• IIANews微官网
    扫描二维码 进入微官网
    IIANews微信
    扫描二维码 关注微信
    移动客户端
  • English
2021 IAS展
机器视觉

红外知识拓展——红外热像仪的工作原理以及能“看”多远

  2020年12月14日  

  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。那么,红外热像仪是如何工作的呢?

(红外热像仪下的动物)

01、红外热像仪的构成

  红外热成像是一种可将红外图像转换为热辐射图像的技术,该技术可从图像中读取温度值。因此,热辐射图像中的各个像素实际上都是一个温度测量点,可实现对物体表面温度的非接触式测量。

  红外热像仪的构造类似于一台数码摄像机。主要组件包括一个将红外辐射对准探测器的镜头,以及用于处理并显示热信号和热图像的软件和电子设备。可见光相机相比,红外热像仪的分辨率较低,因为热探测器需要感应波长比可见光大得多的能量,这要求每个传感元件明显更大。因此,与同样机械尺寸的可见光相机相比,热像仪的分辨率要低得多(像素更少)。选择一台红外热像仪时需要考虑的重要参数包括分辨率、范围(测温范围/量程)、视场角、调焦(焦距)、热灵敏度和波长范围等。

02、热像仪的工作原理

  红外热像仪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。通过查看热图像,可以观察到被测目标的整体温度分布状况,研究目标的发热情况,从而进行下一步工作的判断。

03、捕捉红外波,而不是可见光

  首先必须清楚的是,红外热像仪的工作原理不同于普通相机。普通的可见光照相机与人眼的基本工作原理相同:可见光能量撞击到某物,反射回来,探测器接收到反射的光,然后将其转变成图像。热像仪利用热而不是可见光产生图像,热量(又称红外能或热能)和光都是电磁波谱的组成部分,但是能检测可见光的相机无法检测热能,反之亦然。热像仪捕捉红外光,并通过数字或视频模式输出的数据生成图像。

  红外热像仪几乎能检测所有事物

  红外热像仪感应到的热量能被十分精确地测量,因而红外热像仪用途广泛。比如FLIR红外热像仪能检测到细微的热量差异,甚至精确至0.01℃,将温差以灰度或不同的调色板显示。

同一张图像中的分别以铁红和白热调色板显示不同的温度

  我们在日常生活中遇到的一切事物,即使是冰也会释放出热量。物体越热,其红外辐射就越多。这种辐射的热能称之为“热信号”,如果两个紧挨着的物体拥有细微的热信号差异,它们在热传感器下也会十分清晰地显示出来,无论照明条件如何。这使得热像仪能够在完全黑暗或烟雾弥漫的环境中进行检测。

04、热像仪的优势

  热像仪可让人们看到他们的眼睛看不见的东西:无论光照条件如何,所有物体发出或反射的不可见热辐射。热成像的一些最大好处来自安全领域,安全摄像机已成为全国许多企业的保护重点,在这种情况下,产生高质量图像的需求对于持续保护潜在的入侵者至关重要。

在黑暗环境下热像仪可以清楚的看到树旁的人

05、热像仪测量距离原理

  一台具有较高分辨率的热像仪能够让您的测量目标获得更多像素,即便从远处测量也能提高精度。窄视场角(如6°)能放大远处的物体,同样能使远距离目标获得更多像素。

  当使用红外热像仪测量温度时,您的待测目标至少需要获得3×3像素,以确保获得精确的测量结果。通常做法是确保待测区域完全覆盖热像仪点测温工具或中心测温点十字中心处的小圆孔即可。因为如果被测区域无法完全覆盖小圆孔,就算能在取景器上看到测量目标,也并不意味着您就能精确测量它。

  待测量目标应至少获得3×3像素并且覆盖测量工具的光斑尺寸。这里详细介绍了如何计算出您能在多远的距离对特定尺寸的目标进行测量并获得精确的温度测量值。不过这个计算方式有些费脑筋,但大多数情况下,无需烦恼于这些复杂的计算。

  判定远距离应用的必要性

  什么情况下有必要计算距离系数比,什么情况下无需计算呢?

  远距离应用

  以下类型的应用一般会需要远距离测量:
  ● 从地平面测量屋顶或其它高大目标
  ● 监测电源线
  ● 监测变电站和输电线
  ● 无人机监测与绘图
  ● 无人机太阳能发电站检测
  ● 在靠近目标较危险或不现实的情况下进行距离检测
  这些应用可能需要您计算热像仪的距离系数比,以确保待测目标至少获得3×3像素。

  其他应用

  以下类型的应用一般不需要远距离测量:
  ● 检测房子或建筑内是否存在漏风、隔热层缺失等问题
  ● 检测湿气问题
  ● 检测开关箱和其他家庭布线
  ● 在接近设备安全且切实可行的情况下监测变压器、电机等
  ● 车辆保养和维修
  ● 在能轻松确保目标能覆盖3×3像素的情况下测量大型目标

  特别注意,热像仪的变焦功能仅能放大像素:它无法增强您测量较小目标的能力。如果目标特别小,您可以靠近些以确保至少获得精确测量所需的3×3像素。一定要遵守所有安全预防措施,除非环境或设备安全,否则不要靠近。

  如果无法接近目标,需要使用较高分辨率的热像仪和/或长焦镜头

06、红外热像仪的应用领域

  红外热像仪的潜在用途几乎是无穷无尽的,如今已广泛应用到生活中的各行各业。作为热成像技术领域的先驱,FLIR先进的系统与组件已广泛应用于丰富多彩的热成像安防等领域,包括:森林防火、石化行业、铁路行业、建筑检测(水分、隔热、屋顶等)、消防、无人驾驶车辆和自动制动、体表温度筛查、工业检测、科研等。

标签:FLIR我要反馈
最新视频
Inpeco借助移动机器人实现高效内部物流   
告别除草剂的未来农业 — item除草机器人   
世强
福禄克
轻松上手,直击振动故障根源
西门子数字化预防性维护解决方案
福禄克大展钳途
英威腾
专题报道
《建筑是凝固的音乐》ABB电气系列大片上映
《建筑是凝固的音乐》ABB电气系列大片上映 ABB 网罗了遍布全球的创新建筑案例,通过精心制作的《建筑是凝固的音乐》系列视频,向大家揭秘世界上一些独特建筑及其建筑师的幕后故事,带领大家一起领略那些历久弥新、永不过时的建筑设计和解决方案。
企业通讯
菲尼克斯电气 PLCnext Control
菲尼克斯电气 PLCnext Control

使用PLCnext Control设备,您可灵活选用IEC 61131-3或高级编程语言进行编程。该设备灵活性高,可快速

PLCnext全面助力“智能制造”落地
PLCnext全面助力“智能制造”落地

基于信息物理系统的第四次工业革命渗透到各个行业,数字化、网络化、智能化成为发展的主流方向。作为智能制造不可或缺的神经中枢

在线会议

社区