热成像仪的用途非常广泛，特别是在军事上，利用热成像仪可以在夜间发现散发热量的坦克发动机、士兵。 在工业上，可以利用热像仪快速探测出加工件的温度，从而掌握必须的信息。由于电动机、晶体管等电子器件发生故障时往往伴随着温度的异常升高，利用热成像仪也可以快速诊断故障。 在流行性感冒、肺炎等疾病流行时，可以利用热成像仪快速判断是否有发热现象。由于癌细胞的温度较高，也可用其判断诊断乳腺癌等疾病。边防部门也可用其判断交通工具中是否有偷渡客。 红外热成像的军事应用 随着热成像技术的发展，使它在国民经济、生产建设、科学研究以及国防军事等众多方面有着广泛的应用，其在军事上应用也已涉及到红外警戒、跟踪、瞄准以及制导的各个方面。 一、弹道导弹防御 美国的弹道导弹防御（B 划是当前国际上广泛关注的一个热点问题，BMD计划针对敌方导弹在发射助推段、大气层外弹道飞行段和再入大气层段这三个阶段的不同特点，采取不同的方法，建立多层次的、全程的拦截体系。 在这种拦截体系中，红外焦平面列阵成像技术扮演着一种核心的角色，主要表现在以下3个方面。 1、全球性监视。在敌方导弹发射的初始阶段，就探测到其位置和数量，主要依靠部署在空间的预警卫星进行。 2、跟踪和鉴别。在敌方导弹发射的初始阶段和弹道飞行阶段，鉴别真、假目标并跟踪其轨迹。 3、识别和制导。在己方发射的拦截导弹上，以红外成像方式实现目标识别和精确的导，命中摧毁敌弹。 二、常规导弹武器： 采用红外成像制导可使导弹获得更远的全向探测距离和识别，对抗红外诱饵等人工干扰的能力，大大提高导弹威力，而且也使其成为对付隐形飞机等的杀手锏，也是热成像技术在军事应用中的重中之重。 1、典型的红外热成像制导导弹 随着红外成像技术的快速发展，世界各国相继研制了多种红外成像制导导弹。如美国的毒刺改进型 (Stinger Post和Stinger RMP)，斯拉姆AGM284E远程攻击型导弹，苏联的SAM213和法国的西北风改进型, 美国幼畜AGM265D /F空地、空舰导弹，法国MICA导弹（红外型），英国ASRAAM导弹，德国 IRIS-T导弹，美国AIM-9x导弹，其中，美国的AIM-9x近距空空导弹是美国重点发展的最新型空空导弹。 应用凝视红外焦平面阵列成像技术的典型代表有德、英、法合研的远程崔格特导弹、美国的标枪便携式反坦克导弹以及战区高空防空导弹THADD等。 2、先进反装甲导弹系统： 在红外焦平面技术发展初期，最先成功应用的领域是反装甲导弹系统的热瞄准器和精确制导寻的器，美国和欧洲的一些主要先进反装甲导弹计划，现已处于装备、服役阶段，主要有美国标枪Javelin导弹系统，欧洲第三代远程反坦克导弹（TriGAT-L，又名ATGW-3），美国狱火导弹（Hellfire）。 三、军用红外热成像仪 红外热成像仪是应用最广泛的红外装置，而在热成像技术的发展初期，只能研制出基于单元器件的热像仪，场频较低，只限于小范围应用。 直到20世纪70年代中长波碲镉汞(MCT)材料与光导型多元线列器件工艺成熟之后，热像仪才开始大量生产并装备军队，发展很快，种类繁多。 第一代军用红外热成像仪大都采用MCT的60、120和180元线列通用组件制造的前视红外系统，即FLIR，它占红外军事应用的50％以上，而到90年代，性能更高的第二代热成像仪SADA应运而生，即美国陆军标准先进杜瓦组件，SADAⅠ为240×2长波MCT TDI扫描焦平面，SADAⅡ为 480×6（以及480×4）长波MCT TDI扫描焦平面，使用SADAⅡ的第二代热成像仪比使用180元通用组件的第一代热成像仪的探测距离提高了一倍，且如果是凝视型焦平面热像仪具有更多的优点，小巧、坚固、可靠、省电、灵敏度更高，640×480元InSb凝视焦平面热成像仪探测距离是通用组件的4倍。 SADAⅡ已广泛用于各种机载，舰载和车载的热像仪和搜索跟踪系统中，如Bradley战车，Abrams M1坦克，Comanche装甲，而美国的超级战机F-22，V-22和F-18都使用了凝视型的焦平面热成像仪。 四、空间红外热成像 目前，红外热成像的空间应用主要有3方面：环球表面监测，行星和空间探索以及军事事件的监视。自1960年第一颗气象卫星上天，到美国最为先进的空间红外望远镜Spitzer发射，红外热成像技术在空间的应用也是发挥的淋漓尽致。 红外热成像的民用 所谓民用领域，就是指的电力、建筑、医学和石化等几个领域。国际上，红外热像仪在这些领域应用的十分广泛。但是，红外热像仪在我国这些民用领域的应用尚处于起步阶段，整个发展空间还是比较大的。 一、电力行业的应用 虽然目前电力行业是我国民用红外热像仪应用最多的行业，作为最成熟、最有效的电力在线检测手段，红外热像仪可以大大提高供电设备运行可靠性。因此，随着我国经济的不断发展，其他省份的电力行业也将更多地应用红外热像仪。 二、建筑行业的应用 据相关部门对红外热像仪在建筑行业的应用情况调查，目前我国的建筑企业数量虽然很多，但是每家一台红外热像仪都为达到。 如果将每家建筑企业都配备一台红外热像仪的话，不仅促进红外热像仪市场需求大增，还会大大提高建筑企业的工作效率，降低成本。 三、医学行业的应用 人体其实就是一个天然的红外辐射源。当人体产生疾病的时候，人体的热平衡就会受到破坏，因此测定人体温度的变化是临床医学诊断疾病的一项重要指标。 热像仪则可以准确地显示和记录人体的温度分布，以便进一步地进行病理分析。现如今，医用热像仪已成为诊断浅表肿瘤、血管疾病和皮肤病症等的有效工具，在医疗学科研究中，热像仪在医学中的应用已成为一个专门的研究课题。 四、石化行业的应用 我们知道，石油化工生产中的许多重要设备都是在高温高压状况下工作的，潜伏着一定的危险，因而对生产过程的在线监测是非常重要的。 实用热像仪能检测产品传送和管道、耐火及绝热材料、各种反应炉的腐蚀、破裂、减薄、堵塞以及泄漏等有关信息，可快速而准确地得到设备和材料表面二维温度分布。 五、机场安检中的应用…

