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最近，一加手机的红外辅助调整色调的方法在网上引起轩然大波，逼的一加把这个功能阉割掉了，作为一个红外物理专业出身的工程师来说，有必要出一篇专题来讨论一下。 任何物体只要温度高于绝对零度，都可以辐射红外！这个和很多人的观念有差别，但是到了大学学习过黑体辐射以后应该都会明白，普朗克的黑体辐射定律是一个非常基本的理论，就是一块冰也会辐射红外信号，包括远红外信号。所以，不要轻易相信所谓远红外辐射保暖内衣或者远红外电饭煲，甚至于火山石能量石什么的玩意，因为远红外波段任何物体都有，只是因为材质的不同有多少的差异，相同温度时，黑体辐射能力最强，其它材质辐射量都会低于黑体辐射；不同温度的时候，差别就大了，一个内衣的远红外辐射量，绝对比不上一根火柴的远红外波段的辐射量；但是无论如何，辐射出来的能量是比较小的，一个麦饭石材质的电饭煲的辐射量，也比不上加热蒸汽的做功，举个简单的例子，炖牛肉的时候你在旁边烤火，牛肉熟了，你会熟吗？ 当红外辐射产生以后，照射到物体上要么被吸收、反射、透射，这正好跟辐射能力反着来，黑体吸收能力又是最强。物体吸收辐射以后，会升温，然后和周围物体或者空气进行热交换，最终形成动态的平衡。 不同材质的吸收率、透射率都不一样，而且在不同的波段透射率也不一样，因此需要专业的测试，吸收峰的不同，对成分组成有很大的判断价值，最直接的例子，就是太阳辐射光谱，通过对不同波段的测量，发现光谱分布和 6000K 的黑体辐射曲线基本一致，如下图，因此得出太阳表面温度，那么曲线上有很多波谷，都是因为空气中不同的气体成分对光线的吸收作用造成的，如下图所示，大家可以看出水对红外部分有几个吸收峰，而人体 70% 以上都是水。所以，贾宝玉说错了，男女都是水做的骨肉。 那么转回话题，到底能不能透视？原理上说，可以，实际上，很难。但是网上宣传会有很多图片，看起来好真实，好清晰，就跟没穿衣服一样，其实很多都是 PS 出来的。真实情况只能在特定情况下看到隐隐约约的图像，但是绝对不会到毫无遮挡的程度，只能满足某些有特殊癖好的人的窥私欲。 实验的话，就需要做一个红外摄像头，但不是测温的那种，而是在 CMOS 基础上改一下，其实硅材质本身能吸收部分近红外波段，但是我们的摄像头都会放一个红外截止膜，如下图，右边的镜头上红色玻璃片就是镀了截止膜，这个要去掉。 然后在镜头上贴一个红外带通滤光片，小于 800nm 的光线全部滤除，如下图所示，左边为普通摄像头，右边为改装的红外摄像头。 如下图所示，左图是可见光图像，右边是红外图像，除了颜色不一样以外，还是可以看出部分材质的差异，比如蓝色的遮光膜在红外图像中变成透明的了，桌子上的玻璃碗看不到了，纸箱变浅了，黑色字体变清晰了，牌匾上玻璃也看不见了，木边条却变浅了。 所以像 PVC 、玻璃这些材质对于红外光来说是透明的。 还有一个差异就是红外图像有点模糊，为什么？因为波长比可见光长，而且频段更宽，所以凸透镜无法将红外光汇聚到同一个焦点，这是通过调焦也改善不了的。所以红外图像必然是模糊的，这也是大家不用太担心偷拍泄密的问题，肯定拍不清楚。 用书来做对比，也可以发现对焦不准和颜色的缺失。 拍显示器也会发现，带有颜色的显示器在近红外的波段是黑色的，下图中拍的显示器就是截图中的画面。 940nm 的红外 LED ， 3W ，在可见光拍照中只能看到微微发光，但是在红外摄像头中，爆亮。 左图是没有 940nm 红外灯辅助照明时拍摄的，右图是有辅助照明时拍摄的，可以看出血管明显增强，因为血红蛋白对 940nm 吸收率很高，所以呈现暗色，这就是血管增强成像辅助吊针的原理。 近红外光有很强的穿透能力。 一个在 6 ℃取出来的农夫山泉和刚打的 100 ℃的开水在红外摄像头下的对比，注意手臂体温在 35 ℃左右。这么点的温度差距，其实没什么明显差异。 分别把冰水和开水放进我的衣服里面，也没看出很明显的差异，我的是棉衣，也就是说在我的红外摄像头，温差几十度在棉衣下面是不能透射的。而且，也没有显示出我健壮的一块腹肌。 但是将材质更换成维达纸巾就不一样了 塑料袋表面的印花基本不见了，就可以隐隐约约看得到里面的纸巾。 手指放进袋子里也能看得到，但是和没有放进袋子中的还是有明显的清晰度差异， 不过一般情况下大家也不用担心，因为太阳光的红外背景辐射强于人体，所以在阳光下，很难能拍出透视效果，比如用摄像头拍摄大约半米远的位置，手指放在纸巾盒中，就已经看不清楚手指了，除了太阳的红外背景辐射造成的影响以外，前面提到的聚焦问题也造成不会清晰成像，所以如果想在大街上，相聚几米远能拍出透视效果，绝对不是一个普通的眼镜或者手机摄像头就可以实现的了。 