Wissenssammlung zur Infrarot-Wärmebildgebung

Infrarot-Prinzip

1. Infrarot-Definition

In der Natur kann jedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273℃) elektromagnetische Wellen aussenden. Infrarot ist die am weitesten verbreitete Form elektromagnetischer Wellen in der Natur, es ist eine Art Energie, und diese Energie ist für unser bloßes Auge unsichtbar. Jedes Objekt in der konventionellen Umgebung erzeugt seine eigenen unregelmäßigen Moleküle und Atome und strahlt ständig thermische Infrarotenergie aus.

2. Infrarotbandbereich

Die von der Sonne ausgesandten Lichtwellen werden auch als elektromagnetische Wellen bezeichnet. Sichtbares Licht ist eine elektromagnetische Welle, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Nach der Brechung durch ein Prisma sind sieben Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau und Violett zu sehen.

Infrarotlicht ist Teil dieser elektromagnetischen Wellen, die zusammen mit sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und Radiowellen ein vollständiges Kontinuum des elektromagnetischen Spektrums bilden.

Wie oben gezeigt, wird elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 0,76 μm bis 1000 μm als Infrarotstrahlung bezeichnet.

3. Infrarot "atmosphärisches Fenster"

Infrarotstrahlung Elektromagnetische Wellen breiten sich in der Luft aus und werden von der Atmosphäre absorbiert, so dass die Energie der Strahlung gedämpft wird. Wenn die absorbierte Energie zu groß ist, kann sie von einer Wärmebildkamera nicht beobachtet werden.

Die Absorption von Infrarotstrahlen durch die Atmosphäre und die Rauchwolke hängt auch mit der Wellenlänge der Infrarotstrahlung zusammen. Der Infrarotstrahl ist für 3 bis 5 Mikrometer und 8 bis 14 Mikrometer transparent. Daher werden diese beiden Wellenlängen das "atmosphärische Fenster" des Infrarots genannt. Mit diesen beiden Fenstern kann die Infrarot-Wärmebildkamera in der normalen Umgebung beobachten, ohne die Situation der Infrarotstrahlungsdämpfung zu verändern.

Wie in Abbildung gezeigt:

Das Auto ist im Rauch nicht deutlich zu sehen, aber mit einer INFRAROT-Wärmebildkamera ist es deutlich zu sehen.

Das Prinzip der Infrarot-Wärmebildtechnik

1. Prinzip der Wärmebildtechnik

Unter Infrarot-Wärmebildtechnik versteht man im Volksmund die Umwandlung von unsichtbarer Infrarotstrahlung in sichtbare Wärmebilder.

Unterschiedliche Objekte oder sogar unterschiedliche Teile desselben Objekts haben unterschiedliche Strahlungsfähigkeiten und ihre Reflexionsstärken von Infrarotstrahlen. Durch Verwendung der Strahlungsdifferenz zwischen dem Objekt und der Hintergrundumgebung sowie der Strahlungsdifferenz jedes Teils der Szene kann das Wärmebild die Strahlungsschwankung jedes Teils der Szene zeigen, um die Eigenschaften der Szene zu zeigen.

Das Wärmebild ist eigentlich ein Abbild der Temperaturverteilung auf der Zieloberfläche.

Abbildung: Wärmebilder können den Unterschied in der Wärmestrahlung auf der Oberfläche des Objekts erkennen.

2. Infrarot-Wärmebildsystem

Ein Wärmebildsystem ist ein ganzes System, das Infrarot-Wärmestrahlung durch eine Reihe optischer Komponenten und fotoelektrischer Verarbeitungstechnologie empfängt und dann das für das menschliche Auge sichtbare Wärmebild zur Anzeige auf dem Bildschirm umwandelt.

3. Zusammensetzung der Infrarot-Wärmebildkamera

Das grundlegende Funktionsprinzip einer Infrarot-Wärmebildkamera ist: Infrarotstrahlen passieren eine spezielle optische Linse und werden von einem Infrarotdetektor absorbiert. Das vom Auge beobachtete Wärmebild wird auf dem Bildschirm angezeigt. Das Blockdiagramm ist wie folgt:

Glossar

Infrarot-Wärmebildkameras werden je nach Arbeitstemperatur in Kühlung und Nichtkühlung unterteilt.

