事實(shí)上，熱像儀的視野遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們?nèi)搜鬯芸吹降姆秶Ｍㄟ^這樣做，它可以為我們提供數(shù)十萬英里外恒星誕生的明確跡象。

事實(shí)上，再強(qiáng)大的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡也無法探測到這樣一個(gè)突破性的時(shí)刻。美國宇航局的低軌道太空望遠(yuǎn)鏡或許能夠?yàn)槟峁┮粋€(gè)很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的美麗星云的壯觀圖像。然而，它不會(huì)給我們暗示即將在該星云內(nèi)誕生的初出茅廬的恒星的崛起。星際塵埃覆蓋的圖像會(huì)掩蓋這一重大事件。但如果紅外熱像儀無法幫助它，則不會(huì)。 

言歸正傳，熱像儀一直在全球范圍內(nèi)與新冠病毒的斗爭掀起波瀾，這種可怕的病毒使我們的活動(dòng)受到嚴(yán)格測量。毫無疑問，這些相機(jī)已經(jīng)占據(jù)了中心位置。它可能無法直接檢測病原體的存在。但是，說實(shí)話，沒有任何設(shè)備可以比紅外熱像儀更安全地從安全距離檢測發(fā)燒，這是病毒感染的首要癥狀。難怪如今它已成為購物中心和其他公共場所入口處的固定裝置。 

因此，最重要的是仔細(xì)觀察熱像儀的工作原理。通過獲得更多的知識(shí)，您將能夠最大限度地利用熱像儀，就像它改變了我們在地球上的生活一樣。在很大程度上，當(dāng)您想讓事情順利進(jìn)行時(shí)，可以獲得更高的生產(chǎn)力和效率。 

原則第一

馬上，您可能會(huì)對(duì)紅外熱像儀如何檢測恒星的誕生感到困惑。但這只是冰山一角。紅外天文學(xué)可以發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于我們已知宇宙的信息，因?yàn)樗搅丝梢姽狻；蛘咭浑p人的眼睛能看到什么。 

所以首先要知道紅外線是不可見的。與我們每天看到的正常事物不同，我們不能用人類的視覺來看到紅外線。

1800 年發(fā)現(xiàn)紅外輻射 (IR) 的英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾爵士 (Sir William Herschel ) 甚至不知道存在紅外輻射，這絕非偶然。至少在他看到它的效果之前不會(huì)。使用艾薩克牛頓爵士熟悉的棱鏡實(shí)驗(yàn)，威廉使用溫度計(jì)測量太陽光產(chǎn)生的每種顏色的溫度。他意識(shí)到隨著顏色變成紅色，熱量會(huì)增加。終于，他撞上了比紅色還要熾熱的"無形之光"。這就是紅外線或熱能的發(fā)現(xiàn)方式。 

因此，您必須意識(shí)到比較普通相機(jī)和熱像儀是徒勞的。智能手機(jī)上的普通相機(jī)使用可見光能量捕捉您周圍的照片。人眼也是如此，人眼也充分利用了可見光能量。 

熱像儀檢測熱量（而不是可見光）的存在。并從該輸入通過數(shù)字或模擬輸出形成視覺表示。因此，它只能看到熱能，而看不到我們眼睛習(xí)慣的畫面。 

請注意，地球上的一切都會(huì)散發(fā)出熱能，即使是一塊冷冰。物體越熱，它發(fā)出的熱能就越多。熱像儀檢測物體的特定熱分布是義不容辭的，也稱為熱特征。并排放置的物體可能具有不同的熱特征。但是，火等極端高溫會(huì)影響靠近它的物體的熱特征。 

事實(shí)上，熱像儀的工作是描繪物體發(fā)出的熱能。雖然普通相機(jī)可以以令人驚嘆的顏色為您提供周圍物體的視覺表示，但它無法描繪所述物體的熱能。另一方面，熱像儀可以向您顯示周圍物體的各種熱能，但無法為您提供周圍環(huán)境的生動(dòng)圖像。 

紅外天文學(xué)比任何強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡都能更好地探測新恒星的誕生，因?yàn)樗梢愿櫷馓盏哪芰颗欧拧．?dāng)新恒星誕生時(shí)，它們會(huì)發(fā)出某種明確無誤的紅外光，表明它們的存在。雖然通常的天體望遠(yuǎn)鏡無法看穿所有的星系塵埃和星云，但強(qiáng)大的紅外望遠(yuǎn)鏡可以探測到這種星系間能量的突然爆發(fā)。

