基于红外成像系统的测温原理与应用
发布日期：2020-06-08 18:37

当前，全国上下经历数月奋战，新型肺炎防控攻坚战已经逐渐向好，全国多个城市连续多日已无新增确诊病例。但是近日北京、上海等地陆续出现境外输入性病例，因此，我们并不能放松警惕，随着各地复工，机场、火车站和地铁等公共交通属于重点防范的范畴。目前已被采用的防范方式多样，其中体温监控是非常有效的手段。在这里，介绍体外测温所涉及到的视觉知识。传统的体温测量采用接触式测量，速度较慢并且安全性较低，并不适用于防控。目前主流的防控手段采用非接触式单人测量，安全性有一定的提升，但是速度和效率依然不足，并且需要控制人流，无法对开放环境进行管控监测。

利用红外成像技术，可以像相机一样，实时拍出场景中行人的体温。这种非接触，远距离，可同时对多人监测的方式非常适合当前的防控现状，对安全性和效率都有很大的提升。那么红外成像是如何拍出物体的温度的呢？物体发出的红外辐射，总能量和自身温度的四次方成正比，红外成像技术就是探测器接收到来自于物体的辐射能量的大小。经过数据转换，变成物体对应的热图像。热图像上每个像素的数值，代表了这个物体对应位置的温度，通过这张图，我们就可以获取物体的温度特征，并进行进一步的分析。

红外热成像测温系统测温原理1辐射测温原理辐射测温的基本原理，就是将红外探测器得到的数字图像，与物体的温度建立关系。通过热成像系统拍到的图像，我们就可以得到物体的温度。那么为了能够建立这个关系，我们就需要知道温度，到底是怎么影响红外探测器的图像的。 辐射基本定律辐射基本定律，决定了物体在某个温度下，究竟会发出多少辐射普朗克黑体辐射公式：波长和温度如何影响辐射度黑体在单个波长内的总辐射度，光谱辐射波长，为玻尔兹曼常数，为普朗克常数，为真空中光速，物体温度接收辐射成分热成像系统的红外辐射照度，红外热成像测温系统的最小空间张角对应面积，被测物到红外热成像测温系统距离，一般定义为常数，大气光谱透射率，大气发射率，大气温度，被测物体表面温度，被测物体的红外辐射亮度，被测物体表面对环境的吸收率，物体周围大气温度，被测物体反射大气红外辐射亮度，大气光谱辐射亮度。探测器响应曲线探测器由于本身具有面积，并且对波长具有选择性，并且探测器材料对红外辐射的响应也并不一定是线性，所以有：响应的红外图像灰度，面积，波长的辐射度，探测器光谱响应转换系数波长的辐射度，探测器光谱响应转换系数通过上述三个环节，我们建立起了物体温度对探测器响应的影响关系，通过标定公式中所需参数，我们就可以得到红外图像转换到实际物体温度。

红外热成像测温系统影响因素发射率被测物体的红外辐射亮度其中为物体的发射率，也就是不同的发射率决定了物体发射的红外辐射亮度。对于黑体，发射率为1，而对于其他物体，则有着不同的发射率，因此测量物体温度时，我们需要先获取物体的发射率。反射率被测物体反射大气红外辐射亮度其中为物体的吸收率，为物体的反射率，这决定了物体能反射多少大气红外辐射到红外热成像测温系统里面。根据基尔霍夫热辐射定律，对于灰体来讲，一般认为吸收率等于发射率，也就是 环境温度被测物体反射大气红外辐射亮度大气光谱辐射亮度环境温度一方面决定了有多少大气红外辐射到了物体的表面，然后被物体表面反射；另一方面决定了有多少大气红外辐射到了热成像系统，也就是直接照射到热成像系统测量距离热成像系统的最小空间张角对应面积，被测物到热成像系统距离，一般定义为常数热成像系统的张角和热成像系统到物体的距离，决定了物体整个辐射半球上，多少比例的辐射被热成像系统接收到。当距离近时，获取的辐射比例增加，当距离远时，获取的辐射比例会减少。大气透射率到达热成像系统的物体辐射亮度到达热成像系统的物体反射大气辐射亮度大气透射率决定了从物体表面发射和反射的辐射亮度，有多少比例到达了热成像系统，也就是被大气衰减了多少。