光圈如何影響熱像儀成像質(zhì)量?

本文深入探討紅外熱像儀成像質(zhì)量的核心要素——光圈，解析光圈如何影響景深、熱靈敏度等關(guān)鍵性能，旨在幫助用戶更好地理解光圈與熱像儀成像質(zhì)量的復(fù)雜關(guān)系，以優(yōu)化菲力爾紅外熱像儀的使用性能。

紅外熱像儀的成像質(zhì)量受光圈、景深、熱靈敏度等多種因素的影像，同時景深、熱靈敏度與光圈也有密不可分的關(guān)系，本篇文章小編帶您詳細(xì)了解光圈是如何影像熱像儀的成像質(zhì)量的，為您解讀光圈與景深、熱靈敏錯綜復(fù)雜的關(guān)系，為幫助您更好的使用菲力爾的紅外熱像儀。

光圈的定義

對于焦平面探測器，光圈指紅外射線可透過鏡頭的面積大小。

對于制冷熱像儀，光圈制冷光欄的設(shè)計決定---他阻止了側(cè)面的寄生射線。這樣，光圈就是焦距與孔徑直徑的比值(如下圖)。

對于鏡頭，光圈指的是鏡頭里面開環(huán)或者快門的直徑。這是一個無量綱的數(shù)值，是焦距與通光孔直徑的比值。越小的F值f/1 或者 f/1.3，意味著更大的光圈和更多的光線進入探測器，我們形容這叫“快”;越高的F值，比如f/3或者f/4，意味著更小的光圈和更少的光線進入探測器。我們形容這叫做“慢”。

中波和長波的系統(tǒng)一般配置固定光圈的鏡頭，大部分也是定焦的，變焦很少見或在更高級的配置中作為選項。短波的系統(tǒng)可以配置可調(diào)光圈的鏡頭(iris)。后者需要固定以確定溫度和輻射校準(zhǔn)是有效的。

光圈匹配

探測器和鏡頭的光圈必須匹配

錯誤的匹配

如果鏡頭比FPA探測器慢，探測器可以可以探測到從鏡頭外透射過來的射線也會探測到來自鏡頭內(nèi)部的輻射。鏡頭內(nèi)部一般都涂有發(fā)射紅外的涂層。所以系統(tǒng)對于鏡頭的溫度非常敏感，會對最終測溫產(chǎn)生影響(如下圖)。

準(zhǔn)確的方式

在這張圖中，鏡頭比制冷光欄快一點，探測器可以探測到透過鏡頭的輻射。但是系統(tǒng)對于鏡頭溫度不敏感(如下圖)。

景深

景深和光圈成比例，也和聚焦距離有關(guān)系。數(shù)學(xué)公式不是線性的(如下)：

一般而言，為了收集到足夠的光，非制冷熱像儀需要更快的光路，這對于圖像質(zhì)量有幫助(更少的噪音)，但是景深會差一點，如果在很近的距離工作，往往熱像儀不可在全視場對焦。

下面的圖片展示了在標(biāo)準(zhǔn)配置下兩種設(shè)備的景深和工作距離的關(guān)系(所有制以毫米為單位)。

非制冷

● A615, 640 x 480

● 24 mm lens, f/1.0.

● Pitch 17 μm

制冷

● A6651, 640 x 512

● 25 mm lens, f/2.5.

● Pitch 15 μm

由于更好的景深，制冷熱像儀能更好地工作，特別是近距離測溫的應(yīng)用當(dāng)中。A6651也可以配 F/4.0的鏡頭。這樣熱像儀會有更好的景深但是卻需要更長的積分時間保證信噪比。

熱靈敏度

熱靈敏度是設(shè)備的系統(tǒng)噪音的質(zhì)量參數(shù)。他表示了熱分辨率，是測試最小溫差的能力。這不是個恒定值。

● 在給定測量范圍內(nèi)，溫度越高熱靈敏度越小(更好)。

● 當(dāng)測量范圍變大，熱靈敏度就會變大(不好)。

● 對于制冷熱像儀，積分時間減小會造成熱靈敏度變大(不好)。

熱靈敏度是通過短時間的統(tǒng)計核算算出來的。注意在正常的操作溫度中和熱靈敏度一樣的溫差是測量不出來的。假設(shè)噪音是高斯分布的，需要6倍的熱靈敏度值才能確認(rèn)這是不是一個噪音。

下面的圖標(biāo)顯示了低熱靈敏度(更好)和高熱靈敏度(不好)。

熱靈敏度一般定義在30度的時候，如下表：

看上去所有的系統(tǒng)都有很好的噪音性能，一些非制冷的探測器看上去和制冷探測器性能差不多。但是比較熱靈敏度，一個重要的因素就是測量的時候把光圈的值考慮進去。把熱靈敏度除以光圈的面積，歸一化到f/1.0，可以得到可比較的熱靈敏度值如下表所示：

比較的結(jié)論是制冷探測器更敏感，可以探測更小的溫差，這對熱像儀的應(yīng)用很重要。