CN111279487B

CN111279487B - 多光谱等离子热成像装置

Info

Publication number: CN111279487B
Application number: CN201880069716.3A
Authority: CN
Inventors: A·法尔克; 汉述仁; D·B·法梅; G·图勒弗斯基; A·阿弗扎利-阿达卡尼
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2024-02-02
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: US20190234800A1; US20190137341A1; US20190234801A1; US10830646B2; CN111279487A; US10830645B2; WO2019087088A1; US10830647B2

Abstract

一种由计算机实现的方法和包括等离子体材料层和处理器的热成像设备。等离子体材料层接收来自物体的电磁辐射，并在多个波长下生成电磁辐射的辐射测量。处理器根据辐射测量确定物体的发射率和温度，并根据确定的发射率和温度形成物体的基于热的电子图像。

Description

多光谱等离子热成像装置

背景技术

本发明涉及热成像装置，更具体地，涉及使用等离子体材料的热成像装置。

热成像相机基于物体的温度在其视场中产生物体的热图像。物体不断发出电磁辐射。发出的电磁辐射的光谱和强度是物体温度的函数。对于理想的、完美吸收的物体(即“黑体”)，发射光谱由普朗克定律描述。但是，对于大多数物体，该光谱通量会因物体的发射率而改变。

发明内容

本发明的实施例涉及一种热成像装置，其包括：等离子体材料层，被配置为接收来自物体的电磁辐射并产生在多个波长下的电磁辐射的辐射测量；以及处理器，被配置为根据辐射测量确定物体的发射率和温度，并根据所确定的发射率和温度形成物体的基于热的电子图像。

本发明的实施例还针对一种热成像装置，该热成像装置包括：光敏层，其包括具有至少一个像素的超像素，所述至少一个像素包括等离子体吸收体，该等离子体吸收体被配置为获得从物体发射的多种波长的电磁辐射的辐射测量；处理器，被配置为使用辐射测量来确定来自物体在等离子体材料处接收的电磁辐射的发射率和温度，并根据确定的发射率和温度来形成物体的图像。

本发明的实施例还针对一种热成像装置，其包括：包括多个超像素的光敏层，每个超像素包含多个像素，每个像素包括等离子体吸收体，该等离子体吸收体对在该等离子体吸收体的选定共振波长处的电磁辐射敏感；传感器，用于测量响应于从物体接收到的电磁辐射而跨越选定像素的等离子体吸收体产生的电压或电流；处理器，用于接收电压测量；通过电压测量确定在超像素处接收的电磁辐射的发射率和温度；以及在显示器上为超像素提供颜色编码，该颜色编码基于发射率和温度。

本发明的实施例还针对一种形成物体的基于热的电子图像的计算机实现的方法，该方法包括：在包括具有多个像素的超像素的光敏层处接收由物体发射的电磁辐射，其中，多个像素中的每个像素包括具有特征共振波长的等离子体吸收体，并在其特征共振波长产生电磁辐射的辐射测量，并在其特征共振波长处产生电磁辐射的辐射度测量；在处理器处，使用在超像素的像素处获得的辐射测量来确定在超像素处接收的电磁辐射的发射率和温度；根据所确定的发射率和温度形成物体的图像。

本发明的实施例还针对一种热成像装置，其包括形成阵列的多个超像素，其中，所述多个超像素中的每个包括多个像素，每个像素包括等离子体吸收体，该等离子体吸收体对在该等离子体吸收体的选定共振波长处的电磁辐射敏感。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的热像仪系统；