塑料袋是聚乙烯的，化工塑料一类的东西会透过红外光，颜色起不到遮挡作用，所以大家如果想防止偷拍，就要尽量不选择这类材质的衣服，比如雪纺，尼龙、化纤什么的，真丝、羊毛也会有很好的透过率，选棉麻一类的，他们都是长纤维，含水量大（就算晒干了也是富含水的），分子比较复杂，对红外的吸收率很高，所以不会产生透视效果。 综上所述，近红外成像，在近距离，无太阳红外背景噪声的条件下，能够实现对一些化纤、丝绸等材质衣服的透射成像；但是在实际生活中很难成像，普通的棉麻衣服甚至一张纸巾都可以轻松避免，大家不用过于担心。

好像论坛里面我是最不务正业的了，这次又开始瞎搞了。首先给大家看一幅图，是不是很像星空？有一个超大的星系，一个紫色的星云，四周环绕着众多的孤立的恒星。 这是它的原始图像（左）和这是经过 PS 调整色阶以后的图像（右）。 那么揭晓答案，实际上这是用手机拍摄到的热风枪的红外图像，最亮的位置是热风枪吹到铁板上把铁板加热以后的影像，上面稍微暗一些的位置是热风枪出风口的影像。 原始图像的色阶，可以看到图像数据集中在最左侧的暗区。 用调整了一下色阶以后得到第三副图像 限制色阶的显示范围后就得到了第一幅“星图”（注意三个三角形的相对位置） 前一段时间想测一下电路板温度，点温用着麻烦，红外影像测温仪又贵的要死，突然想到能不能用手机来做测温仪？！虽然说手机摄像头主要是拍可见光的，但是实际上传感器本身是对光子来者不拒，只是上面又有一层分光膜把不同颜色的强度分开。上万能的淘宝查了一下，发现一个高级的玩意——黑玻璃（红外滤光片）： 可以透过近红外波段，可见光全部滤除，红外部分透光度 90% 。 25rmb 一片，买回来之后就试验了一下，发现如果用来做红外测温基本上没办法做到，低温部分识别不明显，而且由于光通量太少，手机拍出来的效果早点很差，但是如果好好设计一下软件，可能还是有希望发现发热点的。在实验的过程中，发现夜景模式效果不错，星轨模式效果最好！ 也偶然拍到一幅手的红外影像，也不知道咋拍到的，后面就难实验出来了。 总的来说，手机想获得红外影像，理论上是可行的，实际上是不太可行的。一个是手机上有分光膜，会对红外信号进一步衰减和干扰；另一方面手机传感器并不是设计成红外的专用传感器，对于红外的能量来说，太小，虽然能识别，但是噪声太大，信号太弱。虽然说超级夜景模式或者星轨模式有帮助，但时间太长，而且还是需要很高的红外辐射强度才行，例如下图的太阳，快门一按就看得到了，而拍充电器，星轨模式拍了 1h 啥也看不到。 借助于卓越的图像处理软件—— PS ，可以将单帧图像对比度增加，能够获得一部分影像信息，但是如果想达到红外摄像仪那种程度的话，需要实时运算较大的数据，而且由于分光膜的干扰，没办法分析红外的光谱，不能区分反射光还是出射光，也就没有办法计算对应的温度，所以就没办法实现电路板发热量的分析了。 这种方式拍照还和距离有关，距离近了以后拍的就更明显，曾试过用手指头按着镜片两端，结果能分辨出手的轮廓。 另外，镜片直接贴在摄像头上四周还是有缝隙，由于环境光的干扰，较弱的发热体基本上没办法拍得到，需要进一步实验才行。目前只能借助PS，如果有哪位朋友能够做一个实时拍照并可以自由调节色阶的 App ，说不定真的可以用来分析电路热模型了。 5.11更新 看了回复才知道自己忽略了手机中的红外截止滤光片的存在，这个东西是为了把红外光滤掉，只能可见光通过，也是因为红外光能够使摄像头传感器感光，造成拍黑色物体的时候有一定的亮度，不能全黑，产生偏色。但是由于手机的模组不能拆除滤光片，所以定制了一个摄像头来进一步实验。红外截止滤光片并不是100%去除红外光，实际上是从650nm~1100nm之间被带阻，1100nm之后的还是能够通过一些，这就造成存在滤光片的时候，信号微弱，要进行积分才能放大。 这次作者直接出镜。可以明显看出取消截止滤光片以后，画面亮度和清晰度都有了很好的提升。再来一张手的照片如下图： 结论还是如之前那样，去掉红外截止滤光膜以后，获取红外图像的能力大大提升，但是红外热像仪应该还会对信号进一步分析，因为单纯从图像上看，反射信号的强度比物体发射信号要强，这样没有办法直接分辨温度，热像仪肯定要对背景光进行滤除。

