热成像仪如何瞬间观测人体温度变化？

（特约撰稿人：张擎鸣）

当今世界，任一某种传染病在任何地区都有可能迅速传播到世界每一角落。按照公共卫生传染性疾病应对措施，为防止其扩散，最为重要的一个环节就是检疫和区域性隔离，区分开病毒携带者与未感染群体。因此机场、车站等交通人流汇聚点已成为检查的重要关卡。以往医学检疫过程必须对每个人进行全面检查，耗时漫长，特别在人流量大的飞机、地铁入口等地方，这种传统医学检疫变得冗长且效率较低，所以医疗技术怎么将此检疫过程时间缩短、效率变高成为至关重要的问题。

回望人类社会经历过埃博拉和SARS暴发的种种危机，当出现病毒传染等突发性卫生事件时，在世界各地出入境关口，借助一种叫做热成像仪的工具有效应对。这些检测工具是非接触式，因为没有触碰检疫对象也降低了医护人员感染病毒的风险，虽然这种检测过程不能精准找到病毒也没法观察到细菌状态，但是它能完全显示出检测区域人体和环境的温度变化，在病理学中将人体发热症状作为判定很多疾病的一种综合性表现。如果人群中有体温偏高的乘客出现，就可以立即将他们分流引导做进一步检查。有效保护未受感染的群体，同时也可以帮助安检人员区分开高风险乘客入境，控制该区域的疫情扩散。

那么热成像仪到底是怎么做到瞬间观测人体温度变化的呢？这就得从1991年海湾战争说起，当时在战场上出现很多高科技武器和辅助平台，红外热成像技术便是其中最闪亮的明星，其中涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。当时该技术主要应用在黑夜或浓厚云雾中探测伪装的目标和高速运动的目标等军事应用。

那么它是怎么做到夜视透视的神奇功能的呢？物理原理当然起源于牛顿大神1672年利用分光棱镜把太阳光(白光)分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同单色光。1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔对光进行热观测，偶然将温度计放在红色光带外，发现它比其他色光的温度指示数值都高。为了排除偶然误差事件，同样条件下反复多次试验，结果表明太阳光分解出单色光中热量最多的高温区，总是处于单色光带最边缘处红光的外面。首次物理学界认识到太阳辐射出的光线中除可见光线外，可能至少有一种以上看不见的“热光线”，这种看不见的“热光线”位于红色光外侧，被叫做红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78～1.5μm的部分称为近红外，波长为1.5～10μm的部分称为中红外，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为2.0～1000μm的部分，也称为热红外线。

随着科学的进步，红外线辐射神秘面纱慢慢被揭开，在自然界中红外线辐射仅是一种普遍存在的电磁波辐射，在电磁波连续频谱中的地位分布在无线电波与可见光之间的区域。地球上除了太阳能产生辐射以外，任何物体在自然条件下，也能通过本体内分子和原子的无规则运动，不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动越强烈所产生的辐射能量也就越大；相反情况，辐射的能量越小。所以高温物体产生的热辐射能量明显强于低温物体。因此只要将这种红外辐射强弱信息收集到，便能判定出该物体的温度与能量。利用探测器对目标和背景之间的红外线差测量，反馈出不同强弱的红外图像，称为热图像。用在观测物体上的热图像，有别于肉眼能看到的可见光图像，它呈现出的是该物体表面温度分布情况的图像。这种观测方式可以简单理解为，将人类肉眼直接观察不到的物体表面温度分布，转化为肉眼可见的表面温度分布的热图像。这样是不是就能做到在光线较差的夜间大雾等环境中依然观察到物体，特别是远距离情况下，于是就出现对目标进行远距离热状态图像成像和测温的夜视与透视等多项功能。这种技术称为被动红外夜视技术，原理是基于在自然界中温度高于绝对零度(-273℃)的一切物体，任何时间都在不断地辐射出红外线这一前提条件，由物体本身状态下放射出的这种红外线辐射都具备该物体基本属性的信息（形状温度等）。通过光电红外探测器收集到物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号，这种强弱有序的电信号在图像处理后便能一一对应地还原出物体表面温度的空间分布，转化出热图像视频信号在显示器等可视端口，就得到与物体表面热分布相对应的夜视热像图。

提到被动式红外成像技术，当然也有主动式红外成像技术，就是利用特制的发射红外光仪器照射观测目标，再将目标反射回来的红外辐射转化出红外图像的技术，也有利用收集环境中的微光（星光）反射。

红外热成像技术可以称为危情慧眼，在其他领域也起到至关重要的作用。热成像仪在工业上发挥的作用是检测设备、监查运行状况及产品质量检验。利用热成像仪显示的热像和设备表面温度分布的信息，找到处于危险隐患的部件和正出现问题的区域，准确定位及时处理。石油化工生产中许多管道运输高温高压气体和液体，如果管道内部出现腐蚀、渗漏、破损、堵塞等问题，人眼直接观察不到区域借助热成像仪能根据流体在该区域的温度分布是否有热流散失便能定位和判断事故原因。在电力系统中，电气元部件使用时间较长后出现松动、破裂、锈蚀等造成接触电阻增加，致使电气元部件温度升高，采用热成像仪直接观察和测量了解潜在故障和损坏情况提前排除。在医疗诊断上，根据人体皮表温度的分布，测量人体各个部位的温度变化，将病变区域与正常区域对比，快速确诊病灶区域，并根据温度变化情况判定病理变化程度。在城市建筑上，利用热成像仪对结构的墙壁内部裂痕、管道渗漏、采暖保温都能做到检测和评价。森林火灾防护上，对干旱季节不易发现的隐火，利用热成像技术全面定位提前扑灭。消防灭火现场辅助救助上，在浓烟大火中消防队员无法睁眼搜救受困人群，在红外热成像仪帮助下可以辨析人体和高温火源位置，还能有效寻找逃生路径。野外科考上，利用机载热成像仪便可以悄无声息不分昼夜地远距离观察野生动物，也不干扰他们本有的生活环境。食品安全上，冷藏冷链方式储藏制冷装置和管道的隔热出现问题就会导致食物受到细菌感染，用热成像仪可以检查设备工作状态，还可以筛选生理腐败变质的蔬菜水果。

来源：江苏科技报