多光譜相機應用的范圍介紹

多光譜相機應用的范圍介紹

大多數相機都能捕捉到人眼可見(jiàn)的可見(jiàn)光圖像，但也有個(gè)大家為熟悉的例外：紅外（IR）熱相機。它能捕捉紅外光譜，這是種人眼看不到的不可見(jiàn)輻射能，我們只能感受到它的存在，比如在火爐旁邊感受到真真暖流，在燒烤爐旁吃著(zhù)噴香的烤肉。

根據熱力學(xué)原理，任何物體都會(huì )因為自身的分子振動(dòng)而向外輻射紅外線(xiàn)，當分子振動(dòng)為零時(shí)，就叫做**零度。所以任何非**零度的物體都會(huì )由于內部分子的振動(dòng)而發(fā)出熱輻射，物體越熱，發(fā)出的輻射量就會(huì )越大。這樣就使得人類(lèi)和其他溫血生物都能夠在紅外相機的圖像中，從較冷的背景中脫穎而出。

長(cháng)波紅外（LWIR）相機是常用的紅外相機。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，長(cháng)波紅外相機的體積和重量都在不斷下降，性?xún)r(jià)比不斷攀升。這是長(cháng)波紅外相機*的時(shí)代，其應用域從利用無(wú)人機保護瀕危野生動(dòng)物，到探測癌癥和許多其他疾病的診斷系統。來(lái)自市場(chǎng)調查的數據可以看出，到2023年，紅外相機的應用市場(chǎng)規模將達到68.2億美元。

無(wú)須制冷的方便

紅外熱像儀工作在三個(gè)波段：中波紅外波段（MWIR）、長(cháng)波紅外波段（LWIR）和長(cháng)波紅外波段（VLIR）。

VLIR波段的應用范圍為有限。它主要用于光譜學(xué)應用（種通過(guò)物體反射的光來(lái)識別物質(zhì)的實(shí)驗室技術(shù)）和天文學(xué)中的大功率望遠鏡。

MWIR波段適合用于檢測高溫物體——這也就是為什么大多數MWIR相機必須冷卻到大約-196℃，這也導致它們的體積相對較大，價(jià)格相對昂貴。

相比之下，LWIR相機適合在接近室溫的環(huán)境下工作，并且不需要冷卻，體積小巧，價(jià)格便宜。大多數LWIR相機均基于微測輻射熱計，這是種靈敏的電探測器，它能將紅外輻射轉換成溫度，以產(chǎn)生黑白或彩色圖像。大多數LWIR相機用于增強視覺(jué)信息或是**測量溫度。

更完整的畫(huà)面

由于LWIR相機測量的是熱量而不是光，所以它們越來(lái)越多地被應用到，那些傳統可見(jiàn)光成像無(wú)法顯示足夠信息的應用中。比如在夜間為自動(dòng)駕駛的車(chē)輛導航，或是在高功率變壓器和電氣面板發(fā)生故障前，提前發(fā)現它們存在的隱患。

 LWIR相機的項*應用是更有效地安裝和監測屋太陽(yáng)能電池板，這個(gè)應用也清晰地展示了LWIR技術(shù)的多功能性。

用戶(hù)可以使用部蘋(píng)果或安卓設備，控制配備LWIR相機的小型無(wú)人機。當它飛過(guò)太陽(yáng)能電池板安裝現場(chǎng)時(shí)，無(wú)人機捕獲熱圖像，通過(guò)這個(gè)熱圖像可以產(chǎn)生高度**的三維結構模型。

 從安裝的角度來(lái)看，這些模型能確保面板放置到*位置；從維護的角度來(lái)看，它們能準確地檢測出面板的損壞或故障。該系統能夠將安裝太陽(yáng)能電池板的時(shí)間，從幾天減少到幾分鐘，而且不需要安裝人員冒著(zhù)潛在危險爬上屋。簡(jiǎn)直是懶人的福音！

保護野生動(dòng)物
野生動(dòng)物保護的成本很高。每年，偷獵野生動(dòng)物的生意規模都高達80~100億美元。這數字與人口、非法規模相近。據世界野生動(dòng)物基金會(huì )報道，瀕危野生動(dòng)物的偷獵正在加速，例如犀牛的偷獵自2006年以來(lái)增加了50倍。

安裝在無(wú)人機上的LWIR相機有助于改變野生動(dòng)物的保護狀況。世界各地的政府和非政府組織都在使用裝有LWIR 相機的無(wú)人機，讓偷獵者遠離瀕危野生動(dòng)物，包括婆羅洲島的猩猩、南非的犀牛和肯尼亞的大象。

通過(guò)發(fā)射高頻聲波，無(wú)人機可以將野生動(dòng)物趕出它們可能被射殺的區域。而無(wú)人機攜帶的長(cháng)波紅外相機，能夠在人眼無(wú)法顧及的角度和視野識別到野生動(dòng)物。在肯尼亞保護區近的個(gè)試點(diǎn)項目中，無(wú)人機巡邏使大象和犀牛偷獵事件減少了96%。目前，肯尼亞政府正計劃在其52個(gè)國家公園和保護區部署無(wú)人機。

要求**溫度的應用
對于某些應用來(lái)說(shuō)，LWIR熱成像相機僅提供相對溫度信息（個(gè)物體與其他物體溫暖比較）是不夠的，還需要測量**溫度。即圖像中的每個(gè)像素都要有個(gè)**的溫度值。LWIR輻射測量相機可以為諸如食品加工和高科技制造等應用，提供這種**的溫度測量。

為了**地將物體的紅外輻射（以瓦/每平方米來(lái)測量）轉換為溫度，輻射測量相機必須考慮如下些因素：物體有多遠？物體的熱學(xué)屬性是什么？周?chē)h(huán)境的溫度和相對濕度是多少？這些計算需要比LWIR熱成像相機更復雜的算法，并且必須要處理它們產(chǎn)生的大量數據，以生成圖像。

醫學(xué)前沿
LWIR輻射測量相機已被證明在醫學(xué)域中特別有用。

人體體溫變化與疾病之間的關(guān)聯(lián)歷史，幾乎與醫學(xué)本身樣古老。輻射測量成像可用于診斷和研究疾病，其中較高的皮膚溫度能反映出組織中的些異?；蜓装Y，如癌癥、關(guān)節炎、骨關(guān)節炎和纖維肌痛等。

隨著(zhù) LWIR輻射測量相機的體積越來(lái)越小巧、價(jià)格越來(lái)越便宜，它們將有望成為醫院和醫療診所中實(shí)現X射線(xiàn)成像和聲成像的普遍工具。

紅外線(xiàn)聯(lián)盟：無(wú)限潛力
隨著(zhù)成本和尺寸不斷縮減，LWIR相機將在更多種類(lèi)的應用中大顯身手。

在板球比賽中，已經(jīng)使用LWIR相機來(lái)檢查現場(chǎng)裁判員做出的有爭議的判罰，如果球已經(jīng)與球員的球拍接觸，LWIR 相機能顯示出其產(chǎn)生的熱量。在機場(chǎng)，LWIR技術(shù)通過(guò)識別乘客是否發(fā)燒，來(lái)幫助防止致命性疾病的傳播。LWIR相機還被安裝在衛星和飛機上，幫考古學(xué)家識別隱藏在土壤表面之下的人為特征。