红外发光二极管的检测   由于红外发光二极管，它发射1～3μm的红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管发射功率只有数mW，不同型号的红外LED发光强度角分布也不相同。红外LED的正向压降一般为1.3～2.5V。正是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光LED的检测法只能判定其PN结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光敏器件（如2CR、2DR型硅光电池或者红外光电传感器的接收管）作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红外LED加上适当正向电流后是否发射红外光。其测量电路如下图所示。

自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度(-273℃)就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.78 ~ 1000um，不为人眼所见。红外成像设备就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。 注意：红外成像设备只能反映物体表面的温度场。     对于电力设备，红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设备表面的红外辐射信号，从而获得设备的热状态特征，并根据这种热状态及适当的判据，作出设备有无故障及故障属性、出现位置和严重程度的诊断判别。    为了深入理解电力设备故障的红外诊断原理，更好的检测设备故障，下面将初步讨论一下电力设备热状态与其产生的红外辐射信号之间的关系和规律、影响因素和DL500E的工作原理。 一． 红外辐射的发射及其规律 （一）   黑体的红外辐射规律        所谓黑体，简单讲就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。显然，因为自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射(吸收率不等于1)，所以，黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型。但黑体热辐射的基本规律是红外研究及应用的基础，它揭示了黑体发射的红外热辐射随温度及波长变化的定量关系。   下面，我着重介绍其中的三个基本定律。 1． 辐射的光谱分布规律-普朗克辐射定律     一个绝对温度为T(K)的黑体，单位表面积在波长λ附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称为光谱辐射度)Mλb (T)与波长λ、温度T满足下列关系： Mλb (T)=C1λ-5 -1 式中C1-第一辐射常数，C1=2πhc2=3.7415×108w·m-2·um4 C2-第二辐射常数，C2=hc/k=1.43879×104um·k 普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础，介绍起来比较抽象，这里就不仔细讲了。 2． 辐射功率随温度的变化规律-斯蒂芬-玻耳兹曼定律 斯蒂芬-玻耳兹曼定律描述的是黑体单位表面积向整个半球空间发射的所有波长的总辐射功率Mb(T)(简称为全辐射度)随其温度的变化规律。因此，该定律为普朗克辐射定律对波长积分得到： Mb(T)=∫0∞Mλb(T)dλ=σT4   式中σ=π4C1/(15C24)=5.6697×10-8w/(m2·k4)，称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。 斯蒂芬-玻耳兹曼定律表明，凡是温度高于开氏零度的物体都会自发地向外发射红外热辐射，而且，黑体单位表面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比。而且，只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的辐射功率很大变化。   那么，我们可以想象一下，如果能探测到黑体的单位表面积发射的总辐射功率，不是就能确定黑体的温度了吗？因此，斯蒂芬-玻耳兹曼定律是所有红外测温的基础。 3． 辐射的空间分部规律-朗伯余弦定律 所谓朗伯余弦定律，就是黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比，如图所示 Iθ=I0COSθ 此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。