制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题
凝视型红外成像探测系统的作用距离分析与验证
计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第26期(2009年9月)凝视型红外成像探测系统的作用距离分析与验证申俊杰（广州军区75706部队40分队，广东广州510600）摘要：作用距离是红外成像探测系统的主要技术指标之一，根据实际计算时部分参数可能未知的情况，推导了NETD 表达的作用距离方程，并根据凝视型探测器的特点讨论了基于对比度的对高空目标作用距离的表达式，结合高空目标探测实验结果验证两种不同计算方法的有效性。
分析结果对进一步的成像探测系统的设计提供了理论依据。
关键词：等效噪声温差；焦平面阵列；作用距离；红外成像探测中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)26-7553-02Analysis and Validation of Operating Range of Staring IR Imaging Detecting SystemSHEN Jun-jie(Unite 40,Army 75706,Guangzhou Military Region,Guangzhou 510600,China)Abstract:Operating range is a core specification of an IR imaging detecting system.Since some parameters are unknown when calculating,deduce the operating range function with NETD.Then based on the characteristic of staring detector discuss the operating range for space targets based on contrast.Validate the validity of above two functions with experimental result.The analytical result provides the theoretical reference for design of imaging detecting system.Key words:NETD;FPA;Operating Range;IR Imaging Detecting System目标的极限作用距离是红外成像探测系统的一个综合性指标，也是评价、检验一个红外探测系统的主要指标。
红外成像系统作用距离的估算
! 引
言
作用距离是衡量热成像系统综合性能的一个重 要参数。有关红外热成像系统的书中都只给出了求 极限作用距离的公式。文中从探测概率与信噪比的 关系出发， 推导了不同探测概率下点目标和面目标的 作用距离公式。
( ( ( 为信噪比， 当 "+ 时， 分布退化为瑞利分布； 当 " " " 分布趋向高斯分布， 即： , - 时， ）" !（ *# （ & ( ）. ’ ! "#$ & # ! ! " " #! $ &
% ) % -*% 1 *!0, ’ ） % （ & *+ （ ） 2 , 1 0 - + .#" 1 / & ! )&
— —空间频率； 1— — — —系统总的传递函数； 2（ 0 1） — —人眼积分时间； 0 -— — —阈值显示信噪比； -*% *+—
[ %’
" %
（ & #（ " # %） ! ! $ !"）
# 探测概率与信噪比的关系
在信号和噪声同时输入系统的情况下， 信号加噪 声的幅值的概率密度分布服从零阶第一类变形贝塞 耳函数， 用公式表示为：
# （&# ’ ( ） #( ） （ ! )（ + ! ! #）" ! "#$ ! " " "
式中 — — —以 * 为变量的零阶变形贝塞耳函 )（ + *） 数值； — —信号加噪声的幅值； #—
]
（&） 当背景全充满探测器单元时， 红外系统入 瞳上的辐照度为： （ !( " # !! " # %）
基于Lowtran7的地空探测红外系统作用距离计算
航天电子对抗
2017年第Leabharlann 期基 于 L 〇w tran7 的 地 空 探 测 红 外 系 统 作 用 距 离 计 算
杨 蔚 1 ，宁 勇 s 徐富元s 田 杰 2
(1.中 国 航 天 科 工 集 团 8511研 究 所 ，江 苏 南 京 210007; 2 . 中 国 船 舶 重 工 集 团 公 司 7 2 4 研 究 所 ，江 苏 南 京 210000)
Abstract：The infrared system operating distance model based on the contrast is used? starting from the target radiance and atmospheric transmission in the operating distance formula. The radiance of different detected targets of ground-based and air-based detection is analyzed, and the spectral division method is used for the integration of target and background radiance, the database of atmospheric radiance and transmittance is established by calling the Lowtran7. A new method for solving the operating distance equation is proposed, and the operating distance calculation system is established, which improves the efficiency and accuracy of cal culation. The set air and ground target is simulated by using the generated database, the simulation results show that there are differences between different atmosphere conditions of latitudes and seasons? the influence of wavelength on atmospheric transmission cannot be ignored, the stronger the atmospheric radiation, the smaller the atmospheric transmittance， the smaller the infrared system operating distance， in the same atmosphere condition, the operating distance decrease with the increase of zenith angle, and spatial distribution of operating distance is given. The comparison between the calculated results and the measured data shows that the operating distance calculation system can provide a reasonable and effective reference for infrared coun termeasure.
