請問紅外線測溫儀如何知道偵測點溫度多少

changold2

很久以前看過CCD或CMOS SENSOR對紅外線很敏感，所以在CCD或CMOS SENSOR前有一片厚厚的紅外線濾鏡
小弟想用報廢的數位相機或行車記錄器改來作紅外線測溫儀

網路上找的

輻射能量
E = f ( T,ε)

E : 輻射能量
T : 物體的絕對溫度
ε : 物體的輻射能力


史蒂芬-波茲曼定律
(The Stefan-Boltzmann Law)
若將物體的輻射能量強度對整個波長積分，
則黑體的總輻射能量可以下列公式表示 :

Eb =σ × T4

Eb : 黑體總輻射能量
σ : 史蒂芬-波茲曼常數 = 5.67 × 10-8 W / m2.K4
T : 物體的絕對溫度(K)

問題來了，光子遵照相對論，本身有二元論特性，單一光子能量跟總能量

以前小弟用X-ray作過實驗，分別用不同電壓跟電流照射，拍出來的片子，電流高低影響明暗度，電壓高低影響對比度(那個時候怎麼會這麼無聊？)

這樣子直接把紅外線濾鏡拿掉的相機看得出拍攝物體溫差嗎？

peter180

AMG8833 Thermal camera project

不一定match你的需求，提供你參考。

我會先從arduino thermal camea project研究，相關source code都是open source、相關community都可以提問並解決。

這樣或許在改裝現有行車記錄器時，心中會更有脈絡可循。

搜尋關鍵字：「amg8833 arduino」

這是另一個平台 m5 stack + AMG8833

wkm

天涼好個秋，潑冷水來了.......不行

此CCD感應器紅外線光是不可見光，非彼感應紅外線輻射熱。

常見如夜視功能監視鏡頭，不過大白天沒人想看紅外影像(黑白)，情願看接近真實的彩色畫面，晚上看不到影像，照度不足自動切換紅外影像(夜視)須加紅外線投光器(路口蠻多的)。

紅外線熱顯影，現今基本除了紅外線感應元件(溫度)，到底拍了啥還附加CCD感應元件(視覺)雙感應器........

讓你解渴一下

常見的彩色畫面........


熄燈中 夜市偷窺，旋轉的葉片反射出不可見紅外線光........


這就不管了白天黑夜紅外線熱顯影，一視同仁只對有限溫度內顯示.....................
  
所以顯示器背面有一半面積，都是各式感應器與各式投光器

pucheng0705

相機的CCD只有三種光接收元件(接收範圍很寬)無法測得溫度的。
必須切換多種濾鏡取樣，而且把三色元件(RGB)都分開來使用，再用電腦運算。

偵測溫度原理來自黑體輻射 (blackbody emission)。
普通物理學應該會教到，這個還是量子理論的基礎。

黑體輻射

黑體輻射(熱輻射)是很寬的光譜，針對每一個點的輻射都要分光出光譜強弱。
如果一個點採樣20種波長區間，那就要有20個濾鏡加光感測元件(例如CCD)。



波長區隔越多，計算出的溫度越準範圍越大，但成本就越高。

簡單的作法，顯示結果可以用波峰的波長來顯示，當波峰在黃光就用黃色顯示。
但是波峰在紅外光或紫外光區域，人眼就看不到。
所以偵測範圍大的時候，就需要運算改變顯示方式(可視化)。
例如：把波峰在紅外光點用紅色顯示，波峰在紫外光的用藍色顯示。

所以，相機要改裝成紅外線測溫儀除了要準備各種濾鏡之外，要做的軟體工程很大，不如去買個現成的。

changold2

pucheng0705 發表於 2022-9-15 09:23 PM
相機的CCD只有三種光接收元件(接收範圍很寬)無法測得溫度的。
必須切換多種濾鏡取樣，而且把三色元件(RGB) ...

所以判定測試點溫度是以紅外線打在CCD上後的輸出電壓判定嗎？

pucheng0705

changold2 發表於 2022-9-16 11:21 AM
所以判定測試點溫度是以紅外線打在CCD上後的輸出電壓判定嗎？

不是這麼簡單，不能只記錄紅外線，要更複雜一些。

要用濾鏡或光柵做分光，對單一點做光譜分析。
以單一個CCD像素來說操作方式：
在鏡頭部份加上濾鏡只讓紅外線通過，然後記錄下CCD的電壓。
更換濾鏡只讓紅光通過，然後記錄下CCD的電壓。
更換濾鏡只讓黃光通過，然後記錄下CCD的電壓。
......
繼續更換到可通過波長最短的濾鏡，然後記錄下CCD的電壓。
將以上測量到的電壓用數值分析去求出波峰(lamda max)的估計值。
然後用螢幕把波峰位置的波長類比顏色輸出顯示。

