瞬时视场角 (IFOV – Instantaneous Field of View)对比测量视场角 (MFOV – Measurement Field of View)

红外热像仪通常使用两种不同的视场指标来描述，每种指标针对的问题略有不同。IFOV（瞬时视场角）是指单个探测器像元通过光学镜头所能捕捉到的场景范围。

IFOV（瞬时视场角）起源于扫描式热成像系统的历史。在面阵探测器热像仪中，其计算方法是将水平或垂直视场角除以图像像元的数量。由于成像镜头（尤其是广角镜头）通常无法在整个传感器上均匀地映射角度，因此每个像素的 IFOV 取决于其所在位置。通常，报告中给出的是各轴的平均 IFOV。这种理想化的视场提供了一种简便的方法，用于估算单个像素在特定距离下覆盖的场景范围。然而，不应将其与能够产生有效温度测量的最小物体尺寸混淆。

“越小越好”的观点在此并不成立，因为温度读数取决于系统如何在有限孔径上测量辐射亮度。光学模糊和探测器采样也会影响这些能量的分布方式。

在设计红外热像仪的光学系统时，重点关注图像中能有效呈现的细节对比度至关重要。这由调制传递函数（MTF）定义。由于热像仪更关注热对比度而非视觉对比度，因此该函数常与缝隙响应函数（SRF）结合使用。其结果显示了一个物体必须占据多少个像素才能获得准确的温度测量值。在高性能红外光学系统中，这通常需要 3×3 像素。而在质量较低的系统中，在某些情况下可能需要多达 10×10 像素才能捕捉到 90% 的能量。高性能摄像机镜头在像素数量相同的情况下，还能实现更远的测量距离，从而对更小的结构和物体进行精确的温度读数。

MFOV 旨在解决实际测量中的物理限制。测量视场角（即用于定量温度测量的最小视场角，通常简称为 MFOV）是一个与目标尺寸相关的指标，它定义了在由于光学衍射导致指示温度产生偏差之前，目标所能达到的最小尺寸。在红外热像仪于图像上名义上能分辨的细节，与它在已知不确定度范围内能稳定测量的温度之间，存在着本质的区别。

测量视场角（MFOV）并非一个纯粹的几何度量。相反，它是指一个圆形目标的视场直径；当光圈逐渐缩小至该直径时，热像仪所接收到的与辐射亮度成正比的信号，会下降到大孔径参考值的一个特定比例。通常采用的比例为 90%。在给出该比例的同时，必须注明测量距离、镜头规格以及参考辐射体的温度。

虽然 MFOV 本身并不是一种不确定度，但选择小于 MFOV 的目标会导致读数出现系统偏差。这种偏差必须纳入不确定度预算中，或者通过设计予以避免。这也是为什么 MFOV 经常作为一项条件出现在许多不确定度声明中，并与概述了距离、源尺寸、光谱波段和发射率假设的校准文件共同出现的原因。

在为特定任务设计或选择系统时，请记住：IFOV 描述的是场景被采样的方式，而 MFOV 则描述了仪器如何在其光学孔径和探测器像元上对能量进行平均。现实中的光学模糊和信号串扰会导致有效光斑尺寸大于单个几何像素。

使用 MFOV 是一个明智的选择，它可以确保在给定距离和选定镜头下，关键温度特征尺寸足够大，从而使指示值保持在可接受的偏差范围内。

为了简化选择合适热像仪的过程，Optris 开发了一款光学计算器。该计算器通过绘制视场角和光斑尺寸随距离变化的曲线，辅助选择热像仪或测温仪及镜头。它能估算出最小可测物体尺寸（IFOV/MFOV）、工作距离及覆盖范围，从而使光学参数与目标尺寸和距离相匹配。