下面跟大家分享一個使用FLIR紅外熱像儀做實驗的有趣案例：德國耶拿弗勞恩霍夫應用光學和精密工程研究所(Fraunhofer IOF)的研究人員開發(fā)了一套成像系統(tǒng)，通過兩臺高速、高分辨率單色成像儀和一臺GOBO投影儀對物體進行三維檢測。在碰撞測試、安全氣囊展開等典型動態(tài)應用中，除快速空間變化過程以外，溫度變化也扮演著重要的作用。

實驗過程

高速3D熱成像系統(tǒng)的工作原理

德國耶拿弗勞恩霍夫應用光學和精密工程研究所（簡稱“IOF”）主要從事光子學領(lǐng)域應用型研究，早在2016年就開發(fā)了一款高速3D成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩臺立體排列的高速立體黑白成像儀和一臺自行研發(fā)的主動照明GOBO投影儀組成。自2019年以來，其還引入FLIR科學成像儀（FLIR X6900sc 超晶格 長波熱像儀，該熱像儀支持高達1000 Hz的幀速率和640×512像素的分辨率），推出了一款高速3D熱成像系統(tǒng)。

研究人員使用自己的GOBO系統(tǒng)投射必要的非周期性條紋圖案

高速3D成像系統(tǒng)基于能靈敏感知可見光譜范圍(VIS)的兩臺單色成像儀。二者以12,000 Hz的幀速率和1百萬像素的分辨率工作——較低分辨率下還可實現(xiàn)更高幀速率。但兩臺成像儀尚無法以所需質(zhì)量標準產(chǎn)生有意義的3D數(shù)據(jù)。此外還要借助一種復雜的照明系統(tǒng)，超快投射條紋圖案序列，這些圖案類似于常規(guī)正弦條紋，只是其寬度會不定期變化。

來自LWIR熱像儀的2D紅外數(shù)據(jù)可與3D數(shù)據(jù)合并，后續(xù)形成3D紅外圖像，且3臺成像儀均經(jīng)過校準

將重建的3D數(shù)據(jù)與來自FLIR X6900sc SLS高速熱像儀的2D數(shù)據(jù)相結(jié)合，生成三維高速紅外圖像。FLIR X6900sc超晶格探測器在長波紅外范圍內(nèi)運行，因此在GOBO投影儀光源發(fā)出輻射的可見和近紅外波長范圍內(nèi)不敏感。由于投射的非周期性正弦圖案對物體的加熱也無關(guān)緊要，因此GOBO投影儀不會影響紅外成像。

FLIR X6900sc SLS丨LWIR高速紅外熱像儀

FLIR X6900sc SLS是一款面向科學家、研究人員和工程師的超快速、高靈敏度的紅外熱像儀。這款熱像儀擁有先進的快門釋放功能，搭載額外SSD硬盤后，其內(nèi)置內(nèi)存能發(fā)揮出超強的記錄能力，無論是在實驗室，還是測試現(xiàn)場，它都能捕捉到質(zhì)量超群的高速事件定格圖像。可謂一機在手，萬事無憂。

FLIR X6900sc超晶格長波紅外熱像儀在640×512像素的全尺寸格式下，記錄速率最高可達1,004幀/秒，在最小局部圖像格式下，記錄速率最高可達29 kHz。使用這些熱像儀，可以在內(nèi)置內(nèi)存中記錄長達26秒的全幀格式數(shù)據(jù)，圖像絲毫無損。憑借應變超晶格(SLS) 長波紅外探測器，F(xiàn)LIR X6900sc SLS可實現(xiàn)比其他X6900s型號約短12倍的積分時間和更大的動態(tài)范圍。

新型系統(tǒng)的測量與計算

在測量過程中，三臺成像儀同時記錄圖像數(shù)據(jù)。來自黑白成像儀的數(shù)據(jù)與GOBO投影儀的非周期性條紋投影相結(jié)合，產(chǎn)生實際3D圖像，然后計算出10對一組的圖序列，以形成3D圖像。這種“3D重建”會形成空間形狀，然后將FLIR長波熱像儀的紅外圖像數(shù)據(jù)疊加到該空間形狀上，以便在映射過程中將溫度值分配給空間坐標。

3D熱成像系統(tǒng)示意：可見光成像儀（綠色）使用GOBO投影儀（綠色）記錄3D信息。來自長波熱像儀（紅色）的紅外數(shù)據(jù)與重構(gòu)的3D形狀相結(jié)合，形成3D熱圖像。

當然，在測量之前，需要對由可見光成像儀和長波熱像儀組成的系統(tǒng)進行校準。為此，IOF團隊使用了帶有規(guī)則的開環(huán)和閉環(huán)網(wǎng)格的校準板。為確保即使在溫度分布均勻的條件下，仍能在可見光譜范圍和長波紅外中檢測到這些結(jié)構(gòu)，圓和背景選用了具有不同反射率(可見光)發(fā)射率(長波紅外)的材料。耶拿的研究人員通過印刷電路板找到了解決該問題的方法。為此，他們開發(fā)了一款非同尋常的電路板，由規(guī)則的開環(huán)和閉環(huán)網(wǎng)格組成，而不是由電氣組件之間的電氣連接組成。