红外成像及应用
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从维恩位移定律可知:光谱辐射出射度的峰值波长与绝 对温度成反比。温度愈高,峰值波长越短。
根据维恩位移定律,300K室温目标光谱出射度的峰值约
为9.6m，所以8~14m的长波红外成像特别受到重视
1.2.4 基本的辐射定理
基尔霍夫定律(Kirchoff’s Law) 一定温度下,任何物体的辐射出射度与其吸收率的比值 是一个普适函数，只是温度、波长的函数，与物体的 性质无关。
这种热图像再现了景物各部分的辐射起伏，因而 能显示出景物的各部分的特征。
利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪。
一、前言
1.1 红外成像的由来
1800年,英国天文学家W. Herschel发现红外射线;
十九世纪,认识红外辐射的本质，建立基本的辐射定理;
二十世纪七十年代,红外电荷耦合器件(IR CCD)、阵列 探测器(Array Detectors)和扫积型器件(SPRITE)等先 进探测器研制成功，红外技术和红外成像进入并发展 到了一个新的发展阶段。
红外窗口
红外成像
四三个区窗域口
红外辐射:从0.76m~1000m的短光近波辐红红射外外范区窗围口。0.706.~81~.25mm
习惯上,红外波段被划分为：“中中近波红”红外、外区“窗中口”、1.5“3~~6远5m”m
和“极远”四个区域。
长远波红红外外区窗口 6~8~1512mm
根据红外波在大气中的传输特性极,远又红分外为区三个窗15口~1。03m
主要内容
前言 红外成像的发展 红外成像原理 红外焦平面和红外热像仪分类 红外热像仪的应用 红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向 市场分析
一、前言
自然界中一切物体,只要温度高于绝对零度(-273℃)， 就总是在不断地发射辐射能（红外线）。
因此，从原理上讲，只要能收集并探测出这些辐 射能，就可以通过重新排列来自探测器的、与景物辐 射分布相对应的信号，形成热图像。
1.2.4 基本的辐射定理
红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理: 普朗克定律 斯蒂芬—玻尔兹曼定律 维恩位移定律 基尔霍夫定律
1.2.4 基本的辐射定理
普朗克定律(Planck’s Law)
以波长表示的普朗克公式为:
M
C1
5
1
C2
eT 1
式 中 ,M 表 示 绝 对 黑 体 的 光 谱 辐 射 出 射 度 （ Spectral
都会引起辐射出射度很大的变化。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律表明了黑体辐射功率和绝对温度 之间的关系,它是通过物体辐射功率测量物体温度的主要 理论依据。
1.2.4 基本的辐射定理
维恩位移定律(Wein’s Displancement Law) 1893年,维恩从热力学理论导出黑体辐射光谱的极大值
对应的波长:max=b／T 式中，b=2897.8m•K。
Radiant Exitance），单位：W•cm-2•m-1。
表示波wk.baidu.com(m)，T表示绝对温度(K)，C1、C2分别
表示第一、第二辐射常数。
普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律:
光谱辐射出射度随温度的增加而增加,温度越高，所有 波长上的光谱辐射出射度也就越大。且光谱辐射出射 度的峰值波长随温度的增加而向短波方向移动。
辐射通量谱密度M 设一个物体的辐射出射度为M,则:
M=dM／d
M是单位波长间隔中的辐射出射度，是波长的函数， 称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度。
黑体和灰体 绝对黑体:对任何波长的辐射,都能全部吸收的物体。 黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。 灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于1。
一、前言
一、前言
1.2 要了解的几个概念
红外射线及大气窗口 红 外 焦 平 面 阵 列 探 测 器 (IRFPA,infrared focal plane
array) 表征辐射性质的基本物理量 几个基本的辐射定理
一、前言
1.2.1 红外射线及窗口
红外射线
红外射线是一种与物体的表面温度密切相关的一种 辐射,它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。
