熱成像夜視儀原理介紹?

自然界中的物體,除了具有我們所熟悉的可見光影象外,還具有一種紅外熱輻射影象,但人的肉眼看不到紅外熱輻射,這是因為它所發出的是紅外線,為不可見光。

  如今,一種被稱為“紅外熱成像”的神奇技術能夠將熱輻射影象轉換成可見光影象,它能讓人們看到過去看不到的東西。實現這一轉換的裝置稱為熱像儀,通過這個熱像儀,可以讓我們在漆黑的夜裡看到有如白天的景象。

  現在我們來看看熱像儀是如何完成這一轉換的。光機掃描機構將紅外望遠鏡所接收的景物熱輻射圖分解成熱輻射訊號,並聚焦到紅外探測器上,探測器與影象視訊系統一起將熱輻射訊號放大並轉換成視訊訊號,通過顯示器人們就可以看到一幅幅神奇的畫面。熱像儀能夠在幾百分之一攝氏度內識別出溫度的微小差異。

  熱成像技術是根據所有物體都發熱這一事實來實現的。儘管許多物體從外表看不出什麼,但在其上仍有冷熱之分。藉助熱圖上的顏色我們可以看到溫度的分佈,紅色、粉紅表示比較高的溫度,藍色和綠色表示了較低的溫度。

  從第二次世界大戰開始,熱成像技術就已應用在軍事上。由於這種儀器熱成像夜視儀是靠熱輻射來工作的,它能夠透過漆黑的戰場讓士兵們清楚地看到敵方的行蹤。又由於它為無源性接收系統,比無線電雷達等可見光裝置更安全、隱蔽。

正文

一、技術原理

物體表面溫度如果超過絕對零度即會輻射出電磁波,隨著溫度變化,電磁波的輻射強度與波長分佈特性也隨之改變,波長介於0.75μm到1μm間的電磁波稱為“紅外線”,而人類視覺可見的“可見光”介於0.4μm到0.75μm。

其中波長為0.78~2.0微米的部分稱為近紅外,波長為2.0~1000微米的部分稱為熱紅外線。

紅外線在地表傳送時,會受到大氣組成物質( 特別是H2O、CO2、CH4 、N2O、O3等)的吸收,強度明顯下降,僅在短波3μ~5μm及長波8~12μm的兩個波段有較好的穿透率,通稱大氣視窗,大部份的紅外熱像儀就是針對這兩個波段進行檢測,計算並顯示物體的表面溫度分佈。此外,由於紅外線對極大部份的固體及液體物質的穿透能力極差,因此紅外熱成像檢測是以測量物體表面的紅外線輻射能量為主。照相機成像得到照片,電視攝像機成像得到電檢視像,都是可見光成像。自然界中,一切物體都可以輻射紅外線,因此利用探測儀測定目標的本身和背景之間的紅外線差並可以得到不同的紅外影象,熱紅外線形成的影象稱為熱圖。

二、主要特點

大氣、煙雲等吸收可見光和近紅外線,但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的。因此,這兩個波段被稱為熱紅外線的“大氣視窗” 。利用這兩個視窗,可以使人們在完全無光的夜晚,或是在煙雲密佈的戰場,清晰地觀察到前方的情況。正是由於這個特點,熱紅外成像技術軍事上提供了先進的夜視裝備併為飛機、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統。這些系統在海灣戰爭中發揮了非常重要的作用。

三、熱成像夜視儀的主要效能指標分類

1. 解析度 解析度是夜視熱成像儀的最為重要的指標,夜視儀影響夜視熱成像儀成本的關鍵之一。一般夜視熱成像儀的解析度有160x120、336x256和640x480三種。售價從幾萬到幾十萬元。

2. 內建螢幕的解析度 我們通過夜視熱成像儀觀測目標,實質上是在觀察其內部的液晶屏。頂級品牌的夜視熱成像儀,其內建螢幕的解析度和清晰度都非常高,比如RNO的夜視熱成像儀其內建螢幕採用頂級的OLED 800*600的螢幕。這樣讓其又更清晰觀測效果和更好的視野。

3. 雙筒還是單筒 雙筒在使用舒適度上和觀測效果上都明顯遠優於單筒,當然雙筒夜視熱成像儀的價格也會遠高於單筒的夜視熱成像儀。雙筒夜視熱成像儀在生產技術上會遠高於單筒,目前在全球只有兩家公司有這個生產技術,包括RNO和HST這兩個廠家。

4. 放大倍率 由於在技術上的瓶頸,夜視熱成像儀的物理放大倍率,大部分小廠的倍率僅僅都在3倍以內。目前最大能夠生產的倍率為5倍。

5. 外界攝錄裝置 夜視熱成像儀,知名品牌都會提供外界攝錄裝置選項,可以通過本裝置,直接攝錄到SD卡上。並且還可以通過遙控裝置進行遙控拍攝。

四、熱成像夜視儀的主要產品介紹

目前能夠生產熱成像夜視儀的廠家不多,國內有不少廠家試圖在生產,但是產品僅僅在實驗階段。目前在國內能夠見到的主要就是兩個國內品牌RNO和FLIR. 其中FLIR是以生產熱像感測器為主力,在光學產品上會稍微弱一點,所以FLIR主要生產中低端的單筒熱成像夜視儀,由於其沒有光學產品的生產技術,所以一般生產低倍率,低解析度的民用產品。 在市面我們能夠見到的更多的頂級熱成像夜視儀,應該是RNO品牌,其產品大多是美國軍轉民的產品,所以效能上非常卓越。RNO的主力產品是雙筒熱成像夜視儀,效果確實非常好,價格也不菲。在國內我們能見到的是RNO的HC系列雙筒熱成像夜視儀,包括HC-336和HC-640. 其中HC-336又分為HC336-3和HC336-5兩個型號,價格大約在10-20萬元人民幣。 在美國市場,FLIR佔據大部分4000美元以下的低端熱像夜視儀產品市場,而RNO佔據大約90%的高階熱成像夜視儀的市場。 下圖就是RNO非常知名的HC系列熱像夜視儀

熱成像夜視儀原理介紹

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