過去十年，熱成像技術的使用和公眾對其功能的認識都得到了顯著提升。過去，紅外熱成像只是一項昂貴的軍用技術，而如今，越來越多的人認識這項技術及其所具備的優(yōu)勢。紅外熱像儀能夠在漆黑的夜晚、薄霧、輕煙以及各種天氣條件下生成清晰的圖像。
通過電視節(jié)目（例如“911營救”(Rescue 911)）與其它報道有關消防員、警察和其他救援人員活動的紀實節(jié)目，越來越多的人了解到紅外熱像儀和其具有的功能。相信許多人都已經在電視上看到過熱成像是如何幫助警察在完全漆黑的環(huán)境下鎖定跟蹤疑犯。
從邊境處的遠距離監(jiān)視，卡車和船運集裝箱檢查，到高安全級別裝置的監(jiān)控，如核電站、機場和水壩，人們對各種安防應用熱成像的興趣也有所提高。但是，熱成像遠非只為安防應用提供夜視解決方案這么簡單。
紅外熱像儀：一項拯救生命的技術
紅外熱像儀用途眾多，但是，無論是在火災中定位受困人員，在完全漆黑的環(huán)境下搜尋疑犯，或是幫助司機和船長在夜間駕駛，都沒有比拯救生命的用途更為重要。警察、消防員、救援工作者和安保人員人手一臺由電池供電的輕巧型熱像儀也許只是時間問題。
與此同時，消費者如今越來越容易接觸到熱成像技術。汽車制造商在汽車內集成夜視模塊來擴大駕駛視野。夜視模塊讓司機在夜間看得更清楚，從而避免事故的發(fā)生。船艇配備熱像儀，用于夜間航行和其他海事應用，如搜尋落水人員。全世界范圍內對熱像儀不斷增長的需求令制造商有能力大幅降低生產成本。隨著價格降低以及對該技術興趣的提高，眾多不同產品領域內愈來愈多的制造商看到了熱像儀的附加價值，并愿意將熱像儀集成到他們的產品中。通常，熱像儀只是完整成品的一個小部件，因此它必須盡量小巧、輕盈、便宜。
Photon：FLIR Systems開發(fā)的微型紅外熱像儀
微型紅外熱像儀的最新研究進展促成了FLIR Systems Photon紅外熱像儀的問世。Photon是一款具有高靈敏度、高可靠度的非制冷型長波紅外熱像儀。其緊湊的設計、輕巧的重量以及較低的能耗，成為眾多紅外熱成像應用的理想選擇，尤其是涉及電池供電操作的應用。Photon采用基于氧化釩微量熱型探測器技術的紅外傳感器，可生成像素陣列為320x256的圖像，定位為一款商用紅外熱像儀，現已作為標準產品進行大量生產，同時它還附帶各種可選功能以吸引更廣闊的市場空間。Photon可搭載各種鏡頭，適用于幾乎所有的應用。
能夠批量高產地制造紅外傳感器是實現低價的關鍵。FLIR Systems已基于商業(yè)硅鑄造工藝模型，開展了高度自動化的微量熱型探測器生產線。該生產線擁有目前為止世界上最高的生產能力，使用了盒對盒式晶圓傳送技術來加快生產，并將計量融入生產線以確保連續(xù)工藝反饋。
小巧輕便，影像清晰
Photon只有手掌大小，極其輕便（19mm鏡頭款僅130克），且功耗不到1.6W，外形上與用于可見光成像的緊湊型CMOS攝像頭十分相似。
Photon紅外傳感器為320x256像素焦平面陣列(FPA)，在7.5-13.5微米或長波紅外波段內成像。長波紅外波段對于看清黑暗甚至煙霧中的人十分有用。Photon是一款完全集成的熱像儀，同時擁有模擬視頻和14位數字數據輸出以及RS-232串行通信端口，三者均引入一個單獨的包含功率輸入引腳的15個引腳高密度連接器。
未搭載熱電冷卻器
Photon的FPA無需穩(wěn)定溫度，因此免去了其它微量熱型探測器攝像機中的熱電冷卻器(TEC)。盡管存在其它搭載少量TEC的熱像儀，但它們均不具備搭載少量TEC的FLIR 熱像儀如此廣的工作溫度范圍（-40°C-+80°C）。FLIR開發(fā)了專利讀出電路和全新的非均勻性校正算法，制造出未搭載TEC的熱像儀。這一設計特性帶來了大量搭載TEC的紅外熱像儀所不具備的主要優(yōu)勢：
