– e + g + = 1 = 100%
• 对于不透明物体:
– =0 – e+g=1 – e = 1 - g, i. e, e <=1
发射率
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发射率
物体表面发射热量的能力叫 发射率.
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大气窗口
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红外通过大气的透射率取决于波长 和大气条件.
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红外图像的大气窗口为: 3 - 5 微米 – 中波/MWIR (SWIR)
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黑体 & 实体
• 黑体是反射和透射都为零的物体 .
– 对于黑体: g = 0, = 0, e = 1 – 黑体是完美的辐射体.
• 一个发射率 < 1 的物体通常成为灰体.
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flir红外热像仪基本原 理
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内容
• 关于红外 • 热传递 • 发射率 • 黑体 & 实体 • 普朗克定律 • 大气窗口 • 热像技术 • 热像技术 vs. 可见光 • 发射 & 反射 • 测量规律
– 对于灰体 : e < 1, e = 常数
• 一个发射率 < 1 的物体，并且随波长变化称之为实体.
– 对于实体: e < 1, e = f(l)
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高温物体的普朗克定律
黑 体 辐 射
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可见光
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波长
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低温物体的普朗克定律
emi ttan ce
黑 体 辐 射
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可见光
反射辐射 W
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被吸收的辐射 W 透射辐射 W
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红外辐射
• 红外辐射是热量通过辐射而传递. • 一个物体的红外辐射 = 100% • 入射辐射 (W) = 吸收 (W) + 反射 (gW) + 透射 (W)
– (W + FLIR Systems 2009. All Rights Reserved.
我们认识可见光图像
我们用眼睛看到的颜色表征 世界.
这个散热器在蓝色背景下且 是灰白的.
颜色在可见光波段是 光线的反射.
散热器是灰白的因为它反射 了白光中的这些组分.
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热像技术 vs. 可见光
可见光
红外光
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热像技术 vs. 可见光
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波长
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维恩定律
• lmax = C/T = 2898/T mmK
– lmax = 能量最大时的波长(mm) – C = 2898 mmK = 常数 – T = 绝对温度（ Kelvin）
物体温度越高, 高温时的辐射 波长就越短
• 对普朗克公式求微分就可以求出维恩定律，从而求得 lmax. • 斯蒂芬-玻尔兹曼定律 是由普朗克公式从0到无穷远积分导
8 - 13 微米 – 长波/ LWIR
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中波红外 3 - 6 µm
• 中波
– 温度越高越灵敏. – 高对比 (温度每变化一度会带来更高水平的信号变动). – 湿度高时更易穿透. – 需要晴朗的天气. 大气吸收最多4.2 - 4.5 mm范围. – 对塑料和玻璃透明. – 太阳辐射更多的MW 而不是 LW.
出的.
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斯蒂芬-玻尔兹曼定律
• W = e s T4
– W = 灰体的辐射功率 W/cm2 – e = 发射率 – s = 斯蒂芬-玻尔兹曼常数(=5.67 x 10-12 W/cm2K4) – T = 灰体温度（ Kelvin）
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传导
热传递
辐射
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热传递
• 热量通常是从高温处传到低温处，从而使得物体间温度升高或者降低. • 通过热辐射传递的能量为:
– 他们之间的绝对温度四次方之差(T4hi - T4lo). – 并依赖于:
• 物体材料, • 物体表面特征, • 表面朝向, • 物体表面几何结构, • 物体温度 • 红外波长.
发射率
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• 发射率:
– 如果表面抛光时会更低.
• 经过粗糙处理的表面发射率高.
– 入射角变小时更低. 热辐射是和表面垂直的.
W
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T
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大气吸收
• 我们认为大气应该是透明的
– 我们能看见可见光 – 大气对于可见光是透明的
• 但是大气对于所有波段并不是透明的.
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红外图像
VOC探测器
16-位数字成像技术，伪彩技术
3
红外的历史
19世纪的天文学家 Sir William Herschel 利用光线，镜子和望远 镜做实验. 明白了光线是由不同颜色的光谱 组成的，且有热效应. 他决定找出哪个波长具有更强的 热效应。
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长波红外 6 - 15 µm
• 长波
– 常温时灵敏度更好. – 给定温度目标的信号水平更好. – 更少的大气吸收. – 对于玻璃和塑料不透明, 测量它们的表面温度很方便. – 阳光下反射更少. – 更高的信噪比. – 穿透烟、雾、尘和扰流. – 对于可将光背景干扰不敏感.
吸收率 () + 反射率 (g) + 透射率 () = 1
+ g + = 1 = 100%
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• 物体吸收的红外辐射等于物体发射的红外辐射.
易于吸收的物体就是易于发射的物体.
– 红外吸收 = 红外发射 – 吸收率 = 发射率 = e,
+ g+ = 1
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Sir William Herschel 的实验
光阑
三棱镜
光阑 红外光
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阳光
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可见光谱
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什么是红外?
• 红外光是电磁光谱中介于可见光的红光和微波之间的波段.
伽马射线
可
X射线 紫外 见 红外
无线电
可见光 近红外
0.4
0.75
微米
中红外 3
远红外 超远红外 7.5-15 15 - 1000
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什么是红外?
• 所有超过绝对零度的物体都在红外波段辐射能量. • 红外遵从可见光的基本规律. • 人眼是看不见红外光的. • 可见光和红外光最大的不同是它们的波长不一样.
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红外图例
暗色意味着更冷，亮色意味着更热. 这幅热图高速我们什么信息?
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12,5癈 10 5 0
-3,3癈
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什么是热像技术?
FLIR – ITC 给出的定义 红外热像技术是一门利用非接触式热像设备获取和分析热信息的科学。
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Note : There exist standardized definitions in some countries, and ISO is also working on it.