在電影《鐵血戰(zhàn)士》里,施瓦辛格跳進水里將自己的溫度和周圍保持一致,試圖遮蔽自己的紅外信號源,避免熱成像儀的偵查。在諸多諜戰(zhàn)大片中,紅外熱成像儀頻頻嶄露頭角,其在軍事領域的應用已經非常廣泛,而現(xiàn)在這項高科技正在從軍事走向工業(yè)和民用市場。
走進上海巨哥科技有限公司,在紅外熱成像攝像頭的監(jiān)控下,人身體本身散發(fā)的熱輻射都被探測,門口顯示屏上精準地告知記者當下的體溫,并且身體每一部位不同溫度都顯示出不同的顏色。
“對于我們而言,任何溫度在絕對零度(-273℃)以上的物體都是紅外輻射的光源,因此利用探測器測定目標本身和背景之間的紅外線差,可以得到不同的紅外圖像,即熱圖像。”上海巨哥電子科技有限公司CEO沈憧棐告訴記者。
憑借這一特點,美國軍方夜視儀幾乎所有都應用了紅外熱成像技術,其基本原理就是在漆黑一片場景中,紅外熱成像儀能夠看到任何有溫度的物體,另外在拍照時可以知道每一點的溫度。
此外大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線,但是對3~5微米和8~14微米的紅外線卻是透明的。因此,這兩個波段被稱為紅外線(比0.78微米長的電磁波)的“大氣窗口”。
利用這兩個窗口,在光線差的煙霧等惡劣氣候環(huán)境下,紅外熱成像儀也能夠清晰地觀察到前方的情況。例如去年12月上海PM2.5爆表期間,利用可見光基本只能看到辦公室外很近的建筑,而利用紅外線看就像沒有霧霾一樣,基于這一特點,在森林防火監(jiān)控系統(tǒng)、安防領域也常見紅外熱成像技術的身影。
在沈憧棐看來,大部分工業(yè)制造過程或設備都有其獨特的溫度場分布,反映其運行狀態(tài)。除了可以將溫度場轉換為直觀的圖像外,結合智能算法和大數據分析,紅外熱成像儀也可以為工業(yè)4.0時代提供新的解決方案,應用到電力、鐵路、石化、電子、醫(yī)療、消防、新能源等多個行業(yè)。
但紅外熱成像技術早期應用于美國軍方,美國對中國禁用,國內最近幾年才擁有這項技術,受限于技術發(fā)展和市場應用現(xiàn)狀,價格居高不下,進而影響該技術進入民用市場。
“我國直至近幾年才開始有了相關產品自主開發(fā)的能力,但在成本和民用化道路上距離國外先進技術仍有較大差距。搭載無人機的熱成像儀有的高達十幾萬元一臺,如果價格降不下來,紅外熱成像技術推廣和應用都會受限?!鄙蜚織捀嬖V記者。
沈憧棐畢業(yè)于清華大學物理系,獲得美國普林斯頓大學博士學位,曾就職于美國杰爾系統(tǒng)有限公司和睿初科技有限公司,主管半導體光電器件和芯片的研發(fā)和生產?;貒?,他曾在清華長三角研究院創(chuàng)建傳感技術與智能網絡研究室工作,負責紅外成像芯片的研究和熱像儀開發(fā)。
“之所以回國創(chuàng)業(yè)就是覺得這個行業(yè)非??上?,實際用途很多,但價格卻始終降不下來?!鄙蜚織捳f道。他拿出一片紅外探測器,上面由幾百個圓形的紅外探測芯片組成?!霸缙谝粋€芯片就1000歐元,一片就不止一輛寶馬車的價格。”沈憧棐介紹道??吹绞袌鰴C遇和痛點,2008年沈憧棐在上海創(chuàng)辦了巨哥電子科技有限公司。
紅外探測器芯片是熱像儀的核心,但價格高昂,動輒數百萬美元。為此巨哥電子投入大量科研精力,自主開發(fā)紅外探測器芯片和熱像儀系統(tǒng),結合工業(yè)與民用市場應用場景特征,適當降低芯片配置和分辨率,縮減成本,為物聯(lián)網和消費類的海量應用提供了可能。
伴隨技術進步和價格調整,早期軍用夜視儀價格10萬美元量級,現(xiàn)如今大規(guī)模應用的紅外探測器幾千塊錢就可以,其在工業(yè)領域的應用也日漸廣泛,尤其是搭載無人機技術,可以實現(xiàn)可見光相機無法實現(xiàn)的感知功能。