红外热成像镜头介绍

红外热成像镜头作为红外热像仪的重要组成部分，其应用领域覆盖广泛，包括工业检测、医学诊断、安全监控、农业监测等，红外热成像是将不可见的红外辐射（一种电磁波，波长比可见光长）转化为我们肉眼可见的图像，这其中涉及红外辐射接收、光电转换、信号处理、图像生成，最后投影到显示器上，我们将从红外热成像的原理及其光学镜头做一个简单的介绍！

红外热成像的基本原理

红外热成像技术基于红外辐射的原理。任何高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射，其辐射能量与物体表面温度的四次方成正比。红外热像仪通过接收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件上，进而将不可见的红外辐射转变为可见的热图像。热图像上的不同颜色代表被测物体的不同温度，通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况。

(工作原理，图源网络)

红外热成像镜头介绍

红外热成像镜头的组成相对复杂，其关键特性在于能够高效地捕捉和聚焦红外辐射，红外热成像镜头通常采用锗玻璃或其他在红外光谱中吸收率和反射率低的材料制成。锗玻璃的折射系数高，能够无损地通过红外光，同时过滤掉可见光和紫外光。这种特性使得红外热成像镜头能够专注于捕捉红外辐射，从而生成清晰的热图像。

（非球面透镜）

红外热成像仪镜头一般采用高分辨率非球面玻璃透镜和长焦距物镜的组合，为了提高图像质量，红外热成像镜头常采用高分辨率的非球面玻璃透镜。这种透镜设计能够减少像差和畸变，确保图像的清晰度和准确性。同时为了捕捉更多远距离的红外辐射，红外热成像镜头还配备了长焦距物镜，长焦距设计能够放大目标物体的红外辐射信号，提高测量的灵敏度和准确性。

其他部件相关介绍

红外热成像仪其他的一些关键部件还包括用于过滤杂散光提高图像的信噪比的滤光片以及用于确保镜头的稳定性和精度镜头支架以及支撑整个光学系统的支架等机械部件，

（红外成像滤光片）

红外热成像镜头的作用

夜间与恶劣环境下成像：红外热成像镜头不受可见光限制，可在夜间或恶劣环境下进行成像，如雾霾、雨雪、沙尘等，通过高透过率与远距离探测的红外镜头，使得能够捕捉到更远距离的目标，通过与红外探测器结合使用，可以实现多种功能，如目标追踪、热成像等。

红外热成像镜头的分类

定焦镜头，具有焦距固定，不能调节。对焦速度快，成像质量稳定，对焦方式包括免调焦、手动对焦和自动对焦，免调焦适用于固定距离的目标观测；手动对焦适用于需要精确获取特定目标清晰图像的场合；自动对焦则是通过内置的电机装置自动调整焦距，使得目标保持清晰。

变焦镜头的特点就是可以在一定范围内调节焦距，改变拍摄的视角和范围，其变焦类型通过移动镜头内部的镜片组来改变焦距，成像质量较高；数字变焦则是通过软件算法对图像进行放大或缩小，但可能导致图像细节和分辨率下降。

（变焦热成像摄像机，图源网络）

红外热成像镜头的应用

工业领域：用于检测电路板、电气设备、机械设备等的故障和异常情况，帮助进行预防性维护和故障诊断。

建筑领域：用于建筑物的能量效率评估和热漏点检测，改善建筑物的能源利用效率和节能减排。

医学领域：在医学诊断中，如乳腺癌筛查、体温检测、血液循环监测等，非接触地获取人体表面的热分布情况，帮助医生进行早期诊断和治疗。

安全领域：在安防监控中，如夜视设备、人体检测、火灾预警等，提高安全性和监控效果。

农业领域：用于农作物的生长监测和病虫害检测，通过检测农田的热分布情况，及时发现和处理问题，提高农作物的产量和质量。

环境领域：用于环境监测和污染控制，如检测工业排放的热能、监测城市热岛效应等，帮助改善环境质量和保护生态环境。

红外热成像技术的优势

优势：对生命体有更好的识别能力，不受可见光限制，在夜间和恶劣环境下成像效果好，提高全时感知能力，对温差较敏感，能够揭示物体的热分布情况。

涉及的光学知识

红外辐射特性：了解红外辐射的波长范围、传播特性以及不同物质对红外辐射的吸收、反射和透射特性。

光电效应：理解光电效应的基本原理，即光照射到物质上能够引起电子的发射，这是红外探测器工作的基础。

光学成像原理：虽然红外热成像不直接依赖于传统意义上的光学成像（如透镜成像），但图像生成和显示过程中仍然涉及到了图像处理和显示技术，这些技术在一定程度上借鉴了光学成像的原理和方法。

伪彩色编码：了解如何将不可见的物理量（如温度）通过伪彩色编码技术映射为可见的图像信息，这是红外热成像图像生成的关键步骤之一。