红外热像仪中的像素间距 

像素间距是定义固定式红外热像仪性能的关键参数之一。像素间距是指热传感器上相邻像素中心之间的距离。这一特性对图像质量和温度测量精度均起着决定性作用。

本文重点阐述了像素间距的技术重要性，探讨了传感器设计的当前趋势，并对比了Optris的两款红外热像仪型号：采用 17 µm 像素间距的 PI 640i 与采用 12 µm 像素间距的 Xi 640。

像素间距以微米（μm）为单位，是指红外传感器上单个探测器单元之间的间距。较小的像素间距允许在给定的传感器面积内容纳更多像素，从而实现更高的几何分辨率。然而，在热成像领域，像素间距还会影响热灵敏度。较大的像素能够捕捉到更多的红外辐射，从而产生更强的信号强度以及更优的信噪比（SNR）。

微辐射热计技术的最新进展已使得生产更小像素间距的热传感器成为可能。目前，采用 12 µm 甚至 10 µm 探测器阵列正变得日益普及。这种向更小像素发展的趋势，主要是受紧凑型和轻量化热像仪设计需求的推动，这类设计更易于集成到尺寸受限或空间狭小的工业系统中。此外，更小的像素通过优化传感器材料的利用率并提高单位面积内的像素数量，降低了生产成本。这使得在更小的光学规格下实现细致的热成像成为可能。

尽管小像素间距具有诸多优势，但在极其看重测温精度和热灵敏度的应用中，大像素依然是首选。采用 17 µm 像素间距的 PI 640i 充分证明了这一点，它能提供强劲且可靠的热性能。较大的像素尺寸使得每个像素能够吸收更多的红外能量，从而产生更强的热信号并提升信号完整性。这一特性带来了更低的噪声等效温差（NETD），进而提高了测量的准确性和重复性。此外，大像素对热噪声的敏感度较低（尤其是在低发射率或低温场景下），并且在严苛的工业环境中表现出更强的耐用性。

这些特性使得具有大像素间距的传感器成为连续状态监控、金属加工、电子制造以及其他精密热测量任务的理想选择。

以下图片展示了 PI640 和 Xi640 在拍摄同一建筑结构时，在热图像质量上的差异。

当考虑到探测器层面的光学特性时，这种现象的原因会变得更加清晰，如图 4 所示。该图展示了具有不同像素间距的微测辐射热计阵列的俯视图。在此示例中，两种配置的光学系统完全相同。在这种条件下，成像系统的性能受限于像素数量以及光传播的基本物理定律，特别是受限于由光学孔径决定的衍射极限。

采用 12 µm 像素间距的红外热像仪在温度测量中表现出最大的偏差。虽然它凭借更高的空间分辨率能够捕捉到更细微的细节，但实际可测量的最小特征尺寸仍受限于光学效应，而非仅仅取决于像素分辨率。在红外成像中，衍射现象和光学系统本身的特性限制了能量聚焦到像素上的锐度。

这些结果表明，即使在光学系统和视场角（FOV）相似的情况下，不同热像仪对微小目标的温度读数也可能存在巨大差异。虽然两款热像仪在 1 米距离处的瞬时视场角（IFOV）值几乎相同（约为 1 mm），但由于能量在像素层面的分布和捕获方式不同，它们的温度测量结果呈现出明显的波动。

在这种情况下，采用 17 µm 像素间距的热像仪在测温准确性方面表现更佳。尽管它的像素尺寸较大，但每个像素捕捉到的红外能量更多，从而带来了更强的信号强度和更高的测温精度。在此工况下，为了准确测量微小目标，17 µm 间距的热像仪至少需要覆盖 3 × 3 像素的区域；而 12 µm 间距的热像仪则需要覆盖 4 × 4 像素的区域，才能捕获足够的能量并获得可靠的温度读数。