制冷红外焦平面探测器技术
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
红外
这些
制冷
平面
包括
制冷
工艺
平面
技术
应用
技术
领域
理解
通过
工作
内容摘要
内容摘要
《制冷红外焦平面探测器技术》是一本全面介绍制冷红外焦平面探测器技术的专业书籍，涵盖了 该领域的多个方面，包括探测器的工作原理、制造工艺、性能评估和应用实例等。本书的目的是 帮助读者深入理解制冷红外焦平面探测器的工作机制和性能特点，并了解其在现代科技领域中的 应用。
精彩摘录
在科技迅速发展的今天，制冷红外焦平面探测器技术已经成为科研人员和工 程师们的焦点。这种技术对于军事、环境监测、医疗诊断等领域具有广泛的应用 价值。下面，我们将从书中精选出一些精彩摘录，以飨读者。
红外焦平面探测器是一种先进的红外探测器，能够将红外辐射转化为电信号。 这种探测器在军事侦查、环境监测、医疗诊断等领域发挥着重要作用。例如，在 军事领域，红外焦平面探测器可以用于夜视、导弹制导、目标跟踪等。在环境监 测领域，它可以用于检测空气污染、气候变化等。在医疗诊断领域，它可以用于 图像引导手术、光谱分析等。
目录分析
《制冷红外焦平面探测器技术》是一本全面深入探讨红外焦平面阵列探测器 技术的书籍，其内容基于该领域内的最新研究成果，为读者提供了一个完整的理 论体系和实际应用范例。以下是对这本书的目录进行详细分析：
这一章主要介绍了红外焦平面探测器技术的发展历程和应用领域。它概述了 红外焦平面探测器的功能、优势和在各个领域的应用，为读者提供了一个关于该 技术的宏观认识。
红外成像系统作用距离计算
红外成像系统作用距离计算安成斌;张熙宁;陈盈;殷金坚【摘要】分析了红外成像系统的几个主要性能参数.根据大气环境条件、目标几何形状以及目标和背景热辐射特征,进行了必要的修正,完成了不同探测及识别要求时系统的作用距离计算.计算可根据理论模型或实验室实测数据进行,并适用于点目标和面目标.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2010(040)007【总页数】4页(P716-719)【关键词】红外成像系统;作用距离;目标;背景【作者】安成斌;张熙宁;陈盈;殷金坚【作者单位】华北光电技术研究所,北京,100015;华北光电技术研究所,北京,100015;华北光电技术研究所,北京,100015;华北光电技术研究所,北京,100015【正文语种】中文【中图分类】TN2161 引言随着微电子技术的飞跃发展,红外探测器的研制水平在不断提高,热成像技术在探测器研制工艺不断成熟的基础上,从采用单元探测器加二维光机扫描、多元线阵探测器加一维光机扫描,发展到不需光机扫描的“凝视”型红外热成像系统,在军事上广泛应用于空间防御、火控、昼夜观察、成像制导等领域。
由于目标、背景和环境特征的复杂多变性,如何准确的评价红外成像系统的综合性能,在红外成像系统的论证、设计和测试的每一个环节都是十分重要的。
基于目标、背景和大气环境的特征参数,本文运用红外成像系统的光、机、电部件的性能参数,建立理论模型,从而给出描述红外成像系统总体性能的度量参数:噪声等效温差 NETD、最小可分辨温差MRTD、最小可探测温差 MDTD以及作用距离 R。
同时采用必要的修正法,对红外成像系统的作用距离进行综合评估。
2 红外成像系统的主要性能参数2.1 噪声等效温差噪声等效温差 NETD定义为:系统观察试验图案时,基准电子滤波器输出端产生的峰值信号与均方根噪声比(S/N)为 1时标准试验图形上黑体目标与背景的温差。
NETD的公式可表示为:[1]式中,ΔT为测量温差;Vs为峰值信号电压;Vn为均方根噪声电压。
红外成像观测距离的计算方式
红外成像效果的基本计算方式1、红外成像效果的影响因素●被观测物体的红外辐射强度●镜头的探测灵敏度（由探测器和读出电路决定）●镜头的焦距●镜头的光圈数2、探测距离的计算方式红外探测的是物体的自身辐射，理论上可探测距离是无穷远的。
而实际上一套红外成像系统受如上所述的因素的影响，对固定目标的探测距离是有限的且可以计算的。
其中探测可分为两块：可探测和可显示。
2.1、可探测可探测指的是热成像系统能把目标辐射从背景辐射中区分出来，反应指标就是NETD和MRTD，主要由探测器灵敏度（含配套读出电路）和镜头光学系统（同焦距情况下光圈参数影响较大）决定。
NETD噪声等效温差noise equation temperature difference用热像仪观察一个低空间频率的圆形或方形靶标，当其视频信号信噪比（S/N）为1 时，目标与背景之间的等效温差，亦简称NETD。
NETD 是评价热像仪探测目标灵敏程序和噪声大小的一个客观参数。
MRTD最小可分辨温差minimum resolvable temperature difference它既反映红外热像仪的温度灵敏度，又反映了其空间分辨率，但受观察者主观因素影响较大。
2.1、可显示可显示指的是目标可以从热像仪的输出视频上显示出来，这个指标主要由镜头焦距决定。
关于可显示，现在比较认同的是统一到目标成像占探测器的像元数指标上来，然后根据目标所占像元素的多少区分成探测距离、识别距离、鉴别距离这样的指标称谓，且不同的厂家或者研究所对如上的指标称谓的定义可能各异。
我公司手册上给出的测试距离定义探测距离：目标在光轴截面上的短边成像占1个像素识别距离：目标在光轴截面上的短边成像占4个像素鉴别距离：目标在光轴截面上的短边成像占8个像素注：此处计算的成像像素和我们视频显示的像素不是一个概念，视频显示的图像加入了差值处理。
