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        熱成像技術的發展歷程及現代應用領域中的重要作用

        熱成像技術是指利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。

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        從第二次世界大戰開始,熱成像技術就已應用在軍事上。由于這種儀器是靠熱輻射來工作的,它能夠透過漆黑的戰場讓士兵們清楚地看到敵方的行蹤。又由于它為無源性接收系統,比無線電雷達等可見光裝置更安全、隱蔽。

        現在,熱成像技術已經廣泛應用在日常生活當中。一個重要應用是診斷疾病,大家都知道,當某一部位出現炎癥時,體溫會升高,測量體溫能夠判斷有無炎癥,但不能確定炎癥的具體位置,而熱像儀可以直觀給出人體溫度場分布圖,將病變的熱圖與正常熱圖比較,就可以從異常變化上診斷病灶部位。熱成像技術也能在手術室大顯身手。當血液流經剛剛被安置的動脈血管時,熱像儀上的動脈管的顏色由灰變白,而在通常情況下,肉眼是很難觀察到血管是否暢通無阻的。

        與診斷疾病類似,高壓輸變電的電器部件、火車軸箱、電路板等出現故障,也可以用熱像儀直接觀測檢查,避免故障帶來的損失。熱像儀也可以用于地質調查,地熱探查,森林植被分布,大氣與海洋監測,火災的發現與救援。熱像儀可以幫助救援者發現那些被濃煙和黑暗隱僻住的遇難者,從而救出他們。

        熱成像技術還能幫助科學家們進一步探索宇宙的奧秘?梢灶A期未來熱成像技術的應用領域將會得到更充分的開發,推廣和普及。

        中國的熱成像技術起步于70年代中期,經過20多年來不懈的努力,依靠我們自己的技術力量,中國工程人員已經成功地研制開發出了多種熱像儀和熱成像系統。性能優良的紅外熱像儀正在廣泛地應用于中國的國防和國民經濟建設中。

        美國德克薩斯儀器公司(TI)在1964年首次研制成功第一代的熱紅外成像裝置,叫紅外前視系統,這類裝置利用光學元件運動機械,對目標的熱輻射進行圖像分解掃描,然后應用光電探測器進行光——電轉換,最后形成視頻圖像信號,并在熒屏上顯示,紅外前視系統至今仍是軍用飛機、艦船和坦克上的重要裝置。六十年代中期,在紅外前視裝置的基礎上,開發了具有溫度測量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置,通常稱為熱像儀。

        七十年代研制出不需致冷的紅外熱電視產品。九十年代出現致冷型和非致冷型的焦平面紅外熱成像產品,這是一種最新一代的紅外電視產品,可以進行大規模的工業化生產,把紅外熱成像的應用提高到一個新的階段。

        七十年代中國有關單位已經開始對紅外熱成像技術進行研究,到八十年代初,中國在長波紅外元件的研制和生產技術上有了一定進展。到了八十年代末和九十年代初,中國已經研制成功了實時紅外成像樣機,其靈敏度、溫度分辨率都達到很高的水平。

        進入九十年代,中國在紅外成像設備上使用低噪音寬頻帶前置放大器,微型致冷器等關鍵技術方面有了發展,并且從實驗走向應用,主要用途用于部隊,例如便攜式野戰熱像儀,反坦克飛彈、防空雷達以及坦克、軍艦火炮等。中國在紅外熱成像技術方面,已經投入了大量人力物力,形成了相當規模的研發力量,但是總的來講,與世界先進水平差距很大,與西方相比,約差10年以上。目前國外已經開始在部隊裝備第二代紅外熱成像儀,并開始了第三代的研發工作,但中國現在才推廣第一代紅外成像儀。在國際上,美國、法國、以色列是這方面的先行者,其它國家包括俄羅斯均處下游水平。近幾年來,中國的紅外成像技術得到突飛猛進的發展,與西方的差距正在逐步縮小,有些設備的先進性也可同西方同步,相信中國和西方的差距會進一步縮小,尤其在新技術的應用方面更可以獨樹一幟。紅外熱成像產品,可以分為致冷型的.非致冷型兩大類。目前,最先進的紅外熱成像儀,其溫度靈敏的可達0.03攝氏度。無論白天、黑夜均可用于持紅外儀來探測叢林中的敵人,其距離可達百米之遙,作為邊防緝私,更可以追蹤海上走私的大飛,其距離可達數公里。通過熱像儀不僅可實時對目標進行觀測,更可以通過其行蹤軌跡的“熱痕跡”進行動態分析,因為一般物體的熱發散有一定的時間性,有些物體的熱發散需要很大時間。例如部隊點燃的炊煙,曾經發動過的車輛等都可以留下“熱痕跡”。第一代熱像儀主要由帶有掃描裝置的光學儀器和電子放大線路、顯示器等部件組成,已經成功裝備部隊,并在夜間的地面觀察、空中偵察、水面保險等作出重要的貢獻。第二代熱成像儀主要采用焦平面陣列技術,集成數萬個乃至數十萬個信號放大器,將芯片置于光學系統的焦平面上,取得目標的全景圖像,無需光——機掃描系統,大大提高了靈敏度和熱分辨率,可以進一步提高目標的探測距離和識別能力。


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