第7章_致冷型红外成像器件

红外技术用于夜视，是由
于其工作原理决定的，它 的许多特点使它不只用于 夜视，还可用于探测、跟 踪、侦察、告警、火控、 图是热像仪夜间拍摄的热图像，它是景物的 热图，不受有无阳光照射的影响。 红外技术的核心是高灵敏度地接收红外线， 并把它转变成电信号输出。 制导以及工业、农业、医 学、科研等各个领域。
红外热像图
红外热像仪接收目标各部位辐射的红外能量，并将其转 换为温度值，用不同的颜色标示不同的温度，以热像图 方式在液晶屏上显示。
可见光图
红外热像图
• 红外辐射的应用:
• 红外线存在于自然界的任何角落，一切温度高于绝对零度的 有生命体和无生命体时时刻刻都在不停地辐射红外线。 • 太阳是红外线的巨大辐射源，整个星空都是红外线源，地球 上，无论高山，还是森林湖泊，冰天雪地，都在日夜不停地 放射红外线， • 特别是，活动在地面、水中和空中的军事装置，如坦克、车 辆、军舰、飞机等，由于有高温部位，往往形成强的红外辐 射源。红外辐射的探测在军事上和民生上有广泛的应用需求。 • 在二次世界大战开始前后，现代红外成像技术进入了初期阶 段，在五十年代和六十年代，使用单元致冷铅盐探测器制作 的红外传感器首次用于防空导弹寻的。从此开始了红外在军 事上应用. • 目前，红外技术已经从军事应用，走向民用，在国民经济各 领域发挥着巨大的作用。
地毯上的脚印
夜视监视
制造业
芯片和电路板
电器产品
石化
预防性维护
电器维护
机械维护
造纸
生产
Fra Baidu bibliotek
温度不同
科研/测试
飞机机翼
冰箱保鲜
冶金
电力
动物医疗
军事上的应用
红外武器装备包括红外夜视、前视 红外、侦察、告警、火控、跟踪、 定位、精确制导和光电对抗等先进 技术装备，对取得战场主动权和进 行夜战，发挥了突出作用。
红外成像装备及观察到的F117图像
从常规的夜间红外瞄准具到空间 的卫星拦截器都使用了红外技术。
有人统计从1975—1985年，马 岛战争至两伊战争期间，被红外 制导导弹击落的飞机，占飞机损 失总数的95％。红外搜索跟踪仪 的跟踪精度可以在10＂以内，对 超低空目标和掠海飞行目标的抗 干扰能力以及对多目标的选择跟 踪能力，都是已有手段中最好的；
“阿帕奇”武装直升机的红外侦察图像
预警卫星装有高精度的探测器。始终 指向敌对方的地区。一旦敌方发射导 弹，卫星就可以探测出来，同时通过 对飞行弹道进行计算，可以确定它的 落点和攻击目标，并马上把信息传到 本部指挥中心，提醒作好反击准备。 一般的洲际导弹要飞行几十分种的 时间，中程导弹也要飞行几分种到 十几分种的时间。预警卫星的报警 就为自己一方赢得了宝贵的时间。
红外应用
• • • • • • 建筑检测 食品 警用安防 制造业 石化 预防性维护 • • • • • • 造纸 科研/测试 冶金 电力 动物医疗 军事上
建筑检测
卧室屋顶漏水
办公楼隔热玻璃
BCAM/BCAM SD/B2/B4/B360/B400
食品
冷冻的鸡肉
食品制作过程中控制温度
警用安防
树丛里的嫌疑犯
红外热像仪工作示意图
电路处理 红外辐射
物 体
红外热图 红外镜头 探测器
红外热像仪是全被动接收仪器，依靠接收目标自 身辐射的红外信号工作，对于其他精密电子仪器 设备没有任何干扰。
热成像测量物体表面温度
目前最灵敏的热成像系统 能测出0.01℃的温度变化
灵敏度高
空间分辨率高
例如：点热成像系统1s内 可测出20万个点。
近红外线 红外线短波
0.70
2.00 6.00 8.00
热测量
红外线中波
红外线长波
15.00
微波
104
波长单位为微米 (µm)
大气对红外线吸收比较 少的波段，也就是透射 率比较高的波段，被形 象地称为“大气窗口”。 对应大气窗口的波段， 开发利用比较充分
大气红外透射曲线
红外波段分为短 波红外 (SWIR)1～3μ m 波 段 ， 中 波 红 外 (MWIR)3～5μ m 波段和 长 波 红 外 ( LWIR)8～ 14μ m波段。
美军近日在导弹防御上可谓不 惜血本，对导弹防御系统的资 金投入，到2016年，其年度 费用将达150亿美元。2012年 7月，朝鲜进行导弹试射时， 美军的反导预警系统对朝鲜导 弹试射情况掌握得一清二楚。
卫星红外侦察、预 警，可以在数十秒 内探测到弹道导弹 助推段火箭的发射。
预警卫星的红外望远镜，可以全 天候探测“飞毛腿”导弹发射， 30s 内就可探测到发动机喷射的 尾焰，为“反导”赢得了时间； 长波红外热像仪在夜间可看清战 场目标，提高了飞机、坦克、战 车的夜间作战能力和识别伪装目 标的能力，海湾战争中飞机轰炸 主要是在夜间进行的。
第7章 致冷型红外成像器件
• 红外辐射的发现: 红外辐射是1800年由英国天文学家威廉．赫谢 尔(Herschel)爵士发现的，他在重复牛顿著名的 棱镜实验时，探测到紧邻可见光谱低频端的区域 中存在的热量。 • 1900年，普朗克推导出了普朗克辐射定律，并定 量地预计出黑体辐射能量与温度和波长的函数关 系。
• 红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。 • 在军事上，红外热像仪可应用于军事夜视侦查、 武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥 感等多个领域； • 在民用方面，红外热像仪可以用于材料缺陷的检 测与评价、建筑节能评价、设备状态热诊断、生 产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。 • 这种热像图与物体表面的热分布场相对应； • 实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热像分 布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少 层次和立体感，因此，在实际动作过程中为更有 效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些 辅助措施来增加仪器的实用功能，如图像亮度、 对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等技术。
红外线属于电磁辐射，同样具有光波的性质，在 真空中以光速直线传播，遵守同样的反射、折射、 衍射和偏振定律，区别只是波长(频率)不同而已。
红外线波长范围： 在0.75µm ~ 1000µm
X射线
10-4 10-2
紫外线
0.28 0.40
红外线波长的短波端与可见 光相接，波长的长波端与无 线电的微波 ( 毫米波 ) 相连。 红外热像仪可以接收红外辐 射并将其转换为温度。