적외선 열화상 지식 수집

적외선 원리

1. 적외선 정의

자연에서 절대 영도(-273℃) 이상의 온도를 가진 모든 물체는 전자파를 방출할 수 있습니다. 적외선은 자연계에서 가장 널리 퍼져 있는 전자파의 일종으로 일종의 에너지이며 이 에너지는 우리의 육안으로는 볼 수 없습니다. 기존 환경의 모든 물체는 자체 분자와 원자를 생성하여 불규칙한 운동을 하고 지속적으로 열적외선 에너지를 방출합니다.

2. 적외선 대역 범위

태양에서 방출되는 빛의 파동을 전자파라고도 합니다. 가시광선은 사람의 눈으로 느낄 수 있는 전자기파입니다. 프리즘에 의해 굴절되면 빨강, 주황, 노랑, 초록, 청록, 파랑, 자주색의 7가지 색을 볼 수 있습니다.

적외선은 가시광선, 자외선, X선, 감마선 및 전파와 함께 전자기 스펙트럼의 완전한 연속체를 구성하는 이러한 전자기파의 일부입니다.

위와 같이 파장이 0.76μm ~ 1000μm인 전자기파를 적외선이라고 합니다.

3. 적외선 "대기 창"

적외선 복사 전자파는 공기 중에 전파되어 대기에 흡수되어 복사 에너지가 감쇠됩니다. 흡수된 에너지가 너무 많으면 열화상 카메라로 관찰할 수 없습니다.

대기 및 연기 구름에 의한 적외선의 흡수는 또한 적외선의 파장과 관련이 있습니다. 적외선은 3~5미크론 및 8~14미크론에서 투명합니다. 따라서 이 두 파장을 적외선의 "대기 창"이라고 합니다. 이 두 개의 창을 사용하여 적외선 열화상 카메라는 적외선 복사 감쇠 상황을 변경하지 않고 정상적인 환경에서 관찰할 수 있습니다.

그림과 같이:

자동차는 연기 속에서 명확하게 보이지 않지만 INFRARED 열화상 카메라로 명확하게 볼 수 있습니다.

적외선 열화상 원리

1. 열화상 원리

일반적으로 적외선 열화상은 보이지 않는 적외선을 가시적인 열화상으로 변환하는 것입니다.

다른 물체 또는 동일한 물체의 다른 부분은 적외선의 복사 능력과 반사 강도가 다릅니다. 물체와 배경 환경 사이의 복사 차이와 장면의 각 부분의 복사 차이를 사용하여 열화상은 장면의 각 부분의 복사 변동을 보여주므로 장면의 특성을 보여줄 수 있습니다.

열화상은 실제로 대상 표면의 온도 분포 이미지입니다.

그림: 열화상은 물체 표면의 열 복사 차이를 구별할 수 있습니다.

2. 적외선 열화상 시스템

열화상 시스템은 일련의 광학 부품과 광전 처리 기술을 통해 적외선 열복사를 수신하여 사람의 눈으로 볼 수 있는 열화상을 화면에 표시하도록 변환하는 전체 시스템입니다.

3. 적외선 열화상 카메라의 구성

적외선 열화상 카메라의 기본 작동 원리는 적외선이 특수 광학 렌즈를 통과하고 적외선 감지기에 의해 흡수된다는 것입니다. 눈으로 관찰한 열화상은 화면에 표시됩니다. 블록 다이어그램은 다음과 같습니다.

용어 사전

적외선 열화상 카메라는 작동 온도에 따라 냉장과 비냉동으로 구분됩니다.

냉장 열화상 카메라:

검출기는 극저온 냉각기와 통합되어 열 노이즈 신호가 이미징 신호보다 낮고 이미징 품질이 더 좋도록 검출기의 온도를 낮출 수 있습니다.

비냉각식 열화상 카메라:

검출기는 극저온 냉각이 필요하지 않으며 사용되는 검출기는 일반적으로 마이크로볼로미터, 주로 폴리실리콘 및 바나듐 산화물 검출기를 기반으로 합니다.

적외선 열화상 카메라는 기능에 따라 온도 측정형과 비온도 측정형으로 나뉩니다.

온도 측정 적외선 열화상 카메라:

온도 측정 적외선 열화상 카메라는 열화상에서 물체 표면의 임의 지점의 온도 값을 직접 읽을 수 있습니다. 이 시스템은 비파괴 검사 장비로 사용할 수 있지만 유효 거리가 비교적 짧습니다.

비온도 측정 적외선 열화상 카메라는 물체 표면의 열복사 차이만 관찰할 수 있습니다. 이러한 종류의 시스템은 관찰 도구로 사용할 수 있으며 유효 거리가 비교적 길다.

적외선 감지기:

적외선 감지기는 보이지 않는 적외선을 측정 가능한 신호로 변환하는 장치이며 적외선 전체 시스템의 핵심이자 핵심 구성 요소입니다.

감지기 크기:

디텍터의 크기는 디텍터에 있는 하나의 감지 요소의 크기를 말하며 일반적인 사양은 25μm, 35μm 등입니다. 감지 요소가 작을수록 이미징 품질이 좋습니다.