熱像儀內(nèi)部：工作原理

了解什么是紅外線輻射是一回事，而捕捉它又是另一回事。我們必須明白，我們今天所知道的熱像儀是一個(gè)漫長而曲折的過程，需要幾十年才能完善的產(chǎn)物。一方面，我們今天的紅外熱像儀功能強(qiáng)大且用戶友好。因此，與幾十年前消防使用的那些不同，它們不僅重量大，而且價(jià)格也不利。 

先說第一件事。讓我們在信用到期的地方給予信用。雖然是威廉·赫歇爾爵士讓世界意識(shí)到了紅外輻射，但 在 1929 年發(fā)明了第一臺(tái)紅外敏感相機(jī)的是匈牙利物理學(xué)家和發(fā)明家 Kálmán Tihanyi。在這方面，我們可以將 Tihanyi 稱為"制造紅外熱像儀的人"。我們看到了看不見的東西。

由于紅外攝像機(jī)旨在捕捉周圍環(huán)境中的熱能，因此其主要部件旨在處理紅外輻射。輸入單元尤其如此。我們談?wù)摰氖晴R頭和傳感器，紅外線輻射必須通過的路徑。 

1、鏡片

馬上，想想熱像儀的鏡頭，就像你的眼瞼一樣。如果您的眼瞼不打開，您將無法看到周圍的環(huán)境。不是一回事。就其本身而言，熱像儀必須有一個(gè)鏡頭，允許紅外線及其各種頻率通過。只有這樣，傳感器才能處理信號(hào)。 

這就是 IR 攝像頭和標(biāo)準(zhǔn)攝像頭（手機(jī)上的那個(gè)）不同的地方。與普通相機(jī)不同，紅外相機(jī)的鏡頭不得由玻璃制成。請注意，玻璃會(huì)阻擋長波紅外輻射 (LWIR)，這是對(duì)熱成像最有用的頻率。 

因此，鏡片通常由鍺、硒化鋅、氟化鈣或藍(lán)寶石制成。通過這樣做，透鏡可以滿足 7 到 14 μm 熱輻射的電磁光譜范圍。由于這些材料中的大多數(shù)都具有高折射率，因此將抗反射涂層應(yīng)用于鏡片以校正偏轉(zhuǎn)至關(guān)重要。

2、傳感器

熱像儀的核心是傳感器。這是紅外輻射通過熱探測器的地方。這種檢測器直接響應(yīng)因吸收入射紅外光而發(fā)生的熱增加。 

但是，隨著時(shí)間的推移，有兩種最突出的方法可以完成這項(xiàng)工作。今天使用的最新和常用技術(shù)是通過微測輻射熱計(jì)，而另一種方法是使用熱釋電材料。詳情如下。

微測輻射熱計(jì) 

原則上，微測輻射熱計(jì)是一種對(duì)輻射敏感的設(shè)備。第一臺(tái)輻射熱計(jì)是由 美國物理學(xué)家/天文學(xué)家發(fā)明家塞繆爾·皮爾龐特·蘭利( Samuel Pierpont Langley，1834 - 1906 年) 發(fā)明的。 

任何直接撞擊微測輻射熱計(jì)吸收元件的輻射都會(huì)導(dǎo)致溫度相應(yīng)升高。吸收的能量越大，溫度就越高。這種溫度變化可以使用電阻溫度計(jì)直接測量。并作為電子信號(hào)讀出以產(chǎn)生電子圖像。本質(zhì)上，微測輻射熱計(jì)由一層薄薄的金屬組成，然后通過熱鏈接直接連接到（恒溫的）熱庫。 

傳感器陣列是排列在網(wǎng)格中的數(shù)千個(gè)探測器像素的所在地。知道陣列中的每個(gè)像素都會(huì)對(duì)直接撞擊它的紅外輻射做出反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)電阻，然后可以將其轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。來自每個(gè)像素的信號(hào)通過應(yīng)用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行處理，該公式構(gòu)成了所捕獲物體溫度的顏色圖的基礎(chǔ)。然后將隨后的彩色圖片發(fā)送到相機(jī)的處理單元進(jìn)行顯示。 

知道每個(gè)像素都有一個(gè)微測輻射熱計(jì)，以獲得更高的精度。因此，與智能電視或普通相機(jī)相比，熱成像相機(jī)的分辨率相當(dāng)?shù)汀Ｊ聦?shí)通常是，640x480 已經(jīng)被認(rèn)為是熱像儀的高分辨率。 

基于微測輻射熱計(jì)的熱像儀也稱為非制冷熱像儀，因?yàn)椴恍枰獑为?dú)的冷卻機(jī)制來操作微測輻射熱計(jì)傳感器。直接的優(yōu)勢是這些紅外熱像儀比傳統(tǒng)的冷卻型號(hào)更輕。 