图2示出了焦平面阵列，该焦平面阵列被包括在根据本发明的实施例的热像仪中以创建热图像；

图3示出了图2的焦平面阵列的示例性超像素的详细视图；

图4示出了本发明实施例中的图1的热像仪的组件的图；

图5示出了与来自具有不同发射率的物体的黑体辐射有关的辐射曲线，并且示出了从超像素的像素处获得的测量确定超像素处的物体的温度的过程；

图6示出了能够在焦平面阵列的像素中使用的，能够利用等离子体相互作用测量辐射水平的碳纳米管(CNT)片段的扫描电子显微照片；

图7示出了基于CNT区段的长度的CNT区段对诸如图6所示的电磁辐射的光谱响应；

图8示出了可在本发明的实施例中的热像仪的焦平面阵列中使用的动态可调像素；

图9示出了可以施加在焦平面阵列的动态可调像素处的示例性栅极电压，以及与栅极电压相对应的像素的等离子体材料的所得共振频率；

图10示出了根据本发明的实施例的在等离子焦平面阵列的初始制造阶段之后提供的焦平面阵列的衬底；

图11示出了根据本发明实施例的焦平面阵列的制造阶段；

图12示出了根据本发明实施例的焦平面阵列的制造阶段；

图13示出了根据本发明实施例的焦平面阵列的制造阶段；

图14示出了根据本发明实施例的焦平面阵列的制造阶段；以及

图15示出了根据本发明实施例的焦平面阵列的制造阶段。

具体实施方式

在此参考相关附图描述了本发明的各种实施例。可以想出本发明的替代实施例而不脱离本发明的范围。在以下描述和附图中，在元件之间阐述了各种连接和位置关系(例如，在上方，在下方，在相邻等)。除非另有说明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不意图在这方面进行限制。因此，实体的耦合可以指直接或间接耦合，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接的位置关系。此外，本文描述的各种任务和过程步骤可以被合并到具有本文未详细描述的附加步骤或功能的更全面的过程或流程中。

以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文所使用的，术语“包括(现在时)”，“包括(进行时)”，“包含(现在时)”，“包含(进行时)”，“具有(现在时)”，“具有(进行时)”，“含有(现在时)”或“含有(进行时)”或其任何其他变型旨在涵盖非-独家包容。例如，包括一系列元素的组合物、混合物、过程、方法、物品或设备不一定仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出或所固有的此类组合物、混合物、过程、方法、物品或设备的其他元素。

另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例或设计不必被解释为比其他实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”可以理解为包括大于或等于一的任何整数，即一个、两个、三个、四个等。术语“多个”可以被理解为包括任何大于或等于2的整数，即两个、三个、四个、五个、等等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。

术语“大约”、“基本上”、“约莫”及其变化形式旨在包括与基于提交申请时可用的设备的特定数量的测量相关的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。

为了简洁起见，在本文中可以或可以不详细描述与制造和使用本发明的方面有关的常规技术。特别地，众所周知，实现本文所述的各种技术特征的计算系统和特定计算机程序的各个方面。因此，为了简洁起见，在不提供公知的系统和/或处理细节的情况下，本文仅简要提及或完全省略了许多常规的实施细节。

现在转向与本发明的方面更具体相关的技术的概述，热像仪基于物体的温度来产生物体的图像。出于热像成像目的，可以将对象视为黑体辐射体或“黑体”。黑体是完全不透明且不反射的材料。黑体的热辐射由普朗克定律给出，该定律规定单位波长B_λ(λ，7)的功率由下式给出：

其中λ是波长，h是普朗克常数，c是光速，T是物体的温度，kB是玻尔兹曼常数。普朗克定律绘制的曲线在与黑体的最高温度相关的特征波长处达到峰值。但是，许多物体不是纯黑体，它们的发射仅占黑体发射的一个小数部分。该小数称为发射率，并被定义为：

ε＝A_λ(λ，T)/B_λ(λ，T) (公式2)

其中A_λ(λ，7)是物体的发射，而B_λ(λ，7)是理想黑体的发射。材料的发射率可以具有很宽的值范围，介于理想吸收体的发射率1和理想反射体的发射率0之间。例如，铝箔的发射率为0.03，而水几乎是理想的黑体，发射率为0.96。由于发射率的影响，当使用单波长热像仪时，发射率不同但温度相同的物体可能会在摄像机上错误地显示为具有不同的温度。

本发明的实施例提供了一种用于使用多光谱测量来测量物体的特征温度和发射率两者的热成像设备或热像仪。本发明的实施例在热成像设备中采用等离子体材料，以便检测各种波长下的辐射水平。等离子体材料包括等离子体吸收体，该等离子体吸收体与电磁场相互作用，以通过等离子体相互作用在电磁辐射的选定波长处测量功率水平。表面等离子体激元是与光场或电磁场耦合的材料中的电荷振荡。由于等离子体相互作用的强度，即使等离子体材料是纳米结构，其尺寸明显小于光的自由空间波长，等离子体材料也可以强烈吸收光。等离子体共振波长对应于材料中的峰值吸收，该峰值吸收是光学波长的函数。这些等离子体共振波长是等离子体材料的形状和/或尺寸的函数。

