紅外熱像儀基礎(chǔ)知識(shí)
在這個(gè)階段中,紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中,高科技武器展示了先進(jìn)技術(shù)的廣闊平臺(tái),成為世界科技發(fā)展的風(fēng)向計(jì),也成為世界各國(guó)競(jìng)相研究和開發(fā)的方向和重點(diǎn)。這些高科技技術(shù)也因此成為新的產(chǎn)業(yè)和投資熱點(diǎn),創(chuàng)造了億萬的財(cái)富和無法預(yù)計(jì)的社會(huì)效益。在這些新科技中,以衛(wèi)星定位(GPS)和紅外熱成像(TIS)兩項(xiàng)技術(shù)。衛(wèi)星定位系統(tǒng)(又稱GPS)已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè),成為從軍事到民用都有寬廣發(fā)展前途的行業(yè),其應(yīng)用的發(fā)展速度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人們的預(yù)想,例如:在在廣泛使用的汽車防盜定位系統(tǒng)等。
紅外熱成像技術(shù),也是一個(gè)有非常廣闊前途的高科技技術(shù),其大量的應(yīng)用將會(huì)引起許多行業(yè)變革性的改變。
一、什么是紅外熱成像?
光線是大家熟悉的。光線是什么?光線就是可見光,是人眼能夠感受的電磁波??梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)為:0.38—0.78微米。比0.38微米短的電磁波和比0.78微米長(zhǎng)的電磁波,人眼都無法感受。比0.38微米短的電磁波位于可見光光譜紫色以外,稱為紫外線,比0.78微米長(zhǎng)的電磁波位于可見光光譜紅色以外,稱為紅外線。紅外線,又稱紅外輻射,是指波長(zhǎng)為0.78~1000微米的電磁波。其中波長(zhǎng)為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外,波長(zhǎng)為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。照相機(jī)成像得到照片,電視攝像機(jī)成像得到電視圖像,都是可見光成像。自然界中,一切物體都可以輻射紅外線,因此利用探測(cè)儀測(cè)定目標(biāo)的本身和背景之間的紅外線差并可以得到不同的紅外圖像,熱紅外線形成的圖像稱為熱圖。目標(biāo)的熱圖像和目標(biāo)的可見光圖像不同,它不是人眼所能看到的目標(biāo)可見光圖像,而是目標(biāo)表面溫度分布圖像,換一句話說,紅外熱成像使人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布,變成人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像。
二、紅外熱成像的特點(diǎn)是什么?
有位著名的美國(guó)紅外學(xué)者指出:“人類的發(fā)展可分為三個(gè)階段。第一個(gè)階段是人類通過制造工具,擴(kuò)展體力活動(dòng)的能力,第二階段通過提高判斷能力,尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標(biāo)準(zhǔn),而人類近年來致力的增強(qiáng)獲得輸入信息的能力,擴(kuò)大感覺范圍或增添新的感官,使我們的大腦能接受更多的信息,正是人類發(fā)展的第三階段。在這個(gè)階段中,紅外技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)把人類的感官由五種增加到六種”。這一席話,我認(rèn)為恰如其分的道出了紅外成像技術(shù)在當(dāng)代的重要性。因?yàn)?,我們周圍的物體只有當(dāng)它們的溫度高達(dá)1000℃以上時(shí),才能夠發(fā)出可見光。相比之下,我們周圍所有溫度在絕對(duì)零度(-273℃)以上的物體,都會(huì)不停地發(fā)出熱紅外線。例如,我們可以計(jì)算出,一個(gè)正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量,大約為100瓦。所以,熱紅外線(或稱熱輻射)是自然界中存在最為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外,還有另外兩個(gè)重要的特性。
1.大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線,但是對(duì)3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此,這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個(gè)窗口,可以使人們?cè)谕耆珶o光的夜晚,或是在煙云密布的戰(zhàn)場(chǎng),清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個(gè)特點(diǎn),熱紅外成像技術(shù)軍事上提供了先進(jìn)的夜視裝備并為飛機(jī)、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了非常重要的作用。