在热像仪产品的销售过程中，需要通过已知的镜头焦距换算成对固定大小目标的计算距离，或者由探测效果和目标大小反推所需镜头焦距。
非制冷探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题
非制冷探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题已知条件：1、非制冷探测器：8~14μ 35μ（像元） 像素：384×288；2、8~14μm 波段在海面情况下（分别针对喷气式飞机和舰艇）传输透过率分析。
（晴朗和浓雾）3、能量计算（探测距离）（1）海面对空 20km ，喷气式飞机，翼展30m（2）海面 20km ，舰艇（3）相对孔径、透过率4、非制冷型红外探测器光学系统参数： f′=30~180 ；F:1.8 ；透过率：τ〉90% 求晴朗和浓雾大气条件下红外搜索系统作用距离。
解：搜索系统的作用距离方程为：2121*0])(4[nsf F DD I S υυωσττπα⋅∆= 其中：i I ： 红外辐射强度 ατ： 大气透过率0τ： 光学系统透过率 D ： 通光口径*D ： 探测率 σ： 信号过程因子F ： 光圈数 ω： 视场角f ∆： 系统带宽 ns u u ：信噪比对于非致冷型波段在8-14um ，384×288分辨率mm f 180/=，8.1=F ，9.00=τ晴朗时C T o 25=%20=RH浓雾时C T o 30=%90=RH由于在3-5um 波段范围内飞机的辐射强度为483.49s wr对于辐射出射度有如下公式θππcos 535353A I L M ---== 在这里我们取O =0θ 根据所查资料面积取A=0.27 又因为在35m μ-波段范围内辐射出射度35M -可表示为：[]4350503(5)(3)M M M F T F T T σ---=-=-即： ()()[]27.01415.349.483354⨯=-T T F T F σ 整理得： ()()[]66.5625354=-T T F T F σ通过查表可求得：T=745K则在814m μ-的波段范围内的辐射出射度为：()()[]480140148814T T T M M M σ-=-=---()()[]24853.36437451067.5745874514mW =⨯⨯⨯⨯-⨯=- 则根据公式θππcos 148148148A I L M ---== 在这里我们取O =0θ 根据所查资料面积取A=0.27 所以Sr W A M I 14.3131415.327.053.36430cos 148148=⨯==O --π 由公式0f F D '=得到： 018101.8f cm D cm F '=== 通光孔径35384352880.0042180188a b m m W f f mm mm μμ⨯⨯=⋅=⋅='' 晴朗时，在8-14m μ波段范围内，根据前面所求水蒸气全路程可凝结水的毫米数为40.911mm ，则大气中水蒸气的透过率的平均值为 ()()28.08.113.960H O ττττ=++晴朗()476.060418.0352.0175.0=+++=晴朗时，在8-14m μ波段范围内，CO 2的等效海平面的水平距离为仍为2.442km,则水平距离为2CO X 的CO 2的透射率的平均值为()()28.08.113.9CO ττττ=++晴朗 ()898.060132.011=+++= 则在8-14m μ波段范围内，晴朗时，大气透过率为 ()()()22H O CO ατττ=⋅晴朗晴朗晴朗 =0.476*0.898=0.427 浓雾时，在8-14m μ波段范围内，根据前面所求水蒸气全路程可凝结水的毫米数为242.561mm ，则大气中水蒸气的透过率的平均值为 ()()28.08.113.9H O ττττ=++浓雾 ()051.060010.0003.00=+++= 对于CO 2的透过率，由于海平面的水平距离没有改变则2co τ没有改变 则2co τ（晴朗）=2co τ（浓雾）=0.898则在8-14m μ波段范围内，浓雾时，大气透过率为 ()()()22H O CO ατττ=⋅浓雾浓雾浓雾 =0.051*0.898=0.0458根据已知和上面所求得的数据如下：Sr WI 14.313148=-，()427.0=晴朗ατ，()0.0458ατ=浓雾，00.9τ=，010D cm =，12111103.11-*⋅⋅⨯=W H cm D Z ，0.67σ=， 1.8F =，Z H f 31018.26⨯=∆ 在晴朗时，波段为814m μ-的搜索系统的作用距离为：()120124s n I DD S F f U U απττσω*⎡⎤⎢⎥=⎢⎥∆⋅⎣⎦ ()12111323.1415313.140.42740.91013100.674 1.80.004226.18105⎛⎫ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭ =9.341km在浓雾时，波段为814m μ-的搜索系统的作用距离为： ()120124s n I DD S F f U U απττσω*⎡⎤⎢⎥=⎢⎥∆⋅⎣⎦ ()12111323.1415313.140.04580.91013100.674 1.80.004226.18105⎛⎫ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭ =3.058km。