Gekühlte Wärmebildkamera:

Der Detektor ist mit einem kryogenen Kühler integriert, der die Temperatur des Detektors senken kann, sodass das thermische Rauschsignal niedriger ist als das Bildgebungssignal und die Bildgebungsqualität besser ist.

Ungekühlte Wärmebildkameras:

Die Detektoren benötigen keine kryogene Kühlung, und die verwendeten Detektoren basieren normalerweise auf Mikrobolometern, hauptsächlich Polysilizium- und Vanadiumoxid-Detektoren.

Infrarot-Wärmebildkameras werden entsprechend ihrer Funktionen in Temperaturmesstypen und Nicht-Temperaturmesstypen unterteilt.

Temperaturmessende Infrarot-Wärmebildkamera:

Die Infrarot-Wärmebildkamera zur Temperaturmessung kann den Temperaturwert eines beliebigen Punktes auf der Oberfläche des Objekts direkt aus dem Wärmebild ablesen. Dieses System kann als zerstörungsfreies Prüfinstrument verwendet werden, aber die effektive Entfernung ist relativ kurz.

Nicht temperaturmessende Infrarot-Wärmebildkameras können nur den Unterschied der Wärmestrahlung auf der Oberfläche des Objekts beobachten. Diese Art von System kann als Beobachtungswerkzeug verwendet werden, und die effektive Entfernung ist relativ lang.

Infrarot-Detektoren:

Der Infrarotdetektor ist ein Gerät, das unsichtbare Infrarotstrahlung in messbare Signale umwandelt, und er ist der Kern und die Schlüsselkomponente des gesamten Infrarotsystems.

Detektorgröße:

Die Größe des Detektors bezieht sich auf die Größe eines einzelnen Detektionselements auf dem Detektor, und die allgemeinen Spezifikationen sind 25 μm, 35 μm usw. Je kleiner das Detektionselement ist, desto besser ist die Abbildungsqualität.

Auflösung von Infrarotdetektoren:

Die Auflösung ist ein wichtiger Parameter zur Messung der Qualität des Wärmebilddetektors. Sie zeigt an, wie viele Detektoreinheiten sich in der Brennebene des Detektors befinden. Derzeit sind die Mainstream-Auflösungen auf dem Markt 160 × 120, 384 × 288 usw. Darüber hinaus gibt es 320 × 240, 640 × 480 und so weiter. Je höher die Auflösung, desto klarer der Abbildungseffekt.

Optische Infrarotlinse:

Die optische Infrarotlinse besteht normalerweise aus einer Gruppe von Linsen, die verschiedene Infrarot-Endbrennweiten zum Infrarotdetektor und zur photoelektrischen Umwandlungsverarbeitung empfangen können.

Der Germaniumkristall mit einem Brechungsindex von 4 wird am häufigsten in optischen Infrarotlinsen verwendet, die für das 2-25μm-Band geeignet sind. Si mit einem Brechungsindex von 3 wird üblicherweise im Bereich von 1–6 μm verwendet. Der hitzebeständige Stoß der Raketenverkleidung ist optimiert, um das heißgepresste MgF2 und ZnS zu verwenden.

Sichtfeld (FOV):

Der Sichtfeldwinkel ist der Winkel, der durch die Linienlänge der Szene oder Bildebene am Schnittpunkt der Hauptebene des Linsensystems und der optischen Achse gestreckt wird. Im Volksmund hat das Objektiv ein bestimmtes Sichtfeld, und der Winkel des Objektivs zur Höhe und Breite dieses Sichtfelds wird als Sichtfeldwinkel bezeichnet.

Genauigkeit der Temperaturmessung:

Die Genauigkeit der Temperaturmessung bezieht sich auf die Differenz zwischen den gelesenen Temperaturdaten und der tatsächlichen Temperatur, wenn die Temperaturmessung durch die Infrarot-Wärmebildkamera durchgeführt wird. Je kleiner der Wert, desto besser die Leistung der Wärmebildkamera.

Temperaturmessbereich:

Der Temperaturmessbereich bezieht sich auf den Bereich der höchsten und niedrigsten Temperatur, die von der Infrarot-Wärmebildkamera gemessen werden kann.