1.2.4 基本的辐射定理
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
在全部波长范围内对普朗克公式积分,得到从黑体单位 面积辐射到半球空间的总辐射功率，即总辐射出射度 的表达式，通常称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律:
M0MdT4
由M表斯示蒂黑芬体－的玻总尔辐兹射曼出定射律度可，以单看位出W:黑•c体m的-2。总辐射出射
度与绝=5对.66温96度1的0-四8(W次•方m-成2•k正-4)比，,为因斯此蒂即芬使-温玻度尔变兹化曼相常当数小。，
一、前言
1.2.2 红外焦平面阵列探测器 (IRFPA,infrared focal plane array)
IRFPA:
把大量探测器单元,按照一定规则，用先进的微电 子工艺，高密度地集成到一块对红外透明的材料芯片 上，同时将其它必要的信号读出及处理电路，如：前 放，集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上，构成 一个既能接收光辐射，又能将光电信号转变为可用数 据输出的整体。
一、前言
1.2.3 表征辐射性质的基本物理量
辐射通量 辐射通量的空间密度F 辐射出射度M 辐射照度E 辐射通量的谱密度M 黑体和灰体
辐射通量(Radiation Flux,单位:W)
单位时间内通过某一表面的辐射能量Q(单位：J)。 辐射通量的空间密度F(单位:W•m-2)
单位时间内,通过单位面积的辐射能量。 当只考虑辐射的发射和入照时，可分别使用辐射出射 度M和辐射照度E。 辐射出射度M(单位:W•m-2) 单位时间内,从单位面积上辐射出的辐射能量。 物理意义：单位波长间隔(m)内在单位面积(m2)上的辐 射功率。 辐射照度E(单位：W•m-2) 单位时间内，单位面积上接收的辐射能量。
F,T E ,T
A ,T
基尔霍夫定律表明:任何物体的辐射出射度和其吸收率之 比,等于同一温度下黑体的辐射出射度。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
根据目前红外热成像系统的发展情况及对今后的预测, 红外热成像系统大致可分为三代:
第一代
指六十年代采用的致冷型单元或线列红外探测器， 以数目有限的探测单元为特征，借助光机扫描实现图 像探测，同时还需要低温制冷器协同工作，如： HgCdTe、InSb、PbS等红外探测器，其产品成本高。
根据维恩位移定律,300K室温目标光谱出射度的峰值约
为9.6m，所以8~14m的长波红外成像特别受到重视
1.2.4 基本的辐射定理
基尔霍夫定律(Kirchoff’s Law) 一定温度下,任何物体的辐射出射度与其吸收率的比值 是一个普适函数，只是温度、波长的函数，与物体的 性质无关。
这种热图像再现了景物各部分的辐射起伏，因而 能显示出景物的各部分的特征。
利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪。
一、前言
1.1 红外成像的由来
1800年,英国天文学家W. Herschel发现红外射线;
十九世纪,认识红外辐射的本质，建立基本的辐射定理;
二十世纪七十年代,红外电荷耦合器件(IR CCD)、阵列 探测器(Array Detectors)和扫积型器件(SPRITE)等先 进探测器研制成功，红外技术和红外成像进入并发展 到了一个新的发展阶段。
红外窗口
红外成像
四三个区窗域口
红外辐射:从0.76m~1000m的短光近波辐红红射外外范区窗围口。0.706.~81~.25mm
习惯上,红外波段被划分为：“中中近波红”红外、外区“窗中口”、1.5“3~~6远5m”m
和“极远”四个区域。
长远波红红外外区窗口 6~8~1512mm
根据红外波在大气中的传输特性极,远又红分外为区三个窗15口~1。03m
主要内容
前言 红外成像的发展 红外成像原理 红外焦平面和红外热像仪分类 红外热像仪的应用 红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向 市场分析
一、前言
自然界中一切物体,只要温度高于绝对零度(-273℃)， 就总是在不断地发射辐射能（红外线）。
因此，从原理上讲，只要能收集并探测出这些辐 射能，就可以通过重新排列来自探测器的、与景物辐 射分布相对应的信号，形成热图像。
1.2.4 基本的辐射定理
红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理: 普朗克定律 斯蒂芬—玻尔兹曼定律 维恩位移定律 基尔霍夫定律
1.2.4 基本的辐射定理
普朗克定律(Planck’s Law)
以波长表示的普朗克公式为:
M