制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题
制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题已知条件：1、制冷型探测器：3~5μ 30μ（像元） 像素：320×2402、3~5μm 波段在海面情况下（分别针对喷气式飞机和舰艇）传输透过率分析。
（晴朗和浓雾）3、能量计算（探测距离）（1）海面对空 20km ，喷气式飞机，翼展30m （2）海面 20km ，舰艇 （3）相对孔径、透过率4、非制冷型红外探测器光学系统参数：f′=30~180；F ：2.1；透过率：τ〉70% 求晴朗和浓雾大气条件下红外搜索系统作用距离。
解：搜索系统的作用距离方程为：2121*0])(4[ns f F DD I S υυωσττπα⋅∆= 其中：i I ： 红外辐射强度 ατ： 大气透过率0τ： 光学系统透过率 D ： 通光口径 *D ： 探测率 σ： 信号过程因子 F ： 光圈数 ω： 视场角f ∆： 系统带宽 ns u u：信噪比对于制冷型波段在3-5μm, 30u (像元)分辨率为320⨯240 'f =180mm=18cm F=2.1 晴朗时T=25C ︒ RH=90% 1) 通过查阅《红外技术》知在3-5μm 波段范围内，飞机的辐射强度53-I =483.49srw2) 大气透过率为大气中水蒸气透过率与大气中CO 2中透过率的乘积即22CO O H τττα⋅=相对湿度为空气中试样水蒸气含量与饱和时水蒸气含量比值即SRH ρρω=经查表知25C ︒饱和水蒸气的质量为S ρ=22.80 3m g则356.42080.22mg RH s w =︒︒⨯=⨯=ρρ又因为高度为h 的水平距离X 所具有的透射比等于长度为0X 的等效海平面上透射比即kPPX X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=00 其中P ：高度为h 处的大气压强P 0：平面上的大气压强k ：常数 对H 2O 系统k=0.5，对CO 2系统k=1.5 。
又因为根据已知有h=10km d=20km∴水平距离X=22h d -=221020-=103km经查表得 当h=10km 时对于H 2O 系统：k⎪⎪⎭⎫⎝⎛0ρρ=0.518对于CO 2系统：k ⎪⎪⎭⎫⎝⎛0ρρ=0.141根据以上数据可求得对于水蒸气全路程可凝结水的毫米数为KOH W W X X OH 2200W ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅=⋅=ρρρρ = 4.56⨯17.32⨯0.518 = 40.911mm经查表可得在3-5μm 范围内，可凝结水毫米数为40.911mm 的透过率对所有数值进行加和取平均()2 3.05.03.1 3.24.9(/2022H Oττττττ=+++⋅⋅⋅⋅++晴朗）=0.001+0.029+0.084+0.233+0.509+0.768+0.883+0.922+0.961+0.961+0.940+0.922+0.883+0.824+0.623+0.465+0.334+0.233+0.172+0.0375）/20= 0.539对于CO 2的等效海平面的水平距离为km X X KCO CO 442.2141.072.1322=⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=ρρ 经查表可得在3-5μm 范围内,海平面水平距离为2CO X 的CO 2的透射率的平均值为：()2 3.1 3.2 4.9 5.01220CO τττττ⎛⎫=++++⋅ ⎪⎝⎭L 晴朗= (+211+1+……+0.875+0.993/2）/20= 0.82322()()H O CO ατττ=⋅（晴朗）晴朗晴朗 =0.539823.0⨯ =0.444有浓雾时：经查表得T=30C ︒时，饱和空气中水蒸气质量为30.043m gRH S W ⋅=ρρ则水蒸气全路程可凝结水的毫米数为2200KW H OS H OW X RH X ρρρρ⎛⎫=⋅=⋅⋅⋅ ⎪⎝⎭=30.04⨯0.9⨯17.32⨯0.518 =242.561mm经查表可得在3-5um 波段范围内，可凝结水的毫米数为242.56mm 的透过率平均值为2 3.0 5.03.1 3.2 4.9()(0000.00400)22(0.36032020H o ττττττ+++⋅⋅⋅⋅+=+++++==浓雾）对于CO 2的透过率，由于海平面的水平距离没有改变则2co τ没有改变 则2co τ（晴朗）=2co τ（浓雾）=0.823 则有浓雾的大气透过率：ατ（浓雾）= 2H o τ（浓雾）2co τ⋅（浓雾）=0.3603×0.823=0.297由公式0/D f F =可得，cm cm F f D 571.81.218/0===视场角0021.01802403018032030//=⨯⨯⨯=⋅=mm ummm um f b f q w取信号因子67.0=σ系统宽带f ∆=26.12×3z 10H 信噪比5=nsu u 12111103.1-*⋅⋅⨯=W H cm D Z则晴朗时搜索系统的作用距离为2121*0])(4[nsf F DD I S υυωσττπα⋅∆= km765.35]5)1018.260021.0(1.2467.0103.1571.07.0444.049.48314.3[2121311=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=在浓雾时搜索系统的作用距离为2121*0])(4[nsf F DD I S υυωσττπα⋅∆= 111231/23.14483.490.70.2978.571 1.3100.67[]4 2.1(0.002126.1810)523.926km⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=。
