红外热成像是将物体发出的不可见红外的能量转变为可见的热图像的高科技。
随着科技的发展,以往只应用在高端军事装备上的红外热成像技术开始走入民间。户外搜救,安防监控,汽车夜视,无人机、森林消防等等。
怎么选择一款热成像仪呢?记者带着这个问题走访了红外行业的几位专家学者,整理如下:
一、选择热像仪,最重要的是心脏—-红外热成像仪的核芯。电脑的心脏是CPU,热像仪的心脏是红外探测器。
探测器分为制冷和非制冷,非制冷体积小功耗低,目前民用市场主流采用的都是非制冷红外焦平面探测器,而作为感知红外辐射与输出信号间的桥梁,热敏感元件则是红外探测器的这个核心的核心。
目前红外领域,非制冷热敏主流材料以氧化钒(VOx)和非晶硅(α-Si)为主。二者比较,由于材料特性,氧化钒的灵敏度比非晶硅高一倍以上,同样TCR条件下,非晶硅噪声高于氧化钒2个数量级,具体表现为非晶硅的图像有蒙纱感,不够锐利通透,非晶硅成像效果明显逊于氧化钒探测器。
氧化钒探测器主要的优势是测温视域MFOV为1,温度测量是精确到1个像素点。非晶硅测温视域MFOV为9,即每点的温度是基于3×3=9个像素点平均而获得。氧化钒探测器的温度稳定性好、寿命长,温度漂移小。
氧化钒技术早期主要掌握在美国几大军工大公司手上,如大名鼎鼎的DRS、BAE、Raytheon等都是采用氧化钒方案,多应用于军工国防等对成像质量要求比较高的领域。
国际商用市场上,氧化钒机芯目前以美国FLIR为主。
非晶硅比较有代表性的是法国Ulis,在一般民品市场,非晶硅以较低的成本和价格优势拥有一定的市场份额。
我们中国红外起步较晚,起点高,国内可以研发制造红外芯片的公司一共四家,其中有三家选择了氧化钒。
所以,在成像要求不高的行业和场景,可以选用非晶硅探测器,如果对成像要求高,或者成像距离远,选用氧化钒探测器。
二、第二重要的是灵敏度NETD。
热灵敏度是热成像仪的核心指标,NETD是噪声等效温差,数值越低成像越清晰。灵敏度差,被观测点就隐身了,看不见。
记者看了不同的热像仪后提出一个疑问:为什么热像仪NETD数值一样,但是成像效果差别很大呢?
专家指出,目前存在部分厂家虚标NETD情况,某些厂家以取到一个极限的NETD值,就把这个特定值当做常量来标注了。
他的技术水平达不到,虽然把NETD调高了,但是成像全是噪声,就像电视信号差时的雪花一样,没法看,惨不忍睹。
还有一个指标,MRTD,最小可分辨温差,是一个主观观测指标,但是最真实不容作假的,军品都是用这个指标。
看来说到底,还是得拿肉眼看,拿几个不同热像仪成像的效果做对比。
三、第三重要的指标是探测器像素。
一定不要混淆,探测器像素和目镜的像素是两码事,有的商家经常混淆这两个概念。
民用红外热像仪中相对高端的产品像素为640×512,此高端红外热像仪拍摄的红外图片清晰细腻,500米外可分辨出野兔大小的物体;
中端红外热像仪的像素为384×288,此系列红外热像仪可在700米外可准确识别出行走的人体。
有的探测器像素是320*240,较为低端红外热像仪的像素为160*120。
在高端民用领域,国内厂家已经开发出1024×768像素级别的红外热像仪产品,最近更已经突破了百万像素。
专家特意提醒,384*288和160*120不是差了一倍,是差了将近6倍!
四、第四个重要性能指标:帧频。
帧频是指1秒钟内热像仪处理图像的数目。传感器越快,内部电路处理速率越高,帧频越大。高帧频的热像仪适合抓拍物体的高速移动。一般电视帧频为25Hz。户外观瞄、要地监控、电力系统、医疗等领域所用的设备要采用高帧频。
好的红外热像仪的帧频应该达到30HZ~50HZ,否则在很多场合无法作业。帧频的高低,直接说明了红外热像仪的性能好坏和反应速度。由于美国政府管制,FLIR等公司出口的热像仪产品都是低帧频9HZ以下。
五、第五个重要性能指标:像元间距。
非制冷红外探测器在像元间距上,从35微米到25微米、20微米,现在的主流产品已经是17微米了,14微米也有开始有产品涌现。越小的像元间距带来了更优化的光学系统,更低的功耗,也代表了产品更高的科技水平。
六、镜头、空间分辨率、视场、辨识距离等一些辅助指标。
长焦镜头会提高远距离的辨识率,但是会大大缩小视野。相反短焦镜头,大大提高视野范围,但是会降低辨识率。一般的红外热像仪的镜头都可以更换。厂家标配一般都是一个20MM左右的镜头。这种焦距的镜头,基本上兼顾了视野大小和放大比例两个方面的指标。一般客户使用标准镜头就可以了。
空间分辨率、视场、辨识距离这几个指标是由探测器分辨率和镜头焦距决定的。这些指标,很多品牌都在宣传。其实红外热像仪的探测器分辨率和镜头焦距固定了,这几个指标就固定,所以选购时不用过多的关注。
所以红外热像仪最为重要的指标是心脏:探测器分辨率,上面提及的其他指标,都可以通过镜头更换进行变化。
七、全温区性能。
在户外工作的热成像设备要考虑环境温度因素。
专家介绍,正规热像产品要经过严格的全温区成像检验,很多小公司的设计没有考虑特殊的环境温度变化,行业不规范,有的小厂甚至连高低温箱都没有。
全温区这里还有细分,分民品和军品,民用探测器要求温区是-40到60度,军品叫做全军温,探测器指标要求是-40到85度。合格大厂的产品,要求在这个温度区域内,保证成像的均匀性和一致性。