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Thermal Imaging

热像仪接收物体发出的红外辐射,结合发射率、测量距离等因素换算温度范围,再映射为调色板颜色。蓝色通常被分配给较低值,具体含义取决于软件显示规则。

数值与颜色映射

普通照片记录可见光的反射。热像仪记录的是红外辐射;同一块墙在普通照片里可能是均匀的灰色,在热像中却会因为日照、潮气、材料和空气流动显出细微梯度。传感器先得到一张数值图,再按温度上下限映射颜色。灰度调色板让温差像亮度变化,iron 或 rainbow 调色板则把窄小的温差拉成明显的色带。

示意图将同一组高、中、低数值区域映射到三种调色板。圆形位置和大小不变,颜色改变视觉注意顺序;彩色图便于寻找热点,也可能夸大相近数值的差异。

同一组温度数据在三种调色板中的显示差异
自制示意图,2026,CC BY 4.0。三个离散数值用于说明映射关系,没有模拟真实的连续温度场;也不是某台热像仪调色板的精确复刻。

热像仪还必须面对发射率(emissivity)。哑光墙面通常会比较稳定地发出自身的红外辐射,抛光金属却可能反射周围的天空、灯光或人的体温。若软件把所有材料都按同一个发射率计算,读数就可能偏离真实温度。镜头、距离和空间分辨率同样重要:远处的一个像素可能混合屋顶、树叶和天空,得到的是它们的平均辐射,不是某个物体的“真正颜色”。

身体表面与环境

它确实不依赖可见光,所以在夜间仍能显示人和机器的温度差;但玻璃、厚墙和水蒸气会改变结果,它也不能像 X 射线那样穿透物体。热图像中的轮廓因此经常比普通照片柔软,边缘处会出现混合像素。那种柔软来自测量尺度和热扩散,并非镜头模糊。

猫的热像中,热点集中于耳朵、鼻尖等裸露或血流丰富部位。毛发使表面温度与体内温度有别,调色板将差异显示出来。

热成像中的猫:热点沿着耳朵、鼻尖和身体边缘分布
Lcamtuf,约 2006,CC BY-SA 2.5。耳朵与鼻尖高亮,毛发覆盖处过渡较平缓,显示表面辐射而非解剖结构。

Phoenix 卫星影像

2013 年 3 月 31 日,Landsat 卫星拍摄了美国亚利桑那州 Phoenix(凤凰城)及其周边。自然色影像能辨认城区、山地和成片的农田;热红外影像显示同一天这些地表向外辐射的热量。两张图中,湖泊的位置相同,但自然色图靠颜色识别水面,热图则让它成为较暗的冷区。

水分蒸发、植物蒸腾都需要吸收能量,因此有水和植被的区域通常比附近裸地凉。这张图呈现的是拍摄时的地表状态,不能单凭一次测量断定材料的储热速度,更不能把地表温度直接当作当地气温。

Phoenix 区域的可见光影像:颜色与地形纹理
同一区域的热红外影像:地表材料的温度差异
Robert Simmon 制图,USGS / NASA Landsat 数据,2013。热图中较亮表示较暖、较暗表示较凉;对照上图的绿色农田和湖泊,看水分与植被如何对应冷区。原始说明。

在影视和游戏中,热图可显示人离开后的热痕、运转机器的高亮及物体冷却。调色板、显示范围和镜头距离影响这些变化的呈现。

相关成像方式与界面

夜视(night vision)通常放大可见光或近红外的微弱信号,常见的绿色颗粒来自显示设备与增益方式;热成像测量的是更长波段的热辐射。伪彩色(false color)是更大的显示方法类别,卫星图、医学影像和数据可视化都可能使用它,不等同于热成像。红外摄影也不一定记录热:许多相机拍的是近红外反射,树叶会发亮,但那不表示叶片温度更高。

界面需说明测量对象和颜色是否可比较。固定温度范围便于比较;自动拉伸范围会使镜头移动时色带改变,颜色不再对应固定温度。

它与 CCTV / VHS 都涉及观看设备留下的痕迹,但 CCTV 的噪声来自信号和磁带,热成像的“失真”来自辐射、材料和测量尺度。它也能与 Point Cloud 组合:点云保存空间位置,热图保存能量差异,两者叠合后可以看到一座建筑哪里被扫描过、哪里正在发热。

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