红外搜索系统的作用距离及其等效检验
〈系统与设计〉红外搜索系统的作用距离及其等效检验*吴晗平，易新建，杨坤涛（华中科技大学光电子工程系，湖北 武汉 430074）摘要：推导了红外搜索系统的作用距离方程，并修正传统的红外搜索系统作用距离方程。
在检测条件偏离系统设计所规定的大气条件和目标特性情况下，推导出不同目标、不同大气条件下作用距离等效折算公式，用模拟目标代替规定目标进行检验。
所述方法可应用于系统设计和检验，以及评价红外搜索系统的综合性能。
关键词：红外点目标；红外搜索系统；作用距离；等效检验；检测方法中图分类号：TN216 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2004)04-0001-05引言在红外搜索系统的设计中，作用距离是衡量系统性能的一个综合性指标。
它与总体光学系统透过率、探测器性能参数、调制系统效率、信息检测系统信噪比等有着直接的关系，并且受大气传输、目标特性情况的影响。
因此，作为一个完善的红外搜索系统，作用距离方程应能正确地反映出以上诸因素的作用，而Hudson 推导的传统外搜索系统作用距离方程存在不完善[1]。
此外，由于系统设计规定的大气情况和目标特性与系统实际使用时的条件往往不一致，为了考核规定条件下系统的作用距离，需要研究提出系统作用距离的等效检验方法，而目前为止尚未见到有类似方法的报道。
1 作用距离方程推导与修正红外搜索系统所探测的目标一般成像为点，也就是说目标对系统的张角小于系统的瞬时视场，系统对整个目标所取的像元素还不到一个，在这种情况下反映在图像上是一个亮点，因此不能识别目标.但是根据这个亮点，能够通过信号处理探测到目标的存在。
点源目标红外成像探测的目的，就是在尽量远的距离上及早发现目标，并给出目标所在的方位。
设目标的有效面积为A ，目标距系统的距离为R ，目标对系统的张角为α'β'，系统瞬时视场为ω (ω=αβ)，且αβ＞α'β'。
当系统扫过目标的某一瞬时，由于目标像点并未充满探测器的有效灵敏面，因此在探测器灵敏面上尚有部分面积被背景所辐照。
制冷型红外热成像仪原理
制冷型红外热成像仪原理
制冷型红外热成像仪利用红外辐射的原理进行工作。
其工作原理主要可以分为以下几个步骤：
1. 接收红外辐射：红外热成像仪通过一系列的透镜和滤光片，将红外辐射从目标物体上收集起来。
这些透镜和滤光片可以选择性地对特定波长的红外辐射进行捕捉和处理。
2. 辐射能量转换：红外辐射在探测器中转化为电信号。
制冷型红外热成像仪通常采用霍尔格林或化感探测器来转换红外辐射能量为电信号。
这些探测器需要在低温环境下工作，因此红外热成像仪中通常使用制冷系统来保持探测器的温度。
3. 信号处理和图像重构：接收到的电信号被放大和处理，然后传输到信号处理单元进行处理。
信号处理单元根据接收到的电信号，计算出不同温度点的亮度值，并将其转化为图像。
图像重构是通过根据红外辐射的能量分布和温度分布来建立图像。
4. 显示和解析：最后，图像被显示在红外热成像仪的显示屏上。
用户可以观察到目标物体的红外辐射图像，并根据图像来分析目标物体的温度分布和热特性。
制冷型红外热成像仪利用红外辐射的不同能量分布和温度分布来生成图像，可以在暗无明亮的环境中检测到目标物体的热量分布，为很多应用领域提供了方便和有效的工具。
复杂大气条件下红外系统作用距离的估算
大气对红外系统作用距离的影响的研究
大气对红外系统作用距离的影响的研究李莹【摘要】目标由于处于大气中,大气对红外辐射衰减不可避免.大气的成分复杂且大气的状况也是随着气象条件而变化,所以不同时间、地点大气的分子和微粒对红外辐射产生的衰减不同.本文中考虑的是大气(水蒸气和二氧化碳分子)产生的吸收衰减以及散射作用,并且修正了由于高度、斜程和气象条件引起变化的大气透射率.最后用LOWIBAN软件计算出大气透射率.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2011(018)003【总页数】4页(P16-19)【关键词】大气透过率;红外系统;作用距离【作者】李莹【作者单位】长春理工大学,光电工程学院,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】O434.30 引言大气作为人们生存依赖的重要条件，它环绕在整个地球的表面。
目前人类所发明的各种图像探测器无论是在内层还是外层进行目标的探测，大气层都将成为目标辐射能量的传输媒介。
而红外成像系统在接受目标辐射出来辐射信号的时候，由于在大气层中吸收、散射和衰减的作用，使系统的成像受到影响，呈现出的图片出现模糊或者分辨率降低等情况。
所以对红外系统的研究中，需要考虑大气对红外辐射的影响［8］。
在本文中，主要研究红外辐射在大气传输的过程中，受到大气中分子的吸收、散射和天气情况的影响。
1 大气对红外辐射的影响在对红外系统的研究中，对大气中的衰减的研究是十分重要的［1］。
