(LWIR)相機(jī)是最常用的紅外相機(jī)
最值得關(guān)注的是,現(xiàn)在有越來越多新型CMOS芯片進(jìn)入相機(jī)市場。這些芯片擁有非常出色的成像質(zhì)量和幀速率,同時(shí)還具備極高的性價(jià)比。
大多數(shù)相機(jī)能捕獲到人眼能夠看到的物體的圖像,但也有一個(gè)大家最為熟悉的例外——紅外(IR)熱相機(jī),它能探測紅外光,這是一種非可見光的輻射能,人們能感受到紅外光的熱量,但是卻看不見紅外光。在超過絕對(duì)零度(-273.15°C)的溫度下,任何物體都會(huì)發(fā)出熱輻射。物體越暖,其輻射的熱量就越多,這使得人類和其他溫血?jiǎng)游锬茉诩t外相機(jī)圖像中從較冷的背景中脫穎而出。
近年來,CMOS芯片技術(shù)已取得巨大進(jìn)步,憑借高速度(幀速率)、高分辨率(像素?cái)?shù))、低功耗以及最新改良的噪聲指數(shù)、量子效率及色彩觀念等各方面優(yōu)勢(shì)、CMOS芯片在CCD芯片主導(dǎo)的領(lǐng)域里占據(jù)一席之地,CMOS技術(shù)也已成為主流技術(shù)。
長波紅外(LWIR)相機(jī)是最常用的紅外相機(jī)。隨著體積、重量和成本的下降以及性能的提升,LWIR相機(jī)正在獲得前所未有的廣泛應(yīng)用,其應(yīng)用領(lǐng)域從利用無人機(jī)保護(hù)瀕危野生動(dòng)物,到探測癌癥和許多其他疾病的診斷系統(tǒng)。
據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示,到2023年,IR相機(jī)的市場規(guī)模將達(dá)到 68.2億美元。
紅外熱像儀工作在三個(gè)波段:中波紅外波段(MWIR)、長波紅外波段(LWIR)和甚長波紅外波段(VLIR)。
VLIR波段的應(yīng)用范圍最為有限。它主要用于光譜學(xué)應(yīng)用(一種通過物體反射的光來識(shí)別物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù))和天文學(xué)中的大功率望遠(yuǎn)鏡。
MWIR波段最適合用于檢測高溫物體——這就是為什么大多數(shù)MWIR相機(jī)必須冷卻到大約-196°C,這也導(dǎo)致它們的體積相對(duì)較大,價(jià)格相對(duì)昂貴。
相比之下,LWIR相機(jī)最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(shù)LWIR相機(jī)均基于微測輻射熱計(jì),這是一種靈敏的電探測器,它能將紅外輻射轉(zhuǎn)換成溫度,以產(chǎn)生黑白或彩色圖像。大多數(shù)LWIR相機(jī)用于增強(qiáng)視覺信息或是精確測量溫度。
更完整的畫面
由于LWIR相機(jī)測量的是熱量而不是光,所以它們?cè)絹碓蕉嗟乇粦?yīng)用到那些傳統(tǒng)的可見光成像無法顯示足夠信息的應(yīng)用中,比如,夜間的充電樁監(jiān)控系統(tǒng),安防系統(tǒng)和電子生產(chǎn)線,危險(xiǎn)倉庫管控或在夜間為自動(dòng)駕駛的車輛導(dǎo)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(xiàn)它們存在的隱患。
用戶可以使用一部蘋果或安卓設(shè)備,控制配備LWIR相機(jī)的小型無人機(jī)。當(dāng)它飛過太陽能電池板安裝現(xiàn)場時(shí),無人機(jī)捕獲熱圖像,通過這個(gè)熱圖像可以產(chǎn)生高度精確的三維結(jié)構(gòu)模型。
保護(hù)野生動(dòng)物
野生動(dòng)物保護(hù)的成本很高。每年,偷獵野生動(dòng)物的生意規(guī)模都高達(dá)80~100億美元——與販賣人口、非法毒品或軍火交易規(guī)模相近。
通過發(fā)射高頻聲波,無人機(jī)可以將野生動(dòng)物趕出它們可能被射殺的區(qū)域。在肯尼亞保護(hù)區(qū)最近的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目中,無人機(jī)巡邏使大象和其他動(dòng)物偷獵事件減少了96%。
