發(fā)展歷程

　　"紅外線"詞源于"past red"，是出紅色之外的意思，表示該波長(zhǎng)在電磁輻射頻譜中所處的位

　　置。"thermography"詞是采用同根詞生成的，意思是"溫度圖像"。熱成像的起源歸于德天文學(xué)家 Sir William Herschel，他在 1800 年使用太陽光做了些實(shí)驗(yàn)。Herschel 讓太陽光穿過個(gè)棱鏡并在各種顏色處放置溫度計(jì)，利用靈敏的水銀溫度計(jì)測(cè)量每種顏色的溫度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了紅外輻射。Herschel 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)越過紅色光線入他稱為"暗紅熱"區(qū)域時(shí)，溫度便會(huì)升。"暗紅熱"即是現(xiàn)在人們所說的紅外熱能，處于被稱為電磁輻射的電磁波頻譜區(qū)域。

　　二十年后，德物理學(xué)家 Thomas Seebeck 發(fā)現(xiàn)了溫差電效應(yīng)。在該發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，意大利物理學(xué)家Leopoldo Nobili 于 1829 年發(fā)明了熱量倍增器(即早期版本的熱電偶)。這種簡(jiǎn)單的接觸式設(shè)備的作原理是兩個(gè)異種金屬之間的電壓差會(huì)隨著溫度的變化而變化。過了不久，Nobili 的合作伙伴 Macedonio Melloni 把熱量倍增器改為熱電堆(以串聯(lián)方式安裝熱量倍增器)并將熱輻射集于熱電堆上，這樣，他可以檢測(cè)到 9.1 米(33 英尺)遠(yuǎn)處的人類體熱。

　　1880 年，美天文學(xué)家 Samuel Langley 使用輻射熱檢測(cè)儀探測(cè)到 304 米(1000 英尺)以外的牛的體熱。輻射熱檢測(cè)儀測(cè)量的不是電壓差異，而是與溫度變化有關(guān)的電阻變化。Sir William Herschel 的兒子 Sir John Herschel 于 1840 年使用名為"蒸發(fā)成像儀"的設(shè)備制作出幅紅外圖像。熱圖像是薄油膜的蒸發(fā)量差異形成的，可以借助油膜上反射出的光線行查看。

　　熱像儀是種無需與設(shè)備直接接觸便可檢測(cè)出紅外波長(zhǎng)頻譜中的熱圖案的設(shè)備。早期型號(hào)的熱像儀稱為"光導(dǎo)探測(cè)器"。從 1916 年至 1918 年，美發(fā)明家 Theodore Case 利用光導(dǎo)探測(cè)器做實(shí)驗(yàn)，通過與光子(而不是熱能)直接交互作用產(chǎn)生信號(hào)，終發(fā)明了速度更快、更靈敏的光導(dǎo)探測(cè)器。20 紀(jì)四十年代和五十年代期間，為了滿足日益增長(zhǎng)的*事應(yīng)用域的需求，熱成像術(shù)不斷演變，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。德科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過冷卻光導(dǎo)探測(cè)器可以提整體性能。

　　直到 20 紀(jì)六十年代，熱成像術(shù)才被用于非*事應(yīng)用域。雖然早期的熱成像系統(tǒng)很笨重、數(shù)據(jù)采集速度緩慢而且分辨率不佳，但它們還是被用于業(yè)應(yīng)用域，例如檢查大型輸配電系統(tǒng)。

　　20 紀(jì)七十年代，*事應(yīng)用域的持續(xù)發(fā)展就了個(gè)便攜式系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于建筑診斷和材料無損測(cè)試等應(yīng)用域。20 紀(jì)七十年代的熱成像系統(tǒng)結(jié)實(shí)耐用而且非常可靠，但與現(xiàn)代熱像儀相比，它們的圖像質(zhì)量不佳。到 20 紀(jì)八十年代初期，熱成像術(shù)已廣泛應(yīng)用于療、主流行業(yè)以及建筑檢查域。經(jīng)過校準(zhǔn)后，熱成像系統(tǒng)可以制作的輻射圖像，這樣便可測(cè)量該圖像中意位置的輻射溫度。輻射圖像是包含圖像內(nèi)各點(diǎn)處的溫度測(cè)量計(jì)算值的熱圖像。

