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熱像儀的類別與應用

 
相信平時出入公共場合如果有細心留意,對於佈建在機場入境處、醫院門口,快速篩檢人群體溫的監控裝置應該不陌生,這個全名為紅外線熱成像儀 (Infrared thermography,IRT),簡稱為熱像儀的設置,近來在安全方面的應用有越來越廣泛的趨勢。
 
撰文:王奕超
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熱像儀的原理與特點
不同於一般帶有紅外線夜視功能的監控攝影機,是透過打出近紅外光,照射目標物體,再由感測器接收物體反射之近紅外光而成像,強將實業副總經理陳駿宏指出,熱像儀是透過感測器被動吸收外界物體所發散出的紅外線輻射能量,經過後端處理才成像出來,因此其成像並不用取決於紅外光的照射距離和強度,也不用擔心紅外光被水氣吸收,極能適應各種環境。有些機種甚至還能經由所接收的訊號強度換算出被拍攝物體的表面溫度。在應用上具有非接觸即可量測、掌控整體溫度分佈、無須照明環境、適應各種距離等特點。

熱像儀的機種



陳駿宏表示,熱像儀就機動性上,可分為固定式和手持式,手持式目前甚至有與手機相結合的機種;若是以功用作區分,則可細分為熱影像 (Imaging) 系統與熱像測溫 (Thermography) 系統兩類。熱影像系統著重於清晰反映出不同溫度物體的亮度對比;測溫系統,除了重視影像亮度對比清晰,還會要求影像中每個像素所代表的溫度,必須有一個標準的溫度源去做比對值,以利在現實中不斷變動的溫度環境中做判定。由於需要精密的校準,測溫系統的熱像儀售價也較為昂貴。



目前熱像儀感測器能吸收的紅外線波段,在0.75到1000μm之間,依感測器能接收的波段,可分為波段在0.7至1.9μm的短波紅外線熱像儀、波段在2到5的μm中波紅外線熱像儀,以及波段在7到14μm的長波紅外線熱像儀三種。陳駿宏說,就實務而言,市面上做影像監測和溫度量測以中、長波段居多,其中又以長波段較為便宜,而中波段的運用較為高階。至於短波段的造價更為昂貴,但以看影像居多,常用於軍事用途,因為它可以穿透掩蔽物,一般工業方面比較少運用。

如果依熱像儀感測器的冷卻形式區分,則可分為致冷型(Cooled)和非致冷型 (Uncooled) ,也就是室溫型兩類。致冷型的熱像儀,通常需要將感測器置放於極度低溫的環境中,才能有效偵測各種物體所輻射出來的紅外線,其特點在於感測靈敏度高,所攝錄出的影像品質比較好,但由於需添加冷卻裝置,所以此類型的熱像儀較為昂貴,使用上也較為不便;非致冷型紅外線感測器在操作上不需特別冷卻,在室溫下即可使用,因此啟動速度快,耗電也低。

熱像儀的構造
一個標準的熱像儀,在構造上可分為光學模組、感測器模組、運算控制模組3個部分,陳駿宏解釋,光學模組的功能,主要是讓紅外線波長的熱輻射電磁波通過;感測器模組的功用,則是接收紅外線熱輻射電磁波,並將其轉換成數位的資訊;而運算控制模組,則用來處理影像和計算溫度值。這三個模組,又以感測器模組為核心關鍵,其好壞決定熱像儀性能的優劣,一般而言,感測器畫素越多,接收能力越精準。目前市面上以歐系的384X288畫素規格和美系的320X240/640x480畫素規格為主。

主要應用
現階段,熱像儀應用的領域非常多,醫療、工業監控、安全監控、軍警行動、電力設備預知保養都是常見的運用,只要與熱源感知相關,都有應用的機會。





陳駿宏舉例,以醫療來說,從最常見的機場、港口入境體溫監測、公共場所發燒篩檢,到手術過程的體溫監控運用,乃至於燒燙傷患者診視、乳癌檢查,熱像儀都是很好的協助工具;在工業領域,製程的監控是熱像儀主要的應用;另外像油庫、彈藥庫、軍事基地等需高度戒備區域的夜間安全監控,軍事和警用的夜晚攻堅,熱像儀也是極佳的幫手;不過如果要說應用上的最大宗,恐怕是電力設備的預知保養,無論是小至居家電線、插座,大至工廠、城市的電力系統,都能透過不同款式、性能的熱像儀進行檢查,提早發現過熱、過載現象,及早做出保養和預防。

選購須知
然而,市面上熱像儀琳瑯滿目,從幾千塊到1、2千萬都有,使用者在選擇上需注意甚麼呢?

陳駿宏強調,一切還是取決於使用需求,在採購前,使用方一定要先搞清楚自身的需求是甚麼,最基本的就是要釐清被測物是甚麼,要量測到幾度、須注意的溫差範圍。若是量測的過程屬於比較機動性,在選擇上應率先考量手持式的機種,反之視角有固定要求,則應以固定式機型為優先;如果只是要量測100多度的物件,選擇最簡單的基本款就可以了;如果被測物是動輒600、700度起跳,就必須選擇畫素高的熱像儀;至於要觀察溫差極小的變化,就要重視感測器的靈敏度。當然,靈敏度、畫素與價格都成正比,因此如果有比較高階的需求,勢必得選擇比較高價位的產品。值得注意的是,部分廠商會運用事後軟體的方式讓影像畫素提升,可是並無助於實際的溫度解析,因此在注意熱像儀的畫素規格時,應以原始畫素為準,而非輸出畫素。

除了要注意感測器靈敏度和畫質,陳駿宏也提醒,熱像儀一般是存在著誤差值的,如果是誤差正負2度C,這是屬於可以接受的合理範圍,但假設誤差達20度,該設備就幾乎沒有參考價值了。因此,陳駿宏強烈建議購買熱像儀前,應作實機實地的測試。假設熱像儀要與安全監控系統整合,軟硬體介面的支援性和通用性就是重要的考量。

此外,陳駿宏也認為,在選擇熱像儀時,不應只注意產品規格,廠牌也應是參考依據,一個知名的廠牌,由於擁有一定的信譽,產品的品質通常不會太差,服務也比較好,對於使用者會有比較大的保障。陳駿宏強調,熱像儀不是消費性產品,是擁有專業技術門檻的設備,呈現的影像如何解讀,是否受到物理因素的干擾,很多時候關係到安全狀況的研判,因此使用者還應選擇能夠教導設備操作、影像判讀知識的經銷商,而這也是他們作為專業熱像儀廠商的價值所在。
 
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