红外成像系统
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• 非扫描凝视型：利用多元探测器面阵，使探测器中的每个单元与 景物的一个微面元对应。近几年来得到了发展。
• 热释电摄像：非光机扫描，采用热释电材料作靶面制成热释电摄 像管，可直接利用电子束扫描技术，制成电视摄像型热像仪。
¤ 3 红外热成像系统
热成像系统的基本技术参数:
1．瞬时视场（IFOV）
是探测器线性尺寸对系统物空间的两维张角：α = a , β = b
§ 1 红外辐射的基本概念
二、 基尔霍夫定律
• 当几个物体处于同一温度时，各物体发射红外线的能力正 比于它吸收红外线的能力。
• 当物体处于红外辐射平衡状态时，它所吸收的红外能量， 总恒等于它所发射的红外能量。
推论：性能好的反射体或透明体，必然是性能差的辐射体。
§ 1 红外辐射的基本概念
三、 斯蒂芬—玻耳兹曼定律
覆盖总视场。
• 光学系统包括：聚光光学系统、扫描光学系统。 • 特点：
分子有选择地吸收一定波长的红外辐射
• 大气对 1～15µm红外线的透过率曲线
大气透过率/%
100 80 60 40 20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
• 大气窗口: 1～2.5 µm 、 3～5 µm , 8～14 µm
20 波长/ µm
§ 1 红外辐射的基本概念
六、红外辐射在介质中的传输
• 红外光学材料的透过率曲线
（2）放大率
M = tgϖ ' = − fo ' × β
tgϖ
fe '
目镜
ϖ'=
arctg (Ds
/
f
' e
)
β：变像管放大率
（3）分辨率
θ
=
1
β × m'× fo '
m：光阴极面分辨率（线对／mm〕
（4）入瞳、出瞳
物镜系统：孔径光阑－－物镜框；视场光阑－－光阴极有效面积
目镜系统：出瞳－－人眼瞳孔；视场光阑－－荧光屏有效成像面
0.1
1.0
10
峰值波长/ µm
0.26 1.61 2.47 8.62 9.50 9.66 10.6 37.53
6000K 5000K 4000K 3000K 2000K 1000K 400K 100 波长/ µm
§ 1 红外辐射的基本概念
五、红外辐射在大气中的传输
• 气体分子吸收带中心波长 : 水蒸汽、二氧化碳、臭氧、氧化氮、甲烷和一氧化碳等气体的
对/mm时，MTF不低于75%。
§ 2 主动式红外成像系统
（2）对目镜的要求：
（a）合适的焦距。决定放大率；一般在20mm左右， （b）足够的视场。通常取在30°与90°之间。 （c）合适的出瞳距离和出瞳直径。
一般出瞳直径：人眼夜间7mm。 出瞳距离：一般观测：12～15mm， 炮和车瞄准：25～50mm。 （d）适当的工作距离（目镜前表面和前焦点之间的距离）。
（1）为光电成像器件提供所需的稳定直流高压， 使变像管在实际工作情况下保持合适的输出亮度。
（2）性能稳定，在高低温环境下保证系统正常工作。
（3）防潮、防震、体积小、重量轻且耗电省。
§ 2 主动式红外成像系统
四、 选通技术
1. 大气后向散射: 照射目标的光束被大气后向辐射进入系统。
引入背景噪声，降低了图像对比度和清晰度。
§ 1 红外辐射的基本概念
• 可见光：＝ 0.38～0.78 µm • λ< 0.38 µm: 紫外辐射、x 射线、γ射线和宇宙射线， • λ>0.78 µm: 红外辐射、微波和无线电波。 • 红外的三个区域：
近红外: 0.78～3.0 µm 中红外: 3.0～20 µm 远红外: 20～1000 µm • 任何高于绝对零度的物体都在不停地发生红外辐射。
光学机械扫描式；面阵成像器件式。 • 50年代：美国陆军第一台热像记录仪
