广泛，并且随着红外技术的不断发展及普及，新的应用被不断开发，目前主要有一下几个应用大类。 材料研究：有机材料、无机材料、复合材料、3D打印材料、纳米材料、弹性材料等。机械与动力：新能源动力系统、制动系统、液压系统、牵引系统、传动系统、加热系统、精密加工等。电子与电气：微电子、芯片、电子元器件、强电设备等。土木工程：桥梁、隧道、大坝、建筑物等基建设施的渗漏、空鼓、缝隙问题、地质勘探等。化学与化工：化学反应过程监测、反应设备监测、产品性能测试等。动物与植物：药性及药效试验、新品种培育、动物习性、生长环境、激光脱毛、微生物体、医学研究等。其它科研：考古与文物保护、空间试验、空气动力学、激光及光纤研究、爆炸研究、碰撞试验、火山研究、温室效应、沙尘暴、采矿、地震等。     通用机电设备：传送带检测、电机检测、阀门检测、法兰泄露检测、管道检测、冷凝阀、压缩机、轴承检测等。冶金加热设备：钢包、高炉风口、高炉冷却壁、高炉内衬检测、高炉送风支管检测、焦炉连铸板坯、热风炉、热风炉拱顶检测、退火炉、鱼雷罐车、转炉炉衬等。石化专用设备：蒸馏塔、储罐液位检测、反应器、换热器等。轨道交通专业设备：接触网检测、电力机车车头检测、高架箱梁渗水检测、高铁高价桥梁防水层检测、黑体炉检测、接触网检测、轮轴温度检测等。加工和热处理：焊接、铸件、模具、炼钢炉、转炉、鱼雷车、炉壁、金属热处里（退火、回火、淬火）、冷/热轧钢板、钢卷线材等温度量测监控等。其他专用设备：滚筒干燥器、胶辊检测、吹瓶机瓶坯温度检测、金属管密封性能检测、机房应用、铅酸电池桥接检测、泡罩包装等。       建筑诊断：外墙空鼓、剥落、屋面渗漏、管道、热桥、节能研究、地暖检测、竣工验收等；公路桥梁：可用于快速扫描公路裂纹、桥梁开裂、渗漏检查、沥青摊铺等；     军事应用：导弹制导，红外雷达，炸药性能提升，红外夜视、红外隐身等。消防安保系统：可用于消防科研、火灾救人、安保、走私监控等。

6. 红外热成像仪的设备构成

红外热像仪的构成包5大部分：1、红外镜头:接收和汇聚被测物体发射的红外辐射；2、红外探测器组件:将热辐射型号变成电信号；3、电子组件:对电信号进行处理；4、显示组件:将电信号转变成可见光图像；5、软件:处理采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。

7. 红外热像仪的设备构成

红外热像仪的构成包5大部分：1、红外镜头: 接收和汇聚被测物体发射的红外辐射；2、红外探测器组件: 将热辐射型号变成电信号；3、电子组件: 对电信号进行处理；4、显示组件: 将电信号转变成可见光图像；5、软件: 处理采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。

8. 红外热像仪是的工作原理？

红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。
北京美特迩环保仪器有限公司是专业生产与代理国内/国外仪器仪表的公司。公司DT-9875便携式手持红外热像仪采用非制冷焦平面红外探测器，将被测物体的红外热谱图以高清晰度、高灵敏度的伪彩图像方式呈现在您的面前；对于静态、动态物体的测量工作易如反掌；并可将图像、视频和语音存储在Micro SD卡上，便于计算机进行深度分析和统计。