Brennweite:

Der Abstand von der Mitte einer Linse zu ihrem Brennpunkt, normalerweise mit f bezeichnet. Die Einheit der Brennweite wird üblicherweise in mm (Millimeter) angegeben. Die Brennweite eines Objektivs ist im Allgemeinen vor dem Objektiv angegeben, z. B. f = 50 mm (das nennen wir normalerweise "Standardobjektiv"), 28-70 mm (unser am häufigsten verwendetes Objektiv), 70-210 mm (Teleobjektiv). ) usw. Je größer die Brennweite, desto weiter kann das klare Bild aufgenommen werden.

Räumliche Auflösung:

Die räumliche Auflösung bezeichnet die minimale Grenze der räumlichen geometrischen Länge von kritischen Objekten, die in einem Bild erkennbar sind, also die Auflösung feiner Strukturen. Je kleiner der Wert, desto höher die Auflösung.

Minimal auflösbare Temperaturdifferenz ( MRTD ):

In der Wärmebildtechnik ist MRTD ein wichtiger Parameter für eine umfassende Bewertung der Temperaturauflösung und räumlichen Auflösung. Bei einer bestimmten räumlichen Frequenz wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Ziel und dem Hintergrund als die minimal unterscheidbare Temperaturdifferenz der räumlichen Frequenz bezeichnet, wenn der Beobachter gerade noch (50 % der Zeit) die vier Bänder unterscheiden kann. Je kleiner der MRTD-Wert ist, desto besser ist die Leistung der Infrarot-Wärmebildkamera.

Rauschäquivalente Temperaturdifferenz ( NETD ):

Die Wärmebildkamera beobachtet das Messmuster. Wenn das RMS-Verhältnis der vom elektronischen Referenzfilter des Systems ausgegebenen Signalspannungsspitze und der Rauschspannung 1 ist, wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Schwarzkörperziel und dem Schwarzkörperhintergrund als rauschäquivalente Temperaturdifferenz bezeichnet. Je kleiner NETD ist, desto besser ist die Bildqualität.

Geist:

Es bezieht sich auf die hellen oder dunklen Linien im Infrarotbild, die sich nicht mit dem Ziel ändern. Sie wird durch die ungleichmäßige Ansprechgeschwindigkeit des Erfassungselements des Infrarotdetektors auf die Infrarotstrahlung verursacht.

Schlechte Punkte:

Tote Pixel beziehen sich auf helle und dunkle Flecken, deren Koordinaten sich nicht mit dem Ziel im Infrarotbild ändern, die durch die hohe oder niedrige Ansprechrate eines einzelnen Detektionselements des Detektors auf Infrarotstrahlung verursacht werden, auch ungültige Pixel genannt.

Ungleichmäßigkeitskorrektur:

Aufgrund der Beschränkungen des Herstellungsprozesses von Infrarotdetektoren ist die Ansprechrate jedes Erfassungselements des Infrarotdetektors auf Infrarotstrahlung unterschiedlich, und die oben erwähnten Geisterbilder und toten Pixel erscheinen auf der Abbildungsoberfläche, was die Abbildung beeinträchtigt Qualität der Wärmebildkamera.

Ungleichmäßigkeitskorrektur bezieht sich auf ein technisches Verfahren, um die Ungleichmäßigkeit der Empfindlichkeit des Detektors effektiv zu reduzieren und die Bildqualität der Wärmebildkamera zu verbessern. Nach der Ungleichmäßigkeitskorrektur ist das Abbildungsbild der Wärmebildkamera gleichmäßig, Geisterbilder und tote Pixel verschwinden und der Abbildungseffekt wird erheblich verbessert, was die Beobachtungsfähigkeit der Wärmebildkamera erheblich verbessern kann.

Kompensieren:

Die Kompensation wird auch als Korrektur bezeichnet, um die Originaldaten zu erhalten, die durch die Ungleichmäßigkeitskorrektur erforderlich sind, um ein ideales Infrarotbild zu erhalten. Wenn das Bild unklar ist, kann die Wärmebildkamera kompensiert werden. Das Kompensationsziel kann verschiedene Objekte mit einheitlicher Temperatur entsprechend der Szenenumgebung und den Zieleigenschaften auswählen. Dieses Objekt kann ein klarer, wolkenloser Himmel, der eingebaute Verschluss einer Wärmebildkamera oder ein geschlossener Objektivdeckel usw. sein.