热成像：揭示隐藏细节实现精准分析

我们喜爱夏日阳光温暖射线，享受冷饮或清凉游泳降温。我们珍视他人温暖触感，享受冬日热茶或壁炉取暖。我们能感知温度，但肉眼无法“看见”它。

热成像仪使隐藏在我们眼睛不可见的电磁波谱部分可见。因环境中几乎每个物体都发射热辐射，热成像仪甚至在绝对黑暗中也能生成周围环境图像。用于安防监控时，热成像仪几乎无所遁形。

全辐射定标热成像仪不仅能显示温度差异，还能提供绝对温度测量。配备VGA传感器和60Hz帧率的热成像仪，每秒可提供超过1840万个单独温度测量点。

小型化与性能优化

生产简单可视化热量的热成像仪（即检测并将场景相对热分布转换为显示图像）不再是最先进技术。你可以用不到200美元给iPhone配热成像附件。真正技术挑战始于对灵敏度和测量精度需求增加——显示最小温差或尽可能精确测温——同时小型化热成像仪并仍满足更广泛市场性能需求。

当今领先热成像仪制造商在单一设备中结合最低NETD（噪声等效温差）和最佳温度测量精度。历史上这些高性能相机虽灵敏准确，但也庞大笨重。这正是小型化和系统集成趋势为热成像仪开启新应用之处。

越来越多应用使用热成像仪，将其与其他传感器联用，如彩色视频相机或激光雷达传感器。应用多样：公私安防智能监控相机、楼宇自动化；制造过程控制、消防救援辅助；自动驾驶车辆夜视解决方案、预测性维护。

关键性能参数

应用虽多样，但对热成像技术小型化和系统集成要求也各异——测量特性、探测器、光学、数据接口、外壳等设计制造参数必须针对特定应用优化。然而，易于集成到特定应用系统解决方案是许多OEM和系统集成商的特殊挑战，因为强大热成像仪常仅作为配置有限的标准产品提供。

最高效热成像仪专为克服这些挑战、填补市场空白而设计。三个影响热成像仪性能和易集成性的领域：探测器、成像仪辐射测量能力、提供的光学和电气特性。

先进探测器技术持续减小像素间距。这趋势主要由手机行业推动，在可见光相机最明显，但也帮助改进热成像仪。探测器像素间距越小——同时保持或提高灵敏度（NETD）和噪声性能——热成像仪越有效。较小间距通常支持更低功耗、更小机械设计约束，且通常可适配更慢f/#光学（进一步节省系统尺寸重量）。此外，小像素间距FPA也允许在无显著尺寸重量功耗惩罚下实现更高分辨率热成像仪。

辐射测量性能属性包括：从仅感兴趣区域（ROI）测量扩展到全帧FPA每像素全辐射测量、增强温度测量精度、扩展目标温度范围。

游戏、虚拟增强现实、智能手机、电信、自动驾驶汽车行业极端市场竞争大幅提升电子处理能力，同时压低元件占地面积和功耗。结果，热成像设计师有更广泛电子元件选择，几年前不存在。更广泛的元件选择也促进更紧凑、更高效、更高性能系统设计集成。同时，光学和光机械制造技术也进步，允许设计师用非传统光学替代常规光学，进一步减小光学子组件尺寸重量。这些更广泛行业趋势，结合热成像领域持续探测器和辐射测量进步，可在合适热成像仪支持这些选项时，为OEM和系统集成商提供广泛灵活性。

辐射测量热成像仪市场样本

表1总结五款当前QVGA像素格式辐射测量热成像仪关键性能参数。

为说明前节确定的关键性能参数，聚焦表中第一项：JENOPTIK EVIDIR。EVIDIR alpha是紧凑“即插即用”红外成像仪系列，提供多种标准配置选项：视频格式（VGA或QVGA）、帧率、机械快门或长期稳定无快门运行、多种标准通信接口（USB、GigE、CMOS）和透镜选项，允许成像仪视场从5度到60度。

成像仪作为独立设备功能完整，但设计为便于集成到OEM（原始设备制造商）应用。EVIDIR“工具箱”式可用配置选项用于轻松定制。透镜、快门、视频格式、通信接口等选项模块化，允许客户混合匹配以最适合其应用。

成像仪和辐射测量成像仪的QVGA和VGA版本共享通用机械、光学、电气和命令接口，允许轻松升级并最小化OEM开发时间。成像仪围绕最先进12μm像素非制冷微测辐射热计焦平面阵列构建，标准NETD优于30mK，提供稳定均匀热图像。成像仪核心是两板堆叠：焦平面阵列（集成在印刷电路组件中）和处理器板。

成像仪原始输出格式为CMOS，OEM集成商可利用此格式最小化尺寸功耗，或选择接口板转换输出为所需标准图像格式（如USB或GigE）。QVGA成像仪60Hz运行时CMOS版本功耗<950mW。成像仪铝外壳组件尺寸20mm×30mm×30mm，不含透镜重27g。有各种透镜适配器允许多种现成透镜利用以最佳匹配应用。辐射测量相机获得增强校准，其他方面与成像仪版本相同。

总结

当今最先进热成像仪为OEM提供比市场上以往QVGA和VGA热成像和辐射测量相机更高性能、更低成本的替代方案。设计得当时，热成像仪定制允许OEM针对其应用定制相机并最小化成本。

持续行业增强将为客户提供完全适合其需求的产品，包括12μm间距SXGA（1280×1024）传感器、增强XGA（1024×768）传感器和VGA（640×480）技术、分辨率增强、子帧、数字电子变焦（e-zoom）和电子图像稳定、快门或无快门运行、额外可选帧率、可选电气接口如CameraLink。

本文由JENOPTIK Optical Systems GmbH光学事业部Dr. Daniel Brenner撰写（德国耶拿）。更多信息点击此处。