2.物體的熱輻射能量的大小,直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來對(duì)物體進(jìn)行無接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析,從而為工業(yè)生產(chǎn),節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境等等方面提供了一個(gè)重要的檢測(cè)手段和診斷工具。
三、紅外熱成像儀器
根據(jù)物體能夠發(fā)射紅外線的特點(diǎn),各國(guó)競(jìng)相開發(fā)出各種紅外熱成像儀器。美國(guó)德克薩斯儀器公司(TI)在1964年首次研制成功第一代的熱紅外成像裝置,叫紅外前視系統(tǒng),這類裝置利用光學(xué)元件運(yùn)動(dòng)機(jī)械,對(duì)目標(biāo)的熱輻射進(jìn)行圖像分解掃描,然后應(yīng)用光電探測(cè)器進(jìn)行光——電轉(zhuǎn)換,最后形成視頻圖像信號(hào),并在熒屏上顯示,紅外前視系統(tǒng)至今仍是軍用飛機(jī)、艦船和坦克上的重要裝置。
六十年代中期,在紅外前視裝置的基礎(chǔ)上,開發(fā)了具有溫度測(cè)量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置,通常稱為熱像儀。
七十年代研制出不需致冷的紅外熱電視產(chǎn)品。
九十年代出現(xiàn)致冷型和非致冷型的焦平面紅外熱成像產(chǎn)品,這是一種最新一代的紅外電視產(chǎn)品,可以進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn),把紅外熱成像的應(yīng)用提高到一個(gè)新的階段。
七十年代中國(guó)有關(guān)單位已經(jīng)開始對(duì)紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行研究,到八十年代初,中國(guó)在長(zhǎng)波紅外元件的研制和生產(chǎn)技術(shù)上有了一定進(jìn)展。到了八十年代末和九十年代初,中國(guó)已經(jīng)研制成功了實(shí)時(shí)紅外成像樣機(jī),其靈敏度、溫度分辨率都達(dá)到很高的水平。進(jìn)入九十年代,中國(guó)在紅外成像設(shè)備上使用低噪音寬頻帶前置放大器,微型致冷器等關(guān)鍵技術(shù)方面有了發(fā)展,并且從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用,主要用途用于部隊(duì),例如便攜式野戰(zhàn)熱像儀,反坦克飛彈、防空雷達(dá)以及坦克、軍艦火炮等。
中國(guó)在紅外熱成像技術(shù)方面,已經(jīng)投入了大量人力物力,形成了相當(dāng)規(guī)模的研發(fā)力量,但是總的來講,與世界先進(jìn)水平差距很大,與西方相比,約差10年以上。
目前國(guó)外已經(jīng)開始在部隊(duì)裝備第二代紅外熱成像儀,并開始了第三代的研發(fā)工作,但中國(guó)現(xiàn)在才推廣第一代紅外成像儀。在國(guó)際上,美國(guó)、法國(guó)、以色列是這方面的先行者,其它國(guó)家包括俄羅斯均處下游水平。
近幾年來,中國(guó)的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展,與西方的差距正在逐步縮小,有些設(shè)備的先進(jìn)性也可同西方同步,相信中國(guó)和西方的差距會(huì)進(jìn)一步縮小,尤其在新技術(shù)的應(yīng)用方面更可以獨(dú)樹一幟。紅外熱成像產(chǎn)品,可以分為致冷型的.非致冷型兩大類。
目前,最先進(jìn)的紅外熱成像儀,其溫度靈敏的可達(dá)0.03攝氏度。無論白天、黑夜均可用于持紅外儀來探測(cè)叢林中的敵人,其距離可達(dá)百米之遙,作為邊防緝私,更可以追蹤海上走私的大飛機(jī),其距離可達(dá)數(shù)公里。通過熱像儀不僅可實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè),更可以通過其行蹤軌跡的“熱痕跡”進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,因?yàn)橐话阄矬w的熱發(fā)散有一定的時(shí)間性,有些物體的熱發(fā)散需要很大時(shí)間。例如部隊(duì)點(diǎn)燃的炊煙,曾經(jīng)發(fā)動(dòng)過的車輛等都可以留下“熱痕跡”。
第一代熱像儀主要由帶有掃描裝置的光學(xué)儀器和電子放大線路、顯示器等部件組成,已經(jīng)成功裝備部隊(duì),并在夜間的地面觀察、空中偵察、水面保險(xiǎn)等作出重要的貢獻(xiàn)。第二代熱成像儀主要采用焦平面陣列技術(shù),集成數(shù)萬個(gè)乃至數(shù)十萬個(gè)信號(hào)放大器,將芯片置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上,取得目標(biāo)的全景圖像,無需光——機(jī)掃描系統(tǒng),大大提高了靈敏度和熱分辨率,可以進(jìn)一步提高目標(biāo)的探測(cè)距離和識(shí)別能力。 (end) 紅外熱像儀相關(guān)文章:紅外熱像儀原理
評(píng)論