根据本发明的实施例的热成像装置可以包括通常在超像素中被分组在一起的像素的阵列。每个像素都包括一个等离子体吸收体，该等离子体吸收体在等离子体吸收体的单个波长或特征波长下对电磁光谱敏感，因此可用于测量在选定波长下来自对象的辐射。在超像素的每个像素都响应其特征波长的情况下，超像素可以生成多个波长的辐射测量。这些辐射测量可用于确定在超像素处接收到的电磁辐射的辐射曲线。可以将所确定的辐射曲线与具有相同特征波长的黑体辐射曲线进行比较，以便确定物体的发射率和物体的温度。物体的温度可用于提供物体的热图像或基于热的电子图像。

现在参考图1，在本发明的实施例中示出了热像仪系统100。系统100包括热成像相机102，其接收由物体108发射的电磁辐射110。电磁辐射110包括热辐射，例如电磁光谱的红外区域(包括远红外辐射区域)中的辐射。热像仪102响应于从物体108接收的电磁辐射而产生指示一个或多个波长的辐射水平的电信号。热像仪102将这些电信号提供给处理器104。处理器104计算每个电信号的温度，并为确定的温度分配颜色或其他编码方案。将颜色或编码方案提供给显示器106，以便在显示器106上形成物体108的热图像112。在各种实施例中，热成像相机102和处理器104可以被提供为单个单元或设备。在其他实施例中，热成像相机102、处理器104和显示器106可以被提供为单个单元或设备。

图2示出了焦平面阵列200，该焦平面阵列200被包括在根据本发明实施例的热像仪102中，以创建热图像。焦平面阵列200是等离子体材料的光敏层，并且包括用于获得物体108的热轮廓的超像素202的二维阵列。在示例性实施例中，焦平面阵列200包括5x5超像素数阵列。然而，应当理解，焦平面阵列200不限于该数量的超像素，并且在各种实施例中，超像素的数量可以成百上千个。为了说明的目的，示例性的超像素202已经被圈出，并且在图3中示出了超像素202的放大图。

参照图3，图2的说明性超像素202包括四个标记为A，B，C和D的像素，它们被排列成一个正方形。四个像素为一个超像素的特定示例并不意味着是本发明的限制方面，并且仅出于说明性目的而示出。在各种实施例中，超像素可包括任何数量的像素。另外，像素和超像素的形状、超像素内的像素的几何布置以及焦平面阵列内超像素的几何布置可以是任何合适的形状和/或几何布置。

每个像素(A，B，C，D)对电磁光谱的特定波长处的辐射水平敏感。当像素(A，B，C，D)接收到该像素敏感的波长(“共振波长”)的电磁辐射时，该像素会产生一个信号，该信号表示在共振波长接收到的电磁辐射的辐射水平，从而提供在共振波长下的功率测量。在各个实施例中，每个像素(A，B，C，D)的共振波长与其他像素的共振波长不同。换句话说，λ_A≠λ_B≠λ_C≠λ_D。像素A测量第一波长λ_A的辐射水平R_λA，像素B测量第二波长λ_B的辐射水平R_λB，像素C测量第三波长λ_C的辐射水平R_λC，像素D测量第四波长λ_D的辐射水平R_λD。像素的共振波长是像素材料和规格的乘积。这些材料和规格可以在像素制造期间选择。

图4示出了本发明的一个实施例中的图1的热成像相机102的组件的图。热像仪照相机102包括图2和3的焦平面阵列200。焦平面阵列200设置在透镜402的焦平面处，该透镜将来自对象108的电磁辐射110引导到焦平面阵列200上。焦平面阵列200设置或位于顶部接触层404和底部接触层406之间。顶部接触层向焦平面阵列200的顶侧提供电极阵列，而底部接触层406向焦平面阵列200的底侧提供电极阵列。顶部接触层404可以由第一金属制成，而底部接触层406可以由第二金属制成，以便顶部接触层404和底部接触层406具有不同的功函数。在各种实施例中，第一金属是钯，而第二金属是钛。

