指南︱选购科研用红外热像仪的七大须知

指南︱选购科研用红外热像仪的七大须知

致读者：

20世纪60年代中期，我们推出了首台商用红外热像仪。如今，我们已成为全球最大的红外热像仪生产商，拥有全世界最大的培训机构——红外技术培训中心(ITC)。FLIR凝聚了我们在红外热像仪领域50余年的经验和知识，编写成“选购科研用红外热像仪的七大须知”这一手册。我们坚信您定会从中受益，从而选购到性能最佳的研发用红外热像仪。

David C Bursell

科研事业部总监

简介

红外热像仪或热成像仪就是将红外辐射转化为可视图像，从而描绘物体或场景的温度变化。用户可通过非接触测量的形式测得目标物的温度，用于数据采集、分析和生成报告。使用红外热像仪进行数据查看、记录、分析和生成报告的过程称之为热成像技术。

热成像技术现已成为各种研发项目不可或缺的工具。市面有售的红外热像仪琳琅满目，价格与功能参差不齐，因此想正确选购一台满足特定应用的热像仪并非易事。

为了保证您现在和将来都能选购到满足自己使用需求的高质量红外热像仪，FLIR列出了选购研发用红外热像仪的七大须知。它能引导您明确项目需求，帮助您选择最符合特定应用的热像仪。基于7点建议的讨论通过指导您创建需求文件，帮助您缩小红外热像仪的选择范围，为您的最终选购指明方向。

第1点：

您要测量什么温度？

红外热像仪的常见应用就是测量所研究物体的温度变化。测量温度时需考虑的两点是：所测物体的温度范围和希望获得的温度分辨率。回答这两个问题将帮助您缩小选择范围，获得最适合您需求的红外热像仪和探测器类型。

温度范围：

温度范围即测量物体会有多冷或多热。这也可能就是您可以测得的最低或最高温度值。例如，您在拍摄停在跑道上的飞机的引擎。飞机机身的温度可能为25°C左右，而引擎的温度大约为500°C。所以您的温度范围大概是25°C到500°C，那么您就要选择能够一次拍摄到整个温度范围的热像仪系统。

温度分辨率：

温度分辨率是您需要测量的最小温度差，通常被称为红外热像仪的热灵敏度。基于不同的红外热像仪探测器类型，热像仪的热灵敏度可以在0.025 °C以下到0.075 °C以下之间。

红外热像仪的温度分辨率或灵敏度通常又称为噪音等效温差(NETD)。这一参数是红外热像仪能够检测到的高于其本底噪声的最小温度差。简言之，这就是您使用特定热像仪能够检测到的最小温差值。表1显示了不同型号红外热像仪的常见温度范围和温度分辨率。

表1：常见红外热像仪的温度范围和温度分辨率

由表1可知，A325的温度范围更广，但温度分辨率(温度灵敏度)偏低；而A6700sc的温度分辨率更高，但整体温度范围偏窄。(若能使A6700sc的整体温度范围大于A325，问题便迎仍而解。接下来我们将进一步讲述两台热像仪的优势。)如您所知，热像仪的选购方案不胜枚举，但如果能首先确定温度范围与温度分辨率，那么将有助于缩小热像仪的选购范围，选择到能满足应用要求的热像仪。

注：红外热像仪的温度分辨率(热灵敏度)和测温精度是不同的。测温精度是热像仪能够准确测量物体确切温度的能力。为了便于解释，设想我们在扫描一杯90°C的热咖啡，但之后温度下降到了89°C。热灵敏度良好的热像仪能够轻松检测到温度变化。但如果没有正确校对，热像仪可能检测到温度从91°C下降到了90°C。这样在该例中，热像仪的测温精度大概就是+/-1°C。

第2点：

您需要捕捉数据的速度有多快？

回答该问题需考虑三个因素：曝光时间、帧频与总记录时间。

曝光时间

曝光时间是指红外热像仪捕捉单帧数据的速度，这类似于传统可见光相机的快门速度。红外热像仪的曝光时间指的是积分时间，或探测器的热时间常数。这两个术语仅指捕获一幅热图像所用的时间。

现在，我们对红外热像仪的曝光时间做一个类比，即：就具有更长或更短曝光时间的传统相机的优势进行比较。对于这两种相机而言，曝光时间越短，捕捉高速移动事件时，图片变模糊的可能性就越小。然而，由于曝光时间偏短，热像仪拍摄目标物的时间就越少；因此可能会导致曝光不足。另一方面，如果曝光时间越长，就能从感兴趣目标物采集到更多的光线(对于传统相机而言)或热能(对于红外热像仪而言)。当然，缺点就是如果目标物快速移动时，图像有可能变模糊。

因此，短时间曝光和长时间曝光之间存在一个平衡点。但是，根据表1我们可知，某些热像仪的热分辨率越高，其热灵敏度也就越高，由此我们就可以推导出，在观测相同的热目标物时，就拍摄同一幅图像而言，热灵敏度高的热像仪比热灵敏度低的热像仪需要的曝光时间更短。对于具有较高热分辨率探测器的热像仪，我们可一举两得，即：获更低温度目标物的优质图像，且图像无动态模糊现象。

为了确定特定的红外热像仪能否满足速度要求，需要考虑以下因素：

∙目标物的运动情况

∙目标物升温或降温的速度

∙红外热像仪的运动情况

帧频(帧/秒)

热像仪系统的帧频是指红外热像仪每秒所能采集到的热图像数量。帧频高的红外热像仪系统能捕捉到快速移动目标物的热图像，如弹道或爆炸场面。如果数据采集速度足够快，甚至能捕获移动目标物的移动顺序，然后慢动作回放。因此，热像仪的帧频越大，对动态变化目标物的测量效果就越佳。

可想而知，曝光时间越短，帧频越大。热像仪的帧频可从几帧/秒到数千帧/秒不等。表1添加帧频一栏后，如下所示：

表2：常见红外热像仪的帧频和曝光时间

总记录时间

您是计划长时间高速捕捉数据，还是高速捕获短脉冲数据，或是数小时内慢速记录数据？与热像仪一样，数据记录的选择方案也不计其数；因此，我们应该对所有的数据采集情况进行探究，从而决定出需要哪种类型的红外记录系统。

与SC660一样，某些红外热像仪自带存储功能，可以将数据存储在内置闪存或可拆卸Compact SD卡中。而其他热像仪，如Silver与Titanium，则通过千兆以太网或CameraLink将高速热数据流传送至PC或笔记本电脑，以备记录之用。对于高速扩展时长的记录，其解决方案是将数。

据流传到RAID磁盘阵列，该磁盘阵列具有处理快速帧频的能力，巨大的容量空间可长时间记录数据。

因此，根据帧频和总记录时间可得出哪种热像仪和数据记录系统是您的最佳选择。

第3点：

您所测目标的大小及距离是多少？

为获得测量目标的最佳热图像和最多测量点，您应该选择视场角中能够覆盖测量目标的镜头。同时，您一般还希望能将您的空间分辨率最优化，以确保需要看到的最小细节符合您的瞬时视场角。

空间分辨率

空间分辨率等同于瞬时视场角(IFoV)。两者都是能在目标物上检测到的最细微的细节，而且都是基于热像仪(探测器)单个像素点所能覆盖的最小区域之上。离目标物越近，像素点将能检测的区域就越小，离目标物越远，检测区域越大。(详见图1)。