紅外成像測(cè)溫儀是建立在紅外測(cè)溫儀和紅外成像儀基礎(chǔ)上的一種具有測(cè)溫功能的紅外成像儀。

一般紅外測(cè)溫儀將視場(chǎng)中的景物視為一個(gè)熱點(diǎn)進(jìn)行測(cè)溫；紅外成像儀記錄視場(chǎng)中景物的紅外輻射通量的相對(duì)值及其分布，由此形成的紅外圖像對(duì)比度；紅外成像測(cè)溫儀將視場(chǎng)景物紅外圖像的溫度分布測(cè)量出來(lái)，以等溫線、假彩色等方式顯示，從而得到與景物對(duì)應(yīng)且包含溫度及其分布的紅外圖像。

隨著紅外成像測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的電力、鋼鐵、石油、化工、造紙、醫(yī)療、科學(xué)等等方面具有極大的應(yīng)用前景；隨著非制冷焦平面探測(cè)器和寬譜紅外焦平面探測(cè)器技術(shù)的發(fā)展和非接觸紅外成像測(cè)溫的應(yīng)用需求不斷增加，發(fā)展精度更好的紅外成像比色測(cè)溫技術(shù)將在很多民用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

紅外成像測(cè)溫的基本理論依據(jù)是普朗克定律及其導(dǎo)出定律——斯蒂藩-波爾茲曼定律和維恩定律；非接觸的輻射測(cè)溫方法。

對(duì)紅外成像測(cè)溫的4種方法：

（1）測(cè)量物體輻射出射度確定溫度；

（2）測(cè)量物體雙波段/雙波長(zhǎng)輻射出射度確定溫度；

（3）測(cè)量物體兩個(gè)波長(zhǎng)輻射出射度之比確定溫度；

（4）測(cè)量物體峰值波長(zhǎng)確定溫度。

單波段測(cè)溫

在短波1～2.5 微米、中波3～5微米 、長(zhǎng)波8～14 微米選擇一個(gè)波段，測(cè)量這一波段的紅外輻射能量，進(jìn)行表面發(fā)射率修正后，用斯蒂藩-波爾茲曼定律即可確定物體的溫度。

利用輻射測(cè)溫時(shí)需要針對(duì)物體溫度范圍選擇適當(dāng)?shù)募t外波段。利用普朗克公式計(jì)算表明，黑體輻射體50%以上的輻射能量集中在峰值波長(zhǎng)附近。例如，2000 K以上的灼熱金屬體，其輻射能大部分集中在波長(zhǎng)小于3 微米以下的近紅外區(qū)或可見光區(qū)，而溫度低于300 K的室溫物體，75%的輻射能集中在波長(zhǎng)大于10微米以上的紅外區(qū)。因此，測(cè)量2000 K溫度以上的高溫物體的溫度要選擇短波紅外，測(cè)量300 K左右室溫附近溫度的物體應(yīng)選擇長(zhǎng)波紅外。測(cè)量數(shù)百度溫度的物體，則選擇中波紅外。

這一方法適合于對(duì)物體表面某一點(diǎn)的輻射測(cè)溫，在用于紅外成像測(cè)溫時(shí)，存在如何選擇視場(chǎng)景物中的表面發(fā)射率的困難。

雙波段測(cè)溫

單波段測(cè)溫方法實(shí)際上只利用了黑體輻射能量中的一部分，可以理解成是利用黑體輻射曲線的一小段來(lái)確定整個(gè)黑體輻射曲線，進(jìn)而得到物體的溫度。如果利用測(cè)量?jī)蓚€(gè)波段的紅外輻射能量，則利用了黑體輻射曲線的兩個(gè)小段來(lái)確定整個(gè)黑體輻射曲線，進(jìn)而可以更準(zhǔn)確的逼近黑體輻射曲線，提高物體的測(cè)溫精度。這一方法同樣存在表面發(fā)射率影響的問(wèn)題，只有在表面發(fā)射率不隨溫度、波長(zhǎng)變化時(shí)，才有好的結(jié)果。

灰體比色測(cè)溫

分光測(cè)量 ：一種方法是采用一個(gè)寬波段的紅外焦平面探測(cè)器，利用紅外分光元件對(duì)匯聚的景物紅外輻射進(jìn)行光譜分光，對(duì)紅外成像測(cè)溫儀設(shè)計(jì)規(guī)定的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的輻射能量進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算實(shí)際測(cè)量的比值，再與理想黑體的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較就得到物體的溫度。分光元件有多種，包括紅外濾光片、色散棱鏡、衍射光柵等等；