随着光电行业下游的发展，光电的应用领域越来越受重视，光电杂志将重点聚焦光电在面向光通信/信息处理与储存、消费电子、先进制造、国防安防、半导体加工、能源、传感及测试测量、照明显示、医疗等九大应用领域的内容。更多应用干货，请持续关注。 近几年来，随着红外热成像仪军用转民用，诸多行业因为红外热成像仪的普及发生着改变。 比如：如果消防人员有一部手持红外热成像仪，就可以准确判断着火点位置。在救援过程中，同样发挥着巨大作用，红外热成像仪能够穿透烟雾，发现浓烟弥漫下晕倒、等待救援的人员。这比盲目搜索，会节省更多宝贵的时间，能拯救更多人的生命。这在以人为本的社会，貌似没有比这更有意义的了。 再比如：当地震发生时，如果无人机上携带红外热成像仪，就可以在第一时间冲过重重阻碍，探明灾区情况，及时发现被困人员，不会再现从前第一批救援人员只能摸石探路、耽误最佳救援时间的尴尬局面。 再比如：工业生产过程中，能在第一时间发现设备过热点，可以避免隐患的发生。 红外热成像仪发展潜力巨大，已经迎来了黄金发展时期。 十几年的发展，红外热成像仪广泛应用在消防、警装、工业生产、监控巡逻等领域，让红外热成像仪的商业应用前景非常乐观。 红外热成像仪是如何工作的？ 红外热成像仪是一种可将红外图像转换为热辐射图像的技术，该技术是一种无损检测技术。红外热成像仪最核心的部件是红外探测器，红外热成像仪通过红外探测器和光学物镜感知物体，反映到红外探测器的光敏元件上，这种热图像和物体表面温度场相对应。通俗的讲，就是将物体发出的不可见的红外能量转变为可见的红外热图像。热图像上的不同颜色代表了物体表面温度分布。 红外热成像仪的分类： 按照工作温度可分为制冷型和非制冷型 制冷型红外热成像仪，其探测器中集成了一个低温制冷器，这种装置可以给探测器降温蒂，这样是为了使热噪声的信号低于成像信号，成像质量更好。 非制冷型红外热成像仪，其探测器不需要低温制冷，采用的探测器通常是以微测辐射热计为基础，主要有多晶硅和氧化钒两种探测器。 按照功能分为测温型和观察型 测温型红外热成像仪，可以直接从热图像上读出物体表面温度，这种系统可以作为无损检测仪器，在工业生产中应用广泛。 观察型红外热成像仪，只能观察到物体表面热辐射的差异，这类设备有效距离长，可以作为观测工具，在打猎、消防、警装、侦查等领域应用广泛。 红外热成像仪最核心的部件是红外探测器 选择红外热成像仪，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。热敏元件是红外探测器这个核心的核心。 红外探测器的分辨率直接影响着最终的成像效果，如果分辨率越高，那么成像就越清晰，显示也就越细腻，体验也就越好。常见的红外探测器分辨率有160*120、384*288等，另外还有更低分辨率的，比如：60*60、80*60、100*100等。 热灵敏度是第二个最主要的参数之一。 热灵敏度（NETD）是红外热成像仪的核心指标之一。它是一个代表温差的信噪比的数值，这个温差信号等同于热像仪的瞬时噪声。 因此，它近似代表了红外热成像仪可以分辨的最小温差。直接关系了红外热成像仪测量的清晰度，热灵敏度越小，表示其灵敏度越高，图像越清晰。 显示屏分辨率 在选购观察式红外热成像仪之前，需要了解的另外一个最主要的参数是显示屏的分辨率。当红外探测器像素一定的情况下，显示屏分辨率会直接影响红外热成像仪的成像清晰度。显示屏的分辨率越高，成像越清晰，体验越好。常见的显示屏分辨率有：1280*720、960*540、800*600、640*480。 镜头焦距、空间分辨率、视场角等辅助指标 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25MM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。保证在一定距离内观察到目标后，还可以保证可以轻松的在大范围内进行搜索目标。 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。

红外热成像技术是一种被动红外夜视技术，其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都辐射出红外线，同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布市场提供了客观的基础。利用这一特性，通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图，即红外热图像。 智能夜视视频监控技术是计算机视觉和模式识别技术在视频监控领域的应用，它能对视频图像中的目标进行自动检测、识别、跟踪和分析，从而为用户提供对监控和预警有用的关键信息。 基于红外热成像的车载夜视系统是一种利用红外热成像技术，做为车辆的主动安全设备，辅助驾驶员在夜间及能见度低的情况下看清前方路况，并对车辆前方的行人进行识别，协助驾驶员对前方路况及行人所处的位置做出预判，提前预防危险，减少交通事故的发生。 利用红外热成像仪和其配套软件及红外热成像算法技术，可实现对边界地区、边海防哨所、无人值守边防站、无人海盗、出入境口岸等进行24小时不间断、无障碍监控，通过使用动态监视检测系统功能，弥补卫星遥感和地面移动监测的不足，为我国边防管理提供全天时、全天候、不间断的边防管理实际状况与动态变化信息，实现边防管理的科学化、系统化、实时化、可视化。