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紅外熱成像儀的原理及組成
發布時間:2022-11-03 08:20:52

1、紅外熱成像原理

研究發現,自然界中一切物體的溫度都會高于絕對零度(零下273.15℃),由于物體內部分子存在熱運動現象,不斷地向周圍空間釋放紅外光(波)。紅外光,又稱紅外線,是位于可見光和微波之間的電磁波(光),波長范圍在0.75~100 μm之間。一般把紅外線分為三部分:近紅外線(波長范圍0.75~2.5 μm)、中紅外線(波長范圍 2.5~25 μm)和遠紅外線(波長范圍 25~100 μm)。

物體的溫度越高,紅外線熱輻射能量越強,其紅外輻射能量的大小及其波長與物體溫度有著十分密切的關系。研究表明,物體輻射出的紅外線峰值波長與絕對溫度成反比,即物體的溫度越高,其輻射出的峰值波長越短。根據維恩位移定律,峰值波長(λ)與物體的絕對溫度(T)乘積為常數,即:λT=b,其中常數 b=0.002 897 m·K。當測得物體表面輻射出的波長時,即可根據維恩位移定律計算得到物體表面溫度,這就是紅外熱成像測溫技術的理論基礎。利用紅外熱成像技術,可以根據不同場合針對性開發設計各種遠距離測溫設備,如熱成像儀器,廣泛應用在大流量人群場所出入口,下面將對其構造原理進行具體介紹。

2、紅外熱成像儀構造

紅外熱成像儀的構造類似于一臺數碼攝像機,基本組成模塊為:紅外鏡頭、紅外探測器、信號處理電路、熱圖顯示器等。某一物體發出的紅外輻射通過熱成像鏡頭聚集到紅外線探測器上,紅外探測器將接收到的紅外輻射信號轉換為電信號并輸出,經調整或放大后輸入到信號處理器,信號處理器對接收到的電信號進行一系列處理并轉換成圖像碼流,最后在顯示器界面進行熱圖可視化顯示。

與普通鏡頭相比,紅外熱成像儀鏡頭通常使用鍺玻璃制成,鍺玻璃折射系數高,將可見光與紫外光過濾掉,只能通過紅外光。紅外探測器一般為紅外感應元件(紅外傳感器)或晶片,從紅外焦平面陣列輸出的是模擬電信號,反映晶片單元感受到的紅外輻射能量的強弱,然后經過模擬放大、濾波、AD(模-數)轉換后,變成適當的數字信號再進行處理,如通常轉化為常用的圖像灰度值。對紅外焦平面陣列所有的晶片單元輸出的信號進行組合,得到二維灰度圖像,然后對不同的灰度范圍進行不同的映射處理,突出顯示我們感興趣的溫度或目標所在的灰度區間,抑制其他不受關注的灰度區間,增強溫度的可視化效果。

通常我們在紅外熱圖顯示器觀察到的熱成像圖片是重新配色之后的,可更加方便地通過查看圖像不同顏色,直觀判斷出物體不同部位溫度的差異。由以上可知,紅外熱成像是一種可將紅外圖像轉換為熱輻射圖像的技術,該技術可在圖像中顯示溫度值。因此,熱輻射圖像中的各種像素事實上都是一個溫度測量,可實現對物體溫度的非接觸式測量。

此外,主控模塊(信號處理器)獲取到熱成像的整個完整圖像信息后,可通過外聯移動網絡信號將溫度信息傳輸到電腦端或后臺服務器,后端的綜合一體化監控服務平臺可以實時掌握前端的人流測溫信息,再結合人工智能人臉識別算法形成配套的解決方案。如通過設置警示溫度,實現對體溫異常人員的鎖定和動態實時顯示,幫助工作人員進一步對其進行篩檢或者警示。

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