紅外熱成像（英文： infrared thermography，簡稱：IRT）是根據紅外輻射基本原理，利用材料自身發熱或外部熱源加熱，采用紅外熱成像儀記錄被測對象表面溫度變化，按照材料熱傳播規律進行分析，對被測對象的缺陷和材料性能進行評價的一種非接觸的無損檢測方法。
紅外熱成像檢測的主要優點有結果直觀可視、檢測效率高、很多方式無需任何耦合劑，可實現非接觸檢測、檢測距離較遠、適用多種材料和結構形式的對象。
紅外熱成像檢測除被動式檢測方法之外，已發展出熱波鎖相、脈沖加熱、脈沖相位、超聲紅外、激光紅外等主動式檢測方法，并應用于航天航空、建筑節能、建筑物裝飾面質量、建筑物滲漏、電力、電子、石化、機械設備和醫療等領域。
發展歷史
1859年，德國物理學家古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫于提出了基爾霍夫熱輻射定律，發現在同樣的溫度下，不同物體對相同波長的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下黑體對同一波長的單色輻射出射度。1900年，德國物理學家M.普朗克確定在任意溫度下，從一個黑體中發射的電磁輻射的輻射率與電磁輻射的頻率的關系公式。斯洛文尼亞物理學家J.斯忒藩和奧地利物理學家L.玻耳效曼分別于1879年和1884年獨立提出，一個黑體表面單位面積在單位時間內輻射出的總能量與黑體本身的熱力學溫度的四次方成正比，由此奠定了通過測量物體表面紅外輻射強度計算物體表面溫度的紅外熱成像方法的物理基礎。
1829年，意大利物理學家L.諾比利于發明了熱量倍增器。1840年，英國J.赫謝爾使用名為蒸發成像儀的設備制作出第一幅紅外圖像。1880年，美國S.P.蘭利使用輻射熱檢測儀探測到300多米以外的體熱。1916~1918年，美國T.凱斯利用光導探測器做實驗，發明了速度更快、更靈敏的光導探測器。20世紀60年代，瑞典國家電力局與AGA公司合作，開發出第一代工業用熱像儀用于電力設備發熱狀態的診斷。到80年代初期，紅外熱成像技術已廣泛應用于醫療、電力行業以及建筑檢查等領域。
20世紀60年代，研究者闡述了主動紅外熱成像檢測的基本理論與應用，并逐步開展膠結結構和脫黏缺陷的檢測。70年代后，對不同激勵條件下的多維熱傳導模型及其數值解和解析解進行了研究。瑞典AGA公司于1995年前后開發了調制加熱法，并在此基礎上提出了鎖相紅外熱成像檢測技術。1996年，X馬爾達格等人提出了脈沖相位法紅外熱成像檢測技術。
基本原理
紅外熱成像的基本原理是捕捉待檢測物體發出的紅外輻射，并形成可見的圖像，物體溫度越高，紅外輻射量越大。不同的溫度、不同的物體輻射的紅外線的強度不同。紅外熱成像技術就是將紅外圖像轉換成輻射圖像并從中反映出物體不同部位溫度值的技術。其成像的基本原理如圖所示。
待測物體 (A) 輻射的紅外能量，經光學鏡片 (B) 聚焦于探測器 (C) 上，并引起光電反應，電子裝置 (D) 讀取該反應，從而將熱信號轉換成電子圖像 (E)，并顯示在屏幕上。設備的紅外輻射承載著設備的信息，通過將獲取的紅外熱成像圖與標準規定的設備允許的運行溫度范圍或者設備正常的運行溫度范圍進行比較可以分析出設備運行的狀態，從而判斷設備是否出現故障及出現故障的部位。
紅外輻射是自然界中存在最為廣泛的輻射，而大氣、煙云等可吸收可見光和近紅外線，但是對3~5μm和8~14μm的紅外線卻是透明的，這兩個波段被稱為紅外線的“大氣窗口”。紅外熱成像檢測技術，利用“大氣窗口”，可以在完全無光的夜晚，或是在雨、雪等煙云的惡劣環境，清晰地觀察到所需監控的目標。其中，紅外短波窗口在1~5μm之間，而長波窗口則是在8~14μm之間。一般紅外線熱像儀使用的波段為:短波 (3μm~5μm); 長波 ( 8μm~14μm) 。
主要特點
紅外熱成像檢測的主要優點是:結果直觀可視;檢測效率高;很多方式無需任何耦合劑，可實現非接觸檢測，檢測距離較遠;適用多種材料和結構形式的對象。
相關分類
紅外熱成像按照檢測方式可分為兩種方式:一是被動式紅外熱成像檢測，不進行任何干預直接采集被檢測對象表面溫度，獲取被檢測對象當前的狀態;二是主動式紅外熱成像檢測，通過能量激勵被檢測物體，能量在物體表面或內部產生熱量進行傳播，缺陷會對能量的接收、能量向熱量的轉化或者熱量的傳播產生影響，并以溫度的形式反應在物體表面。
