可见光
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Biblioteka 律 是由普朗克公式从0到无穷远积分导
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什么是热像技术?
热传递
热辐射
应用
热像技术可以拓展到很多领域 …
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分析技术 热像仪操作
检测计划和报告
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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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什么是热像技术?
热
像
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热量 温度
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分析
图像
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什么是热像技术?
热量是不同温度的系统间的 热量交换.
因此, 当没有温度差异时红 外图像没有任何对比，也
不可能进行分析!
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什么让热像技术这么有用?
• 非接触性 – 远程感应
– 使得用户远离危险 – 不会侵扰或者影响目标
• 二维性
– 可以比较物体的不同区域 – 利用图像可以观察整个目标 – 热分布可以可视化后进行分析
• 实时性
– 固定物体进行高速扫描 – 高速移动物体捕获 – 高频温度变化的图像捕捉
反射辐射 W
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 + gW + W)/W = 1
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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.
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
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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)
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
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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.
– 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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红外辐射
和可见光一样，红外辐射可以:
从物体表面反射. 被物体吸收. 穿透物体
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入射辐射 W
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红外图像
VOC探测器
16-位数字成像技术，伪彩技术
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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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红外理论基础介绍
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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
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红外热像仪的工作原理
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目标物体
红外光学 镜头
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PC
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）
• 垂直的时候最高. • 低于 45o 会迅速降低.
– 物体温度高时会更高.
• 发射率依赖于:
– 物体的基本材料
• 金属发射率通常很低 • 非金属通常高
– 红外波段
• 发射率可以通过实验来测定.
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发射率
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发射率
• 发射率 e 是物体的红外辐射效率. • 发射率高则同样温度的物体发射出更多的能量.
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.
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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.
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Note : There exist standardized definitions in some countries, and ISO is also working on it.
– 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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