系统还可以在各种气候条件和夜晚无光照情况下正常使用，实现24小时实时记录海域/海洋情况，及时发现船舶行业状况，海岛及海岛生态环境监控、非法采砂、非法填海/用海、入海口随意排污、非法开发岛屿、他国渔民越界捕鱼等现象，为航道畅通、海域/岛屿有效管理、海洋边防管理等方面提供良好的智能协助。 热成像边境海防防入侵报警系统 红外热成像技术能够做到全天候实时监控，在黑暗、烟尘、大雾等恶劣条件下，清晰看到周围的状况及潜在的安全隐患，可集成于化工无奈热成像云台摄像机，实现辖区昼夜可视监控和重点地段的夜视监控，可同时观察多个监控点的现场实时图像，进行全天候24小时无人值守、自动监控、报警联动，以及闯入者轨迹自动追踪定位等功能，为安防检疫部门掌握辖区动态，及时制止入侵 行为的进一步发生及恶劣后果的发生。

近日，福州海警局巧借无人机红外热成像技术在亭江附近水域查获1起涉嫌走私冻品案，查扣嫌疑船1艘、牛肉等冻品约120吨，现场抓获涉案人员4名，案值逾600万元。 4日晚21时许，福州海警局获悉在闽江水域有涉嫌走私活动，但是当晚闽江上大雾弥漫，海警执法员研判嫌疑船只很有可趁着大雾及夜色进行逃窜，随即出动舰艇、无人机海空联动开展查缉。该局执法员利用无人机热成像技术在目标水域迅速锁定一艘可疑船舶，该船航速较快但未开启AIS、雷达等通导设备，形迹可疑。海警执法员迅速驱船靠近，经鸣笛、无人机喊话等方式亮明身份后，该嫌疑船舶非但不停船接受检查，还企图改变航向，加速逃离。海警执法人员运用无人机热成像实时画面研判逃窜路线，找准时机强行靠帮登临并控制嫌疑船。经查，发现该船舶载有一批来历不明的冻品约120吨，涉嫌走私冻品。目前，涉案船只及4名涉案人员已被带回接受调查，案件正在进一步侦办中。 为了避人耳目，海上走私活动通常都选择在深夜或大雾天气进行，利用无人机及热成像技术拍摄取证，具有角度多维、成像质量高、使用成本低等优点，可以有效解决夜间、恶劣天气执法死角多、取证难等问题，提高海上执法效率……自该局配备无人机及热成像技术设备以来，已多次运用科技手段提高海上打击违法犯罪的精准度。 下一步，福州海警局将将利用红外热成像技术不受光线、环境以及天气条件影响的特点，运用无人机搭载，开展夜间突击执法检查，将这只执法透视眼运用到打击海上违法犯罪中，维护辖区海域安全稳定。

红外热像仪技术路线 红外探测器品质直接决定热像仪成像质量 红外探测器的分类：制冷与非制冷 氧化钒是非制冷红外探测器主流技术 发展趋势：高性能满足高端需求，高性价比下沉民品市场 红外热像仪民用应用场景 电力检测、工业领域、医疗检测与防疫、安防监控、辅助驾驶、消防救援、狩猎&户外 随着红外成像技术的发展与成熟，各种适用于民用的低成本红外成像设备出现，其 在国民经济各个领域发挥着越来越重要的作用。20世纪最后10年以来，其民用需求急剧增长，在电力检测、测温、汽车辅助驾驶、户外运动等领域均有应用。 红外热像仪技术路线 红外探测器品质直接决定热像仪成像质量 按红外窗口可分为近红外、短波红外、中波红外、长波红外、甚长波红外、远红外、 亚毫米波。军民最常使用的近红外（NIR，0.76~1.1μm）、中波红外（MWIR，3-6μm）、 长波红外（LWIR，6~15μm）。 红外热像仪的核心部件是用来探测、识别和感知红外辐射的红外探测器，探测器性 能直接决定了最终形成的可见图像的清晰度和灵敏度。 红外探测器的分类 根据工作原理可将红外探测器主要分为光子探测器、热探测器。根据探测器的工作 温度可以将其分为制冷型和非制冷型，其技术差异来源于探测原理的不同。热探测器材料吸收红外辐射后产生温升，通过测量其物理性质的变化就可以测量出它吸收的能量或功率。光子探测器吸收光子后，探测器材料的电子状态会发生改变，产生光电效应，通 过测量光电效应的大小可以测定被吸收的光子数。通常情况下，制冷型红外探测器属于光子型，非制冷型红外探测器在探测原理上属于热式。 制冷探测器：性能好但成本高，多军用 制冷型红外探测器的工作温度一般在 80K～200K。低温可以降低热激发产生的载流 子，暗电流较小，从而降低探测器的噪声；制冷在一定程度上也可减少禁带宽度，从而 加大截止波长。制冷红外探测器的常用材料有碲镉汞（MCT）、量子阱（QWIP）、锑化铟（InSb）、 二类超晶格（T2SL）四种。 制冷型红外探测器灵敏度较高，探测距离远，但由于其价格昂贵、体积大、功耗大、结构复杂、且制冷器的寿命仅有约10000h等缺点，应用场合受限，更多地运用在军事领域，如夜视侦查、精确制导和目标瞄准等。 非制冷探测器：性价比高，民品市场广阔 非制冷探测器可进一步分为热释电式、热电堆、微测辐射热计等。其中微测辐射热 计是一种热敏电阻型传感器，在红外辐射照射到传感器后，传感器温度升高，热敏薄膜 的阻值改变，其 NETD 主要受限于热敏材料的 1/f 噪声。微测辐射热计型探测器是目 前技术最成熟、市场占有率最高的主流非制冷红外焦平面探测器。 目前市场上大部分红外探测器都是焦平面阵列，其特点是由M×N个热敏单元（即像元）排成阵列，用来接收红外辐射。微测热辐射探测器的每个热敏单元主要由CMOS读出电路及MEMS传感器两部分组成，上层的MEMS传感器通常使用氧化钒或非晶硅等热敏材料制成，用于吸收红外辐射能量并将温度变化转换成电阻的变化，CMOS读出电路将微小的电阻变化以电信号的方式输出。CMOS读出电路和MEMS传感器为多层 结构，精密复杂，其设计和生产过程难度很高，是红外探测器的核心步骤。 红外探测器的设计、生产及研发涉及到材料、集成电路设计、制冷和封装等多个学 科，技术难度很大，目前全球仅有美国、法国、以色列、中国等少数国家能够掌握非制冷红外探测器核心技术。 由于非制冷红外探测器像元的加热和冷却是一个较慢的过程，其灵敏度与响应度特 性还不能与制冷型红外探测器相比。但成本低、结构紧凑、寿命较长等优势有利于其应用的推广，非制冷探测器在工业生产、监控安防、医疗卫生等领域需求较大。 氧化钒是非制冷红外探测器主流技术 热敏材料的选取对于微测辐射热计的灵敏度（NETD）有非常大的影响，优选具有 高温度电阻系数（TCR）和低 1/f 噪声的材料，同时还要考虑到所选材料与读出电路的 集成工艺是否方便高效。 非晶硅（α-Si）和氧化钒（VOx）则是非制冷型红外探测器的两大主流敏感材料。 非晶硅技术源自美国…