3、熱電材料 

這些是使用冷卻傳感器檢測器的熱像儀。一個(gè)光輝的例子是鉭酸鋰。這種材料會(huì)直接響應(yīng)溫度的變化而產(chǎn)生微小的電壓。從這個(gè)意義上說，它直接檢測紅外光子。它是光伏的，而不是使用光電導(dǎo)的基于非制冷微測輻射熱計(jì)的熱像儀。 

盡管它們提供了許多優(yōu)勢，例如遠(yuǎn)距離紅外檢測和更精細(xì)的溫差結(jié)果，但冷卻式熱像儀正逐漸被非冷卻設(shè)備所取代。這主要是因?yàn)樗鼈兏嘿F的價(jià)格標(biāo)簽和笨重的性質(zhì)。由于其成像傳感器必須與低溫冷卻器集成，因此按照當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)，這些紅外探測器很重。更糟糕的是，隨著時(shí)間的推移，低溫冷卻器中的運(yùn)動(dòng)部件很容易磨損。 

4、圖像處理器

獲取紅外輻射后，必須處理數(shù)據(jù)以創(chuàng)建在紅外攝像機(jī)屏幕上看到的輸出。數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理、特征提取和分類。請注意，過濾用于消除噪音或不需要的數(shù)據(jù)。在這里，使用算法或數(shù)學(xué)方程來產(chǎn)生可視圖像。 

展示

這是來自相機(jī)處理器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)的地方。請記住，所述數(shù)據(jù)取自每個(gè)像素（非冷卻）。通過應(yīng)用數(shù)學(xué)算法，可以生成顏色圖。這代表了被調(diào)查物體的明顯熱特征。以前，非彩色或黑白表示在熱成像顯示器中很常見。 

頂級(jí)獨(dú)特的熱像儀應(yīng)用

掃描宇宙

當(dāng)涉及到廣闊的宇宙時(shí)，可見光可能會(huì)不足。事實(shí)上，宇宙中有數(shù)百億個(gè)物體，它們的溫度太低，而且非常微弱，無法通過可見光定位。然而，紅外攝像機(jī)在檢測這些方面沒有問題。由于天體（與它們一樣大）會(huì)發(fā)出紅外線，定位和監(jiān)測它們會(huì)容易得多。 

一個(gè)典型的例子是土星的極光。NASA 能夠監(jiān)測這顆行星的光的運(yùn)動(dòng)，從而將其與地球（北極光）的光進(jìn)行比較。 

更好的是，紅外波具有比可見光更長的波長，可以穿過外太空的星云和巨大的塵埃區(qū)域，效果更好，散射更少，完整性更高。因此，我們可以更深入地了解我們已知宇宙的起源， 并發(fā)現(xiàn)恒星和其他星系的誕生。 

自動(dòng)修理

想象一下，您和機(jī)械師找到您的汽車問題會(huì)變得多么容易。您不必再猜測是保險(xiǎn)絲盒還是汽車的電氣系統(tǒng)。通過使用方便的紅外攝像頭，您可以查明問題的根源。請注意，過熱是汽車故障的明顯跡象。 

就像房屋檢查員使用它來檢測您生活空間中的能源漏洞一樣，熱像儀可用于處理汽車問題。在此過程中節(jié)省寶貴的時(shí)間和精力。 

動(dòng)物健康

我們目睹了熱像儀如何有助于阻止新冠威脅的蔓延。此外，該技術(shù)應(yīng)該被證明對(duì)于在大流行后時(shí)期重新開放設(shè)施至關(guān)重要。不僅可以獲得更快的發(fā)燒檢測，而且還可以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，而不會(huì)在您的錢包上炸開一個(gè)大洞。

但熱成像也有利于寵物。由于我們最喜歡的動(dòng)物——從狗、貓到馬——無法用語言表達(dá)它們的痛苦，因此能夠確定它們是否患有健康問題是很重要的。即使你知道他們正在受苦，找到問題的核心完全是另一個(gè)挑戰(zhàn)。 

這就是熱像儀再次發(fā)揮作用的地方。熱量的存在一直是動(dòng)物健康問題的良好跡象。在發(fā)燒、感染和可能的炎癥方面尤其如此。紅外熱像儀已成為公共場所入口的標(biāo)準(zhǔn)配置。 

通過部署紅外技術(shù)，您可以檢測寵物可能存在的熱點(diǎn)區(qū)域。無論您的寵物是在家庭中還是在農(nóng)場中與您一起生活，這都無關(guān)緊要。 

確實(shí)，您節(jié)省了精力和時(shí)間，更不用說您寶貴的財(cái)務(wù)了。最重要的是，您可以挽救生命。這就是您手中的熱像儀的美妙之處。