热成像仪是怎么成像的？原理是什么？？谁发明的？

1. 热成像仪是怎么成像的？原理是什么？？谁发明的？

自然界中的物体除了具有我们所熟悉的可见光图像外还具有一种人的肉眼看不到的红外热辐射图像把物体发出的不可见红外能量转变为可见热图像的仪器它就是热成像仪那么我们就来讲讲热成像的原理

2. 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。

3. 热成像仪的成像的原理？

热成像仪
热成像仪（Infrared Thermal Camera）是一种利用红外热成像技术，通过对标的物的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备。 热成像仪最开始起源于军用，逐渐转为民用，主要用于研发或工业检测与设备维护中，在防火、夜视以及安防中也有广泛应用。

中文名
红外热像仪

外文名
Infrared Thermal Camera

主要指标
测温范围、空间分辨率、测温精度

操作方式
手持式、便携式、在线型

接收辐射方式
主动接收、被动接收

概述
红外热像仪是一种利用红外热成像技术，通过对标的物的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备。红外热像仪将实际探测到的热量进行精确的量化，以面的形式实时成像标的物的整体，因此能够准确识别正在发热的疑似故障区域。操作人员通过屏幕上显示的图像色彩和热点追踪显示功能来初步判断发热情况和故障部位，同时严格分析，从而在确认问题上体现了高效率、高准确率。

早先用于军事领域的红外热像仪，最近这些年不断向民用、工业用领域进行扩展。欧美一些发达国家自上世纪70年代开始，先后开始探索红外热像仪在各个领域的使用。经过几十年的持续发展，红外热像仪从一个笨重的机器已经发展成一个轻便、便携的用于现场测试的设备。

结构组成
红外热像仪通常由光机组件、调焦/变倍组件、内部非均匀性校正组件（以下简称内校正组件）、成像电路组件和红外探测器/制冷机组件组成。光机组件主要由红外物镜和结构件组成，红外物镜主要实现景物热辐射的汇聚成像，结构件主要用于支承和保护相关组部件；调焦/变倍组件主要由伺服机构和伺服控制电路组成，实现红外物镜的调焦、视场切换等功能；内校正组件由内校正机构和内校正控制电路组成，用于实现红外热像仪的内（非均匀）性校正功能；成像电路组件通常由探测器接口板、主处理板、制冷机驱动板和电源板等组成，协同实现上电控制、信号采集、信号传输、信号转换和接口通讯等功能。红外探测器/制冷机组件主要将经红外物镜传输汇聚的红外辐射转换为电信号。

应用
(1)对于发电机、电动机的不平衡负载，轴承温度过高，碳刷、滑环和集流环发热，绕组短路或开路，冷却管路堵塞，过载过热等问题进行监测。

(2)可以对电气设备进行维修检查。而对于安全防盗，屋顶查漏，环保检查，节能检测，无损探伤，森林防火，医疗检查，质量控制等也比较有帮助。

(3)可以监控像火山爆发、山体滑坡等突发的自然环境变化。

(4)对于变压器的套管过热，过载，接头松动，冷却管堵塞不畅，接触不良，三相负载不平衡等进行监测。

(5)对于电气装置的接触不良，过载，接头松动或，过热，不平衡负荷等隐患进行监测。

红外热像仪的应用范围愈来愈广泛，在科研领域、医疗领域、电子等行业都将发挥出举足轻重的作用。

工作原理
通俗地讲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。 现代热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。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。

热像优势
1.由于红外热成像技术是一种对目标的被动式的非接触的检测与识别，因而隐蔽性好，不容易被发现，从而使红外热成像仪的操作者更安全、更有效。

2.红外热成像技术的探测能力强，作用距离远。利用红外热成像技术，可在敌方防卫武器射程之外实施观察，其作用距离远。手持式及装于轻武器上的热成像仪可让使用者看清800m以上的人体;且瞄准射击的作用距离为2~3km;在舰艇上观察水面可达10km,在15km高的直升机上可发现地面单兵的活动，在20km高的侦察机上可发现地面的人群和行驶的车辆，并可分析海水温度的变化而探测到水下潜艇等。

3.红外热成像技术能真正做到24h全天候监控。红外辐射是自然界中存在最为广泛的辐射，而大气、烟云等可吸收可见光和近红外线，但是对3~5μm和8~14μm的红外线却是透明的，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。因此，利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在雨、雪等烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到所需监控的目标。正是由于这个特点，红外热成像技术能真正做到24小时全天候监控。