在自动驾驶的传感器选择上，目前在量产车型上主要有几种选择，一是视觉+毫米波雷达（当然现在特斯拉要走的是纯视觉路线），这也是目前大部分L2级辅助驾驶车型上所采用的传感器方案；二是激光雷达为主，加上视觉传感器以及毫米波雷达，以多传感器融合的方式实现更高阶的自动驾驶。 要实现高阶自动驾驶，需要获取更多的路面数据，而为了获取路面信息，目前主流的激光雷达、图像传感器、毫米波雷达是否就能够满足需求呢？ 举例来说，2018年Uber采用激光雷达+毫米波雷达+视觉传感方案的自动驾驶汽车，在夜间进行测试工作时安全员分神，而车辆撞到一名行人并导致其死亡。在这起事故中，自动驾驶车辆在发生撞击前5.6秒其实就已经检测到了行人，但将其错误识别成汽车，而在5.6秒时又将识别到的行人归类为其他物体，导致系统无法判断该物体的性质而未有进行刹车动作。 而特斯拉的视觉+毫米波雷达同样出现过多次事故，比如车辆在高速公路上行驶时，无法识别因事故而横倒在路上的白色货车而发生碰撞事故。 这里表现了当前自动驾驶传感器组合中的一些欠缺，无论是以激光雷达为主的路线，还是纯视觉的路线。可以发现，目前红外传感器在自动驾驶的主流方案上比较罕见。 当然，为了更高的安全性，自动驾驶需要更大的冗余空间，比如用不同的传感器来针对不同的场景进行识别。自动驾驶有两大核心，感知和算法，要算法体现出实际效果，第一步是要看得见。 红外热成像相比于其他传感器，首先在识别生物上具有无可比拟的优势。前面提到的Uber夜间行驶事故，虽然有一部分是由于多传感器导致的系统错误，无法判断物体，但如果加上红外热成像技术，增加从温度去判断物体的性质，就可以从根源上解决物体判断的难题，特别是在行人识别方面。 其次，不只是在夜间，红外热成像是可以全天候工作的，不受白天夜间影响，并且可以弥补视觉传感中难以防止眩光的劣势。 另外，红外在雾霾等恶劣天气环境中有良好的穿透效果，这也是激光雷达以及视觉传感的劣势场景之一。 既然效果这么好？那么为什么很少听到有自动驾驶车型用上红外热成像技术？ 事实上，我们在新款的保时捷帕拉梅拉车型上发现，红外热成像已经成为一项选配，保时捷称之为夜视辅助系统。只是其主要功能不是用于自动驾驶，而是用于在检测应急范围内的行人或者野生动物，并向驾驶员及时发出警告。 其实，上述问题的答案很简单，那就是贵！保时捷选配价格高达39500就能说明这一点。与几年前的激光雷达一样，由于规模效应还没有体现，目前红外热成像传感器价格居高不下。 目前其车载红外产品最高可以实现1920×1080分辨率，但仅640×512分辨率的中远距离车载红外热成像产品单价也要万元以上。 随着自动驾驶技术的发展，红外热成像是否会被更多的主机厂加入到自动驾驶传感器全家桶中？我们将持续关注。

在自动驾驶的传感器选择上，目前在量产车型上主要有几种选择，一是视觉+毫米波雷达（当然现在特斯拉要走的是纯视觉路线），这也是目前大部分L2级辅助驾驶车型上所采用的传感器方案；二是激光雷达为主，加上视觉传感器以及毫米波雷达，以多传感器融合的方式实现更高阶的自动驾驶。 要实现高阶自动驾驶，需要获取更多的路面数据，而为了获取路面信息，目前主流的激光雷达、图像传感器、毫米波雷达是否就能够满足需求呢？ 举例来说，2018年Uber采用激光雷达+毫米波雷达+视觉传感方案的自动驾驶汽车，在夜间进行测试工作时安全员分神，而车辆撞到一名行人并导致其死亡。在这起事故中，自动驾驶车辆在发生撞击前5.6秒其实就已经检测到了行人，但将其错误识别成汽车，而在5.6秒时又将识别到的行人归类为其他物体，导致系统无法判断该物体的性质而未有进行刹车动作。 而特斯拉的视觉+毫米波雷达同样出现过多次事故，比如车辆在高速公路上行驶时，无法识别因事故而横倒在路上的白色货车而发生碰撞事故。 这里表现了当前自动驾驶传感器组合中的一些欠缺，无论是以激光雷达为主的路线，还是纯视觉的路线。可以发现，目前红外传感器在自动驾驶的主流方案上比较罕见。 当然，为了更高的安全性，自动驾驶需要更大的冗余空间，比如用不同的传感器来针对不同的场景进行识别。自动驾驶有两大核心，感知和算法，要算法体现出实际效果，第一步是要“看得见”。 红外热成像相比于其他传感器，首先在识别生物上具有无可比拟的优势。前面提到的Uber夜间行驶事故，虽然有一部分是由于多传感器导致的系统错误，无法判断物体，但如果加上红外热成像技术，增加从温度去判断物体的性质，就可以从根源上解决物体判断的难题，特别是在行人识别方面。 其次，不只是在夜间，红外热成像是可以全天候工作的，不受白天夜间影响，并且可以弥补视觉传感中难以防止眩光的劣势。 另外，红外在雾霾等恶劣天气环境中有良好的穿透效果，这也是激光雷达以及视觉传感的劣势场景之一。 既然效果这么好？那么为什么很少听到有自动驾驶车型用上红外热成像技术？ 事实上，我们在新款的保时捷帕拉梅拉车型上发现，红外热成像已经成为一项选配，保时捷称之为“夜视辅助系统”。只是其主要功能不是用于自动驾驶，而是用于在检测应急范围内的行人或者野生动物，并向驾驶员及时发出警告。 其实，上述问题的答案很简单，那就是贵！保时捷选配价格高达39500就能说明这一点。与几年前的激光雷达一样，由于规模效应还没有体现，目前红外热成像传感器价格居高不下。 随着自动驾驶技术的发展，红外热成像是否会被更多的主机厂加入到自动驾驶传感器“全家桶”中？我们将持续关注。

