高速热成像技术将动态空间3D与热数据相结合

德国耶拿弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所(简称“I0F”)主要从事光子学领域应用型研究，早在2016年就开发了一款高速3D成像系统。该系统由两台立体排列的高速立体黑白成像仪和一台自行研发的主动照明G0B0投影仪组成。自2019年以来，其还引入FLIR科学成像仪(FLIRx6900sc超晶格长波热像仪,该热像仪支持高达1000Hz的帧速率和640X512像素的分辨率)，推出了一款高速3D热成像系统。高速3D成像系统基于能灵敏感知可见光谱范围(vIS)的两台单色成像仪。二者以12,000Hz的帧速率和1百万像素的分辨率工作——较低分辨率下还可实现更高帧速率。但两台成像仪尚无法以所需质量标准产生有意义的3D数据。此外还要借助一种复杂的照明系统，超快投射条纹图案序列，这些图案类似于常规正弦条纹，只是其宽度会不定期变化。

将重建的3D数据与来自FLIRX6900scsLs高速热像仪的2D数据相结合,生成三维高速红外图像。FLIRX6900sc超晶格探测器在长波红外范围内运行，因此在GOBO投影仪光源发出辐射的可见和近红外波长范围内不敏感。由于投射的非周期性正弦图案对物体的加热也无关紧要,因此GOBO投影仪不会影响红外成像。FLIRX6900scSLS|LWIR高速红外热像仪FLIRx6900scsls是一款面向科学家、研究人员和工程师的超快速、高灵敏度的红外热像仪。这款热像仪拥有先进的快门释放功能,搭载额外SSD硬盘后,其内置内存能发挥出超强的记录能力，无论是在实验室，还是测试现场，它都能捕捉到质量超群的高速事件定格图像。可谓一机在手，万事无忧。

3D热成像系统示意:可见光成像仪(绿色)使用C0BO投影仪(绿色)记录3D信息。来自长波热像仪(红色)的红外数据与重构的3D形状相结合,形成3D热图像。当然，在测量之前，需要对由可见光成像仪和长波热像仪组成的系统进行校准。为此，IOF团队使用了带有规则的开环和闭环网格的校准板。为确保即使在温度分布均匀的条件下，仍能在可见光谱范围和长波红外中检测到这些结构，圆和背景选用了具有不同反射率(可见光)发射率(长波红外)的材料。耶拿的研究人员通过印刷电路板找到了解决该问题的方法。为此，他们开发了一款非同寻常的电路板，由规则的开环和闭环网格组成，而不是由电气组件之间的电气连接组成。

高速3D热成像系统的实际应用IOF的新型高速3D热成像测量系统旨在将高动态空间3D与红外数据结合起来。运动中的运动员、碰撞测试、安全气囊展开等超快速流程不仅有表面形状的快速变化，也有局部温度的变化，过去无法同时捕获这些变化，该系统首次实现了这一目标。目前,该系统已经过各种情景的测试，其中包括篮球运动员运球(不仅会使球变形，还会引起热量):

FLIRzX6900sc热像仪对于目前的长波红外或中波红外探测器，应变层超晶格(sLS)探测器提供更快的快照速度、更宽的温度频段和更好的均匀性。这款热像仪具有高级触发功能和内置RAM/SSD记录功能，配有一个四插槽电动滤片轮，可以在实验室环境下和测试范围内对高速事件实现画面定格功能。