紅外熱像儀與智能家居

紅外熱像儀民用逐步升溫如果你還認(rèn)為熱像儀是高端專業(yè)設(shè)備，是軍用設(shè)備，離我們還很遙遠(yuǎn)，不好意思，你已經(jīng)out了！我們印象中的熱像儀經(jīng)常出現(xiàn)在某軍偵查、航海作業(yè)等專業(yè)化行動(dòng)中，而如今，熱像儀的應(yīng)用幾乎就遍布我們身邊。近些年來(lái)，隨著手持式紅外熱像儀的發(fā)展和普及，已從軍用專業(yè)精密儀器逐漸轉(zhuǎn)型成便攜帶、智能化、甚至自帶Wi-Fi/云熱像的民用普及產(chǎn)品。

紅外熱像儀智能家居發(fā)展前景

紅外熱像儀發(fā)展?jié)摿薮?，已迎?lái)黃金發(fā)展時(shí)期曾經(jīng)的紅外熱成像的發(fā)展主要由國(guó)防應(yīng)用推動(dòng)，出來(lái)的最新產(chǎn)品也主要應(yīng)用于軍用產(chǎn)品。十年的發(fā)展幾乎讓這一現(xiàn)象遂成往事，如今熱成像的廣泛應(yīng)用在消防、PVS、海事、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、智能建筑、智能家居和智慧商店等市場(chǎng)的大規(guī)模發(fā)展，讓紅外傳感器在商業(yè)中的應(yīng)用前景非常樂(lè)觀。就熱成像市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者FLIR舉例，2015年至今三年來(lái)，F(xiàn)LIR共出貨了100萬(wàn)個(gè)Lepton機(jī)芯，集成于超過(guò)20多種產(chǎn)品中（Lepton是一款為FLIR帶來(lái)巨大成功的關(guān)鍵紅外機(jī)芯）；同時(shí)，F(xiàn)LIR開辟了一條充滿智慧的戰(zhàn)略，將非制冷紅外成像技術(shù)針對(duì)各種不同的應(yīng)用引入廣泛的產(chǎn)品中，使非制冷紅外成像技術(shù)獲得更廣泛的應(yīng)用，贏得更大的市場(chǎng)。就國(guó)內(nèi)而言，紅外熱像行業(yè)作為高科技行業(yè)，行業(yè)發(fā)展前景廣闊。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)紅外熱成像技術(shù)市場(chǎng)的潛在需求可達(dá)500~600億元，而目前市場(chǎng)狀況僅處于起步階段，到2020年，紅外成像市場(chǎng)將增長(zhǎng)20%以上。國(guó)內(nèi)如高德紅外、大立科技、颯特紅外、?？低暤阮I(lǐng)頭企業(yè)也在近十年中發(fā)展迅猛，新產(chǎn)品新應(yīng)用緊跟時(shí)代步伐。

紅外熱像儀是如何工作的

紅外熱成像是一種可將紅外圖像轉(zhuǎn)換為熱輻射圖像的技術(shù)，該技術(shù)可從圖像中讀取溫度值，是一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。紅外熱像儀（InfraredThermalImager）則是一種用來(lái)探測(cè)目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的高科技產(chǎn)品。那紅外熱像儀究竟是如何工作的呢？1、紅外熱成像儀的工作范圍在自然界中，只要溫度高于絕對(duì)零度（-273℃）的物體都能輻射電磁波。紅外線是自然界中的電磁波最為廣泛的一種存在形式，它是一種能量，而這種能量是我們?nèi)庋劭床灰姷?。任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生的自身的分子和原子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量。

紅外熱像儀工作波譜紅外線是這些電磁波的一部分，它和可見光、紫外線、X射線、γ射線和無(wú)線電波一起，構(gòu)成了一個(gè)完整連續(xù)的電磁波譜。波長(zhǎng)范圍是0.78μm到1000μm的電磁輻射，我們稱為紅外線輻射。紅外輻射電磁波在空氣中傳播要受到大氣的吸收而使得輻射的能量被衰減，如果吸收的能量過(guò)多，就無(wú)法使用熱像儀進(jìn)行觀察。大氣、煙云等吸收紅外線也跟紅外輻射的波長(zhǎng)有關(guān)，對(duì)于3~5μm和8~14μm的紅外線是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱為紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個(gè)窗口，紅外熱像儀可以正常的環(huán)境中進(jìn)行觀測(cè)而不會(huì)產(chǎn)生紅外輻射衰減的情形。2、熱成像原理通俗的說(shuō)，紅外熱成像是將不可見的紅外輻射變?yōu)榭梢姷臒釄D像。不同物體甚至同一物體不同部位輻射能力和它們對(duì)紅外線的反射強(qiáng)弱不同。利用物體與背景環(huán)境的輻射差異以及景物本身各部分輻射的差異，熱圖像能夠呈現(xiàn)景物各部分的輻射起伏，從而能顯示出景物的特征。熱圖像其實(shí)是目標(biāo)表面溫度分布圖像。3、紅外熱像儀的組成紅外熱像儀的基本工作原理為：紅外線透過(guò)特殊的光學(xué)鏡頭，被紅外探測(cè)器所吸收，探測(cè)器將強(qiáng)弱不等的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大和視頻處理，形成可供人眼觀察的熱圖像顯示到屏幕上。熱像儀由兩個(gè)基本部分組成：光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器。

