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长波红外相机市场已经逐渐升温

来源:www.lustervision.com    日期:2018-08-16    点击次数:

大多数相机都能捕捉到人眼可见的可见光图像,但也有一个大家最为熟悉的例外:红外(IR)热相机。它能捕捉红外光谱,这是一种人眼看不到的不可见辐射能,我们只能感受到它的存在,比如在火炉旁边感受到真真暖流,在烧烤炉旁吃着喷香的烤肉。


根据热力学原理,任何物体都会因为自身的分子振动而向外辐射红外线,当分子振动为零时,就叫做绝对零度。所以任何非绝对零度的物体都会由于内部分子的振动而发出热辐射,物体越热,发出的辐射量就会越大。这样就使得人类和其他温血生物都能够在红外相机的图像中,从较冷的背景中脱颖而出。


长波红外(LWIR)相机是最常用的红外相机。随着技术的不断发展,长波红外相机的体积和重量都在不断下降,性价比不断攀升。这是长波红外相机最好的时代,其应用领域从利用无人机保护濒危野生动物,到探测癌症和许多其他疾病的诊断系统。来自市场调查的权威数据可以看出,到2023年,红外相机的应用市场规模将达到68.2亿美元。


无须制冷的方便


红外热像仪工作在三个波段:中波红外波段(MWIR)、长波红外波段(LWIR)和超长波红外波段(VLIR)。


VLIR波段的应用范围最为有限。它主要用于光谱学应用(一种通过物体反射的光来识别物质的实验室技术)和天文学中的大功率望远镜。


MWIR波段最适合用于检测高温物体——这也就是为什么大多数MWIR相机必须冷却到大约-196℃,这也导致它们的体积相对较大,价格相对昂贵。


相比之下,LWIR相机最适合在接近室温的环境下工作,并且不需要冷却,体积小巧,价格便宜。大多数LWIR相机均基于微测辐射热计,这是一种灵敏的电探测器,它能将红外辐射转换成温度,以产生黑白或彩色图像。大多数LWIR相机用于增强视觉信息或是精确测量温度。


更完整的画面


由于LWIR相机测量的是热量而不是光,所以它们越来越多地被应用到,那些传统可见光成像无法显示足够信息的应用中。比如在夜间为自动驾驶的车辆导航,或是在高功率变压器和电气面板发生故障前,提前发现它们存在的隐患。

 

LWIR相机的一项最新应用是更有效地安装和监测屋顶太阳能电池板,这个应用也清晰地展示了LWIR技术的多功能性。


用户可以使用一部苹果或安卓设备,控制配备LWIR相机的小型无人机。当它飞过太阳能电池板安装现场时,无人机捕获热图像,通过这个热图像可以产生高度精确的三维结构模型。

 

从安装的角度来看,这些模型能确保面板放置到最佳位置;从维护的角度来看,它们能准确地检测出面板的损坏或故障。该系统能够将安装太阳能电池板的时间,从几天减少到几分钟,而且不需要安装人员冒着潜在危险爬上屋顶。简直是懒人的福音!


保护野生动物

野生动物保护的成本很高。每年,偷猎野生动物的生意规模都高达80~100亿美元。这一数字与贩卖人口、非法毒品或军火交易规模相近。据世界野生动物基金会报道,濒危野生动物的偷猎正在加速,例如犀牛的偷猎自2006年以来增加了50倍。


安装在无人机上的LWIR相机有助于改变野生动物的保护状况。世界各地的政府和非政府组织都在使用装有LWIR 相机的无人机,让偷猎者远离濒危野生动物,包括婆罗洲岛的猩猩、南非的犀牛和肯尼亚的大象。

 

通过发射高频声波,无人机可以将野生动物赶出它们可能被射杀的区域。而无人机携带的长波红外相机,能够在人眼无法顾及的角度和视野识别到野生动物。在肯尼亚保护区最近的一个试点项目中,无人机巡逻使大象和犀牛偷猎事件减少了96%。目前,肯尼亚政府正计划在其52个国家公园和保护区部署无人机。


要求精确温度的应用

对于某些应用来说,LWIR热成像相机仅提供相对温度信息(一个物体与其他物体温暖比较)是不够的,还需要测量绝对温度。即图像中的每一个像素都要有一个精确的温度值。LWIR辐射测量相机可以为诸如食品加工和高科技制造等应用,提供这种精确的温度测量。


为了精确地将物体的红外辐射(以瓦/每平方米来测量)转换为温度,辐射测量相机必须考虑如下一些因素:物体有多远?物体的热学属性是什么?周围环境的温度和相对湿度是多少?这些计算需要比LWIR热成像相机更复杂的算法,并且必须要处理它们产生的大量数据,以生成图像。


医学前沿

LWIR辐射测量相机已被证明在医学领域中特别有用。


人体体温变化与疾病之间的关联历史,几乎与医学本身一样古老。辐射测量成像可用于诊断和研究疾病,其中较高的皮肤温度能反映出组织中的一些异常或炎症,如癌症、关节炎、骨关节炎和纤维肌痛等。


随着 LWIR辐射测量相机的体积越来越小巧、价格越来越便宜,它们将有望成为医院和医疗诊所中实现X射线成像和超声成像的普遍工具。


红外线联盟:无限潜力

随着成本和尺寸不断缩减,LWIR相机将在更多种类的应用中大显身手。


在国际板球比赛中,已经使用LWIR相机来检查现场裁判员做出的有争议的判罚,如果球已经与球员的球拍接触,LWIR 相机能显示出其产生的热量。在国际机场,LWIR技术通过识别乘客是否发烧,来帮助防止致命性疾病的传播。LWIR相机还被安装在卫星和飞机上,帮助考古学家识别隐藏在土壤表面之下的人为特征。


毋庸置疑,LWIR相机的未来将与人类的创造性一样,潜力无限!