研究红外系统的作用距离估算，大气中的粒子对红外辐射的衰减主要是通过以下三种原因产生的:1)大气中气体分子对红外辐射的吸收;2)大气中杂质分子的散射;3)天气情况(云、雾、雨、雪)对红外辐射的衰减。
所以对大气系统对红外辐射衰减的研究，主要通过以上三种情况。
光谱透过率τa(λ)与衰减系数μ(λ)之间满足布盖尔 -朗伯定律，则它们之间的关系式为:式中，R为目标与红外系统之间的距离;φe(λ，R)为距离R处，目标或背景辐射能量的光谱密度;φe(λ，0)为R=0时φe(λ，R)的特例;λ为波长。
(完整版)红外测温算法——最终版
红外热像仪测温算法红外热像测温原理黑体辐射的基本规律是红外辐射理论研究和技术应用的基础.所谓黑体,就是在任何温度下能吸收任何波长辐射的物体。
斯蒂芬一波尔兹曼定律指出，黑体的辐出度，即黑体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射功率与其热力学温度T的四次方成正比：在相同温度下，实际物体在同一波长范围内辐射的功率总是小于黑体辐射的功率。
也就是说,实际物体的单色辐出度小于黑体的单色辐出度.我们把与的比值称为物体的单色黑度，它表示实际物体的辐射接近黑体的程度：即（1）将式（1)两端积分（2）如果物体的单色黑度是不随波长变化的常数，即,则称此类物体为灰体。
结合关系式：和可得所以（3）实际物体的热辐射在红外波长范围内，可以近似地看成灰体辐射。
被定义为物体的发射率。
表明该物体的辐射本领与同温度同测量条件下的黑体辐射本领之比.式（3)正是红外测温技术的理论依据。
作用于热像仪的辐射照度为（4）其中，为表面发射率，为表面吸收率，为大气的光谱透射率，为大气发射率，为被测物体表面温度，为环境温度，为大气温度, d 为该目标到测量仪器之间的距离，通常一定条件下，为一个常值，为热像仪最小空间张角所对应的目标的可视面积。
热像仪通常工作在某一个很窄的波段范围内，或之间，、、通常可认为与无关。
得到热像仪的响应电压为（5)其中,为热像仪透镜的面积，令,，则（5）式变为（6）红外热成像系统的探测器可以将接收到的红外波段的热辐射能量转换为电信号，经过放大、整型，模数转换后成为数字信号，在显示器上通过图像显示出来。
图像中的每一个点的灰度值与被测物体上该点发出并到达光电转换器件的辐射能量是对应的。
但直接从红外热成像系统显示的图像中读出的温度是物体表面的辐射温度，并不是真实温度，其值等于辐射出相同能量的黑体的真实温度.因此在实际测温时，要先用高精度黑体对热像仪进行标定，找出黑体温度与光电转换器件输出电压(在热图像上表现为灰度）的对应关系。
黑体的真实温度可由显示面板读出。
一种制冷型红外近景成像系统的无调焦设计
一种制冷型红外近景成像系统的无调焦设计彭晴晴;杨加强;张兴德;李荣刚;刘琳;孙昌峰【摘要】针对制冷型近景成像红外光学系统，讨论了近景系统调焦量对系统冷反射的影响，分析了在定焦近景成像系统中采用无调焦设计的必要性，以及如何选取合适参数提高系统景深、如何选取材料进行无热化设计从而实现无调焦的设计方法。
基于320×256中波制冷探测器，设计了一个焦距为20 mm、F/4的无热化红外光学系统，该系统景深范围可以覆盖成像范围（1～10 m），且在-40～55℃的温度范围内实现无调焦清晰成像。
%Based on the design of cooled infrared near range imaging system without focusing mechanism,the influence of the near range imaging system focusing on the narcissus phenomenon is discussed.The un-necessity of focusing mechanism in fix focus near range imaging system is analyzed,and the method of how to select suitable parameters to raise the depth of field and how to select materials to athermalization design is proposed for no focusing mechanism de-sign.Based on medium-wave 320 ×256 focal plane array cooled detect or,a athermalization infrared system with effec-tive focus length 20mm,F/4 is designed.This system can work well in distance of 1~10 m and temperature of -40~55 ℃ without focusing mechanism.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】4页(P909-912)【关键词】景深;近景成像;无调焦;无热化;制冷型红外系统【作者】彭晴晴;杨加强;张兴德;李荣刚;刘琳;孙昌峰【作者单位】中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京 100015;中国电子科技集团公司第十一研究所，北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN2161 引言随着红外探测技术的成熟，制冷型热像仪在越来越多的领域中得到应用。