萨默(A.H.Sommer)发明Sb-K-Na-Cs光阴极－－微光成像 • 60～ 70年代：红外成像仪大规模应用在军事装备上； • 80年代：凝视型IRCCD迅速发展，便携式小型化红外系统 • 90年代：非制冷红外面阵热像技术的发展，运用于工业检测。 • 21世纪：高象素、小型化、低成本方向发展。
§ 1 红外辐射的基本概念
一、黑体－－理想的辐射体：全部吸收或全部辐射
红外电磁波的辐射率、吸收率与波长、表面温度无关，并且等于1 。
• 一般物体的辐射率和吸收率都小于1
• 物体的比辐射率 ： ε = I / Ib
石墨及黑色漆面：ε ≈ 0.98； 抛光的铝表面： ε ≈ 0.05 砖、混凝土： ε ≈ 0.92～0.93 人体 : ε ≈ 0.98 水、冰: ε ≈ 0.96
三、 红外变像管
• 系统的核心，完成从近红外图像到可见光图像的转换与图像增强。
1．红外变像管的工作过程
• 红外光阴极 银氧铯（Ag-O-Cs）光敏层。
光学纤维
阴极外筒
电子轨迹
峰值灵敏度：0.8µm ，
长波上限为1.2µm ，
光灵敏度为30～40 µA/lm,
• 电子光学系统
静电聚焦系统 • 荧光屏
红外光阴极
1 05
四、维恩位移定律 1 04
λµmmax
λmax = 2897 / T
1 03
T: 绝对温度，单位K；
1 02
λmax: 峰值波长,单位 µm
10
物体名称 太阳 融化的铁 融化的铜 融化的蜡 人体 地球大气 冰 液态氮
温度/K 11000 1803 1173 336 305 300 273 77.2
2. 红外光源
电热光源（如白炽灯）；气体放电光源（如高压氙灯）；
半导体光源（如砷化镓发光二极管）；
激光光源（如砷化镓激光二极管）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
¤ 3 红外热成像系统
热图像：再现了景物各部分温度和辐射发射率差异；
显示出景物的特征。 光机扫描型红外热成像系统：
瞬时视场
光学系统
水平扫描
总视场
垂直扫描
探测器 放大器
以保证工作时视度调整。 （e）像差矫正： 视场大→轴外像差
口径大→球差和彗差 荧光屏和人眼低光度下的光谱特性→ 色差。
§ 2 主动式红外成像系统
（3）对角放大率的选择
(a) 放大率M： M = σ m α
α：最小能分辨目标对仪器的张角；
σ m：变像管观察灵敏阈对应的最小视角。
(b) 放大率与视场
M = tgϖ ' = − fo ' × β
τd
= Tf m
= αβ T f Wα W β
若探测器为n元并联线列探测器时：
τ d ' = nτ d
= α × βT f Wα W β
×n
考虑空载时间： Tf 乘以扫描效率，
注意探测器驻留时间应大于探测器的时间常数
¤ 3 红外热成像系统
一、光学系统
• 光机扫描型系统：以瞬时视场为单位，用光机扫描的方法来
倍压整流 电路
直流高压
目标
红外探照灯
物镜组
红外变像管
目镜组
眼睛
§ 2 主动式红外成像系统
• 工作波长：红外变像管光阴极响应谱区，0.76~1.2µm
• 利用目标和自然界景物之间红外反射能力的显著差异
• 比可见光受大气散射的影响小，而较易通过大气层
• 主动照明：全黑条件下工作，较大反差、清晰图像。但易于暴
tgϖ
fe '
若在目镜选定情况下增加倍率就要牺牲一定的物方视场。 (c) 放大率与仪器外形尺寸
增大放大率意味着加大物镜焦距。 一般主动红外夜视系统的放大率为4～8X之间。
§ 2 主动式红外成像系统
（4）对分辨力的选择
• 从人眼观测得：仪器分辨角：
θ =αe / M
M:仪器的放大率；αe :人眼极限分辨角：0.10＝6’＝0.00174 (rad)