焦平面阵列200的每个像素都耦合到顶部接触层404的电极和底部接触层406的电极，以便在这些电极之间提供电通路。电极将像素连接到传感器410。在各个实施例中，传感器是电压表。当像素接收由透镜402引导到其上的电磁辐射时，在像素的顶部电极和底部电极之间产生电势差。电位差表示在像素的共振波长处接收的电磁辐射的辐射水平。电压表通过生成指示电势差的电信号来测量该电势差，并将电信号传输到处理器104。对于选定的超像素，处理器104从该超像素的多个像素接收电信号，从而接收在多个波长的辐射水平。

图5示出了从超像素的像素获得的测量确定超像素处的对象108的温度的过程。横坐标表示波长，纵坐标表示功率。相对于其对应的波长绘制了选定的超像素的辐射测量结果。处理器104使用回归分析或其他合适的曲线拟合方法来构造一条曲线，该曲线提供超像素的辐射测量与普朗克定律(或曲线)的最佳拟合，以便获得表示超像素处的电磁辐射的发射曲线A_λ(λ，T)502。然后，处理器104确定发射曲线A_λ(λ，T)502的特征波长λ_ch。可以将超像素的发射曲线A_λ(λ，T)502与具有相同特征波长的黑体光谱曲线B_λ(λ，T)504进行比较，以便获得与接收到的辐射对应的发射率和超像素处接收到的辐射的黑体温度。

对每个超像素重复该过程，因此处理器104确定每个超像素的黑体温度。然后，处理器104将颜色或其他编码方案分配给确定的黑体温度，并在显示器106上显示该颜色或编码方案，从而在显示器106上产生物体108的热图像。

每个像素能够使用等离子体材料或由等离子体吸收体组成的材料与电磁光谱的选定波长处的光相互作用。这些等离子体吸收体的操作在下面参考图6-9讨论。示例性的等离子体吸收体包括碳纳米管区段或片段，下面将参照图6和图7进行讨论。

图6示出了碳纳米管(CNT)片段的扫描电子显微照片，该碳纳米管片段能够使用等离子体激元相互作用来测量辐射水平。碳纳米管包括通常被排列(通常以纳米级)成圆柱形结构的碳原子。图6示出了顶部面板602中的第一碳纳米管和底部面板604中的第二碳纳米管。第一碳纳米管和第二碳纳米管各自被定向为使得它们的纵轴沿箭头610的方向延伸。通过在垂直于纵轴的平面上切割碳纳米管，每个碳纳米管都被切成薄片，从而从第一碳纳米管创建CNT区段602a，...，602n(在顶部面板602中显示为黑带并具有长度L1)，并从第二碳纳米管创建CNT区段604a，...604n(在底部面板604中显示为暗带并具有长度L2)。这些CNT区段可以是环的形式。

选定的CNT区段(例如CNT区段602a)是等离子体吸收体，并充当共振腔，用于定位等离子体激元，且CNT区段的末端充当等离子体激元反射器。等离子体激元共振对应于在CNT区段的末端之间发生的纵向电荷振荡。CNT区段的共振波长与CNT区段的长度成比例。因此，长度为L1的CNT区段602a具有与长度为L2的CNT区段604A不同的共振波长。由于L1＜L2，因此CNT部602a的共振波长小于CNT部604a的共振波长。共振波长也可以通过改变诸如CNT的膜的厚度和CNT的掺杂水平这些因素来调谐。CNT区段可以用于创建焦平面阵列200的像素，该像素对指定波长的电磁辐射敏感。

图7显示了基于CNT区段的长度的CNT区段对电磁辐射的光谱响应性。横坐标表示以10³cm^-1的波数，纵坐标表示衰减(％)。CNT区段的长度表示CNT的共振波长，共振频率和波数与共振波长成反比。因此，具有160纳米(nms)的长度的CNT区段具有以约3800cm^-1的波数为中心的峰值吸收，具有260纳米(nms)的长度的CNT区段具有以约3000cm^-1的波数为中心的峰值吸收，长度为480纳米(hms)的CNT区段具有以约2400cm^-1的波数为中心的峰值吸收。

