红外热像仪的使用及参数解释：红外热像仪必备知识

红外热像仪的使用及参数解释：红外热像仪必备知识红外热成像仪的使用问题除了与红外热成像仪工作原理相关的问题外，人们还经常询问热成像仪在特定场合的使用问题，以及该技术在特定环境或应用中的有效性。本节将为这类问题提供解答，并讲述技术背后的原因。为什么红外热成像仪在夜间性能更佳？红外热成像仪通常在夜间性能更佳，但这与周围环境的亮暗无关。由于夜间的环境温度（重要的是未加热的物体和环境的核心温度）比日间低得多，因此热成像传感器能够以较高的对比度显示温暖区域。即使在相对凉爽的日间，太阳的热能也会被建筑物、道路、植被、建筑材料等吸收。在一天当中，各类物体都会在环境温度中吸收热量，在使用热成像仪传感器检测时，这些物体与其他待检测温暖物体的区别不甚明显。同理，如果在黑暗中停留数小时（非太阳落山后），大多数热成像仪会清晰显示温暖物体；即使是在白天，清晨也比正午更加明显。热成像仪可以穿透玻璃检测吗？您可能会惊讶地发现，热成像仪通常无法通过玻璃检测。从物理学的

什么是红外热成像仪？

红外热成像仪是一款集成有视觉显示的手持式电子设备，旨在检测热能。
安装在特殊镜头上的热传感器是热成像仪的关键组件，它可以与标准图像捕获技术配合使用。凭借这一功能，工程师可以快速识别温度过高的区域或热能浪费的源头，例如建筑物组件过热或潜在的隔热间隙。
可见光仅构成电磁波频谱的一小部分，也是我们实际上可见的唯一部分。当指向物体或区域时，红外热成像仪上的传感器可以让用户查看原本不可见的红外光谱，即可见光和微波之间的波长。
尽管某些应用为了减少视觉“繁忙度”并改善对细微细节的捕捉而选用黑白显示，但其通常会被渲染为彩色图。

在彩色红外显示图上，较热的组件或区域将显示为红色、橙色和黄色，而较冷的部分通常将显示为紫色和蓝色（绿色通常表示大约处于室温）。由于红外热成像仪旨在测量红外辐射，而非可见光，因此它们也可用于识别非常黑暗或其他遮蔽环境中的热源。

英国畅销的红外热成像仪通常采用人性化的人机工程学设计，旨在提供广泛的热敏温度检测功能。它们可用于各行各业，是应急部门、医务人员、产品制造商、工程师、维护人员的好帮手，同时也是众多家庭爱好者和忠实粉丝的经济之选。

红外热成像仪的发展历程

近几年由于热成像技术的大规模生产，促使手持式热成像仪（也称为热成像仪、热检测或红外热成像仪）成为大多数民用或业余爱好者的理想之选。

但将热能用于红外光谱显示并不是一个新概念。实际上，基本的热成像原理由200多年前德裔英籍天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel）确立的：

• 简言之，赫歇尔是最早发现红外线存在的人，早在1800年2月他便使用棱镜研究可见光谱
• 赫歇尔发现，他可以将温度计放在光谱的红光末端之外，并且检测到了未知的不可见光谱，而且它们比任何可见光的温度都要高
• 今天，我们将这一不可见光谱称为“红外”辐射，它位于电磁波频谱的可见光和微波频率之间

尽管红外热成像仪还有待广泛开发，但赫歇尔的发现很快被用于早期热电偶模块的生产，并且这些模块可以在相当大的距离范围内检测身体散发出来的不可见热量。在随后的几年中，他的发现被许多其他物理学家、工程师和发明家进一步发展：

• 匈牙利博学家KálmánTihanyi（阴极射线电视技术的开拓者）对我们今天使用的热成像技术做出了重大贡献
• 1929年，Tihanyi制造出第一台“夜视”红外热成像仪，用于英国防空防御
• 20世纪70年代，该技术迅速用于固态热成像阵列，并最终用于现代杂交单晶切片成像设备
• 与早期的机械版本不同，20世纪80年代和90年代开发的设备具有更加广泛的功能，更加人性化的设计，无需主动冷却即可工作
• 尽管如此，直到21世纪初，红外热成像仪才真正成为大多数民用经济的可行之选，这显著降低了未冷却阵列的生产成本
• 这推动了红外热成像仪在紧急响应、架构分析、医疗诊断、环境控制和自动驾驶系统等领域的广泛使用