荧光物质:硫硒化锌—铜[Zn（S， Se）·Cu]、
硫化锌镉—银[（ZnCd）S·Ag]、硫化锌—铜（ZnS·Cu）
阳极锥电极 荧光屏
光学纤维
§ 2 主动式红外成像系统
2. 直流高压电源
变像管和像增强器需要很高能量－－由高压电源提供。 变像管：1.2万～2.9万伏 微光像增强器：几千～几万伏
• 主动式红外成像系统对高压电源的要求：
相对辐射、透过、接受率
1
2
3
五、 红外探照灯
1. 对红外探照灯有下列要求 （1）光谱有效匹配，
有高的辐射效率。
（2）光束散射角与视场角基本吻合。
（3）红光暴露距离要短。
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
/m
（4）易调焦，滤光片和光源更换方便。 2-光源、3-滤光片和1-光电阴极光谱匹配曲线
（5）体积小、重量轻、寿命长、工作可靠。
两者之间的关系为：
fp
=1 Tf
¤ 3 红外热成像系统
4．扫描效率 ηsc
空载时间 T f ' ：同步扫描、回扫、直流恢复所需时间。
有效扫描时间 T f − T f '：帧周期与空载时间之差。 扫描效率：有效扫描时间与帧周期之比：
η sc
=
Tf
−Tf Tf
'
5．驻留时间：τ d
扫过一个探测器张角所需的时间：
§ 2 主动式红外成像系统
2．对光学系统的要求 （1） 对物镜的要求
（a）大口径： 1：1，1∶2，1：4 像面照度、物镜结构、重量、消像差难易。
（b）有最小渐晕以使光阴极上产生均匀照度。 （c）宽光谱范围校正色差。
对主动式红外系统为0.65～1.2光谱段。 （d）低频下有好的调制传递特性。
变像管为低通滤波器，30线对/mm，通常要求物镜在10线
显示器
¤ 3 红外热成像系统
电源
电源的调节与分配
目
物
标
镜
辐
系
射
统
制冷器
光 谱 滤 波
光 机 扫 描
探前
探
测置
测
器放
器
偏大
置器
视 频 处 理
同步扫描
图5-11 热成像系统工作框图
视频监视 视频记录
¤ 3 红外热成像系统
红外热成像的种类：
• 光机扫描型：探测器把接收的辐射信号转换成电信号，扫描视 场。对比度良好，结构复杂，成本高，但仍然受到重视，是发展 较为完善的一种热成像系统。
红外成像系统
徐之海
绪
论
• 红外成像系统将红外图像转变为可见光图像 • 红外夜视系统－－主动式近红外成像
运用物体对红外辐射的不同反射特性而进行成像。
• 热成像系统－－被动式红外成像
是运用物体自然发射的红外辐射进行成像。
红外成像简史
• 1929年柯勒（L. R. Koller）发明了Ag-O-Cs光阴极。 • 30年代中期：红外变像管、蒸汽热像仪。 • 40年代初期：红外夜视系统研制成功并应用于实战。
2. 选通技术的基本原理: 发出短脉冲光，在相应时间选通型变像管
• 1－－脉冲光源照明输出；
• 2－－接收到的后向散射辐射， 1
• 3－－由目标返回的反射辐射 2
• 4－－接收器的选通脉冲。
3
• 脉冲在1220m上渡越时间：8µm 4
选通工作时间周期：延迟8µm
0
4
8
12
16
20
24
28
N t/ s
物体的红外辐射能量密度W 与其自身的热力学温度T 的 四次方成正比，并与它表面的比辐射率ε 成正比。
W = εσT 4
σ －－斯蒂芬－玻耳兹曼常数，5.6697× 10−12 W / cm2K 4
推论：物体的温度愈高，其红外辐射能量愈多
108
1 07
§ 1 红外基本概念
1 06
辐射能量密度/ W/cm2. m
多晶氟化钙
多晶氟化镁
100
80
60
透过率/%
40
20
多晶硫化锌
单晶锗
单晶硅
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20 波长/ µm