紅外熱像儀工作原理示意圖熱像儀非常靈敏，能探測(cè)到小于0.1°C的溫差。例如，F(xiàn)LIR紅外熱像儀可識(shí)別細(xì)微至0.02°C的溫度變化，擁有先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)和先進(jìn)的數(shù)學(xué)算法，可精確測(cè)量-40°C至+2000°C的對(duì)象的溫度。4、紅外熱像儀的分類*按照工作溫度可分為制冷型/非制冷性制冷式熱成像儀，其探測(cè)器中集成了一個(gè)低溫制冷器，這種裝置可以給探測(cè)器降溫度，這樣是為了使熱噪聲的信號(hào)低于成像信號(hào)，成像質(zhì)量更好。非制冷式熱成像儀，其探測(cè)器不需要低溫制冷，采用的探測(cè)器通常是以微測(cè)輻射熱計(jì)為基礎(chǔ)，主要有多晶硅和氧化釩兩種探測(cè)器。

制冷型熱成像儀（左）和非制冷型熱成像儀（右）成像效果*按照功能可分為測(cè)溫型/非測(cè)溫型測(cè)溫型紅外熱像儀，可以直接從熱圖像上讀出物體表面任意點(diǎn)的溫度數(shù)值，這種系統(tǒng)可以作為無(wú)損檢測(cè)儀器，但是有效距離比較短。非測(cè)溫型紅外熱像儀，只能觀察到物體表面熱輻射的差異，這種系統(tǒng)可以作為觀測(cè)工具，有效距離比較長(zhǎng)。

帶溫度信息的熱圖像不帶溫度信息的熱圖像紅外熱像儀的心臟——紅外探測(cè)器紅外探測(cè)器從探測(cè)機(jī)理上可分為：紅外光子探測(cè)器和紅外熱探測(cè)器。

紅外探測(cè)器的具體分類

1、光子探測(cè)器：基本工作原理是探測(cè)器吸收目標(biāo)或背景輻射的光子時(shí)，探測(cè)器材料的最外殼層電子發(fā)生躍遷形成晶體內(nèi)的自由電子，產(chǎn)生光生電導(dǎo)或光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)和光生伏特效應(yīng)的強(qiáng)弱取決與輻射源的輻射強(qiáng)度和探測(cè)器的靈敏度。在整個(gè)探測(cè)工作過(guò)程中，光子探測(cè)器的溫度基本保持恒定。

2、熱探測(cè)器：主要是通過(guò)吸收紅外輻射的能量，使探測(cè)器的溫度發(fā)生變化，引起探測(cè)器電阻率或電極性的改變，熱探測(cè)器電阻率或電極性的改變量同樣取決與輻射源的輻射強(qiáng)度和探測(cè)器的靈敏度。

3、兩類紅外探測(cè)器對(duì)比：由于二者工作機(jī)理的不同，這兩類探測(cè)器顯出各自不同的紅外響應(yīng)特性：光子探測(cè)器有最佳的響應(yīng)波長(zhǎng)（峰值波長(zhǎng)），黑體響應(yīng)率與峰值響應(yīng)率之間差異隨著探測(cè)器響應(yīng)波段的不同而有很大的不同；而熱探測(cè)器的響應(yīng)率隨波長(zhǎng)的變化幾乎是平坦的。因此，熱探測(cè)器的黑體響應(yīng)和峰值響應(yīng)幾乎沒有什么差別。另一方面，隨著探測(cè)器工作高溫工作的升高，熱探測(cè)器可比光電探測(cè)器具有更高的靈敏度。因此，通常廣泛應(yīng)用于工作溫度接近室溫場(chǎng)合，被稱為“非制冷”探測(cè)器。

4、紅外熱電堆探測(cè)器盡管與其他紅外探測(cè)器相比，紅外熱電堆探測(cè)器響應(yīng)靈敏度不高，熱響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，在器件性能方面不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。不過(guò)熱電堆探測(cè)器制作容易與集成電路工藝兼容，信號(hào)后處理電路也比較簡(jiǎn)單，具有低成本的潛力，對(duì)紅外成像圖像質(zhì)量要求不高的社區(qū)保安、安全監(jiān)控、汽車輔助駕駛領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

紅外熱像儀的應(yīng)用目前已遍布我們生活的各個(gè)角落，從常見的醫(yī)學(xué)成像到就在我們身邊的光譜探測(cè)，從我們逐漸了解的食品檢測(cè)到軍事所用的雷達(dá)建模，從日常最熟悉的安全檢查到即將到來(lái)的自動(dòng)駕駛、智慧生活。