红外热成像

红外热像仪

红外热成像

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    自然界任何高于绝对温度的物体(-273摄氏度)都向外辐射着热量(电磁波)。电磁波有长有短,波长范围为760nm~ 1mm的波叫做红外,人的肉眼无法看见。温度越高的物体,辐射的能量越大。

    红外热成像即通过特殊的材料来感应红外波,然后将红外波转换为电信号,再把电信号转换为图像信号。

    因为感应红外的特殊材料本身也会受外部温度的影响,所以在制作红外热成像机芯的时候,要么对sensor(探测器)进行低温、恒温处理,要么通过算法去矫正。

    对sensor(探测器即特殊材料)进行低温、恒温处理的技术 称为 制冷远红外。通过算法矫正sensor采集的数据的技术叫做非制冷远红外,这也是我接触的最多的红外热成像技术。这种技术需要通过大量算法去矫正探测器取回来的数据,有的还需要挡板矫正。挡板即在sensror前边放一块黑色的等温物体,对sensor进行温度补偿和坏点去除。

    远红外sensor的主要原理:感应红外波长的材料(根据材料不同可能带有电阻材料)封闭在一个盒子里,盒子一直接通固定电流,当感应红外波长的材料接收到红外后会改变整个盒子的电阻,这样通过盒子的电压就会改变,后端得到sensor过来的电压(具体采用稳流还是稳压没去研究)大小调节为对应的Y(YUV)。

    在这儿大家可以发现,红外是没有颜色的,大家所看到的红红绿绿的红外热成像图是根据Y的大小叠加上去的伪彩。

    其实上述的一个盒子就对应sensor的一个像素点,由于材料和制作工艺的限制目前红外的sensor没办法做到可见光的cmos、ccd那么小,当然这是以后发展的趋势。

    红外的sensor从生产到寿终不管通不通电都是在一直工作的,因为热感应材料在不停的接受外界的红外波,所以红外的设备还是尽量妥善保存,不要对着高温物体,如果长时间对着高温度的物体(这儿是指物体本身的温度,不看远近,比如太阳)可能会永久发生形变,感应也就不再灵敏。

    红外sensor的制作流程和材料特性,导致sensor抗干扰能力差,采集数据精度不够。所以每一个像素点都可能需要去矫正(椒盐噪声、高斯噪声、竖条纹、横条纹......),然后确定Y的值。因此目前红外热成像技术的实现还没办达到芯片级,全球的红外热成像技术都停留在FPGA阶段。因为一旦生产为芯片内部逻辑将不能再做调整,而数据矫正一般不会放在软件上去做。软件矫正,其一效率跟不上,其二效率跟上会导致机芯整体功耗高、价格高,不值当。