將被測物體因溫度和發(fā)射率不同而產(chǎn)生的紅外輻射空間分布通過紅外光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器的光電轉(zhuǎn)換和電子放大從而生成視頻圖像的一系列過程被稱為紅外熱成像原理。紅外熱成像技術(shù)是多學(xué)科、多領(lǐng)域技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物，由于軍事需求的牽引，已稱為目前發(fā)展速度很快的高技術(shù)之一。
目前紅外熱成像已成為一種實時顯示的成像設(shè)備，可達(dá)到與可見光電視相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量。熱成像與雷達(dá)、激光、可見光探測設(shè)備相比，不需要協(xié)作光源或自然光照射目標(biāo)，而是靠接收目標(biāo)自身輻射成像。熱成像為被動方式工作，能晝夜工作。由于工作波長比可見光長10~20倍，所以透煙霧和塵埃的能力很強(qiáng)，可以在惡劣的氣候環(huán)境下看清目標(biāo)。
工作原理
??? 紅外熱像系統(tǒng)是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡，接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測器的光敏元件（探測器）上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。紅外熱像系統(tǒng)將物體發(fā)出的不可見的紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。
??? 紅外探測器是一種對紅外輻射敏感的器件，它將紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號。但是探測器對某些波長紅外輻射的響應(yīng)較低，這主要是由于探測器材料對不同波長的紅外輻射的反射和吸收存在差異。目前在熱成像系統(tǒng)中使用的非制冷焦平面陣列（FPA）探測器一般工作在8μm~14μm波段，其探測器窗口材料及鍍膜使這個波段的紅外透射率變高，而光敏面設(shè)計也使用了對這個波段吸收良好的材料，因此大大降低了在3μm~5μm波段的靈敏度。
熱像儀的光學(xué)成像物鏡將工作波段內(nèi)的輻射收集起來，并聚焦到探測器上。在可見光波段，玻璃是很好的投射材料，但是在中波、長波紅外波段，這種材料是不透明的，因此常選用鍺、硅等晶體材料，而且為了提高透射率，還需要鍍上一層增透膜，這些材料和膜層如同濾光片一樣，將鏡頭透過的波長限制在一定的范圍內(nèi)。
目標(biāo)場景的紅外輻射包括很寬的波段，當(dāng)物體溫度很高時，還包括可見光的輻射，受“大氣窗口”、探測器響應(yīng)波段和紅外光學(xué)的限制，紅外熱像系統(tǒng)實際上大多敏感于3μm~5μm和8μm~14μm波長范圍。
紅外熱像系統(tǒng)讓我們能看到了人眼看不到的另外一個輻射世界，可獲取許多對生產(chǎn)、科研非常重要的信息。
紅外熱像的特點
突破人眼視覺的限制
在人類活動過程中，人眼是獲取信息占大部分的感覺器官，它可以直接觀察并通過“自動變焦”、“自動光圈”得到所需景物的清晰圖像。但是，人眼的視覺受到波長、地點、時間等限制。
??? 采用熱成像技術(shù)，相當(dāng)于將眼睛的響應(yīng)波段擴(kuò)大到了中、長紅外波段。即將3μm~5μm或8μm~14μm波段的不可見紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見光波段的圖像，突破了波長對人眼觀察的限制。紅外熱成像系統(tǒng)除了將目標(biāo)的紅外輻射空間分布轉(zhuǎn)換成能用顯示器顯示的視頻圖像外，還融合了圖像存儲、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，可彌補(bǔ)人眼觀察目標(biāo)在時間和空間上的能力，利用圖像處理還可以提高對目標(biāo)的觀察、分析能力。
??? 上海博銳特光電科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)測溫型紅外熱像系統(tǒng)，在紅外熱像領(lǐng)域率先采用了雙視頻流網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。紅外熱像攝像頭直接安裝在被觀測目標(biāo)（如高爐熱風(fēng)圍管、支氣管，熱風(fēng)爐）附近，實現(xiàn)對目標(biāo)的全天候監(jiān)測，同時將獲取的紅外熱像通過以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，這樣工人就可以在操作間實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測。同時，借助鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的二級網(wǎng)絡(luò)，目標(biāo)的紅外熱像還可以傳送至網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺PC終端，這樣就可以在辦公室實現(xiàn)對目標(biāo)的實時觀測、數(shù)據(jù)分析和紅外熱像的回放等操作。
探測物體表面細(xì)微的溫度分布
紅外測溫對目標(biāo)溫度的分辨的精細(xì)程度是由測溫儀器的光學(xué)分辨率來確定的。紅外點溫儀的光學(xué)分辨率是由距離系數(shù)由D：S之比確定的，即測溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測目標(biāo)直徑S之比。對于距離D之外的目標(biāo)，點溫儀測得的就是直徑為S的圓形平面的平均溫度。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。Raytek紅外測溫儀D：S的范圍從2：1（低距離系數(shù)）到高于300：1（高距離系數(shù)）。
??? 紅外熱像系統(tǒng)的空間分辨率（IFOV）就是其光學(xué)分辨率，即單個像元的尺寸P與焦距F之比。對于采用25μm探測器的熱像儀，只要其焦距F大于25μmx300 = 7.5mm，熱像儀對目標(biāo)溫度的分辨能力就大于高距離系數(shù)的紅外點溫儀（300：1）。而在某些涉及溫度分析的領(lǐng)域，采用溫度分辨能力更高的紅外熱像儀則顯得尤為重要，例如芯片熱分析：
探測物體表面的熱場分布
??? 紅外目標(biāo)特征主要表現(xiàn)為表面溫度、表面發(fā)射率和熱場分布。僅能捕獲單點溫度值的紅外點溫儀，在對目標(biāo)進(jìn)行檢測時，一次探測的采樣點只有一個，而紅外熱像系統(tǒng)的一次探測采樣點則數(shù)以萬計。上海博銳特光電科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)的紅外熱像系統(tǒng)采用像素為384×288的探測器，采樣點為110592個。因此，熱像儀可以將整個目標(biāo)的溫度特性形成一個平面圖像，能探測物體表面的熱場分布而非單個溫度。