4.红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场，不受强光影响，可在有如树木、草丛等遮挡物的情况下进行监控。红外测温仪只能显示物体表面某一小区域或某一点的温度值，而红外热成像仪则可以同时测量物体表面各点温度的高低，直观地显示物体表面的温度场，并以图像形式显示出来。由于红外热成像仪是探测目标物体的红外热辐射能量的大小，从而不像微光像增强仪那样处于强光环境中时会出现光晕或关闭，因此不受强光影响。

技术指标
1.热灵敏度/NETD

热像仪能分辨细小温差的能力，它一定程度上影响成像的细腻程度。灵敏度越高，成像效果越好，越能分辨故障点的具体位置。

2.红外分辨率

红外分辨率指的是热像仪的探测器像素，与可见光类似，像素越高画面越清晰越细腻，像素越高同时获取的温度数据越多。

3.视场角/FOV

探测器上成像的水平角度和垂直角度。角度越大看到的越广，如广角镜。角度越小看到的越小，如长焦镜。所以根据不同的场合选择合适的镜头也是相当重要的。

4.空间分辨率/IFOV

IFOV是指能在单个像素上所能成像的角度，因为角度太小所以用毫弧度mrad表示。IFOV受到探测器和镜头的影响可以发现镜头不变，像素越高，IFOV越小。反之像素不变，视场角越小，IFOV越小。同时，IFOV越小，成像效果越清晰。

5.测温范围

设备可以测量的最低温度到最高温度的范围，范围内可具有多个温度量程，需要手动设置。如FOTRIC 226测温范围是-20℃~650℃，温度量程分为-20 ℃~150 ℃ 、 0 ℃~350 ℃和200 ℃~650 ℃。尽可能选择能符合要求的小量程进行测试，如果测试60℃的目标，选择-20~150℃的量程会比选择0~350℃的量程，热像图更加清晰。

6.全辐射热像视频流

保存每帧每个像素点温度数据的视频流，全辐射视频可以进行后期温度变化分析，也可以对每一帧图片进行任意温度分析。

4. 热成像仪是做什么用的？

热成像仪是利用温度成像，自然界中一切高于-273℃的物体都会不断向外散发红外辐射，物体的温度越高，辐射能量越强。这部分光线人的肉眼是看不见的，热成像仪可以通过一系列技术将这部分光线转变为人肉眼可见的图像。
热成像仪具有十分广泛的应用空间，可以应用在生活的方方面面。简单来说，热成像仪有两大用途：测温和夜视。
测温又分为人体测温和工业测温两大领域。人体测温功能，大家都相对比较熟悉。疫情期间，车站、机场、商场等很多地点都安装了大批量热成像测温仪，可以在不影响人流正常通行的情况下，快速多人测温，为疫情防控做出贡献。除了人体测温，热成像仪还可以进行工业测温，应用于电力、建筑、危化品等行业领域。
其次是夜视功能，热成像仪不受可见光影响，因此可以无惧黑暗、眩光、雾霾等，可应用于自动驾驶、户外观察等。

5. 什么是热成像仪？有什么作用

热成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，从而获得红外线热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲，热成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。热成像仪具有不受可见光影响、可24小时清晰成像、非接触测温、穿烟透雾等优势。

热成像仪具有十分广泛的应用空间，可以应用在生活的方方面面，如疫情防控人体测温、工业测温（电力检测、建筑检测、危化品检测、家庭水电暖检测等）、自动驾驶、户外观察等。相信不远的未来，热成像技术可以得到更充分地普及和推广应用。

6. 热成像仪的工作原理

红外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。辐射是指辐射能（电磁波）在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。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。人类一直都能够检测到红外辐射。人体皮肤内的神经末梢能够对低达±0.009°C (0.005°F) 的温差作出反应。虽然人体神经末梢极其敏感，但其构造不适用于无损热分析。例如，尽管人类可以凭借动物的热感知能力在黑暗中发现温血猎物，但仍可能需要使用更佳的热检测工具。由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制，因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具。

7. 热成像仪的设备构成

自然界中只要高于绝对零度（-273℃）的物体，都会不断向外辐射红外线。热成像仪通过光学系统、红外探测器芯片及电子处理系统，将物体表面红外辐射转换成可见图像。
其中，红外探测器是热成像仪的核心器件，红外探测器芯片之于热成像仪，就相当于CPU之于电脑。芯片的发展趋势是像元间距的缩小和面阵规模的逐渐变大。探测器面阵大小是判断热成像仪好坏的重要指标，民用热成像仪中相对高端的产品像素为640×512/384×288，红外热图清晰细腻。除了面阵大小，像元间距也是一个重要指标。越小的像元间距带来了更优化的光学系统，更低的功耗，也代表了产品更高的科技水平。

8. 热成像仪是什么东西

顾名思义热成像就是靠温差发现目标的，不管是什么东西只要跟环境温度有差别都能看见（不管低温还是高温都可以看）。