不同大气条件下红外成像系统作用距离评估
不同大气条件下红外成像系统作用距离评估孙明昭;田超;王佳笑【摘要】Usually operation range test of infrared imaging system needs to be carried out under specific atmospheric conditions,which will cause difficulties to the test.By analyzing attenuation mechanism of various elements in atmosphere on infrared radiation of the target,the main influence factors of operating range were analyzed,and evaluation methods of operating range under different atmospheric conditions were discussed,which provide a reference for testing evaluation of operating range under the random atmospheric conditions.%通常红外系统的作用距离考核必须在特定的大气条件下进行,这对试验时机的选择带来不便,本文在分析大气各成分对目标红外辐射能量的衰减机理的基础上,分析出影响红外成像系统作用距离的主要因素,探索不同大气条件下红外系统作用距离的评估方法,为在任意大气条件下该项指标的测试结果评判提供参考,具有较大的借鉴意义.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)003【总页数】4页(P304-307)【关键词】红外成像系统;作用距离;大气条件【作者】孙明昭;田超;王佳笑【作者单位】中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200;中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200;中国华阴兵器试验中心,陕西华阴714200【正文语种】中文【中图分类】TN219红外热成像系统的作用距离是指在一定的大气条件下,系统对某一特定目标可能发现、识别和辨认的最远距离,是评价红外热成像系统性能的重要指标。
红外功率与距离关系介绍
一.红外灯功率与距离红外灯有室内、室外，短距离和长距离之分，一般常用室内10-20米范围的红外灯，由于墙壁的反射，图像效果还不错；用在室外长距离的红外灯效果就不会很理想，而且价格昂贵，不到必要时一般不采用。
红外灯有不同的功率及850nm、940nm两种波长，波长的选择取决于下列因素：1、如果用户不介意红外灯光线被肉眼所见，850nM的红外灯由于其照明距离远，效果好，应为首选。
2、如果考虑到红暴问题，必需使用940nm的红外灯，应选用低照度的摄像机。
3、选择相对孔径较大的镜头。
4、红外灯的发散角应与镜头的视场角相匹配。
最大照明范围取决于天气条件、物体的反光率和周围的光照水平，红外聚光灯最远的投射范围如下：500W=150-200米300W=80-120米50W =15-30米30W =5-15米二.红外距离与红外灯功率红外距离指的是红外光所达到的距离，从几米到几百米，甚至是数公里。
而夜间可视距离是通过监视器所能够看到的清晰有效最大距离，是由红外灯的发光距离、摄像机的感红外程度、现场反射红外情况、供电电源的质量及镜头的匹配情况来决定的。
它们之间相互的结果就像电脑的CPU、内存、芯片组的匹配情况一样，任何一个环节工作效率的降低都会使整个系统的效率降低。
现在有许多经销商以及厂家为了使自己的产品能在竞争中处于优势地位，都成几倍的夸大自己产品的性能，并且只给出产品的红外距离，只字不提客户真正想要的清晰可视距离，以至于现在的红外一体机都标称能看到200多米了。
较好的感红外摄像机（注：在这里所指的是彩色转黑白摄像机）配合远距离红外灯以及相应焦距的镜头，最远也只能看到150米左右，即使再增大红外灯的米数，也只是在光强度有所改变，距离上并改变不了多少，这是因为彩色摄像机的感红外程度是随着距离而呈递减态势，彩色摄像机CCD的原理也决定了彩色摄像机的感红外程度不如黑白摄像机。
而现在客户实际工程中使用的大部分都是彩色转黑白摄像机，此时的红外可视距离和红外距离有很大差别。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
制冷型探测器在不同大气条件下红外搜索系统作用距离计算问题
已知条件：
1、制冷型探测器：3~5μ 30μ（像元） 像素：320×240
2、3~5μm 波段在海面情况下（分别针对喷气式飞机和舰艇）传输透过率分析。
（晴朗和浓雾）
3、能量计算（探测距离）
（1）海面对空 20km ，喷气式飞机，翼展30m （2）海面 20km ，舰艇 （3）相对孔径、透过率
4、非制冷型红外探测器光学系统参数：f′=30~180；F ：2.1；透过率：τ〉70% 求晴朗和浓雾大气条件下红外搜索系统作用距离。
解：
搜索系统的作用距离方程为：
21
2
1
*0])(4[n
s f F DD I S υυωσττπα⋅
∆= 其中：i I ： 红外辐射强度 ατ： 大气透过率