紅外熱成像按照成像類型可分為兩類，一是制冷型紅外，二是非制冷型紅外。致冷型的熱靈敏度高，結構復雜，一般用于軍事用途。而非致冷型靈敏度雖低于致冷型，但其性能可以滿足多數軍事用途和幾乎所有的民用領域。
適用范圍
被動式紅外熱成像檢測適用于被檢測對象的異常狀態會造成其表面溫度分布發生明顯變化的場景。主動式紅外熱成像檢測可以檢測當缺陷能夠顯著影響被檢測對象對能量的接收、能量向熱量的轉化或者傳熱過程的情況，特別是對于黏接和空鼓等缺陷檢測靈敏度較高。
應用領域
傳統安防領域
紅外熱成像技術作為一種新型、安全、可靠的成像技術被安防領域大多數人所認知，且以其獨特的成像優勢（不依賴光線、可透霧、可透彌煙以及可透中等氣候條件下的雨雪等）被安全防范領域廣為應用。早期安防領域采用紅外熱成像技術是在視頻監控領域和視頻事件分析領域。安防領域普遍應用的紅外熱成像設備的成像分辨率只有160×120、240×180、384×288、640×480像素，其成像清晰度甚至比不上模擬視頻監控時代的600TVLINE（相當于44萬有效像素）。目前，主流紅外熱成像的圖像分辨率已經從384×288升級到640×512、1280×1024等高分辨率探測器成像水平，這為紅外熱成像技術在軍、警、民三維度全方位發展提供了可能，為紅外熱成像技術在傳統安防行業各領域實現持續快速增長打下了良好的基礎。傳統安防領域具體包含定點安防視頻監控領域的成像與監測、移動式安防視頻監控領域的成像與監測、空對地領域的非接觸式成像與監測
生產制造領域
紅外熱成像技術在材料測試領域的成像與檢測為保障工業生產和制造業科學化合理化運營提供了有效的技術保障。其利用材料的熱導流方向，通過紅外熱成像的溫度差異成像，查看材料內部和表面熱導流視頻或者圖像達到分析材料的是否有內部損傷或者外部缺陷。生產制造領域的應用包含化學領域的成像與檢測、電氣機械制造領域的成像與檢驗
醫學領域
醫療保健領域的成像與檢測
首先，紅外熱成像技術被用來幫助更早地檢測癌癥，定位關節炎的來源，甚至在人體循環問題變得嚴重之前捕捉到病源部位，達到醫療保健級的早發現早治療，以減少病發時的痛苦和縮短治療周期。其次，紅外熱圖像對脊髓損傷的監測也是近些年來醫療領域發展的新方向，解決了脊髓損傷后植物神經功能紊亂所致的皮膚排汗功能障礙及血循環、溫差等問題，為科研、臨床提供了診斷、隨訪和療效的客觀依據。再次，紅外熱成像也能有效檢測出心臟疾病或者心臟供壓不足等導致毛細血管等流血不暢或堵塞所引起的指端溫度降低等綜合病癥。
非接觸式醫學發熱領域的成像與檢測篩排查
熱像儀在醫學上的應用范圍遠不止治療領域上的，隨著技術的發展，它的醫學用途得到更寬的拓展，如在人體發熱領域的快速篩排查。熱活動貫穿于人類生命的全過程，熱活動規律是生命活動的基本規律。紅外熱成像技術的精準熱感應能力使其在新冠抗疾過程中演繹著重要身份屬性。在新冠疫情期間，其非觸式圖像精準測溫功能配合了先進的可見光人臉識別功能，讓防疫手段有“技”可依，有“跡”可尋。
紅外熱成像技術在林草消防領域的應用
由于紅外熱成像的遠程測溫感應能力優異，且根據圖像甄別需求，可將測溫數據疊加回傳顯示在視頻圖像中，這一特性使其在林草野外消防領域廣泛應用。考慮到野外林草消防的監控范圍大、林木遮擋及氣候復雜等因素，用在林草消防的紅外熱成像除了具備測溫的超溫預警及溫度值數顯功能外，設備還應具備極強的耐候性和防塵防水防鹽霧能力，同時需要采用重型數字全方位云臺，并將設備建設在高于林木的鐵塔上才能滿足全天候林草消防需求。在一些林草資源自燃重災區，所采用的紅外熱成像系統還需前置GPU計算預分析功能。索斯克科技為林草消防提供的紅外熱成像系統就具備視頻綜合計算和分析能力，可精準定位超溫點的經緯度及GPS或北斗定位信息，且能有效地計算出過火或超溫的林草區域面積，為有效調動消防資源提供有效應急預案信息。
參考資料 >
紅外熱成像.中國大百科全書.2024-02-23
紅外熱成像技術竟然可以做這些事情?.今日頭條.2024-02-23
紅外熱成像角逐之路：趕超國外，難么？.今日頭條.2024-02-23
紅外熱成像技術的應用延伸探析.今日頭條.2024-02-23