• 材料种类： 晶体材料、 玻璃材料、 塑性材料
多晶氟化钙、三硫化二砷玻璃、聚四氟乙烯
§ 2 主动式红外成像系统
一、 系统结构与特点
高压电源
直流低压 电源
晶体管变换
电
路
稳压电路
升压 变电器
图5-7 l=1220米时的选通时序图
§2 主动式红外成像系统
激光脉冲宽度：100～200ns
对应物方传输空间： 30~60m
脉冲发生器
延时计数器 延时调节器
延时器
激光器
准直 光学
大气
目标
脉冲长度
临控
调节器
脉冲
选通 像管
成像 光学
高压供电
信号 输出
图5-8 选通成像系统框图
§ 2 主动式红外成像系统
• 从光阴极得：仪器分辨角： • 结论：物镜焦距、仪器放大率、
θ= 1
m× fo'
(rad)
光阴极面的分辨率之间满足： fo '≥ 573M / m
m--变像管光阴极面的分辨率
经验公式：
αe
=
⎢⎢⎣⎡⎜⎜⎝⎛
β
× 3438' mfe '
⎟⎟⎠⎞1.25
⎤ + 1⎥
⎥⎦
1
1.25
≈
6'
§2 主动式红外成像系统
露。
绿色草木
粗糙混凝土
100
80
暗绿色漆
60
40
20
反射比/%
0.2
0.4
0.6
0.8 1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0 波长/ µm
图5-5 典型目标的反射曲线
§2 主动式红外成像系统
二、 光学系统
光学设计消像差范围与变像管光阴极灵敏度范围相吻合
1. 成像系统的基本光学性能
（1）视场：物镜 ϖ = arctg(De / fo ')
若探测器为矩形，尺寸为a×b
f' f'
2.总视场（TFOV）
指光学系统所能观察到的物空间二维视场角
总视场在垂直方向和水平方向的分量为 Wα Wβ
图像中像元素总数 m为：
3．帧周期和帧频
m = WαWβ
αβ
系统扫过一幅画面所需的时间称为帧周期，记为 T f
系统一秒钟扫过画面的帧数称为帧频，记为， f p
• 热释电摄像：非光机扫描，采用热释电材料作靶面制成热释电摄 像管，可直接利用电子束扫描技术，制成电视摄像型热像仪。
¤ 3 红外热成像系统
热成像系统的基本技术参数:
1．瞬时视场（IFOV）
是探测器线性尺寸对系统物空间的两维张角：α = a , β = b
§ 1 红外辐射的基本概念
二、 基尔霍夫定律
• 当几个物体处于同一温度时，各物体发射红外线的能力正 比于它吸收红外线的能力。
• 当物体处于红外辐射平衡状态时，它所吸收的红外能量， 总恒等于它所发射的红外能量。
推论：性能好的反射体或透明体，必然是性能差的辐射体。
§ 1 红外辐射的基本概念
三、 斯蒂芬—玻耳兹曼定律
覆盖总视场。
• 光学系统包括：聚光光学系统、扫描光学系统。 • 特点：
分子有选择地吸收一定波长的红外辐射
• 大气对 1～15µm红外线的透过率曲线
大气透过率/%
100 80 60 40 20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
• 大气窗口: 1～2.5 µm 、 3～5 µm , 8～14 µm
20 波长/ µm
§ 1 红外辐射的基本概念
六、红外辐射在介质中的传输
• 红外光学材料的透过率曲线
（2）放大率
M = tgϖ ' = − fo ' × β
tgϖ
fe '
目镜
ϖ'=
arctg (Ds
/
f
' e
)
β：变像管放大率
（3）分辨率
θ
=
1
β × m'× fo '
m：光阴极面分辨率（线对／mm〕
（4）入瞳、出瞳
物镜系统：孔径光阑－－物镜框；视场光阑－－光阴极有效面积
目镜系统：出瞳－－人眼瞳孔；视场光阑－－荧光屏有效成像面
0.1
1.0
10