先从红外传感 器说起 红外传感器 红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类： （1）辐射计，用于辐射和光谱测量； （2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪； （3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象； （4）红外测距和通信系统； （5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。 我们先看看红外系统的组成、主要光学系统和辅助光学系统，在此基础上对红外的关键元件进行详细的探讨。其实，红外传感器的工作原理并不复杂，一个典型的传感器系统各部分的工作原理如下所示； （1）待侧目标。根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。 （2）大气衰减。待测目标的红外辐射通过地球大气层时，由于气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收，将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。 （3）光学接收器。它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天线，常用是物镜。 （4）辐射调制器。对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光，提供目标方位信息，并可滤除大面积的干扰信号。又称调制盘和斩波器，它具有多种结构。 （5）红外探测器。这是红外系统的核心。它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现出来的电学效应。此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。 （6）探测器制冷器。由于某些探测器必须要在低温下工作，所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷，设备可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。 （7）信号处理系统。将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息。然后将此类信息转化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显示器中。 （8）显示设备。这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显象管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。 依照上面的流程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。 以热探测器为例子来分析探测器原理 热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。 多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。 红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用，随着探测设备和其他部分的技术的提高，红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。 一、原理 自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体都会发出红外辐射，红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息。 红外成像技术涵盖了红外光学、材料科学、电子学、机械工程技术、集成电路技术、图像处理算法等诸多技术，红外成像装置的核心为红外焦平面探测器。 二、非制冷红外技术概述 2.1 非制冷红外技术原理 非制冷红外探测器利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起敏感元件温度上升。敏感元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。 非制冷红外焦平面探测器分类 2.2 非制冷红外探测器的关键技术 热释电型 红外辐射使材料温度改变，引起材料的自发极化强度变化，在垂直于自发极化方向的两个晶面出现感应电荷。通过测量感应电荷量或电压的大小来探测辐射的强弱。热释电红外探测器与其他探测器不同，它只有在温度升降的过程中才有信号输出，所以利用热释电探测器时红外辐射必须经过调制。 