在替代实施例中，除了或代替CNT区段，可使用其他等离子体材料，例如石墨烯纳米带或金属纳米颗粒。这些等离子体材料的共振波长可基于石墨烯纳米带或金属纳米颗粒的几何形状进行调整。等离子体材料的可调谐性可用于制造允许在广泛波长范围内进行等离子体激元共振的设备。例如，碳纳米管和石墨烯纳米带的等离子体激元共振都可以通过太赫兹范围跨越中红外，太赫兹范围是热像仪的合适波长。

在各种实施例中，等离子体吸收体使用光热电效应、热电子隧穿或辐射热效应中的至少一种将等离子体相互作用转换为电信号。

在光热电效应中，等离子体吸收体的任一侧都与金属接触。两种金属的材料不同，因此具有不同的功函数。在示例性实施例中，一种金属是钯，另一种金属是钛。在这种方法中，等离子体激元吸收了入射的电磁辐射，从而加热了等离子体材料。等离子体材料和金属触点之间产生的温差会通过塞贝克效应产生电压。由于两种接触金属不同，因此两种不同接触的电压也将不同，从而在像素两端产生净电压。该电压被记录在传感器处，然后被处理器104处理以确定电磁辐射的功率。

在热电子隧穿中，类似于光热电效应，等离子体吸收体与两种不同的金属接触。但是，一旦等离子体激元吸收了红外辐射，并且在等离子体激元弛豫成热能之前，等离子体吸收体的电荷就隧穿到金属触点中，从而产生电流和电压。热电子隧穿的响应时间能够比光热电效应的响应时间快。尽管对于这两个过程(光热电效应和热电子隧穿)而言，像素都是相同的，但最终占优势的过程将取决于等离子体吸收体中电荷的弛豫时间以及等离子体吸收体的电接触特性。

在辐射热测定法中，在等离子体吸收体上施加电压，并测量其电导率。由于电磁辐射的等离子体吸收产生的热量，等离子体吸收体的电导发生变化。电导的这种变化由电压表测量。

图8示出了在本发明的另一实施例中可以在热成像相机102的焦平面阵列200中使用的动态可调像素800。动态可调像素800包括夹在顶部触点804和底部触点806之间的等离子体材料802。顶部触点804和底部触点806耦合到等离子体材料的相对端，并进一步耦合到施加跨等离子体材料802上的栅极电压的电压源808。由于许多等离子体材料(例如石墨烯、碳纳米管和GaAs)是半导体，因此可以将该电压视为晶体管的栅极电压，该晶体管可通过栅极电压的电平动态调谐或选择等离子体材料802的共振波长。

图9示出了可以施加在动态可调像素800上的说明性栅极电压，以及与栅极电压相对应的像素的等离子体材料的最终共振频率。共振频率和共振波长以可控的方式随栅极电压变化，从而可以在可定义的时间间隔内在单个像素上获得多个辐射测量。因此，栅极电压可以用于选择等离子体材料的第一共振波长，从而可以在第一共振波长处获得辐射测量。然后可以调节栅极电压以选择等离子体材料的第二共振波长，从而可以在第二共振波长处获得辐射测量。

使用动态可调像素，超像素不必具有多个像素，而是可以具有在一段时间内在一定的敏感波长范围内扫过的单个像素。使用该单个像素进行的测量以及图5所示的过程可用于独立确定使用等式(1)和(2)确定的ε和T。

图10-15示出了用于热成像的热像仪中使用的等离子体焦平面阵列的制造过程。为了简洁起见，与焦平面阵列的制造有关的常规技术在本文中可能会或可能不会详细描述。此外，本文描述的各种任务和过程步骤可以被合并到具有本文未详细描述的附加步骤或功能的更全面的过程或流程中。特别地，焦平面阵列的制造中的各个步骤是众所周知的，因此，为了简洁起见，许多常规步骤在本文中仅被简要提及，或者将在不提供公知的工艺细节的情况下被完全省略。

另外，为了便于描述，在本文中使用空间相对术语，例如“在...下”，“在...之下”，“在...下方”，“在...之上”，“在...上”等，以描述一个元件或特征与如图所示的另一个元件或特征的关系。将理解的是，除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语还意图涵盖器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的器件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“在...之下”或“在...下”的元件将被定向为在其他元件或特征“之上”。因此，术语“在...之下”可以包括“在...之上”和“在...之下”两个方位。器件可以以其他方式定向(例如，旋转90度或以其他定向)，并且本文中使用的空间相对描述语应相应地解释。