峰值波长/ µm
0.26 1.61 2.47 8.62 9.50 9.66 10.6 37.53
6000K 5000K 4000K 3000K 2000K 1000K 400K 100 波长/ µm
§ 1 红外辐射的基本概念
五、红外辐射在大气中的传输
• 气体分子吸收带中心波长 : 水蒸汽、二氧化碳、臭氧、氧化氮、甲烷和一氧化碳等气体的
对/mm时，MTF不低于75%。
§ 2 主动式红外成像系统
（2）对目镜的要求：
（a）合适的焦距。决定放大率；一般在20mm左右， （b）足够的视场。通常取在30°与90°之间。 （c）合适的出瞳距离和出瞳直径。
一般出瞳直径：人眼夜间7mm。 出瞳距离：一般观测：12～15mm， 炮和车瞄准：25～50mm。 （d）适当的工作距离（目镜前表面和前焦点之间的距离）。
（1）为光电成像器件提供所需的稳定直流高压， 使变像管在实际工作情况下保持合适的输出亮度。
（2）性能稳定，在高低温环境下保证系统正常工作。
（3）防潮、防震、体积小、重量轻且耗电省。
§ 2 主动式红外成像系统
四、 选通技术
1. 大气后向散射: 照射目标的光束被大气后向辐射进入系统。
引入背景噪声，降低了图像对比度和清晰度。
§ 1 红外辐射的基本概念
• 可见光：＝ 0.38～0.78 µm • λ< 0.38 µm: 紫外辐射、x 射线、γ射线和宇宙射线， • λ>0.78 µm: 红外辐射、微波和无线电波。 • 红外的三个区域：
近红外: 0.78～3.0 µm 中红外: 3.0～20 µm 远红外: 20～1000 µm • 任何高于绝对零度的物体都在不停地发生红外辐射。
光学机械扫描式；面阵成像器件式。 • 50年代：美国陆军第一台热像记录仪
萨默(A.H.Sommer)发明Sb-K-Na-Cs光阴极－－微光成像 • 60～ 70年代：红外成像仪大规模应用在军事装备上； • 80年代：凝视型IRCCD迅速发展，便携式小型化红外系统 • 90年代：非制冷红外面阵热像技术的发展，运用于工业检测。 • 21世纪：高象素、小型化、低成本方向发展。
§ 1 红外辐射的基本概念
一、黑体－－理想的辐射体：全部吸收或全部辐射
红外电磁波的辐射率、吸收率与波长、表面温度无关，并且等于1 。
• 一般物体的辐射率和吸收率都小于1
• 物体的比辐射率 ： ε = I / Ib
石墨及黑色漆面：ε ≈ 0.98； 抛光的铝表面： ε ≈ 0.05 砖、混凝土： ε ≈ 0.92～0.93 人体 : ε ≈ 0.98 水、冰: ε ≈ 0.96
三、 红外变像管
• 系统的核心，完成从近红外图像到可见光图像的转换与图像增强。
1．红外变像管的工作过程
• 红外光阴极 银氧铯（Ag-O-Cs）光敏层。
光学纤维
阴极外筒
电子轨迹
峰值灵敏度：0.8µm ，
长波上限为1.2µm ，
光灵敏度为30～40 µA/lm,
• 电子光学系统
静电聚焦系统 • 荧光屏
红外光阴极
1 05
四、维恩位移定律 1 04
λµmmax
λmax = 2897 / T
1 03
T: 绝对温度，单位K；
1 02
λmax: 峰值波长,单位 µm
10
物体名称 太阳 融化的铁 融化的铜 融化的蜡 人体 地球大气 冰 液态氮
温度/K 11000 1803 1173 336 305 300 273 77.2
2. 红外光源
电热光源（如白炽灯）；气体放电光源（如高压氙灯）；
半导体光源（如砷化镓发光二极管）；
激光光源（如砷化镓激光二极管）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
¤ 3 红外热成像系统
热图像：再现了景物各部分温度和辐射发射率差异；
显示出景物的特征。 光机扫描型红外热成像系统：