如今，随着智能传感器、微电路和WiFi连接等尖端技术的成本骤降，使得热成像仪成为众多专业人士以及家庭用户的热门之选，广泛用于工程、维修、设计、创意等领域。

红外热成像仪的工作原理

红外（IR）或红外热成像仪的工作原理是检测并测量从物体发出的红外辐射，即热信号。
为此，必须首先为热成像仪配备一个可以使红外频率通过的镜头，该镜头可以将红外频率聚焦在特殊的传感器阵列上，从而检测并读取这些频率。
传感器阵列被构造为像素网格，每个像素网格都会对射入的红外波长产生反应，并将它们转换成电子信号。然后这些信号将被发送到热成像仪主体内的处理器，该处理器使用算法将其转换为不同温度值的彩色图。这张彩色图随后会被发送到显示屏上。
许多红外热成像仪还包括与可见光谱配合使用的标准拍摄模式，类似于单击式数码相机。这样就可以轻松比较IR模式和正常模式下的相同镜头；一旦用户从镜头后面移开，这有助于快速识别特定的问题区域。

红外热成像仪的使用问题
除了与红外热成像仪工作原理相关的问题外，人们还经常询问热成像仪在特定场合的使用问题，以及该技术在特定环境或应用中的有效性。
本节将为这类问题提供解答，并讲述技术背后的原因。
为什么红外热成像仪在夜间性能更佳？
红外热成像仪通常在夜间性能更佳，但这与周围环境的亮暗无关。
由于夜间的环境温度（重要的是未加热的物体和环境的核心温度）比日间低得多，因此热成像传感器能够以较高的对比度显示温暖区域。
即使在相对凉爽的日间，太阳的热能也会被建筑物、道路、植被、建筑材料等吸收。在一天当中，各类物体都会在环境温度中吸收热量，在使用热成像仪传感器检测时，这些物体与其他待检测温暖物体的区别不甚明显。
同理，如果在黑暗中停留数小时（非太阳落山后），大多数热成像仪会清晰显示温暖物体；即使是在白天，清晨也比正午更加明显。
热成像仪可以穿透玻璃检测吗？
您可能会惊讶地发现，热成像仪通常无法通过玻璃检测。
从物理学的角度看，很难解释这一问题的技术原因，但是它的原理却很简单。从本质上看，可见光可以穿过玻璃，但玻璃对于红外波长就像是镜子（这就是为什么红外热成像仪镜头通常由锗或硒化锌而非玻璃制成）。
如果将红外热成像仪对准窗户，屏幕上将无法清晰显示另一侧的图像，您很可能看到的是一团模糊，并且这很可能是您手持镜头的模糊反射。

但这并非绝对，有些红外频率可以穿过玻璃，而且某些类型和配置的玻璃允许不同程度的红外光通过。例如，汽车挡风玻璃往往比标准的家用玻璃产生更好的结果。
不过在大多数情况下，大部分图像会被玻璃“错误”侧的红外线反射所遮盖，并显示不同程度的不透明度。至少所查看物体将缺少明显的细节和对比度。
简而言之，您无法使用热成像仪在通过玻璃（或其他各种类型的高反射表面）的情况下获得准确的读数。
热成像仪可以在水下工作吗？
红外热成像仪往往无法在水下正常工作，其原因与上述玻璃问题相关。
水会阻挡很多红外波长，就像不透明的屏障会阻挡可见光波长一样。就像我们无法看穿油漆一样，红外线传感器也无法“看穿”深水，因为它所检测到的波无法穿过水。
水为红外热成像仪提出了另一个具有挑战性的问题，这与导热率和比热有关。水的热容比空气高得多，因此将同等体积的温度升高或降低1度需要四倍的能量。
这意味着物体相对于水而言会以更快的速度、更短的距离损失（或获得）自身的热能。因此，对热成像而言，水中的物体会比空气中的物体更难进行热成像。
红外热成像仪可以穿透墙壁吗？
不能。但确切地说，它们根本不会“穿透”任何物体。红外热成像仪旨在检测视线范围内第一个物体的表面温度；将一个点指向墙壁或其他固体表面，它将记录该表面向外散发的热量。

由于大多数建筑物都经过工程设计和绝缘设计，可以吸收热量，因此外部热成像仪很难反映内部情况，反之亦然。请注意：红外热成像仪可用于检测从墙后散发的极端热量（例如房屋发生火灾的情况下），这是因为墙壁本身也会很快变热。
类似地，一些热成像仪足够灵敏（高达 /-0.01℃），可以记录人发出的热量，例如站在薄（且冷）墙壁的另一侧，但前提是人要站立足够长的时间，以使自身的热量能够通过墙壁的传递到那个点。