因此，实际做红外检测时。应尽可能选择在被测表面法线方向进行，如果在与法线成θ角方向检测，则接收到的红外辐射信号将减弱成法线方向最大值的COSθ倍。 （二）   实际物体的红外辐射规律 1． 基尔霍夫定律 物体的辐射出射度M(T)和吸收本领α的比值M/α与物体的性质无关，等于同一温度下黑体的辐射出射度M0(T)。其表明，吸收本领大的物体，其发射本领大，如果该物体不能发射某一波长的辐射能，也决不能吸收此波长的辐射能。 2． 发射率 实验表明，实际物体的辐射度除了依赖于温度和波长外，还与构成该物体的材料性质及表面状态等因素有关。这里，我们引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数，则就可把黑体的基本定律应用于实际物体。这个辐射系数，就是常说的发射率，或称之为比辐射率，其定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比。 这里，我们不考虑波长的影响，只研究物体在某一温度下的全发射率： ε(T) = M(T)/M0(T) 则斯蒂芬-玻耳兹曼定律应用于实际物体可表示为： M(T) =ε(T).σT4 （三）   发射率及其对设备状态信息监测的影响 物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、反射和透射，而且吸 收率α，反射率ρ和透射率τ之和必然等于1： α+ρ+τ=1 而且，其反射和透射部分不变。因此，在热平衡条件下，被物体吸收的辐射能量必然转化为该物体向外发射的辐射能量。由此可断定，在热平衡条件下，物体的吸收率必然等于该物体在同温度下的发射率：   α(T)=ε(T) 其实由基尔霍夫定律，我们也可以推断出以上公式： M(T)/ α(T)=M0(T) ε(T) =α(T) ε(T) = M(T)/M0(T) 则对于一个不透明的物体ε(T) =1-ρ(T) 根据上式，我们不难定性地理解影响发射率大小的下列因素： 1． 不同材料性质的影响 不同性质的材料因对辐射的吸收或反射性能各异，因此它们 的发射性能也应不同。一般当温度低于300K时，金属氧化物的发射率一般大于0.8。 2． 表面状态的影响 任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总会表现为不同的表 面粗糙度。因此，这种不同的表面形态，将对反射率造成影响，从而影响发射率的数值。这种影响的大小同时取决于材料的种类。 例如，对于非金属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响较小 或无关。但是，对于金属材料而言，表面粗糙度将对发射率产生较大影响。如熟铁，当表面状况为毛面，温度为300K时，发射率为0.94；当表面状况为抛光，温度为310K时，发射率就仅为0.28。 另外，应该强调，除了表面粗糙度以外，一些人为因素，如施 加润滑油及其他沉积物(如涂料等)，都会明显地影响物体的发射 率。 因此，我们在检测时，应该首先明确被测物体的发射率。在一 般情况下，我们不了解发射率，那么只有用相间比较法来判别故 障。而对于电力设备，其发射率一般在0.85-0.95之间。 3． 温度影响 温度对不同性质物体的影响是不同的，很难做出定量的分析， 只有在检测过程中注意。 （四） 物体之间的辐射传递的影响 上面我们曾经讨论过物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、反射，而当达到热平衡后，其吸收的辐射能必然转化为向外发射的辐射能。因此，当我们在一个变电站中，检测任意一个目标时，所检测出来的温度，必然还存在着附近其它物体的影响。   因此，我们在检测时，要注意检测的方向和时间，使其它物体的影响降到最小。 （五） 大气衰减的影响     大气对物体的辐射有吸收、散射、折射等物理过程，对物体的辐射强度会有衰减作用，我们称之为消光。 大气的消光作用与波长相关，有明显的选择性。红外在大气中有三个波段区间能基本完全透过，我们称之为大气窗口，分为近红外（0.76 ~ 1.1um），中红外（3 ~ 5um），远红外（8 ~ 14）。      对于电力设备，其大部分的温度较低，集中在300K ~ 600K(27℃ ~327℃)左右，在这一温度区间内，根据红外基本定律可以推导出，设备发射的红外辐射信号，在远红外8 ~ 14um区间内所占的百分比最大，并且辐射对比度也最大。因此，大部分电力系统的红外检测仪器工作在8 ~ 14um的波长之内。 不    过，请注意，即使工作在大气窗口内，大气对红外辐射还是有消光作用。尤其，水蒸气对红外辐射的影响最大。因此，在检测时，最好在湿度小于85%以下，距离则越近越好。

