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小菲課堂|紅外熱像儀能看穿透霧和雨嗎?


  來(lái)源: 菲力爾 時(shí)間:2024-11-04 編輯:清風(fēng)
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秋冬季節(jié)晝夜溫差較大,霧霾天氣逐漸增多,不僅對(duì)我們的生活出行帶來(lái)困擾,還加大了戶外檢測(cè)工作的難度,那有了紅外熱像儀的協(xié)助,工作人員是不是能穿透雨霧,看清目標(biāo)物體的狀態(tài),順利完成檢測(cè)工作呢?


紅外熱像儀在黑暗中能清晰成像,但可見(jiàn)距離受鏡頭、探測(cè)器類型、敏感度、物體大小、溫度及天氣條件等多種因素影響。


紅外輻射的透射率原理


紅外熱像儀的可視距離不僅受到目標(biāo)物體熱輻射強(qiáng)度的影響,還受到多種氣候條件的制約。即使在晴朗的天空下,大氣中的固有吸收也會(huì)限制紅外信號(hào)從目標(biāo)傳輸?shù)綗嵯駜x的距離,導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過(guò)程中逐漸丟失。這意味著,隨著距離的增加,熱像儀接收到的信號(hào)會(huì)變得越來(lái)越弱,從而影響圖像的清晰度和細(xì)節(jié)。


濕度是影響紅外熱像儀拍攝范圍的關(guān)鍵因素之一。潮濕的空氣會(huì)充當(dāng)紅外輻射的“屏障”,導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到更大的衰減。因此,在濕度較高的夏季月份,大氣對(duì)紅外信號(hào)的衰減通常會(huì)比冬季月份更大,使得熱像儀的拍攝范圍相應(yīng)縮短。



此外,霧和雨等氣候條件對(duì)熱像儀的拍攝范圍更為不利。由于水滴對(duì)光的散射和吸收作用,以及水分自身的能量發(fā)射,霧和雨會(huì)嚴(yán)重限制熱成像系統(tǒng)的可視范圍。液滴密度越高,紅外信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到的衰減(或增強(qiáng))就越大,導(dǎo)致熱像儀的拍攝范圍進(jìn)一步縮短。


熱像儀檢測(cè)性能的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)


霧是由接近飽和的水蒸氣在凝結(jié)核上凝結(jié)形成的微小水滴集合體,根據(jù)其形成原因可分為平流霧和輻射霧等類型。霧的密度和散射特性各異,影響著能見(jiàn)度。國(guó)際民用航空組織將霧按可視距離分為四類,從1220米至92米不等。霧天能見(jiàn)度降低,主要是因?yàn)殪F粒子對(duì)光線的吸收和散射作用,其程度取決于霧粒子的微物理結(jié)構(gòu)。


由美國(guó)空軍研發(fā)的一款強(qiáng)大的大氣輻射傳輸模擬工具——MODTRAN模型,能夠精確預(yù)測(cè)各種大氣條件下的輻射特性,包括路徑傳輸、天空輻射等,且覆蓋廣泛的波長(zhǎng)和光譜分辨率。它為用戶提供了多種氣候模型和氣溶膠類型選擇,能夠基于能見(jiàn)度、大氣路徑、溫度發(fā)射率等參數(shù),計(jì)算出寬光譜范圍內(nèi)的透射率和輻射度,對(duì)紅外熱像儀的性能評(píng)估至關(guān)重要。


MODTRAN模型的輸入數(shù)據(jù)


尤其對(duì)于熱像儀用戶而言,MODTRAN模型的應(yīng)用能夠顯著提升其在不同氣候和氣溶膠條件下的探測(cè)能力預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)比不同氣溶膠類型的影響,用戶能更準(zhǔn)確地了解在多霧海上等惡劣環(huán)境下,熱像儀的探測(cè)范圍會(huì)受到怎樣的限制,從而做出更為精準(zhǔn)的決策。


紅外熱像儀的選擇


紅外熱像儀的性能不僅受大氣條件影響,還與其類型和工作的紅外波段密切相關(guān)。配有非制冷型傳感器的LWIR熱像儀擅長(zhǎng)捕捉7-14μm波長(zhǎng)的紅外能量,適合地面目標(biāo)探測(cè);而裝有制冷型探測(cè)器的MWIR熱像儀則對(duì)溫度微小差異靈敏,成像于3.0-5μm波段。兩者在穿透霧氣能力上因光譜透射差異而有所不同,選擇時(shí)需根據(jù)具體需求和環(huán)境條件來(lái)決定。



通過(guò)查看大氣傳輸模型可知,在不同霧況下,熱像儀相比肉眼在紅外波段的能見(jiàn)度優(yōu)勢(shì)各異,但總體上在輕霧條件下優(yōu)于可見(jiàn)光,而在重霧中優(yōu)勢(shì)減弱。


紅外熱像儀能看多遠(yuǎn)?


了解霧中可視距離不僅要看天氣,還得考慮目標(biāo)大小、溫差、設(shè)備性能等多個(gè)因素。紅外熱像儀,分為MWIR和LWIR兩種,它們?cè)陟F中探測(cè)距離的能力受到大氣條件、目標(biāo)特征以及熱像儀本身性能的共同影響。模擬結(jié)果顯示,在輕霧天氣下,紅外熱像儀的探測(cè)距離遠(yuǎn)超肉眼,尤其在溫差較大的情況下;而在重度霧天,無(wú)論是紅外熱像儀還是肉眼,可視距離都大打折扣,難以穿透濃霧。



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