MLX90640 红外热成像仪测温传感器模块开发笔记（八）

MLX90640 红外热成像仪测温传感器模块开发笔记（八）扩展知识-辐射率、灵敏度、精度、探测距离

 

    最终的成果是一个微型的USB接口红外成像模块（微型红外成像仪30*30mm），可以连接到Android手机或者计算机的USB接口，实时显示热像视频，和手机相机差不多，只不过它是热红外成像，所以叫“红眼睛相机”。模块图片如下：

    Red Eye Camera（以下简称“IDF-x” 或“设备” ）是基于红外阵列高精度温度传感器以及先进软件算法的非接触式热成像仪器，可对视场范围内任何物体进行红外成像，成像分辨率512*384 像素，温度灵敏度 0.1℃，绝对精度±1.5℃，刷新频率最高 64Hz。自带存储和实时时钟，具备数据实时输出显示、拍照存储功能，数字接口包括 UART 和 USB，可直接连接计算机和 Android 手机，配合上位机软件或者手机 APP 程序，使用十分方便。

辐射率

是描述面辐射源特性的物理量。它表示某物体的单位面积辐射的热量和黑体在相同温度、相同条件下的辐射热量之比。即：辐射率通俗地说就是某物体会将自身温度转换为辐射扩散出去的能力， 1 表示可以将自身温度转换为 100%的辐射， 0.9 表示可以降低自身温度的 90%转换为热辐射扩散出去。实际上辐射率为 1 的物质（黑体）是不存在的，所以任何材料的辐射率均是 0~1 之间的数值。

任何物体在高于绝对零度（-273.15℃）的时候，其物体表面就会有红外能量也就是红外线发射出来，温度越高，发射的红外能量越强。红外线测温仪和红外热像仪就是根据这个特点来测量物体表面的温度的，因为红外线测温仪和红外热像仪是测量物体表面的温度的，所以在测量时会被物体表面的光洁度所影响。实验证明：物体表面越接近于镜面（反射越强），其表面所发出的红外能量衰减越厉害，就需要对不同物体的表面对红外能量的衰减情况做出补偿，即设置一个补偿系数，这个补偿系数就是辐射率。

不同材料的辐射率差别还是很大的，比如人体是 0.95~0.98，而光滑的不锈钢是 0.16，生锈的铁是 0.65 左右，当探测过程中想要得到较为准确的温度值时，就需要设置被探测物体的辐射系数。（若仅是为了成像则无需这么严格）

 

灵敏度与温度探测精度

噪声等效温差（NETD） 是指红外探测器能探测到的最小温差，即：当被测物体的温度变化多少时红外探测器可以探测出来。衡量红外探测器性能的主要指标之一。

热探测器的噪声等效温差在 100mK 左右（0.1℃）。第二代光探测器在 20mK 左右（0.02℃）。第三代探测器目标是在 1mK（0.001℃）。

红外探测计算出的绝对温度值与被测物体的辐射率参数有直接关系，不同材料的辐射率值是不同的，更为严重的是即便是同种材料，表面光洁度、含水率、温度高低等因素的影响也会直接改变辐射率，这就导致了红外探测绝对温度无法绝对准确，问题不在于红外探测器的对辐射量的感知准确度而在于材料的辐射率是随时在小范围变化的。所以，衡量红外探测器的性能指标一般不能用绝对温度，而应该用温度灵敏度，即： 噪声等效温差（NETD）。这也可以得出一个结论，红外热成像仪的主要作用是尽量区分出不同区域的温度差异，用数字表现出来，进而展示为带有颜色的图像，只有温度区分开以后，图像才会细致分明。

红外探测距离

红外热成像仪是用光学镜头来收集被测物体的热辐射能量的，故此探测距离会受到镜头视场角和热成像像素分辨率有关。假如某成像仪的成像分辨率为 32*32 像素，视场角为 75 度，则可以理解为从镜头里发射出 32*32=1024 条激光来探测 1024 个点的温度（32 行*32 列）， 每行 32 个点，每列 32 个点。每相邻两条激光线的夹角为 75/31=2.4193°发散出去。随着距离的增长，两条激光线的间距会变大，当被测物体足够小时，有可能处于两条激光线之间未被探测到，这就是探测距离的问题。

即：当成像仪的像素数量和视场角一定时，它的有效探测距离就与被测物体的大小有关。当被测物体尺寸已知时，对其进行探测的理论最远距离为：

测算公式。