C1
5
1
C2
eT 1
式 中 ,M 表 示 绝 对 黑 体 的 光 谱 辐 射 出 射 度 （ Spectral
都会引起辐射出射度很大的变化。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律表明了黑体辐射功率和绝对温度 之间的关系,它是通过物体辐射功率测量物体温度的主要 理论依据。
1.2.4 基本的辐射定理
维恩位移定律(Wein’s Displancement Law) 1893年,维恩从热力学理论导出黑体辐射光谱的极大值
对应的波长:max=b／T 式中，b=2897.8m•K。
Radiant Exitance），单位：W•cm-2•m-1。
表示波wk.baidu.com(m)，T表示绝对温度(K)，C1、C2分别
表示第一、第二辐射常数。
普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律:
光谱辐射出射度随温度的增加而增加,温度越高，所有 波长上的光谱辐射出射度也就越大。且光谱辐射出射 度的峰值波长随温度的增加而向短波方向移动。
辐射通量谱密度M 设一个物体的辐射出射度为M,则:
M=dM／d
M是单位波长间隔中的辐射出射度，是波长的函数， 称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度。
黑体和灰体 绝对黑体:对任何波长的辐射,都能全部吸收的物体。 黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。 灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于1。
一、前言
一、前言
1.2 要了解的几个概念
红外射线及大气窗口 红 外 焦 平 面 阵 列 探 测 器 (IRFPA,infrared focal plane
array) 表征辐射性质的基本物理量 几个基本的辐射定理
一、前言
1.2.1 红外射线及窗口
红外射线
红外射线是一种与物体的表面温度密切相关的一种 辐射,它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。
1.2.4 基本的辐射定理
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
在全部波长范围内对普朗克公式积分,得到从黑体单位 面积辐射到半球空间的总辐射功率，即总辐射出射度 的表达式，通常称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律:
M0MdT4
由M表斯示蒂黑芬体－的玻总尔辐兹射曼出定射律度可，以单看位出W:黑•c体m的-2。总辐射出射
度与绝=5对.66温96度1的0-四8(W次•方m-成2•k正-4)比，,为因斯此蒂即芬使-温玻度尔变兹化曼相常当数小。，
一、前言
1.2.2 红外焦平面阵列探测器 (IRFPA,infrared focal plane array)
IRFPA:
把大量探测器单元,按照一定规则，用先进的微电 子工艺，高密度地集成到一块对红外透明的材料芯片 上，同时将其它必要的信号读出及处理电路，如：前 放，集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上，构成 一个既能接收光辐射，又能将光电信号转变为可用数 据输出的整体。
一、前言
1.2.3 表征辐射性质的基本物理量
辐射通量 辐射通量的空间密度F 辐射出射度M 辐射照度E 辐射通量的谱密度M 黑体和灰体
辐射通量(Radiation Flux,单位:W)
单位时间内通过某一表面的辐射能量Q(单位：J)。 辐射通量的空间密度F(单位:W•m-2)
单位时间内,通过单位面积的辐射能量。 当只考虑辐射的发射和入照时，可分别使用辐射出射 度M和辐射照度E。 辐射出射度M(单位:W•m-2) 单位时间内,从单位面积上辐射出的辐射能量。 物理意义：单位波长间隔(m)内在单位面积(m2)上的辐 射功率。 辐射照度E(单位：W•m-2) 单位时间内，单位面积上接收的辐射能量。
F,T E ,T
A ,T
基尔霍夫定律表明:任何物体的辐射出射度和其吸收率之 比,等于同一温度下黑体的辐射出射度。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
根据目前红外热成像系统的发展情况及对今后的预测, 红外热成像系统大致可分为三代:
第一代
指六十年代采用的致冷型单元或线列红外探测器， 以数目有限的探测单元为特征，借助光机扫描实现图 像探测，同时还需要低温制冷器协同工作，如： HgCdTe、InSb、PbS等红外探测器，其产品成本高。