? Photon可在通電后兩秒內生成圖像，因為其與TE穩(wěn)定的熱像儀不同，不需要FPA在特定溫度下進行操作。這對于消防應用有著巨大的優(yōu)勢，因為紅外熱像儀可被開啟和關閉以節(jié)省電池電量，任何成像延遲均潛在危險。
? 能耗可降低，這對于采用電池供電熱像儀的應用至關重要。其能耗隨著熱像儀外殼與FPA的溫差增大而增加，這種情況在環(huán)境空氣溫度可達幾百攝氏度的消防等應用中十分普遍。
? 紅外熱像儀包裝聚積的熱量大幅減少，這對于封裝在絕緣和自動加熱外殼內的熱像儀的應用尤為重要。TEC會消耗大量電流，從而產生大量廢熱。
? 由于光學組件和FPA外殼的雜散輻射效應降低，Photon的場景動態(tài)范圍可通過TE穩(wěn)定的熱像儀大幅擴展。擴大的動態(tài)范圍使熱像儀無需令圖像達到飽和，即可觀察場景內更大的溫度范圍，這在消防應用中十分常見。
Photon：包含各種產品和應用的卓越熱像儀
若希望在商業(yè)市場取得成功，紅外熱像儀則必須適應各種應用。隨著價格的降低，紅外熱像儀的應用數量正在以驚人的速度增加。Photon的先進信號處理用途廣泛，能夠以各種不同的方式進行編程，從而實現針對不同應用的專門特征。例如，消防市場推動粗點輻射計的發(fā)展，以2x2像素顯示觀察區(qū)域的溫度。軟件采用的另一消防功能是圖像內的像素偽彩色。這些像素顏色與用于快速識別場景內熱區(qū)的可調閾值內的溫度相對應。
駕駛員視覺增強
夜間駕駛給卡車、公交和其他重型車輛的司機帶來了嚴重的安全隱患。重大事故多發(fā)生在夜間和雨霧天氣，因為司機難以看清事故源，無法及時避免碰撞。每年，大型車輛發(fā)生夜間事故達成千上萬例，有許多都是因為惡劣的天氣條件。在這種情況下，司機的快速減速能力下降，疲勞會影響反應時間，而且視力在黑暗中嚴重減退。
紅外熱像儀是一個強大的駕駛員視覺增強系統，它顯著降低了夜間駕駛的風險，使司機能夠看到高達車頭燈5倍之遠的距離。它在任何情況下都不需要光線進行操作。正因為有了紅外熱像儀，司機才能夠快速檢測并識別潛在的危險，避免致命事故的發(fā)生。紅外熱像儀還能幫助司機更好地看清道路邊緣，提前發(fā)現前方彎道，避免因前方車燈眩光造成的瞬時盲區(qū)，以及能夠穿透輕煙、粉塵、薄霧和小雨看清前方。
寶馬已開始在其7系、6系、5系轎車中采用了該技術輔助夜間駕駛。與轎車相比，公共汽車和卡車更能夠受益于這項技術。
FLIR Systems出售PathFindIR作為為交通運輸業(yè)的嚴苛需求量身定制的專用紅外熱像儀。本質上來說，PathFindIR的機芯是Photon紅外熱像儀，包裝在極其堅硬的外殼中，可經受嚴苛的駕駛條件。
航空——使飛行更安全
Photon也是FLIR Systems EVS3的核心，它是一款可用于提升飛行員夜視的低成本熱像儀，即使在完全黑暗、薄霧、粉塵和輕煙的環(huán)境下，它仍能通過提高飛行員遠距離觀察地形和其它飛機的能力對其提供幫助。
EVS3用于集成現有多功能顯示器，配有簡單的“電源輸入和標準視頻輸出”接口。Photon采用了FLIR的數字細節(jié)增強(DDE)專利技術，無論場景的動態(tài)特性如何，均能確保卓越的圖像質量，顯示競爭對手制造的價格更昂貴的系統所無法捕捉的場景細節(jié)。可選擇不同鏡頭適應各種寬、中、窄視場角下的飛行剖面。