探测材料：硫酸三甘肽、钽酸锂、钽铌酸钾、钛（铁电）酸铅、钛酸锶铅、钽钪酸铅、钛酸钡 热电堆 由逸出功不同的两种导体材料所组成的闭合回路，当两接触点处的温度不同时，由于温度梯度使得材料内部的载流子向温度低的一端移动，在温度低的一端形成电荷积累，回路中就会产生热电势。（塞贝克效应Seebeck） 而这种结构称之为热电偶。一系列的热电偶串联称为热电堆。因而，可以通过测量热电堆两端的电压变化，探测红外辐射的强弱。 二极管型 利用半导体PN结具有良好的温度特性。与其他类型的非制冷红外探测器不同，这种红外探测器的温度探测单元为单晶或多晶PN结，与CMOS工艺完全兼容，易于单片集成，非常适合大批量生产。 热敏电阻型（微测辐射热计） 利用热敏电阻的阻值随温度变化来探测辐射的强弱。一般探测器采用悬臂梁结构，光敏元吸收红外热辐射，由读出电路测量热敏材料电阻变化而引起的电流变化，通过读出电路对电信号采集分析并读出。探测器一般采用真空封装以保证绝热性好。 探测材料：氧化钒、非晶硅、钛、钇钡铜氧等 热电阻温度系数（TRC）,表示电阻当温度改变1度时，电阻值的相对变化，当温度每升高1℃时，导体电阻的增加值与原来电阻的比值。热电阻温度系数越大，探测器的灵敏度越高。 微测辐射热计探测器的响应速度比热电堆高，制造比热释电探测器容易。微测辐射热计要求敏感膜的热电阻温度系数TCR大，热导小，热容小，在8-14pm波段内红外吸收好。 氧化钒VOx的TCR一般为2%~3%，特殊方法制备的单晶态VO2和V2O5可达4%。VOx具有电阻温度系数大，噪声小的特点，被广泛用作非制冷式红外焦平面传感器的热敏材料。全球的非制冷红外热像仪市场中，使用VOx非制冷红外探测器的占80%以上。 氧化钒VOx的制备方法：溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、蒸发法。 读出电路IC技术 ROIC对微弱的红外辐射信号产生的电信号进行提取、积分、放大、模数转换。甚至完成片上非均匀性矫正、片上数模转换功能。…

1 红外探测器是军工电子的核心元器件 1.1 红外线的特点及红外波段的划分 自然界的光线按照波长由短到长大致可以分为 X 光、紫外线、可见光、红外线、微 波等。其中红外线的波长范围在 0.75μm-1000μm 之间，区别于其他波长的光，红外线的 发射不需要特定的发射源。自然界中所有温度高于绝对零度的物体都在无时无刻地自发 地向外辐射红外线。红外线的这一特点，催生了红外探测技术发展。 根据红外光谱可以将红外线分为近红外波段、中红外波段和远红外波段，对应的波 长范围分别为 1μm-3μm、3μm-40μm、40μm-1000μm。在红外探测领域，一般按照红外 线大气透射情况将红外线分为近红外波段、短波红外波段、中波红外波段和长波红外波 段，对应的波长范围分别为 1.1μm-2.5μm、3μm-5μm、8μm-14μm。波长在这些波段以外 的红外线大都被大气吸收或散射，很难被探测器识别，因此红外探测器的红外响应波段 和红外线大气透射波段相吻合。 1.2 红外探测器及其工作原理 用于探测物体红外辐射信号的电子元件被称为红外探测器。探测器的核心组成部分 为探测器芯片，探测器芯片由 MEMS 传感器和 CMOS 读出电路构成。 MEMS 传感器用来接收物体的红外辐射并产生响应信号，CMOS 读出电路芯片接 收 MEMS 传感器的响应信号，并将其处理为可被后端成像电路识别的电信号。MEMS 的材料不同，接收红外辐射后产生的响应信号也不同。常见的 MEMS 材料有两大类，一类是以氧化钒、非晶硅为代表的常温工作材料，另一类是以碲镉汞、锑化铟、二类超 晶格为代表的低温工作材料。常温工作材料主要利用红外辐射的热效应进行工作，接收 红外辐射后材料的电阻率会改变而产生电信号。低温工作材料依据光电效应工作，材料 接收红外辐射后产生光生载流子而产生电信号。 1.3 红外探测器的分类 1.3.1 制冷型红外探测器：碲镉汞使用最为广泛，二类超晶格是未来的发展方向 制冷型红外探测器的 MEMS 传感器材料为低温工作材料，工作原理是依据红外辐 射产生的光电效应。这类探测器的工作灵敏度很高，多用于军用高端装备领域和航天探 测系统。由于探测器工作时需要低温环境（70K-200K），该类探测器通常配有小型低温 制冷机，另外为了减少冷量损失，还设计有真空杜瓦结构，因此该类探测器的体积、重…

在伸手不见五指的房间里看到人或动物，在千米之外发现隐藏在密林中的敌人……这本是红外热像仪引以为豪的独门绝技，而如今也有了破解之法。 据物理学家组织网报道，美国哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）日前开发出一种能够在红外热成像仪前掩饰自己实际温度的主动伪装材料。这种材料的独特性有望在一系列军事和民用场景中获得应用，它标志着主动伪装材料已经迈出重要一步。今后，就算是通过红外热像仪所观察到的温度也未必就是真的。相关研究发表在美国物理学会开放获取期刊《物理评论X》上。 矛与盾 近年来，红外线热成像技术获得了长足的发展，尤其是在军事领域的应用更是达到了让对手无处可藏的地步：不少步枪配备的热成像仪的可见距离已经超过了1000米，有些坦克和装甲车的热瞄准具的可见距离甚至超过了3000米。在小型化上，不久前美国科学家还开发出了一种只有指甲盖大小的红外线图像传感器，由于体积小、重量轻，它甚至能够集成到隐形眼镜或手机当中。这让不少人惊呼如今连热量这点隐私都保不住了。 由哈佛大学开发出的这种神奇的伪装材料有望改变这一切。在实验中，研究人员首先在一块金属板上刷上了这种涂层，然后通过红外摄像机观察其被加热后的反应。