瞬时视场
光学系统
水平扫描
总视场
垂直扫描
探测器 放大器
以保证工作时视度调整。 （e）像差矫正： 视场大→轴外像差
口径大→球差和彗差 荧光屏和人眼低光度下的光谱特性→ 色差。
§ 2 主动式红外成像系统
（3）对角放大率的选择
(a) 放大率M： M = σ m α
α：最小能分辨目标对仪器的张角；
σ m：变像管观察灵敏阈对应的最小视角。
(b) 放大率与视场
M = tgϖ ' = − fo ' × β
τd
= Tf m
= αβ T f Wα W β
若探测器为n元并联线列探测器时：
τ d ' = nτ d
= α × βT f Wα W β
×n
考虑空载时间： Tf 乘以扫描效率，
注意探测器驻留时间应大于探测器的时间常数
¤ 3 红外热成像系统
一、光学系统
• 光机扫描型系统：以瞬时视场为单位，用光机扫描的方法来
倍压整流 电路
直流高压
目标
红外探照灯
物镜组
红外变像管
目镜组
眼睛
§ 2 主动式红外成像系统
• 工作波长：红外变像管光阴极响应谱区，0.76~1.2µm
• 利用目标和自然界景物之间红外反射能力的显著差异
• 比可见光受大气散射的影响小，而较易通过大气层
• 主动照明：全黑条件下工作，较大反差、清晰图像。但易于暴
tgϖ
fe '
若在目镜选定情况下增加倍率就要牺牲一定的物方视场。 (c) 放大率与仪器外形尺寸
增大放大率意味着加大物镜焦距。 一般主动红外夜视系统的放大率为4～8X之间。
§ 2 主动式红外成像系统
（4）对分辨力的选择
• 从人眼观测得：仪器分辨角：
θ =αe / M
M:仪器的放大率；αe :人眼极限分辨角：0.10＝6’＝0.00174 (rad)
荧光物质:硫硒化锌—铜[Zn（S， Se）·Cu]、
硫化锌镉—银[（ZnCd）S·Ag]、硫化锌—铜（ZnS·Cu）
阳极锥电极 荧光屏
光学纤维
§ 2 主动式红外成像系统
2. 直流高压电源
变像管和像增强器需要很高能量－－由高压电源提供。 变像管：1.2万～2.9万伏 微光像增强器：几千～几万伏
• 主动式红外成像系统对高压电源的要求：
相对辐射、透过、接受率
1
2
3
五、 红外探照灯
1. 对红外探照灯有下列要求 （1）光谱有效匹配，
有高的辐射效率。
（2）光束散射角与视场角基本吻合。
（3）红光暴露距离要短。
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
/m
（4）易调焦，滤光片和光源更换方便。 2-光源、3-滤光片和1-光电阴极光谱匹配曲线
（5）体积小、重量轻、寿命长、工作可靠。
两者之间的关系为：
fp
=1 Tf
¤ 3 红外热成像系统
4．扫描效率 ηsc
空载时间 T f ' ：同步扫描、回扫、直流恢复所需时间。
有效扫描时间 T f − T f '：帧周期与空载时间之差。 扫描效率：有效扫描时间与帧周期之比：
η sc
=
Tf
−Tf Tf
'
5．驻留时间：τ d
扫过一个探测器张角所需的时间：
§ 2 主动式红外成像系统
2．对光学系统的要求 （1） 对物镜的要求
（a）大口径： 1：1，1∶2，1：4 像面照度、物镜结构、重量、消像差难易。
（b）有最小渐晕以使光阴极上产生均匀照度。 （c）宽光谱范围校正色差。
对主动式红外系统为0.65～1.2光谱段。 （d）低频下有好的调制传递特性。
变像管为低通滤波器，30线对/mm，通常要求物镜在10线
显示器
¤ 3 红外热成像系统
电源
电源的调节与分配
目
物
标
镜
辐
系
射
统
制冷器
光 谱 滤 波
光 机 扫 描
探前
探
测置
测
器放
器
偏大
置器
视 频 处 理
同步扫描
图5-11 热成像系统工作框图