或是用特殊分光機構讓多個CCD像素同時個別測量不同波長區間(相同空間點位)，這就是多個單元測定一點，再去求出波峰值。
這種作法解析度就會下降。

相機並不做分光，是把一個點光源的各種頻譜的光都同時記錄在同一個CCD單元上面，得到的數值只有一個，沒辦法做數值分析的。

以銀行帳戶來打個比喻，數位相機就像是只能看到帳戶餘額，你只能知道帳戶有多少錢。
但無法知道帳戶從哪個來源入帳最多，從哪裡支出最多，也就不知道老婆拿你的提款卡領多少錢。
你必須要看分類帳(收支項目 / 多重濾鏡)才能知道收入與支出的類型，那些最多那些最低。有了分類帳你才會知道，老婆每個月偷偷用ATM領出多少錢。

pucheng0705

pucheng0705 發表於 2022-9-16 12:42 PM
不是這麼簡單，不能只記錄紅外線，要更複雜一些。

要用濾鏡或光柵做分光，對單一點做光譜分析。

如果C大是想測量周圍環境的溫度，因為環境溫度多在攝氏50度以下。波峰一定在紅外線區域。
那就需要數種不同波段的紅外線濾鏡來輔助拍攝，同時不採用綠色與藍色部分的數據。
這樣才有機會測出溫度。

數位相機是為了拍攝人眼看得到的光譜範圍，所以利用分光與其他技術把光譜分成RGB三種訊號。
因為先天上的限制，就是拆掉紅外線濾鏡，但不管花多少錢和時間去改造，功能一定都不如單純測定紅外光為標的的CCD系統。

changold2

pucheng0705 發表於 2022-9-16 12:42 PM
不是這麼簡單，不能只記錄紅外線，要更複雜一些。

要用濾鏡或光柵做分光，對單一點做光譜分析。

不過目前市售影像測溫儀都沒看到有自動更換濾鏡裝置，這又回到原點

紅外線光子打在CCD上，就只會產生電荷訊號，頂多在高敏感範圍內電壓比較高，低敏感範圍內電壓比較低，照度越大電流越大，如果不靠濾鏡，CCD又如何知道打進來的光子波長多少？

還是說就像相機CCD，3-4個像素組成1個畫素，每個像素前各有不同濾鏡，分別偵測特定波長訊號，各像素訊號再由處理器運算組合成1個畫素的溫度訊號？

專炸元件

changold2 發表於 2022-9-17 01:50 PM
不過目前市售影像測溫儀都沒看到有自動更換濾鏡裝置，這又回到原點

紅外線光子打在CCD上，就只會產生電 ...

低分辯率的多數為 熱電偶陣列      
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermographic_camera
要到英文的wiki才會有比較詳細的說明

pucheng0705

changold2 發表於 2022-9-17 01:50 PM
不過目前市售影像測溫儀都沒看到有自動更換濾鏡裝置，這又回到原點

紅外線光子打在CCD上，就只會產生電 ...

看來我的文筆真的不行，沒辦法說明清楚。

市場販售的測溫儀，紅外線多波段分光裝置是內建的。
就跟一般數位相機 RGB分光 是內建的一樣。

數位相機內建分光3光譜區域，所以 CCD 就有 RGB 三類像素。
測溫儀是用內建紅外分光，假設分光系統可區分成 10個光譜區域的話，那CCD就有 IR1,IR2,IR3,IR4....,IR10 10類像素。

數位相機沒有內建紅外光譜分光，你要改裝就要變成 "外掛" 不同波段區域的紅外光濾鏡。
同一景物分別拍不同波長的照片，再把每個相對應的像素去做數值分析，才有辦法得出最強波長(lamda max)換算出溫度。

感謝樓下專炸元件大大的提示，我找了CCD的構造資料貼上來，有圖比較容易理解。

CCD感光元件

專炸元件

pucheng0705 發表於 2022-9-17 02:14 PM
看來我的文筆真的不行，沒辦法說明清楚。

市場販售的測溫儀，紅外線多波段分光裝置是內建的。

感光元件前 內置光學濾鏡

changold2

小弟昨天用以前修平板的殺肉機來練拆



對焦音圈馬達、IR FILTER、CCD 3個零件跟鏡頭外殼都黏在一起，要拆IR FILTER會破壞對焦音圈馬達

看來這個實驗做不起來了

wkm

changold2 發表於 2022-9-19 03:09 PM
小弟昨天用以前修平板的殺肉機來練拆

不是說不行了嘛！不然FILR早就倒了.....

CCD攝錄影用非感溫用，最多改機紅外線攝影
紅外線攝影解析........水吧！


理想歸理想，還要前製加後製
紅外線攝影簡介 後製非他不可，有暗示 使用 Adobe Photoshop Lightroom 完成更多工作


時間/金錢/軟硬設備堆積起來的......網路蠻多的IR攝影改機可查，看得心花怒放......

pucheng0705

changold2 發表於 2022-9-19 03:09 PM
小弟昨天用以前修平板的殺肉機來練拆

有些老的手機鏡頭是沒有IR cut濾鏡，連拆都不用拆，這種老鏡頭缺點就是解析度不高。
至於有IR cut濾鏡的當然就費工一點。

什麼機型適合紅外線改機？！
這個人專業，還外加不同波長的IR濾鏡。
他如果更換濾鏡拍同一場景，再用電腦跑每個像素的數值分析，可能有機會估算出溫度來。
(只有720nm、680nm及590nm，誤差可能會有點大)