要求精確溫度的應(yīng)用
對(duì)于某些應(yīng)用來說,LWIR熱成像相機(jī)僅提供相對(duì)溫度信息(一個(gè)物體與其他物體的比較溫暖)是不夠的,還需要測量絕對(duì)溫度,圖像中的每一個(gè)像素都要有一個(gè)精確的溫度值。
LWIR輻射測量相機(jī)可以為諸如食品加工和高科技制造等應(yīng)用,提供這種精確的溫度測量。
為了精確地將物體的紅外輻射(以瓦/每平方米來測量)轉(zhuǎn)換為溫度,輻射測量相機(jī)必須考慮如下一些因素:物體有多遠(yuǎn)?物體的熱學(xué)屬性是什么?周圍環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度是多少?這些計(jì)算需要比LWIR熱成像相機(jī)更復(fù)雜的算法,并且必須要處理它們產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù),以生成圖像。
醫(yī)學(xué)前沿
LWIR輻射測量相機(jī)已被證明在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中特別有用。人體體溫變化與疾病之間的關(guān)聯(lián)幾乎與醫(yī)學(xué)本身一樣古老,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一些異常或炎癥,如癌癥、關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎和纖維肌痛等。隨著LWIR輻射測量相機(jī)的體積越來越小巧、價(jià)格越來越便宜,它們將有望成為醫(yī)院和醫(yī)療診所中實(shí)現(xiàn)X射線成像和超聲成像的普遍工具。
無限潛力
隨著成本和尺寸不斷縮減,LWIR相機(jī)將在更多種類的應(yīng)用中大顯身手。在國際板球比賽中,已經(jīng)使用LWIR相機(jī)來檢查現(xiàn)場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(jī)能顯示出其產(chǎn)生的熱量。在國際機(jī)場,LWIR技術(shù)通過識(shí)別乘客是否發(fā)燒,來幫助防止致命性疾病的傳播。LWIR相機(jī)還被安裝在衛(wèi)星和飛機(jī)上,幫助考古學(xué)家識(shí)別隱藏在土壤表面之下的人為特征。
邁瑞迪創(chuàng)新科技(Meridian Innovation),是一家位于香港的無晶圓科技創(chuàng)新公司,在香港科學(xué)園及新加坡設(shè)有研發(fā)團(tuán)隊(duì),前者專注后端組裝;后者專注傳感器設(shè)計(jì),使其成為一家先進(jìn)CMOS熱成像解決方案的先驅(qū)開發(fā)商。其專利的SenXor?CMOS熱成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)LWIR相機(jī),可以廣泛應(yīng)用在當(dāng)今新的消費(fèi)和商業(yè)場景中。
邁瑞迪創(chuàng)新科技 Co-Founder--吳青山先生
Meridian Innovation公司主力研發(fā)商用熱成像傳感器,最近更在「傳感器實(shí)驗(yàn)室」獲得研發(fā)成果,成功開發(fā)傳感器產(chǎn)品SenXor的升級(jí)版?!皟?nèi)地也有做熱成像技術(shù)的企業(yè),不過成本過高,量產(chǎn)困難?!?Hasan Gadjali 認(rèn)為,隨著智能應(yīng)用越來越普及,市場對(duì)于檢測熱能的技術(shù)需求漸增,一些家電企業(yè)如冷氣機(jī),微波爐等都可加入此技術(shù),其他產(chǎn)品如汽車,監(jiān)控?cái)z像機(jī),電力系統(tǒng),工業(yè)設(shè)備等都有應(yīng)用。
Meridian Innovation公司亦可提供專業(yè)定制化的服務(wù)。