图10示出了在制造阶段1000中提供的焦平面阵列的衬底1002。图11示出了阶段1100，其中，通过适当的沉积方法在衬底1002的顶部上形成底部金属层1102以及在与在底部金属层1102的顶部上并与其直接接触形成等离子体材料层1104。图12示出了制造阶段1200，其中在等离子体材料1104上提供了蚀刻掩模1204。图13示出了制造阶段1300，其中等离子体材料1104是使用适当的光刻或蚀刻工艺(例如反应离子蚀刻)蚀刻的。作为该构图过程的一部分，可以创建多种形状的等离子粒子或像素。图14示出了制造阶段1400，其中已经去除了蚀刻掩模，从而留下了对所选波长敏感的像素阵列。图15示出了制造阶段1500，其中，顶部金属触点1502沉积在像素的顶部上并与像素直接接触，以经由像素提供从底层一直到顶层的电路。在各种实施例中，可以针对具有不同共振波长的等离子体材料重复沉积等离子体材料和蚀刻等离子体材料的过程，以便提供具有不同共振波长的像素。

等离子体材料可以生长或沉积，并且可能需要被构图以适当地调谐它们的共振频率。几种示例性等离子体材料可以包括硅、GaAs、TiN、碳纳米管、石墨烯、其他二维金属以及具有低电荷密度的块状金属。

因为本发明实施例中的热像仪具有具有不同波长灵敏度的像素，所以该热像仪可以用于任何选择的波长范围，包括中红外、远红外等。这使得热像仪可以用于通常在中红外具有峰值发射的高温物体(例如导弹)，和/或在远红外具有峰值红外的接近室温的物体。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括其上具有用于使处理器执行本发明的方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言-诸如Smalltalk、C++等，以及传统的过程式编程语言-诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络-包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims

1.一种热成像装置，包括：

等离子体材料的层，设置在顶部接触层与底部接触层之间，被配置为接收来自物体的电磁辐射并产生在多个波长下的电磁辐射的辐射测量，其中所述等离子体材料的层包括具有等离子体吸收体的多个像素，所述等离子体吸收体在所述多个波长之一处共振，所述顶部接触层包括多个顶部触点，使得所述多个像素中的每个像素中的所述等离子体材料分别与所述多个顶部触点中的一个顶部触点直接接触；以及

处理器，被配置为根据所述辐射测量确定所述物体的发射率和温度，并根据所确定的发射率和温度形成所述物体的基于热的电子图像。

2.如权利要求1所述的热成像装置，其中，所述等离子体吸收体包括碳纳米管区段。

3.如权利要求1所述的热成像装置，其中，所述等离子体材料可动态地调谐到选定的共振波长。

4.如权利要求1所述的热成像装置，其中，所述处理器被配置为构造适合于获得的所述辐射测量的曲线，并从所述曲线确定所述电磁辐射的特征波长。

5.一种热成像装置，包括：

光敏层，其包括具有多个像素的超像素，所述多个像素包括等离子体吸收体，所述等离子体吸收体被配置为获得从物体发射的多种波长的电磁辐射的辐射测量，所述等离子体吸收体设置在多个顶部触点与底部接触层之间，所述多个像素中的每个像素中的所述等离子体吸收体分别与所述多个顶部触点中的一个顶部触点直接接触；以及

处理器，被配置为使用所述辐射测量来确定来自所述物体在等离子体材料处接收的电磁辐射的发射率和温度，并根据所述确定的发射率和温度来形成所述物体的图像。

6.如权利要求5所述的热成像装置，还包括耦合到所述等离子体吸收体的传感器，用于测量响应于所述电磁辐射而产生的跨越所述等离子体吸收体的电压。

7.如权利要求5所述的热成像装置，其中，所述多个像素包括经由施加的电压可动态地调谐到至少两个共振波长的等离子体吸收体，其中，在所述至少两个共振波长的每个处在所述等离子体吸收体处获得辐射测量。