消防——穿透煙霧
多年來，為了能夠在完全黑暗中透過煙霧進行觀察，以及探測地板、墻壁和天花板上的熱點，消防員一直使用熱像儀。煙霧中含有大量微米級碳黑顆粒，非常容易吸收可見光。但是，當顆粒遠小于傳感器所使用的光纖的波長時，將大大降低散射程度，使煙霧中的視線變得清晰。長波紅外線的波長約為可見光波長的20倍，因而長波熱像儀完美適合該應用。
對于通常必須打開通往火災現場的大門，或者必須快速可靠地確定起火位置和火勢蔓延情況的消防員而言，探測物體溫差的能力至關重要。
由于以前的一些用于消防系統的熱像儀笨重且使用不便，在某些情況下缺乏充足的動態(tài)范圍，且對大多數消防部門而言過于昂貴，因此，降低尺寸、重量和成本的同時提高性能，已成為該行業(yè)最重要的需求。
礦井安全裝置公司(MSA)（賓夕法尼亞州匹茲堡）將一款Photon熱像儀集成到其Evolution®5200、EvolutionHD2和New Evolution 5600用于消防救火。ThermalTracTM熱像儀中用于執(zhí)法。消防設施要求熱像儀有較寬的場景動態(tài)
范圍，以便定位熊熊烈火的方向，并生成溫度較低的周圍環(huán)境或人員的未飽和圖像。Photon擁有14位場景動態(tài)范圍，使用非線性直方圖AGC算法將14位范圍映射到8位模擬視頻顯示器上。熱像儀還有兩種增益狀態(tài)，可根據高于或低于閾值的圖像的像素比例進行自動選擇。這使熱像儀可在消防員經常遇到的兩種極限環(huán)境下工作，如黑暗潮濕的地下室和著火的房間。
無人機（UAV）
無人機在軍用和民用領域的應用越來越普遍，尤其是專為低空飛行設計的小型飛機。這些無線電控制的飛機可裝載下行連接至地面站的攝像機。熱像儀能夠使飛機在完全漆黑的環(huán)境下飛行，并穿透煙霧探測目標。此類飛機還可以用于森林火災等類似應用。溫度高于周圍環(huán)境的區(qū)域表示可能發(fā)生火災，并能在熱圖像上清晰地看到。
無人機系統領導者AeroVironment（AVAV）（加州西米谷市）將Photon融入其部分產品，包括手動Raven B。由于Raven B是由電池供電的輕型UAV，因此盡量縮小機載設備的重量和尺寸至關重要。Photon通常安裝在飛機的前錐上，指向前方并向下方呈一定角度以便偵查和航行。該功能使Raven B提供真正的晝夜運行，成為在各種環(huán)境和應用中獲取實時環(huán)境感知的強大工具。
熱監(jiān)視
總部位于英國的Qioptiq是紅外和圖像加強夜視設備設計者和制造商。該公司將Photon集成入其所謂的“VIPIR2-S”手持式熱監(jiān)視視線產品以及武器安裝式“VIPIR-2”中。
由于該設備需小巧輕便，以便在戰(zhàn)場上易于攜帶，因此Photon是集成到VIPIR中的最佳儀器。此外，Photon的低功耗使VIPIR能夠僅靠4節(jié)商用AA電池便工作6個多小時。Photon未采用熱電冷卻器，使VIPIR的操作者一旦開啟裝置便立即獲得清晰的圖像。
無處不在的紅外線
FLIR Systems Photon紅外熱像儀是將經濟的微型紅外熱像儀打入技術市場的重要一步。隨著產量加大和價格持續(xù)降低，我們將看到大量原始設備制造商在其應用和打包方案中結合Photon等類似產品。
在不久的將來，熱成像將成為像GPS和雷達一樣普遍的技術，它們最早均由軍事實驗室發(fā)明，但今天已被世界各地的消費者所廣泛傳播和接受。
鳴謝本文作者Austin Richards哲學博士，鳴謝B.Terre先生和S.Laband先生提供寶貴資料和建議。