当样品被加热后最初的反应和普通材料相比并无太大差异：60摄氏度时，涂层在红外相机下呈现蓝绿色；70摄氏度时呈现红色和黄色；当温度达到74摄氏度时，它呈现出深红色。但之后让人惊讶的事情发生了，随着温度的继续上升，热辐射值却开始暴跌。当温度上升到80摄氏度时，涂层在红外相机中呈现蓝色，与其在被加热到60摄氏度时出现的颜色类似。而在实际温度为85摄氏度时，它看起来竟然更冷。此外，研究人员发现，这种神奇的效果还是可逆的，能重复的，在尝试许多次后仍然有效。 纯与杂 该技术的关键在于一种非常薄的钒氧化物薄膜，这种材料的特殊性在于当到达特定温度时，它的电子会发生戏剧性变化，材料的导电性能也会随之改变。在室温下，纯钒氧化物是绝缘的，而温度稍稍升高后，它会与金属一样具有导电性。在这个转化过程当中，其光学特征也会发生变化，随着温度的变化，发出不同颜色的光。红外伪装只是其众多技能中的一种。 钒氧化物能从绝缘体转化为金属这一现象，早在1959年就已经得到了科学家的确认。然而，这种材料很难处理，在加热后其中的晶体会发生膨胀，过度的应力往往会使材料出现大量的裂纹，并最终导致样品粉碎。新研究中，科学家们借助一项新技术，制成了极为纯净的氧化钒薄膜，稳定性极好，从而让上述实验成为可能。 研究人员还发现，只要在纯净的样品中掺入杂质就能人为控制其光学特征，根据参入物质数量和成分的不同，其光学表现也各有不同。这就为这种材料的应用提供了极大的想象空间。例如，在纯净的氧化钒中掺入钨，这种涂层的转化温度就可以降低到室温范围以内，随着温度的上升，热辐射的伪装效果也会更加明显。 虚与实 如果在汽车上涂上这种氧化钒伪装，就能使其像变色龙一样根据环境改变自己的红外形象，从红外摄像机中看起来就如同隐身了一样。其伪装效果远远超过了目前所使用的红外伪装材料。 此外，该技术还可以用于战场上的机密通讯，用特定的温度产生的红外反应传递信息，该材料可被设计为运行在特定的红外波长，让许多单独的士兵同时使用。哈佛大学应用物理学与文顿·海斯电气工程高级研究小组首席联合研究员费德里科·卡帕索和罗伯特·华莱士教授预测，只需经过小小的调整就可以将其变成一种热伪装材料或者作为一种加密航标，让士兵在战场上确定相互的位置和进行保密通讯。 由于热辐射携带热量，类似的效果可以用于建筑或卫星的快速加热或散热上。哈佛的研究小组另一项重要贡献是，发现了氧化钒纳米结构随着温度的升高呈现一种独特的可调节性，能用于抑制热辐射。 卡帕索说：要人为制造这样一种具有内三维结构的材料是极其困难的。大自然给了我们想要的，而且是免费的。通过使用这些大自然中的超材料并操纵它们为我所用，我们开辟了一个新的研究领域，一个全新的工作方向。根据这一特性我们能够设计出众多全新的设备和应用。

热成像仪选购十大要点 我们自身很难有机会同时对比测试几款热成像仪，无法现场对比各品牌热成像仪的实际成像效果的好坏，厂家的产品介绍资料又缺乏详细的资料，那应该如何进行选择呢？ 其实你只要把握以下十个要点，就基本能够选择到性价比很好的热成像仪。 一．热成像仪分辨率 市面主流的热成像仪分辨率是384*288 和640*480，在资金允许的情况下，分辨率当然越高越好。对于普通的消费者，建议选择384*288就可以了。 热成像仪技术源于国外，国内在近几年才开始生产热成像仪探测器，故购买时尽量购买进口品牌的热成像仪，毕竟技术更为成熟，稳定性会更好，成像效果也会好。 注意事项： 国产有400*300分辨率探测器，其实质与384*288是完全一样的，400*300没有去掉边缘无效区域，384*288只是将400*300的边缘无效面积自动去掉了而已。二者生成的图像大小是一样的。 二．热成像仪镜头 热成像仪的镜头为锗镜，非普通光学玻璃镜头。锗镜价格昂贵，是根据镜片的重量来计价，小口径锗镜头造价上千元，大口径锗镜头上万元。 热成像仪的镜头参数以焦距计量（非口径大小计量）。理论上焦距越大，成像放大倍率越大。市面上常见的锗镜焦距有19mm,25mm,35mm,50mm,75mm多种。 问题： 热成像仪的锗镜焦距和口径有什么关系？ 回答： 理论上焦距越大，则口径越大。 问题： 问什么同样焦距的锗镜，口径也会不同？ 回答： 因为镜头还有一个重要指标-光圈，光圈计算值为焦距/通光直径（镜头口径），英文叫F值。 F值越大，光圈越小。F值越小，光圈越大。 光圈越大，通光越多，成像越好。 国外大品牌，热成像仪的锗镜都要求达到F1.0, 这时候，口径大小是等于焦距的。国内大部分品牌，其热成像仪的镜头参数上基本都没有标明F值，参数上没有标明光圈F值的，一般都采用F1.1-1.2的镜头，以节约成本。所以购买时建议购买产品说明书上明确标明光圈为F1.0的热成像仪。 同样焦距的F1.0镜头镜片，其面积是F1.2镜头的1.44倍，重量至少是1.5 倍，其造价也是F1.2镜头的1.5倍。 三．内置屏幕类型，大小和分辨率 内置屏幕的效果直接影响到观测效果。内置屏幕都是微小屏，通过热成像仪的目镜进行放大观看。 1. 热成像仪为保证观测效果，专业热成像仪都建议使用进口的LCOS或OLED屏，传统的LCD小屏，会影响图像效果。 2. 内置屏的分辨率越高越好，专业热成像仪的内置屏分辨率可以达到1280*720，为节约成本，不少品牌采用的是640*480,甚至320*240的屏。 3. 内置屏的大小，尽量采用0.35寸以上的屏，过小的内屏，比如0.20的屏，需要目镜更高倍率，太高倍率的目镜会影响图像观测效果。 四．无挡片会优于有挡片设计 1. 怎么能看出热成像仪有无挡片 有挡片的热成像仪，在启动时，以及每使用几分钟都需要内置挡片遮挡一下镜头，重置芯片参数。