智能化紅外熱像儀市場發展如火如荼

紅外熱像儀技術曾經僅用於國防、軍事等高端應用,但在過去幾十年的發展中,已逐漸變為更為主流的技術。隨著維護和電氣故障排除應用中手持式紅外熱像儀越來越受歡迎,人們對該技術的工業效益的認識日益提升。2020年又遭遇了新冠疫情,大量紅外熱像儀解決方案順理成章地湧入市場。各種紅外熱像儀傳感器技術和相機被用於發熱檢測,盡管從技術上講,紅外熱像儀傳感器僅能測量皮膚表麵溫度。

盡管如此,紅外熱像儀對於許多終端用戶仍然非常神秘。即便是技術嫻熟的機器視覺集成人員也可能對非可見光成像技術束手無策。這並不稀奇,因為人類缺乏視覺感知溫度的視覺能力。

為了更好地了解紅外相機和紅外熱像儀的性能,用戶必須了解紅外熱像儀相機的工作原理和所涉及的物理原理。與在可見光譜(400 nm到700 nm波段)工作的標準機器視覺相機不同,紅外相機和紅外熱像儀技術覆蓋的光譜範圍更為寬廣,該光譜主要細分為三個波段:0.9 μm至1.7 μm波段屬於短波紅外(SWIR),3 μm至5 μm波段屬於中波紅外(MWIR),8 μm至14 μm波段屬於長波紅外(LWIR)。

光譜波段主要由各類相機中的探測器技術的特性來定義。光譜帶則來自探測器材料的敏感波長。根據科學原理,物理學文獻可能會以不同的方式對紅外光譜進行分類。

深入了解短波紅外(SWIR)

許多常見應用可從不同波段的探測中受益,並非所有紅外探測都涉及溫度測量。研究人員利用材料物理特性來探究光譜的選擇性反射率、吸收率和透射率。

例如,通常不透明的塑料包裝在SWIR的透射率比在可見光範圍更高,因此SWIR相機能夠輕鬆探測出塑料桶中對SWIR光波低透射率甚至強吸收率的物質。結果為SWIR圖像的對比度足以完成檢查。

SWIR技術也適用於農業,它可以監測作物和植物健康狀況,檢測碰傷或測量水果的含糖量。這些應用均使用了某種光譜的反射率、吸收率或透射率作為基礎檢查方法。

當用SWIR相機測量溫度時,了解SWIR光譜區域非常重要,該光譜產生的大多數信號是由反射光形成,而非紅外輻射能量所產生。通過可見光標準機器視覺應用可以清晰闡述這一點。

用SWIR相機測量溫度需要大量的熱能來克服反射光,並在傳感器上記錄為輻射能量。因此,在溫度低於400℃情況下,使用搭載SWIR探測器的相機來完成溫度校準,通常沒有任何意義。該特點使得SWIR相機適用於高溫應用(如成像熔融金屬或檢查工藝焊縫等)。

成本降低,接口標準,智能相機

盡管存在這些挑戰和缺點,紅外熱像儀在工業和非工業成像應用中的重要性仍變得越來越突出。多個因素的存在促成了這種增長。成本降低可以說是其中最重要的因素。其次是標準通信協議GenICAM和標準物理接口的引入。GenICam的目標是為所有類型的相機提供統一的編程接口,由歐洲機械視覺協會(EMVA)頒布。最先出現的是FireWire(這是在IEEE-1394標準製定之前,蘋果公司賦予數據傳輸技術的名字),現在是大多數相機都配備的千兆以太網。

不久前,用戶還不得不發揮他們最好的編程技能,並在軟件開發套件的幫助下,來實現專有的通信接口,結果卻發現下一款相機型號並不兼容。相機製造商朝向更統一的通信標準邁進,使相機銷售受益匪淺,同時也促使係統集成商和終端客戶更廣泛地采用這些標準。雖然紅外熱像儀製造商還在繼續努力完全遵守這些標準,但情況確實有所改善。

最近紅外熱像儀智能相機也破土而出。盡管紅外熱像儀與標準機器視覺還存在很大差距,但紅外熱像儀智能相機將進一步推動熱成像的廣泛應用,綻放美麗的“紅外之花”。

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