清晰的红外图像如何工作？

热像仪有助于使生产过程更快、更安全，并提高最终产品的质量。但是相机如何捕捉图像以及这个过程需要多少像素？

透镜用于将物体的红外辐射聚焦到传感器上，并生成与辐射成比例的电信号。信号被放大，并通过以下数字信号处理转换为与物体温度相对应的输出大小。测量值可以显示在显示屏上或表示为模拟信号。热像仪的核心部件图像传感器是一个 150 纳米厚的焦平面阵列 (FPA)，像素数量在 20,000 到 100 万之间。像素本身由尺寸范围为 17 × 17 至 35 × 35 µm² 的微测辐射热计组成，其电阻值在吸收热辐射时发生变化。电阻的变化会导致信号电压发生变化，信号电压会在辐射热测量计的电阻上降低，并随后进行分析。

原则上，更多像素意味着更多细节。由于物理定律也适用于热像仪，因此具有高百万像素数的传感器会受到负面影响。与用于摄影的数码相机一样，现在越来越多的像素被容纳在同一个小表面上。因此，每个单独的像素捕获热辐射的空间越来越小。这意味着微弱的信号需要被放大。然而，这反过来又增加了信号中包含的噪声，从而导致破坏性像素和温度测量的不准确。这可以通过基于软件的降噪功能来抵消，该功能可以修饰捕获的图像。结果是精细图像结构以及噪声也被平滑。一些更高分辨率的红外相机试图通过插值或叠加由芯片在子像素范围内的机械运动产生的不同图像来提高细节的丰富度。

过度劳累的像素

除了噪声之外，还出现了第二个问题：与一杯水相比，越来越小的单个像素在“溢出”之前只能吸收一定量的热辐射。如果在“开花”期间精确映射图像区域，则其他区域将具有无法识别的细节。

但经常被忽视的相机镜头质量起着决定性作用。如果镜头无法将测量物体辐射的红外能量尽可能无损地传递到图像传感器，那么具有最大像素数的传感器有什么用呢？如果镜头可以完全解析的单个像素大于 FPA 的单个像素，则一次将有多个像素被曝光。这会导致明显的模糊。只有考虑到镜头和传感器之间的相互作用，才能找到实际的分辨率。

每个像素都需要时间和存储容量

热像仪的分辨率越高，在质量影响的同时产生的令人不快的副作用就越多。使用相机录制时产生的大量数据需要在保存之前进行处理。在这里，实时数据传输速率有限的接口是第一个障碍。然后数据传输需要一定的时间并导致视频功能的采样率减慢。还应考虑热图像在计算机和连接的存储介质上占用的大量空间。

正确使用也是一个同样重要的话题。热像仪与普通数码相机一样，都配备视场角 (FOV)，长焦镜头可覆盖 6°、标准镜头可覆盖 26°、广角镜头可覆盖 90°。距离物体越远，捕获的图像区域就越大，单个像素可以捕获的图像细节就越大。

测量设备的光学分辨率必须根据测量物体的尺寸以及物体与传感器之间的距离来选择。在左图中，由于测量点太大，包含了温度相当低的电路板的热辐射，导致温度测量结果明显失真。因此，相机的测量点不得大于测量物体的尺寸。

因此，对于非常小的测量物体或热像仪与测量物体之间的距离较长，高分辨率至关重要。在 Optris 进行的一项试验中，使用两种不同的分辨率来测量相同距离和相同环境条件下的电线温度。虽然在 640 x 480 像素下准确检测到 70.4°C 的热点，但在 80 x 80 像素分辨率下测量时得到的读数仅为该值的一半。