In de techniek zijn er begrippen als object en achtergrond. Objecten zijn gewone dingen die moeten worden opgespoord en onderzocht (mensen, voertuigen, dieren enz.), de achtergrond is al het andere dat niet door het object in het gezichtsveld wordt bestreken (bos, gras, gebouwen enz.)

De werking van alle warmtebeeldsystemen is gebaseerd op de waarneming van temperatuurverschillen tussen twee dingen, d.w.z. een voorwerp tegen een achtergrond, en op de omzetting van dat verschil in een zichtbaar beeld. Omdat niet alle lichamen in gelijke mate worden opgewarmd, ontstaat een beeld van de IR-verdeling. Hoe groter het verschil tussen de IR-stralingsintensiteit van een voorwerp en de IR-stralingsintensiteit van de achtergrond, hoe beter het thermische beeld op te lossen is en een beter contrast heeft. Hedendaagse warmtebeeldapparatuur kan temperatuurverschillen van 0,015-0,07°C detecteren.

De meeste nachtzichtapparatuur op basis van beeldversterkerbuizen of CMOS/CCD-sensoren detecteert IR-straling in het golflengtegebied van 0,78-1 µm, wat slechts een fractie hoger is dan de spectrale gevoeligheid van het menselijk oog. Warmtebeeldapparatuur werkt in het golflengtegebied 3-555 µm (MWIR of middengolf infrarood) en 8-14 µm (LWIR of lange golf infrarood). In deze golflengteband zijn de atmosferische lagen aan het grondoppervlak transparant voor IR-straling en is de emissiviteit van waargenomen objecten met temperaturen -50 – +50°C het hoogst.

De warmtebeeldcamera is een elektronisch waarnemingstoestel dat het beeld creëert van het temperatuurverschil in een waargenomen gebied in de ruimte. Het fundamentele onderdeel van elke warmtebeeldcamera is een microbolometer-array (thermische sensor) en elk beeldelement van dit array (pixel) kan de temperatuur met hoge precisie meten.

Het voordeel van warmtebeeldcamera’s is dat zij geen externe verlichtingsbronnen nodig hebben; het zijn passieve systemen die zowel overdag als ‘s nachts in het pikkedonker goed werken. Zoals eerder gezegd vormen slechte weersomstandigheden zoals mist of regen geen obstakel voor warmtebeeldcamera’s; deze omstandigheden zouden gewone nachtkijkers volledig onbruikbaar maken.

De werking van alle warmtebeeldtoestellen kan eenvoudig op de volgende manier worden beschreven:

• De objectieflens van de warmtebeeldcamera vormt een temperatuurkaart van alles wat zich in het gezichtsveld bevindt op het oppervlak van de thermische sensor (ook wel temperatuurverschilkaart genoemd)
• De microprocessor en andere elektronische elementen lezen de gegevens van de thermische sensor, verwerken ze en creëren een vorm op het display, die een visuele interpretatie van de gegevens weergeeft. Dit beeld wordt vervolgens door een waarnemer bekeken door een oculair of rechtstreeks op een scherm.

Thermische beeldsensoren hebben meer gemeen met digitale nachtzichtapparatuur dan met beeldversterkende nachtzichtapparatuur (gewoonlijk analoge systemen genoemd) en maken een groter aantal door de gebruiker gedefinieerde instellingen en aanpassingen mogelijk.

Bijvoorbeeld helderheids- en contrastinstellingen, beeldkleurinstellingen, de introductie van hulpinformatie in het gezichtsveld (huidige tijd, laadniveau van de batterij, pictogrammen van actieve modi enz.), digitale zoom, beeld-in-beeld (toont ingezoomd beeld van het geobserveerde object of een deel daarvan in een extra klein venster) en display UIT-functies (gebruikt voor energiebesparing en het vermijden van achtergrondverlichting).

Thermische beeldvorming en digitale richtkijkers kunnen ook veel functies hebben die de schutter kunnen helpen, zoals meerdere selecteerbare dradenkruizen met verschillende vormen en kleuren, handige en snelle nulfuncties zoals “one-shot zeroing” en “Freeze” zeroing, automatische afstandsgerelateerde correctiefuncties, meerdere nulpuntprofielen voor verschillende geweren, een aanduiding van de helling van de zijkant, de elevatiehoek en nog veel meer.

In vergelijking met analoge nachtkijkers is het dradenkruis in digitale en thermische beeldvormingsapparatuur gewoonlijk “digitaal”, d.w.z. dat het beeld van het dradenkruis door middel van videobewerking over het beeld van de scène wordt gelegd. Doordat het beeld van het waargenomen voorwerp en de dradenkruizen zich in hetzelfde vlak bevinden (het beeldschermvlak), worden effecten zoals parallax geëlimineerd. Het dradenkruis wordt elektronisch bewogen, waardoor de mechanische correctie-elementen die gewoonlijk op analoge richtkijkers worden aangetroffen, kunnen worden weggelaten. Daarom kunnen deze mechanische correctie-elementen, die een kostbaar precisiefabricage- en assemblageproces vereisen, eindeloos worden verwijderd uit digitale en thermische toestellen.

Warmtebeeldcamera’s kunnen ook ingebouwde videorecorders hebben voor het opnemen van beelden en video’s van waargenomen objecten en vele andere hulpfuncties, zoals draadloze datatransmissie (foto’s, video’s) (radiokanaal, Wi-Fi) naar externe toestellen, afstandsbediening van het toestel (bijvoorbeeld met een mobiel toestel), integratie met een laserafstandsmeter (waarbij de gegevens van de afstandsmeter op het scherm van het toestel verschijnen) en integratie met GPS-sensoren (geopositionering) enz.