非制冷红外焦平面探测器及其典型应用

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不同波段红外成像特征
SWIR
• 可使用常规可见光 镜头，可透过玻璃 成像 • 可探测1.06μm及 1.55μm激光 • 可复现可见光图像 细节
MWIR
• 在高温、潮湿的海 洋大气条件下，中 波红外的传输优于 长波红外 • 如舰船发动机等高 温目标中波红外特 征明显 • 中波制冷红外的技 术成熟度
探测能力强：一般长焦热成 像仪能观测3千米以上的人员 和6千米以上的车辆。 可识别迷彩等伪装，分辨人体 车辆能力强
抗电磁干扰
红外成像能穿透烟雾看到后面的人
准全天候
作用距离 远
辨伪能力强
红外成像能看到树丛后的人员
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红外成像典型应用
夜视成像
国防装备、汽车夜间辅助驾驶、安 防监控、消防救援、城市安全、执 法、个人消费电子、
制冷光子型
原理：光子型探测 优势：成像距离远，成像清晰，响应时间快，可高帧频工作（400Hz)； 劣势：系统功耗大，体积大，成本高，运行时间受制冷机寿命限制； 应用：红外雷达，光电吊舱，导引头等远距离观测与跟踪高端军用
非制冷热式
原理：热式探测原理 优势：SWaP-C 劣势：成像距离较近，不适合点目标，成像图形噪声高 应用：单兵武器、低成本导引头等军用及电力测温、安防，汽车，工业检 测等民用市场
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个人消费市场
个人红外成像，如消费级无人机红外成像载荷，安全视觉、狩猎、户外观等;
个人视觉系统应用：护目镜、安全视觉、狩猎、户外观察 智能家电应用：空调、微波炉等家居应用，采用低成本、小面阵传感器 家庭安防：红外成像不泄漏家庭隐私，可以实现家庭24小时安全监控 手机型工具类热像仪
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国内红外成像市场发展
与全球红外成像市场相比，国内红外成像市场整体还不太成熟； 国内装备市场底子偏薄、成长空间可观； 测温工具、单目手持夜视个人装备等领域还有很大的增长空间； 随着红外成像在安防、汽车夜间辅助驾驶、无人机、手机等领域的应用，我国 民用红外成像有望呈现爆发式增长。
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红外成像探测器技术
焦平面探测器关键指标
图像分辨率：阵列规模、像元尺寸； 性能基础指标：噪声等效温差（NETD）、热响应时间（ Thermal constant time)，工作帧频（Frame rate)，动态范围（ Dynamic Range），功耗 非均匀性：响应非均匀性、固定图形噪声、3D噪声； 质量品控：盲元、坏簇、产品一致性 易用性：TEC-less，Shutter-less，Sun-safe, Vibration/Shock Capable。
LWIR
• 长波红外在地面大 气环境的传输最好 • 长波红外与室温目 标的红外辐射光谱 的匹配最好 • 战场环境烟雾环境 适应性好 • 非制冷长波红外成 像成本较低
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红外成像技术优势
隐蔽性好 全天时
被动式目标成像与识别，隐 蔽性好 能真正做到24小时全天时监控， 不受白天黑夜影响 不受电磁影响，能远距离精 确跟踪热目标 可穿透烟雾、雾霾、云雾成像， 在恶劣天气条件下的成像效果 几乎不受影响。
红外测温
森林/仓储防火、电力监测、疫病防 控、建筑节能评估、工业测温等
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民用市场
安防监控、车载、电力测温、消防救援、疾病防控等 在监控市场中，安防厂家大举进入。美国FLIR公司、国内海康、大华等专业 厂家已经进入市场，应用范围扩大到政府机关、银行、交通、停车场、发电 站、危险品仓库等领域; 汽车夜视增长潜力巨大，欧盟新车安全评鉴协会（Euro NCAP）发布的最新 欧洲新车碰撞测试会促进市场增长，采用热成像解决方案来减少夜间行人碰 撞的发生； 民用市场对探测器信价比及产品一致性要求较高。
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红外成像技术—发展史
1800年， 赫胥尔发现了红外线 （水银温度计）
1800 1901年，Langley 利用探测到
1/4英里外的一头牛（电阻 式测辐射热计） 1930 光机扫描、红外 摄像管技术
1940 1956
AIM-9响尾蛇导弹 （光子单元型）
光机扫描红外成像技术
1965
1980 制冷光子型红外成像技术
非制冷红外焦平面探测器技术 及典型应用
夜视成像技术—红外成像
人眼可见光谱范围大约为390～760nm，对红外线不可见 高于绝对零度（-273℃）的物体都不断的辐射红外线 红外辐射无处不在！
电磁光谱图
红外辐射发现者：英国科学家赫歇尔(1800年）
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Biblioteka Baidu 红外波段大气窗口
物体红外辐射的能量与波长，取决于物体温度 室温目标（300K）辐射中心波长约为10μm 大气窗口：1~2.5μm SWIR，3~5μm MWIR与8~14μm LWIR
非制冷型红外成像技术
2000
个人消费红外成像技术
now
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非制冷红外成像技术流派
1978年，Raytheon和TI 团队分别申请了BST技术专利。 80 年代， Raytheon 与 Honeywell 获得美国政府 HIDAD 支持，研制非制冷红外焦平面探测 器。Raytheon致力于将BST技术商用化，而Hollywell则选择研究VOx技术。 1990~1994 年， Hollywell 将其研发成功的 VOx 技术先后转让给多家公司，形成了国际上 非制冷红外焦平面探测器主要供应商，如：FLIR 、Raytheon Vision System、BAe System 、DRS、SCD、NEC等。 90 年代中期， TI公司开放其 BST 热成像技术至商用领域，但由于其在性能方面落后于 VOx 技术，市场前景不乐观。同一时期，TI公司开始研制a-Si技术，后TI将这两项技术 打包卖给Raytheon commercial IR，后者在2004年又将其一起转卖给L-3。） 90年代末，法国CEA/LETI机构研制的a-Si技术获得成功，后将其授权给ULIS。
非制冷红外成像技术流派
20世纪90 年代末，非制冷红外焦平面探测器的技术流派基本定型，下图是现今市场上仍保 持占有率的两类micro-bolometer技术（VOx和a-Si ）及其承袭关系。
VOx
Honeywell 1990~1994 LORAL 1996 LOCKHEED MARTIN 2000 SCD NEC BAe System ROCKWELL 1996 BOEING 2001 DRS RAYTHEON Vision System 1992 1997 INDIGO 2004 2004 FLIR L-3 Communications ULIS AMBER HUGHES 1997