智能化辐射仪(因疫“出名”的红外热成像技术你真的了解吗？)

Posted 2023-05-29

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智能化辐射仪(因疫“出名”的红外热成像技术你真的了解吗？)

“体温正常！”疫情常态化防控期间，在地铁站入口、小区门口、商场入口等地点，当人们通过一个类似“门”的仪器时，总能听到这样的提示音，它就是近年来逐渐被人们所“熟知”的红外热成像仪所发出的。那么，红外热成像仪的工作原理是怎样的，如今疫情放开，它又将会有哪些应用，发展前景如何？本文将围绕这些问题对红外热成像技术进行介绍。

红外线热成像技术原理

任何温度高于绝对零 (-273.15°C) 的物体，都会根据其温度发出红外能量（热量）；物体发出的红外线能量被称为它的热特征。一般来说，物体越热，它发出的辐射就越多。热成像仪本质上是一种热传感器，能够检测、捕捉到微小的温度差异，它收集来自场景中物体的红外辐射，并根据有关温差的信息创建像素、组成图像。由于物体很少与周边物体的温度完全相同，热成像仪可以检测到它们的差异，并且在热图像中形成鲜明的反差，这就是红外热成像基本原理。

红外热成像仪的工作过程是，通过光学成像系统接收被测目标的红外辐射能量，然后将其作用到红外探测器的光敏元件上，通过后继电路和信号处理后获得红外热像图。其本质就是对红外波段的能量进行成像，然后通过伪着色处理，不同颜色表示不同温度，从而直观的看到物体表面的温度分布情况。而且，红外热成像仪不仅能实现非接触式测温，且测量精度可控制在±0.2℃。

红外热成像技术的历史发展

红外探测器的技术发展要追溯到上世纪50年代，硒化铅 (PbSe)、碲化铅(PbTe)、锑化铟（InSb）被发现，这些半导体化合物军对红外线敏感，可探测大气中3-5μm中波长红外线。不过InSb等化合物属于窄带隙半导体，这类材料在使用一段时间后都需要重新校准，且探测器需要在低温下运行，基于这两个特点，上世纪的红外探测器内部需要集成主动降温以及复杂的自动扫描校正模块，因此体积很大，主要用于军事领域。也被称为制冷式红外探测技术。

随着集成电路技术的发展，上世纪60年代末，第二代红外探测技术，也是非制冷式红外探测技术出现。电荷耦合器件（CCD）与CMOS的发明让探测器阵列与焦平面电子模拟信号读出器的结合成为可能。与相机成像的原理类似，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，接收光电信号转换后将电信号进行积分放大等操作，最终形成图像。

相比前一代技术，第二代红外技术利用探测器探测物体的红外热效应，而不是基于红外敏感材料的光电效应，具有体积小、重量轻、可靠性高的特点。不过相较于制冷型探测器，非制冷型探测距离较短，响应速度较慢，灵敏度较低。但非制冷红外探测器技术解决了制冷型红外探测器需要在低温下工作的问题，除此之外，非制冷红外探测器成本低廉，可实现大规模生产，使红外探测仪能进入广阔的民用市场。

进入21世纪，第三次红外探测革命出现，背后主导因素是微测辐射热计与热释电感测器等技术逐渐成熟。第三代红外探测器与第二代成像原理相同，基本特征就是像素高，热灵敏度高，并且可以搭配AI算法对红外成像进行无损放大。目前，在人们的生产生活中最常见的就是第三代红外探测技术。

相关应用

虽然我们对红外热成像仪的印象一般停留在体温检测上，但红外热成像仪在其他领域也有很多应用，比如对化工企业高空污染源和罐区顶部挥发性有机物排放的远距离检测检查，红外热成像仪可以提供温度测量和热状态分析，为执法人员远距离、无接触现场执法检提供便利；还比如，在医学领域，红外热成像仪可以通过热成像诊断系统采集人体红外辐射，最后转换成不同颜色的图像，从而反映疼痛的性质、程度、范围。除此之外，在电力、安防和钢铁冶炼等行业都有相关应用。

电力：目前，电力行业是我国民用红外热像仪应用最多的行业，作为最成熟、最有效的电力在线检测手段，红外热像仪可以大大提高供电设备的运行可靠性。因此，随着中国经济的不断发展，电力行业也将使红外热像仪的应用更加广泛。

安防：由于红外热成像仪具有隐蔽探测功能，不需要可见光，可以使犯罪份子不知其工作地点和存在，从而产生错误判断，进而帮助安保人员发现其犯罪行为。在某些重要单位，例如：重要的行政中心、银行金库、机要室、档案室、军事要地、监狱等，用红外热成像仪24小时监控，并随时对背景资料进行分析，一旦发现变化，可以及时发出警报，并可以通过智能设备，对有关情况进行自动处理，随时将情况上报，取得进一步的处理意见。

森林防火：在森林防火应用中，结合前端的热成像网络摄像机平台端的自动识别算法，可实现火情的智能视频监控、自动识别和报警联动，由于红外热成像摄像机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。如在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源。用现有的普通监视系统，很难发现这种隐性火灾苗头。利用飞机巡逻或远距离热成像云台摄像机，则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，即可透过烟雾发现着火点，在第一时间发出警报，把火灾消灭在萌芽阶段，使得消防工作及时开展，最大限度的减少国家和人民的财产损失。

钢铁冶炼：在钢铁生产中使用非接触红外线热像仪应用于钢铁生产过程中，对温度进行监控，对于提高生产率和产品质量至关重要。钢铁生产过程中的每个阶段都会从非接触红外热像仪中受益。

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资料来源：

https://www.xianjichina.com/special/detail_520856.html

https://www.huxiu.com/article/749026.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/269478832

https://zhuanlan.zhihu.com/p/448699733

https://www.yoseenir.com/9194.html

https://blog.csdn.net/kwdx2/article/details/120060084

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