雙色紅外探測(cè)器：采用窄波段的紅外焦平面探測(cè)器，直接對(duì)紅外成像測(cè)溫儀設(shè)計(jì)規(guī)定的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的輻射能量進(jìn)行測(cè)量，量子阱紅外探測(cè)器的相應(yīng)波段范圍就很窄，探測(cè)器的性能也很穩(wěn)定，適合用于進(jìn)行雙色測(cè)溫；

傅立葉光譜儀：用傅立葉光譜儀將匯聚的紅外光譜展開，再進(jìn)行波長(zhǎng)-紅外輻射能量的測(cè)量，這種方法最好，但系統(tǒng)復(fù)雜。

用于紅外成像測(cè)溫儀的紅外焦平面探測(cè)器

由于測(cè)溫需要直接測(cè)量灰體紅外輻射能量的絕對(duì)值，因此最好采用能輸出直流信號(hào)的紅外焦平面探測(cè)器，便于紅外輻射能量的測(cè)量和計(jì)量。氧化釩、非晶硅微測(cè)輻射熱計(jì)的紅外焦平面探測(cè)器就特別適合于300K以下溫度的紅外成像測(cè)溫儀，鉑硅紅外焦平面探測(cè)器就適合數(shù)百度溫度的紅外成像測(cè)溫儀。

紅外焦平面探測(cè)器的探測(cè)元數(shù)量很多，必須進(jìn)行非均勻性校正才有好的紅外圖像質(zhì)量。在紅外成像測(cè)溫儀中，還必須具有進(jìn)行一定精度的紅外輻射量的標(biāo)定功能，才能保證有規(guī)定的測(cè)溫精度，但用于在線測(cè)量的紅外輻射測(cè)溫儀實(shí)現(xiàn)高精度標(biāo)定有困難。這從另一個(gè)角度提出了對(duì)紅外探測(cè)器時(shí)間穩(wěn)定性的要求。

熱成像系統(tǒng)溫度標(biāo)定原理

紅外熱成像系統(tǒng)在顯示器上顯示的熱圖像，反映了被測(cè)物體表面的熱分布情況，由于探測(cè)器所接收到的紅外輻射與目標(biāo)溫度之間呈非線性關(guān)系，而且還要受到物體表面發(fā)射率、大氣衰減及物體所處環(huán)境的反射等因素的影響，熱圖像只能給出物體表面輻射溫度的定性描述，如果想要根據(jù)熱圖像獲得物體的絕對(duì)溫度值，必須采用與基準(zhǔn)物體熱像相比較的方式來(lái)標(biāo)定絕對(duì)溫度值。一般是利用高精度的黑體作為標(biāo)準(zhǔn)，用紅外熱像儀測(cè)量其表面溫度，做出黑體溫度與光電轉(zhuǎn)換器件的輸出信號(hào)的關(guān)系曲線。具體標(biāo)定有兩種方法：

擬合曲線法

標(biāo)定時(shí)，在一定條件下，用熱像儀對(duì)著不同溫度下的基準(zhǔn)黑體熱源進(jìn)行測(cè)量，采集熱圖的灰度數(shù)據(jù)，用最小二乘法擬合測(cè)量數(shù)據(jù)，得到一條熱值與溫度關(guān)系的最近擬合曲線，同時(shí)可以求出描述標(biāo)定曲線的數(shù)學(xué)模型中各項(xiàng)標(biāo)定常量的數(shù)值，得到具體的數(shù)學(xué)模型。實(shí)時(shí)測(cè)溫時(shí)，直接在數(shù)學(xué)模型中由灰度值轉(zhuǎn)換為溫度值。這種方法占用存儲(chǔ)空間小。但由于擬合曲線的非線性，測(cè)量精度略低。適用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。

查找表法

標(biāo)定的目的就是要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，找出絕對(duì)黑體溫度與圖像灰度值之間的關(guān)系，然后建立數(shù)據(jù)庫(kù)，把這個(gè)關(guān)系用一個(gè)表來(lái)描述，叫做溫度查找表，用矩陣表示。把測(cè)出的黑體溫度和圖像上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的灰度值構(gòu)成的一對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)定樣本，則有:由于溫度與輻射度是非線性關(guān)系，因此，要確定溫度查找表，就要有足夠多的標(biāo)定樣本。使用數(shù)據(jù)擬合技術(shù)以及標(biāo)定樣本，在計(jì)算機(jī)上建立完整的溫度查找表，然后根據(jù)這個(gè)查找表對(duì)目標(biāo)溫度進(jìn)行精確計(jì)算。盡管系統(tǒng)的標(biāo)定曲線是非線性的，但是因?yàn)槭褂昧擞?jì)算機(jī)查表方法，非線性對(duì)測(cè)量精度的影響不大。這種方法數(shù)據(jù)量大，適應(yīng)于測(cè)溫精度要求較高的場(chǎng)合。