机器人红外热成像芯片的NETD(噪声等效温差)目前可以做到低于20毫开尔文(mK),高端产品甚至低于10mK。NETD是衡量热成像芯片温度分辨率的关键指标,表示在信噪比为1时能分辨的最小温差。非制冷红外焦平面阵列(如氧化钒或非晶硅微测辐射热计)的NETD主流水平在30~50mK,而经过优化设计的芯片可以降至20mK以下。制冷型红外探测器(如碲镉汞MCT或量子阱QWIP)的NETD则可以低至10mK甚至5mK,但价格昂贵且需要低温制冷机,不适合小型移动机器人。
具体产品方面,美国FLIR(Teledyne FLIR)的Lepton系列微测辐射热计芯片,其NETD典型值为<50mK,而性能更好的Boson系列非制冷机芯NETD<20mK。国内高德智感的Micro II系列,NETD≤30mK;艾睿光电的Micro III系列,NETD可低至25mK。在科研级非制冷芯片中,例如DRS U6000,NETD标称<20mK。而制冷型红外芯片,如法国Lynred的MARS,NETD可达8mK。需要指出的是,NETD与镜头F数、工作帧率以及图像处理算法有关,芯片厂商给出的往往是原始数据的最优值。机器人集成时,非均匀性校正和数字滤波可以进一步降低等效NETD,但会牺牲时间分辨率。
机器人红外热成像芯片的NETD要求根据应用场景有所不同。在消防机器人中,需要穿透浓烟寻找火源,高温物体与背景温差可达几百开尔文,NETD 50mK就足够了。但在电力巡检机器人检测绝缘子污闪或电缆接头过热时,早期故障温差可能只有2~3℃,这就需要NETD<30mK才能稳定识别。更严格的应用如体温筛查机器人,需要检测人体表面微小的温度异常(温差<0.3℃),此时NETD<50mK配合高空间分辨率也能满足,但更关键的指标是温度精度而非NETD。真正追求极低NETD的应用是安防机器人远距离识别目标,例如500米外的人体与环境温差可能只有0.1℃,这时需要NETD<20mK的制冷型或高端非制冷芯片。
目前实验室中的非制冷红外芯片已经实现NETD<10mK,例如采用新型MEMS谐振式红外探测器,但尚未大规模量产。对于绝大多数商业机器人,30~40mK的NETD是一个性价比平衡点。未来随着纳米天线和超表面技术的应用,红外热成像芯片的NETD有望进一步降低到5mK以内,且无需制冷,从而让机器人在黑夜、烟雾、雾霾等恶劣条件下获得接近可见光级别的温度分辨能力。





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