视频监视 视频记录
¤ 3 红外热成像系统
红外热成像的种类：
• 光机扫描型：探测器把接收的辐射信号转换成电信号，扫描视 场。对比度良好，结构复杂，成本高，但仍然受到重视，是发展 较为完善的一种热成像系统。
红外成像系统
徐之海
绪
论
• 红外成像系统将红外图像转变为可见光图像 • 红外夜视系统－－主动式近红外成像
运用物体对红外辐射的不同反射特性而进行成像。
• 热成像系统－－被动式红外成像
是运用物体自然发射的红外辐射进行成像。
红外成像简史
• 1929年柯勒（L. R. Koller）发明了Ag-O-Cs光阴极。 • 30年代中期：红外变像管、蒸汽热像仪。 • 40年代初期：红外夜视系统研制成功并应用于实战。
2. 选通技术的基本原理: 发出短脉冲光，在相应时间选通型变像管
• 1－－脉冲光源照明输出；
• 2－－接收到的后向散射辐射， 1
• 3－－由目标返回的反射辐射 2
• 4－－接收器的选通脉冲。
3
• 脉冲在1220m上渡越时间：8µm 4
选通工作时间周期：延迟8µm
0
4
8
12
16
20
24
28
N t/ s
物体的红外辐射能量密度W 与其自身的热力学温度T 的 四次方成正比，并与它表面的比辐射率ε 成正比。
W = εσT 4
σ －－斯蒂芬－玻耳兹曼常数，5.6697× 10−12 W / cm2K 4
推论：物体的温度愈高，其红外辐射能量愈多
108
1 07
§ 1 红外基本概念
1 06
辐射能量密度/ W/cm2. m
多晶氟化钙
多晶氟化镁
100
80
60
透过率/%
40
20
多晶硫化锌
单晶锗
单晶硅
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20 波长/ µm
• 材料种类： 晶体材料、 玻璃材料、 塑性材料
多晶氟化钙、三硫化二砷玻璃、聚四氟乙烯
§ 2 主动式红外成像系统
一、 系统结构与特点
高压电源
直流低压 电源
晶体管变换
电
路
稳压电路
升压 变电器
图5-7 l=1220米时的选通时序图
§2 主动式红外成像系统
激光脉冲宽度：100～200ns
对应物方传输空间： 30~60m
脉冲发生器
延时计数器 延时调节器
延时器
激光器
准直 光学
大气
目标
脉冲长度
临控
调节器
脉冲
选通 像管
成像 光学
高压供电
信号 输出
图5-8 选通成像系统框图
§ 2 主动式红外成像系统
• 从光阴极得：仪器分辨角： • 结论：物镜焦距、仪器放大率、
θ= 1
m× fo'
(rad)
光阴极面的分辨率之间满足： fo '≥ 573M / m
m--变像管光阴极面的分辨率
经验公式：
αe
=
⎢⎢⎣⎡⎜⎜⎝⎛
β
× 3438' mfe '
⎟⎟⎠⎞1.25
⎤ + 1⎥
⎥⎦
1
1.25
≈
6'
§2 主动式红外成像系统
露。
绿色草木
粗糙混凝土
100
80
暗绿色漆
60
40
20
反射比/%
0.2
0.4
0.6
0.8 1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0 波长/ µm
图5-5 典型目标的反射曲线
§2 主动式红外成像系统
二、 光学系统
光学设计消像差范围与变像管光阴极灵敏度范围相吻合
1. 成像系统的基本光学性能
（1）视场：物镜 ϖ = arctg(De / fo ')
若探测器为矩形，尺寸为a×b
f' f'
2.总视场（TFOV）
指光学系统所能观察到的物空间二维视场角
总视场在垂直方向和水平方向的分量为 Wα Wβ
图像中像元素总数 m为：
3．帧周期和帧频
m = WαWβ
αβ
系统扫过一幅画面所需的时间称为帧周期，记为 T f
系统一秒钟扫过画面的帧数称为帧频，记为， f p