红外热成像仪的用途

如今，除了基本的工程应用之外，应急服务也广泛使用红外热成像仪。该技术会定期部署在各种场景中，包括消防、夜间警察追捕以及灾难响应搜索和救援。
不过，红外热成像仪至今仍有一些可能不太明显的用途。在本节中，我们将简要介绍一些常见场合。

• 无人机红外热成像仪

红外热成像仪通常用于无人机（UAV）中，以增强其在危险或难以观察条件下的侦察能力。对于无人机爱好者，热成像对于摄影师来说用途广泛；对于应急部门，无人机热成像还可以用于搜索和救援团队，以及军事应用。

• 用于火灾检测的红外热成像仪

红外热成像仪可以帮助消防员在尘埃、雾气、灰烬以及污染物遮挡等低能见度条件下发现幸存者；此外，它还可以帮助发现热点、潜在的火源，或指示火灾可能的源头位置（例如地下或空腔壁内）。

• 适用于Apple和Android设备的红外热成像仪

如今，Apple iOS和Android手机有大量的“热量”和“红外”照片应用程序可用，但它们几乎全都是模拟程序。独立的应用程序一般是在手机相机上施加精美滤镜，以有效模拟热检测成像的整体外观。要在智能手机上获得真实的热成像体验，您需要购买辅助热成像仪，并将其连接到手机上，同时结合相应的应用程序使用。菲力尔等品牌的红外热成像仪在英国热销。

• 用于野生动物的红外热成像仪

如今，野生动物摄影、动物追踪和环境监测都是热成像技术的常见领域。可以设置配备有智能传感器的红外热成像仪，这样它可以无人值守地在自然栖息地中使用，或者在夜间或其他难以发现野生动物的情况下自动触发。与之前相比，它还可以对某些地区的物种和行为进行更加全面的监测。

• 海洋用红外热成像仪

红外热成像仪可以应用于一些非常重要的海洋应用，尤其对于夜间航行、大雾或恶劣天气，它可以显著增强碰撞检测系统。如前所述，尽管水下热成像的有效性受到了巨大限制（即使使用先进的技术），但如今符合海洋等级规格的热成像仪已得到了广泛使用，能够安装在各尺寸远洋轮的多个位置。

• 热安全热成像仪

如今，几乎所有营业场所会部署各种形式的安全热成像仪技术。近年来，热成像监控设备已逐渐成为标配产品，以实现更好的保护、识别和投资回报。热安全热成像仪可在低光和可见度较差的区域中表现良好，并能够消除办公室以及仓库附近的诸多视觉伪装（例如茂密的树叶）。此外，CCTV热成像仪还可以与智能传感器和分析技术相结合，助力减少错误警报的数量。标准CCTV装置必须沿可见视线放置才能有效运行，同时还需要昂贵的额外照明才能提供基本功能；而热检测系统更加经济实惠，支持长期运行。

• 夜视热成像仪

尽管红外热成像仪和标准“夜视”装置均可在弱光或其他情况下提高可见度，但实际上它们是两种不同的产品，依赖于不同的技术。其关键区别在于，夜视热成像仪（在电影中看到的夜视热成像仪，夜间显示粒状的绿色和白色）依赖适量的环境光，以放大其无法检测到的物体。出于各种原因，传感器无法应对太多的光线，但是许多人并未意识到，在完全黑暗的环境中，夜视技术也不能胜过人眼。因此，许多夜视热成像仪都配备了附加的红外照明功能，以便提供更大波长的可放大电磁信号，以帮助传感器在非常黑暗的条件下工作。这些是肉眼看不见的，但使用夜视仪的其他人都可以轻易检测到；这在许多应用中并不构成问题，但却无法良好用于军事或监视用途。虽然夜视可以在适当的条件下提供更自然的图像，但如果物体被雾气、烟雾、灰尘或伪装遮挡，其效果远不如热成像。

• 工业用红外热成像仪

当前许多热成像仪都可用于工业用途，英国市场提供各种不同的配置和制造标准，以适应富有挑战性的应用和环境。其中包括经认证可用于易爆气体区域的热成像仪（例如石化行业）；采矿等地下应用；制糖和谷物处理等行业存在大量空气传播尘埃颗粒的区域。如果您的工业红外热成像仪需要特定认证，请与供应商联系并咨询制造指南，以确认满足所有相关标准（例如ATEX和IECEx批准用于1区爆炸性环境）。

总结

由于红外热成像仪具有众多型号、设计和灵敏度，因此在确定产品或配件之前，必须准确了解您要购买的产品。购买应考虑的关键因素包括：

• 价格
• 品牌
• 认证
• 尺寸和重量
• 人体工程学设计
• 图像分辨率
• 温度范围
• 镜头互换性
• 校准