8.如权利要求5所述的热成像装置，其中，所述多个像素包括被配置为测量在第一共振波长的辐射的第一像素和被配置为测量在第二共振波长的辐射的第二像素。

9.如权利要求5所述的热成像装置，其中，所述等离子体吸收体还包括具有与碳纳米管片段的长度有关的共振波长的所述碳纳米管片段。

10.一种热成像装置，包括：

包括多个超像素的光敏层，设置在顶部接触层与底部接触层之间，每个超像素包含多个像素，每个像素包括等离子体吸收体，所述等离子体吸收体对在所述等离子体吸收体的选定共振波长处的电磁辐射敏感，所述顶部接触层包括多个顶部触点，使得所述多个像素中的每个像素中的所述等离子体吸收体分别与所述多个顶部触点中的一个顶部触点直接接触；

传感器，用于测量响应于从物体接收到的电磁辐射而跨越选定像素的等离子体吸收体产生的电压或电流；以及

处理器，被配置为：

接收所述电压测量；

通过所述电压测量确定在超像素处接收的电磁辐射的发射率和温度；以及

在显示器上为超像素提供颜色编码，所述颜色编码基于所述发射率和温度。

11.如权利要求10所述的热成像装置，其中，所述电压测量指示在所述像素处以所选择的共振波长接收的电磁辐射的辐射水平。

12.如权利要求10所述的热成像装置，其中，所述处理器还被配置为将发射曲线拟合到所述电压测量。

13.如权利要求12所述的热成像装置，其中，所述处理器还被配置为确定拟合的所述发射曲线的特征波长。

14.如权利要求12所述的热成像装置，其中，所述处理器还被配置为将拟合的所述发射曲线与具有与拟合的所述发射曲线相同的特征波长的黑体曲线进行比较，以便确定所述物体的发射率和温度。

15.一种形成物体的基于热的电子图像的计算机实现的方法，所述方法包括：

在包括具有多个像素的超像素的光敏层处接收由所述物体发射的电磁辐射，其中，所述多个像素中的每个像素包括具有特征共振波长的等离子体吸收体，并在其特征共振波长产生电磁辐射的辐射测量，所述等离子体吸收体设置在多个顶部触点与底部接触层之间，所述多个像素中的每个像素中的所述等离子体吸收体分别与所述多个顶部触点中的一个顶部触点直接接触；

在处理器处，使用在所述超像素的像素处获得的辐射测量来确定在所述超像素处接收的电磁辐射的发射率和温度；以及

根据所确定的发射率和温度形成所述物体的图像。

16.如权利要求15所述的方法，其进一步包含将电压施加到所述像素以改变所述等离子体吸收体的共振波长。

17.如权利要求15所述的方法，还包括在所述处理器处根据所述辐射测量确定所述电磁辐射的辐射曲线。

18.如权利要求15所述的方法，其中，所述等离子体吸收体是具有选定长度的碳纳米管区段，还包括在所述碳纳米管区段处接收电磁辐射。

19.如权利要求15所述的方法，还包括：产生由所述辐射测量指示的电压，并从所述电压测量确定所述辐射曲线。

20.一种热成像装置，包括：

形成阵列的多个超像素，设置在顶部接触层与底部接触层之间，其中所述多个超像素中的每个包括多个像素，每个像素包括等离子体吸收体，所述等离子体吸收体对在所述等离子体吸收体的选定共振波长处的电磁辐射敏感，所述顶部接触层包括多个顶部触点，使得所述多个像素中的每个像素中的所述等离子体吸收体分别与所述多个顶部触点中的一个顶部触点直接接触。

21.如权利要求20所述的热成像装置，其中，所述等离子体吸收体通过与所述电磁辐射的等离子体相互作用而在所述选定共振波长处产生辐射测量。

22.如权利要求21所述的热成像装置，其中，所述等离子体相互作用包括光热电效应、热电子隧穿技术和辐射热测定法中的至少一种。

23.如权利要求20所述的热成像装置，还包括顶层电极和底层电极，其中，像素经由所述顶层电极和底层电极连接至传感器。

24.如权利要求20所述的热成像装置，其中，所述等离子体吸收体包括碳纳米管区段、石墨烯纳米带、硅、砷化镓，氮化钛和具有低电荷密度的块状金属中的至少一种。