遮挡方式有的用按钮，有的是自动。 在使用中，如果挡片遮挡刷屏，屏幕图像会出现2-3秒的停顿。在连续观察中，经常出现这种停顿滞的就是有挡片热成像仪。 2. 有挡热成像仪不时的停顿画面，明显不好，为什么还有这样的设计。 这是因为热像红外探测器稳定性以及一致性不好，在使用过程中，由于使用环境，包括温度，湿度等不同，热成像仪没有自适应功能，图像品质会逐步下降。只能通过遮挡镜头，重启设置的方式恢复成像效果。 3. 专业的热成像仪，都会采用无挡设计。专业的热像瞄更是禁止使用有挡设计。 4. 无挡热成像仪需要更好的探测器支持，同时需要更为稳定的硬件和软件环境，在生产中每台机器都需要长达几十小时的产品环境测试，故生产成本远高于有挡热成像仪。 所以如果无挡片热成像仪的价格比有挡片的贵不到20%的情况下，应该义无反顾的选择无挡片的热成像仪。 五.存储，拍照，摄像的专业性和易用性 1. 作为数字设备，热成像仪是应该必须有一体化拍照，摄像和存储功能。如果没有这种一体化的功能的机型，明显是为了节约成本对产品功能进行了阉割。…

红外热成像仪是红外传感器的诸多应用中非常重要的一种应用，从最初仅限于作为军用高科技产品，现在已经越来越普遍地走向工业和民用市场。 在电影《蒸发密令》里有这样一个镜头，施瓦辛格为了躲避持有热成像仪的对手的追杀，跳进了装满水的浴缸里，以便将自己的温度和周围保持一致，从而试图遮蔽自己的红外信号源，避免热成像仪的侦查。 要想知道热像仪为什么这样神奇，首先还得从它的工作原理说起。 红外热成像仪的工作原理 所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。利用某种特殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像，并以不同颜色显示物体表面温度分布的技术称之为红外热成像技术，这种电子装置称为红外热成像仪。 红外热成像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。 这种热像图与物体表面的热分布场相对应，但实际被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等高线和直方进行数学运算和处理等。 需要说明的是，同一目标的热图像和可见光图像是不同的，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 红外热成像仪的构成 红外热像仪的构成包5大部分： 1、红外镜头: 接收和汇聚被测物体发射的红外辐射； 2、红外探测器组件: 将热辐射型号变成电信号； 3、电子组件: 对电信号进行处理； 4、显示组件: 将电信号转变成可见光图像； 5、软件: 处理采集到的温度数据，转换成温度读数和图像。 红外热成像仪的分类 红外热像仪按照工作温度分为制冷型和非制冷性 制冷式热成像仪：其探测器中集成了一个低温制冷器，这种装置可以给探测器降温度，这样是为了使热噪声的信号低于成像信号，成像质量更好。 非制冷式热成像仪：其探测器不需要低温制冷，采用的探测器通常是以微测辐射热计为基础，主要有多晶硅和氧化钒两种探测器。 红外热像仪按照功能分为测温型和非测温型 测温型红外热像仪：测温型红外热像仪，可以直接从热图像上读出物体表面任意点的温度数值，这种系统可以作为无损检测仪器，但是有效距离比较短。 非测温型红外热像仪：非测温型红外热像仪只能观察到物体表面热辐射的差异，这种系统可以作为观测工具，有效距离比较长。 红外热成像仪的特点 与一般检测设备相比，红外热成像仪具有以下鲜明特点： 1、热成像仪可以对运动物体进行测温，而普通测温仪表很难做到这一点； 2、可以借助显微镜头对几微米甚至更小的目标进行测温； 3、可以快速地对设备进行热诊断； 4、不会对所测量的温度场产生干扰； 5、测温范围大，根据型号的不同，一般可测量0℃—2000℃的范围； 6、灵敏度高，根据型号不同，可分辨0.1℃甚至更小的温差； 7、使用安全，由于测量的非接触性，使得热成像仪使用起来非常安全。 红外热成像仪的发展历程 1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳发现了红外线。 上世纪70年代，热成像系统和电荷耦合器件被成功应用。 上世纪末，以焦平面阵列（FPA）为代表的红外器件被成功应用。 红外技术的核心是红外探测器，红外探测器按其特点可分为四代： 第一代（1970s－80s）：主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像； 第二代（1990s－2000s）：是以4×288为代表的扫描型焦平面； 第三代：凝视型焦平面； 第四代：目前正在发展的以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型为主要特点的系统芯片，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段探测与识别能力。 目前非制冷焦平面探测器的主流技术为热敏电阻式微辐射热计，根据使用的热敏电阻材料的不同可以分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。 非制冷焦平面阵列探测器的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。 红外热成像仪的优点与缺点 红外热成像仪的优点 1、红外热成像技术是一种被动式的非接触的检测与识别，隐蔽性好。…