적외선 감지기의 해상도:

해상도는 열화상 카메라 검출기의 품질을 측정하는 중요한 매개변수입니다. 검출기의 초점면에 몇 개의 검출기 단위가 있는지 보여줍니다. 현재 시장의 주류 해상도는 160 × 120, 384 × 288 등입니다. 또한 320 × 240, 640 × 480 등이 있습니다. 해상도가 높을수록 이미징 효과가 더 명확해집니다.

적외선 광학 렌즈:

적외선 광학 렌즈는 일반적으로 적외선 감지기, 광전 변환 처리에 대한 다양한 적외선 최종 초점 거리를 수신할 수 있는 렌즈 그룹으로 구성됩니다.

굴절률이 4인 게르마늄 결정은 적외선 광학 렌즈에 가장 많이 사용되는 것으로 2~25μm 대역에 적합하다. 굴절률이 3인 Si는 일반적으로 1-6μm 대역에서 사용됩니다. 미사일 페어링의 내열 충격은 핫 프레스된 MgF2 및 ZnS를 사용하도록 최적화되어 있습니다.

시야( FOV ):

시야각은 렌즈 시스템의 주 평면과 광축의 교차점에서 장면 또는 이미지 평면의 선 길이만큼 늘어나는 각도입니다. 일반적으로 렌즈에는 일정한 화각이 있으며 이 화각의 높이와 너비에 대한 렌즈의 각도를 화각이라고 합니다.

온도 측정 정확도:

온도 측정 정확도는 판독된 온도 데이터와 적외선 열화상 카메라로 온도 측정을 수행할 때 실제 온도의 차이를 나타냅니다. 값이 작을수록 열화상 카메라의 성능이 향상됩니다.

온도 측정 범위:

온도 측정 범위는 적외선 열화상 카메라로 측정할 수 있는 최고 온도와 최저 온도의 범위를 말합니다.

초점 거리:

렌즈의 중심에서 초점까지의 거리로 일반적으로 f로 표시됩니다. 초점 거리의 단위는 일반적으로 mm(밀리미터)로 표시됩니다. 렌즈의 초점 거리는 일반적으로 f=50mm(이것은 우리가 일반적으로 "표준 렌즈"라고 부르는 것), 28-70mm(가장 일반적으로 사용되는 렌즈), 70-210mm(망원 렌즈)와 같이 렌즈 앞에 표시됩니다. ) 등. 초점 거리가 클수록 선명한 이미지를 더 멀리 촬영할 수 있습니다.

공간 해상도:

공간해상도는 영상에서 식별할 수 있는 중요 물체의 공간적 기하학적 길이의 최소 한계, 즉 미세구조물의 해상도를 의미한다. 값이 작을수록 해상도가 높아집니다.

최소 분해 가능 온도 차이( MRTD ):

열화상에서 MRTD는 온도 분해능과 공간 분해능을 종합적으로 평가하는 중요한 매개변수입니다. 특정 공간 주파수에서 관찰자가 4개의 대역(시간의 50%)만 구별할 수 있을 때 대상과 배경 사이의 온도 차이를 공간 주파수의 최소 구별 가능한 온도 차이라고 합니다. MRTD 값이 작을수록 적외선 열화상 카메라 성능이 더 좋습니다.

노이즈 등가 온도 차이( NETD ):

열화상 카메라는 측정 패턴을 관찰합니다. 시스템의 기준 전자 필터에서 출력되는 신호 전압 피크와 노이즈 전압의 RMS 비율이 1일 때 흑체 타겟과 흑체 배경 사이의 온도 차이를 노이즈 등가 온도 차이라고 합니다. NETD가 작을수록 화질이 좋습니다.

귀신:

대상에 따라 변하지 않는 적외선 이미지의 밝거나 어두운 선을 말합니다. 이는 적외선에 대한 적외선 감지기의 감지 소자의 불균일한 응답률로 인해 발생합니다.

나쁜 점:

데드 픽셀은 적외선 이미지에서 좌표가 대상과 함께 변경되지 않는 밝고 어두운 점을 말하며, 이는 유효하지 않은 픽셀이라고도 하는 적외선에 대한 감지기의 단일 감지 요소의 응답 속도가 높거나 낮기 때문에 발생합니다.

불균일 수정:

적외선 감지기의 제조 공정의 한계로 인해 적외선 감지기의 각 감지 요소의 적외선에 대한 응답률이 다르며 위에서 언급한 고스트 이미지와 데드 픽셀이 이미징 표면에 나타나 이미징에 영향을 미칩니다. 열화상 카메라의 품질.

불균일 보정이란 검출기의 응답도 불균일을 효과적으로 줄이고 열화상 카메라의 화질을 향상시키는 기술적인 방법을 말합니다. 불균일성 보정 후 열화상 카메라의 이미징 이미지가 균일하고 고스트 및 데드 픽셀이 사라지며 이미징 효과가 크게 개선되어 열화상 카메라의 관찰 능력을 크게 향상시킬 수 있습니다.

보상:

보정은 불균일 보정에 필요한 원본 데이터를 얻고 이상적인 적외선 이미지를 얻기 위해 보정이라고도 합니다. 이미지가 불분명한 경우 열화상 카메라를 보정할 수 있습니다. 보상 대상은 장면 환경 및 대상 특성에 따라 균일한 온도로 다른 대상을 선택할 수 있습니다. 이 물체는 구름 한 점 없는 맑은 하늘, 열화상 카메라의 내장 셔터 또는 닫힌 렌즈 캡 등이 될 수 있습니다.