0τ： 光学系统透过率 D ： 通光口径 *D ： 探测率 σ： 信号过程因子 F ： 光圈数 ω： 视场角
f ∆： 系统带宽 n
s u u
：信噪比
对于制冷型波段在3-5μm, 30u (像元)
分辨率为320⨯240 'f =180mm=18cm F=2.1 晴朗时T=25C ︒ RH=90% 1) 通过查阅《红外技术》知在3-5μm 波段范围内，飞机的辐射强度
53-I =483.49sr
w
2) 大气透过率为大气中水蒸气透过率与大气中CO 2中透过率的乘积即
2
2
CO O H τττα⋅=
相对湿度为空气中试样水蒸气含量与饱和时水蒸气含量比值
即S
RH ρρω
=
经查表知25C ︒饱和水蒸气的质量为S ρ=22.80 3
m g
则356.42080.22m
g RH s w =︒︒⨯=⨯=ρρ
又因为高度为h 的水平距离X 所具有的透射比等于长度为0X 的等效海平面上透射比即
k
P
P
X X ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⋅=0
0 其中P ：高度为h 处的大气压强
P 0：平面上的大气压强
k ：常数 对H 2O 系统k=0.5，对CO 2系统k=1.5 。
又因为根据已知有h=10km d=20km
∴水平距离X=22h d -=221020-=103km
经查表得 当h=10km 时
对于H 2O 系统：k
⎪⎪⎭⎫
⎝⎛0ρρ=0.518
对于CO 2系统：k ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛0ρρ=0.141
根据以上数据可求得对于水蒸气全路程可凝结水的毫米数为
K
O
H W W X X O
H 220
0W ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅=⋅=ρ
ρ
ρρ = 4.56⨯17.32⨯0.518 = 40.911mm
经查表可得在3-5μm 范围内，可凝结水毫米数为40.911mm 的透过率对所有数值进行加和取平均
()2 3.0
5.0
3.1 3.2
4.9(
/202
2
H O
τττ
τττ=+++⋅⋅⋅⋅++
晴朗）
=0.001+0.029+0.084+0.233+0.509+0.768+0.883+0.922+0.961+0.961+0.940+0.92
2+0.883+0.824+0.623+0.465+0.334+0.233+0.172+0.0375）/20
= 0.539
对于CO 2的等效海平面的水平距离为
km X X K
CO CO 442.2141.072.132
2
=⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=ρ
ρ 经查表可得在3-5μm 范围内,海平面水平距离为2CO X 的CO 2的透射率的平均值为：
()2 3.1 3.2 4.9 5.01
220
CO τττττ⎛⎫=++++⋅ ⎪⎝⎭L 晴朗= (+211+1+……+0.875+0.993/2）/20
= 0.823
22()()H O CO ατττ=⋅（晴朗）晴朗晴朗 =0.539823.0⨯ =0.444
有浓雾时：经查表得T=30C ︒时，饱和空气中水蒸气质量为30.043
m g
RH S W ⋅=ρρ
则水蒸气全路程可凝结水的毫米数为
2200K
W H O
S H O
W X RH X ρρρρ⎛⎫
=⋅=⋅⋅⋅ ⎪⎝⎭
=30.04⨯0.9⨯17.32⨯0.518 =242.561mm
经查表可得在3-5um 波段范围内，可凝结水的毫米数为242.56mm 的透过率平均值为
2 3.0 5.03.1 3.2 4.9()
(0000.00400)22(0.36032020H o ττττττ+++⋅⋅⋅⋅+=+++++==浓雾）
对于CO 2的透过率，由于海平面的水平距离没有改变则2co τ没有改变 则2co τ（晴朗）=2co τ（浓雾）=0.823 则有浓雾的大气透过率：
ατ（浓雾）= 2H o τ（浓雾）2
co τ⋅（浓雾）
=0.3603×0.823
=0.297
由公式0
/
D f F =可得，
cm cm F f D 571.81
.218/0===
视场角0021.01802403018032030/
/=⨯⨯⨯=⋅=
mm um
mm um f b f q w
取信号因子67.0=σ系统宽带f ∆=26.12×3z 10H 信噪比
5=n
s
u u 1211
1103.1-*
⋅⋅⨯=W H cm D Z
则晴朗时搜索系统的作用距离为
21
21
*0])(4[n
s
f F DD I S υυ
ωσττπα⋅∆= km
765.35]
5
)1018.260021.0(1.2467
.0103.1571.07.0444.049.48314.3[
2
12
1311=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
在浓雾时搜索系统的作用距离为
21
21
*0])(4[n
s
f F DD I S υυ
ωσττπα⋅∆= 1
11231/23.14483.490.70.2978.571 1.3100.67[]
4 2.1(0.002126.1810)5
23.926km
⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=。