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。

制冷式紅外熱像儀的成像傳感器中集成了一個低溫制冷器。這種裝置可以給傳感器降溫度。降低探測器溫度，是為了使熱噪聲的信號低于成像信號。從而獲得更加精確的紅外熱像圖。

低溫制冷器的活動部件的機械公差小，會隨著時間磨損，而且制冷劑也會隨時間慢慢泄露。在使用時間達到 8,000-10,000  小時之后，就必須重新換置低溫制冷器。

制冷型紅外熱像儀是對場景中的細小溫度差異敏感的一種熱像儀。它們可以探測到物體之間細小的溫度差異。這種熱像儀能夠在中波紅外或者說光譜中的中波紅外波段進行成像，而這個波段的熱對比度高度依賴于黑體物理學。熱對比度是由目標溫度變化而引起的信號變化。熱對比度越高，就越容易探測到與背景溫度差別不太大的目標。

通常情況下，中波紅外熱像儀在夜間成像的對比度要比其他波段的紅外熱像儀的圖像更鮮明。制冷型紅外熱像儀也可以設計為在長波紅外或 LWIR 波段下工作。

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