　　安可靠的熱像儀冷卻器經(jīng)過改，取代了沿用已久的用于冷卻熱像儀的壓縮氣或液化氣。

　　此外，人們還開發(fā)并大量生產(chǎn)了成本較低、基于管道的熱電光導(dǎo)攝像管 (PEV) 熱成像系統(tǒng)。

　　雖然不能行輻射測(cè)量，但 PEV 熱成像系統(tǒng)輕巧靈便、攜帶方便，而且無需冷卻便可操作。

　　20 紀(jì)八十年代后期，種稱為焦平面陣列 (FPA) 的新設(shè)備從*事應(yīng)用域轉(zhuǎn)移至商業(yè)市場(chǎng)。焦平面陣列 (FPA) 是種圖像傳感設(shè)備，由位于鏡頭焦平面處的紅外傳感探測(cè)器的陣列(通常為矩形)組成。

　　這大大改了原始的掃描式探測(cè)器，從而提了圖像質(zhì)量和空間分辨率。現(xiàn)代熱像儀上的典型陣列的像素范圍為:16 × 16 至 640 × 480。從這個(gè)角度來說，像素是可以檢測(cè)紅外能量的 FPA 的小立元素。對(duì)于殊應(yīng)用場(chǎng)合，陣列的像素可以達(dá)到 1000 × 1000 以上。

　　個(gè)數(shù)字代表每個(gè)垂直列中的像素?cái)?shù)，二個(gè)數(shù)字代表屏幕上顯示的行數(shù)。例如，160 × 120 陣列的總像素為 19,200 (160 像素 × 120 像素 = 19,200 總像素)。自 2000 年以來，使用多個(gè)探測(cè)器的 FPA 術(shù)的發(fā)展不斷加快。長(zhǎng)波熱像儀用于檢測(cè) 8 μm 至 15 μm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外能量。微米 (μm) 是個(gè)長(zhǎng)度測(cè)量單位，等于 1 毫米(0.001 米)的千分之。中波熱像儀用于檢測(cè) 2.5 μm 至6 μm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外能量。長(zhǎng)波和中波熱成像系統(tǒng)均提供面的輻射型號(hào)，圖像融合度和熱靈敏度通常為 0.03SDgrC (0.054SDgrF) 或更低。這些系統(tǒng)的成本在過去十年間降低了十倍以上，但質(zhì)量得到了大幅度提升。此外，用于圖像處理的計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用也有了顯著的發(fā)展。現(xiàn)在，幾乎所有商業(yè)類型的紅外系統(tǒng)均使用軟件來協(xié)助分析和撰寫報(bào)告。報(bào)告可快速生成并在互聯(lián)網(wǎng)上以電子形式發(fā)，或以種常見格式(例如 PDF)保存，而且還可以刻錄在多種數(shù)字存儲(chǔ)設(shè)備上

　　 作原理

　　紅外熱像儀是門使用光電設(shè)備來檢測(cè)和測(cè)量輻射并在輻射與表面溫度之間建立相互聯(lián)系的科學(xué)。輻射是

　　輻射能(電磁波)在沒有直接傳導(dǎo)媒體的情況下移動(dòng)時(shí)發(fā)生的熱量移動(dòng)。現(xiàn)代紅外熱像儀的作原理是使用光電設(shè)備來檢測(cè)和測(cè)量輻射，并在輻射與表面溫度之間建立相互聯(lián)系。所有于對(duì)零度(-273℃)的物體都會(huì)發(fā)出紅外輻射。紅外熱像儀利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。通過查看熱圖像，可以觀察到被測(cè)目標(biāo)的整體溫度分布狀況，研究目標(biāo)的發(fā)熱情況，從而行下步作的判斷。人類直都能夠檢測(cè)到紅外輻射。人體皮膚內(nèi)的神經(jīng)末梢能夠?qū)Φ瓦_(dá)±0.009°C (0.005°F) 的溫差作出反應(yīng)。雖然人體神經(jīng)末梢其敏感，但其構(gòu)不適用于無損熱分析。例如，盡管人類可以憑借動(dòng)物的熱感知能力在黑暗中發(fā)現(xiàn)溫血獵物，但仍可能需要使用更佳的熱檢測(cè)具。由于人類在檢測(cè)熱能方面存在物理結(jié)構(gòu)的限制，因此開發(fā)了對(duì)熱能非常敏感的機(jī)械和電子設(shè)備。這些設(shè)備是在眾多應(yīng)用中檢查熱能的標(biāo)準(zhǔn)具。