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紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。
熱像儀由多個常用組件組成，包括鏡頭、鏡頭蓋、顯示屏、探測器和處理電子元件、控件、數據存儲設備、配有手帶的把柄以及數據處理和報告制作軟件。這些組件因熱成像系統的類型和型號而異。
鏡頭。熱像儀至少配有一個鏡頭。熱像儀鏡頭可以捕獲紅外輻射并使之聚焦于紅外探測器上。探測器將作出反應并生成電子(熱)圖像或溫度記錄圖。熱像儀鏡頭用于采集傳入的紅外輻射并使之聚焦于探測器上。大多數長波熱像儀的鏡頭包含鍺 (Ge)薄層增透膜，可以改善鏡頭的透光能力。
顯示屏。熱圖像顯示在熱像儀的液晶顯示屏 (LCD) 上。LCD 顯示屏必須足夠大，而且足夠清晰，以便在各種場合的不同光線條件下輕松查看圖像。此外，顯示屏通常還會提供其它信息，例如電池電量、日期、時間、目標溫度(以°F、°C 或°K 為單位)、可見光圖像以及與溫度有關的色譜鍵。
探測器和處理電子元件。探測器和處理電子元件用于將目標處理成為有用的信息。目標發出的熱輻射將聚焦于探測器(通常是電子半導體材料)上。熱輻射可使探測器作出可測量的反應。該反應在熱像儀中經過電子處理，形成熱圖像，并顯示在熱像儀的顯示屏上。
控件(操作菜單)。控件用于執行各種電子調整，以優化顯示屏上的熱圖像。可以對溫度范圍、熱跨度和級別、調色板和圖像融合度等變量執行電子調整。此外，還可以對輻射率和反射背景溫度執行調整。
數據存儲設備。包含熱圖像和相關數據的電子數字文件存儲在各類電子記憶卡或存儲器以及傳輸設備中。許多紅外成像系統還允許存儲補充語音或文字數據以及通過集成的可見光攝像機采集的相應可見光圖像。
數據處理和報告制作軟件。與大多數現代熱成像系統配合使用的軟件不僅功能強大，而且容易使用。數字熱圖像和可見光圖像可以導入個人計算機中，然后在此處通過各種調色板顯示，而且還可以進一步調整所有輻射參數和分析功能。之后，經過處理的圖像將被插入報告模板中，或者發送至打印機、以電子形式存儲或者通過互聯網發送給客戶。
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