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(shí)景深、熱靈敏度與光圈也有密不可分的關(guān)系。那么該如何理清光圈與景深、熱靈敏之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系呢？今天小菲就帶大家好好理一理，讓您以后使用FLIR紅外熱像儀時(shí)更加得心應(yīng)手！

1、光圈的定義

對(duì)于焦平面探測(cè)器，光圈指紅外射線可透過(guò)鏡頭的面積大小。對(duì)于制冷熱像儀，光圈制冷光欄的設(shè)計(jì)決定——它阻止了側(cè)面的寄生射線。

光圈是焦距與孔徑直徑的比值

對(duì)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(gè)無(wú)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(jìn)入探測(cè)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(jìn)入探測(cè)器。我們形容這叫做“慢”。

中波和長(zhǎng)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(jiàn)或在更高級(jí)的配置中作為選項(xiàng)。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。

2、光圈匹配

探測(cè)器和鏡頭的光圈必須匹配

錯(cuò)誤的匹配

如果鏡頭比FPA探測(cè)器慢，探測(cè)器可以可以探測(cè)到從鏡頭外透射過(guò)來(lái)的射線也會(huì)探測(cè)到來(lái)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(duì)于鏡頭的溫度非常敏感，會(huì)對(duì)最終測(cè)溫產(chǎn)生影響?

正確的匹配

在這張圖中，鏡頭比制冷光欄快一點(diǎn)，探測(cè)器可以探測(cè)到透過(guò)鏡頭的輻射。但是系統(tǒng)對(duì)于鏡頭溫度不敏感

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(duì)于圖像質(zhì)量有幫助（更少的噪聲），但是景深會(huì)差一點(diǎn)，如果在很近的距離工作，往往熱像儀不能在全視場(chǎng)對(duì)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(cè)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(huì)有更好的景深但是卻需要更長(zhǎng)的積分時(shí)間保證信噪比。

3、熱靈敏度

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

● 在給定測(cè)量范圍內(nèi)，溫度越高熱靈敏度越小（更好）。

● 當(dāng)測(cè)量范圍變大，熱靈敏度就會(huì)變大（不好）。

● 對(duì)于制冷熱像儀，積分時(shí)間減小會(huì)導(dǎo)致熱靈敏度變大（不好）。

熱靈敏度是通過(guò)短時(shí)間的統(tǒng)計(jì)核算算出來(lái)的。注意在正常的操作溫度中和熱靈敏度一樣的溫差是測(cè)量不出來(lái)的。假設(shè)噪聲是高斯分布的，需要6倍的熱靈敏度值才能確認(rèn)這是不是一個(gè)噪聲。

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(shí)候，如下表：

看上去所有的系統(tǒng)都有很好的噪聲性能，一些非制冷的探測(cè)器看上去和制冷探測(cè)器性能差不多。但是比較熱靈敏度，一個(gè)重要的因素就是測(cè)量的時(shí)候把光圈的值考慮進(jìn)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(cè)器更敏感，可以探測(cè)更小的溫差，這對(duì)熱像儀的應(yīng)用很重要。