提到红外遥控器，相信大多数人都认为这是一个简单到不能再简单的产品，如果说要开发一个红外遥控器，恐怕没几个技术人员不会捂着嘴偷笑，一个红外遥控器，随便一个硬件工程师半个小时就能搞定，这也算开发那真是侮辱开发二字。 我自己以前也是这么认为的，直到前段时间给客户做了一个红外遥控器，发现这种想法真的是太错了。没错，红外遥控器确实简单，半小时就能设计好一个可以工作的红外遥控器也不难，不过要把红外遥控器做好，就不见得是那么一件简单的事情。 一开始，客户和我都认为这个红外遥控器也就三两天的程序量，一周肯定可以出演示样板。 实际情况是从九月份开始，做到十二月底才给客户拿出满足基本要求的版本，叫人大跌眼镜。 为什么会这样，就是一开始想得很简单，做了才知道，一个简单的红外遥控器，也有国家标准，如果用单片机去开发设计一个能满足国标的红外遥控器，还真是麻烦多多。 首先红外载波频率就是一个问题，不信你可以去电子市场转转， 你肯定找不到一个频率刚好适用能提供准确红外载波的晶振 ，比如常用的38K红外载波实际上是由 455K频率12分频得到的37.91667K，市面上是没有刚好是其整数倍的晶振的，这样如果选用常用晶振，程序输出的红外载波都和基准值存在一个偏差，这个偏差一是不符合载波频率的国家标准，二是会导致遥控距离变短。 其次要处理好不同用户的各种使用方法也不简单，一台电视、一部空调，一般用户买回家都会看看说明书，有的甚至有厂家的安装人员在安装时介绍如何使用，可遥控器不大一样，很少有人去看使用说明书。这样电视、空调这样的电器可以要求使用者按照厂家的要求进行操作，遥控器则不可能向使用者提不可以同时按多个键、用完请关电这类要求。 结果就是单片机软件需要处理相当多的 if()，做到最后可能原始程序已经满是补丁。 再次就是遥控器对待机电流是越小越好，可能一个遥控器从开始使用的那一天到被弄坏或弄丢，一对电池就解决所有问题，甚至不需要比较猛的南孚聚能环，只要便宜得不能再便宜的555即可。这种小的待机电流可能只有零点几微安，通用遥控器经过多年的技术积累已经完全可以靠硬件得以现，但 如果是用单片机做的遥控器，肯定是要满足某些特殊需求，要想再做到零点几微安的待机电流，无疑是一件让人抓狂的事。 既然这个红外遥控器前后花了三四个月时间，我自认为已经对红外遥控比较熟悉，再有红外遥控器方面的问题对我来说肯定是小菜一碟，闭着眼睛都能解决，不会再让红外来闪腰了。就在我洋洋得意之际，转过头来又被红外遥控戏弄了一把。 这次更简单，是给客户用红外做一个开关，想法更简单，用一个38K的载波输出，然后用一个一体化的红外接收头接收，有红外载波接收头输出高，无红外载波接收头输出低，多简单啊。可结果是多么的让我伤心，做出来发现距离居然不足1厘米，只要超过1厘米，一体化的接收头就不响应输出，输出一直保持高，但用另外的遥控器测试接收头完全正常，示波器可以看到高低变化。 这就奇了怪了，一开始以为是驱动电流不够大，可把发射管的驱动电流加大到超过一百毫安，还是同样现象，发射管的红外载波频率也正确，想不到哪里出了问题。后来想着既然接收头能正确响应其它遥控器，那我就让发射电路发送和其它遥控器一样的波形，看是什么结果。 这一试有了新发现，示波器看到接收头输出变正常，难道是一体化的接收头响应连续的红外载波信号？ 逐步加大红外载波持续的宽度，嘿！还真是这样，当宽度大到一定程度后接收头的输出就开始变得不稳定，变成时有时无。后来请教了一位遥控器行业的资深技术人士，原来 一体化的接收头有两种，一种可以响应连续的红外载波，只要有载波，接收头就输出低，一种则只能响应宽度在一定范围内的红外载波，如果红外载波宽度超过最大限度，接收头停止输出低。 原来如此，这腰可把我闪得不轻。 ———————————————————————————— 红外遥控小贴士： 1.如果用单片机做红外遥控器，最好用3.64M的陶瓷谐振器，不然频率无法做准。 2.如果要达到满足国标的遥控距离，红外发射的电流非常大，最大可能有400毫安，所以发码间隔要大，不然会烧发射电路。 3.载波用1/3的占空比，1:1虽然也可行，但耗电要多一些。 4.如果有LED做发射指示，LED不要和红外发射管同时打开，以减小最大峰值电流。 5.发码过程必须连续，不要被中断打断。 6.可以用手机照相模式看红外发射管是否有工作，有红外发射会看到白光。（iPhone可能有红外滤光片看不到）