第六课_红外成像原理
红外成像的原理
红外成像的原理一、引言红外成像是一种利用物体发射的红外辐射进行成像的技术。
在红外光谱范围内，物体的发射和反射红外光与其温度密切相关。
因此，通过检测和分析物体发射的红外辐射，可以获取物体的温度分布信息，实现红外成像。
二、红外辐射特点红外辐射是指波长长于可见光的电磁辐射，波长范围一般为0.75-1000微米。
与可见光相比，红外辐射具有以下特点：1. 红外辐射在大气中的传输性能较好。
红外辐射的传输受大气吸收的影响较小，因此可以在大气环境中远距离传输。
2. 红外辐射与物体的热量有关。
物体的温度越高，发射的红外辐射能量越大。
3. 红外辐射可以穿透一些透明的介质。
某些红外辐射波长范围内的辐射可以穿透玻璃、塑料等透明材料。
三、红外成像原理红外成像的原理基于物体发射的红外辐射与其温度相关的特性。
红外成像的过程可以分为以下几个步骤：1. 红外辐射接收：通过红外探测器接收物体发射的红外辐射。
红外探测器常用的有热电偶、焦平面阵列等。
2. 信号处理：接收到的红外辐射信号经过放大、滤波等处理，以提高信噪比和图像质量。
3. 图像重建：将经过处理的红外辐射信号转换为图像。
图像的重建可以采用各种算法和技术，如傅里叶变换、滤波和插值等。
4. 温度计算：通过图像中的红外辐射强度来计算物体的温度分布。
通常，根据物体的辐射强度与温度之间的关系建立一个标定模型，以将辐射强度转换为温度值。
四、红外成像的应用红外成像技术在军事、安防、医疗、工业检测等领域具有广泛的应用前景。
1. 军事：红外成像技术可以用于夜视仪、导弹制导系统等军事设备中，实现在暗夜环境下的目标探测和识别。
2. 安防：红外成像技术可以用于监控系统，实现对暗夜中的目标进行视频监控和识别，提高安全性。
3. 医疗：红外成像技术可以用于医学诊断，如乳腺癌早期检测、皮肤病诊断等。
4. 工业检测：红外成像技术可以用于工业设备的故障检测和预防性维护，提高生产效率和设备可靠性。
五、红外成像的发展趋势随着红外探测器、信号处理和图像重建技术的不断进步，红外成像技术已经取得了显著的发展。
红外线成像原理
红外线成像原理红外线成像是一种利用物体辐射的红外辐射来获取目标信息的技术。
红外线成像技术已经广泛应用于军事、安防、医疗、工业检测等领域。
它能够在夜晚或者低光条件下实现目标的探测和识别，具有很高的实用价值。
红外线成像的原理主要基于物体的热辐射特性。
所有的物体都会向外辐射热能，这种热能的波长范围在红外波段，因此被称为红外辐射。
根据物体的温度不同，其辐射的红外波长也会不同。
利用红外线成像技术，可以通过探测器接收目标的红外辐射，然后将其转换成电信号，最终形成红外图像。
红外线成像技术主要包括红外辐射探测、信号处理和图像显示三个主要部分。
首先是红外辐射探测，它是整个系统的核心部分。
探测器的性能直接影响到成像的清晰度和灵敏度。
目前常用的红外探测器有热电偶探测器、焦平面阵列探测器等。
其次是信号处理部分，它包括信号放大、滤波、数字化等步骤，用于增强图像的对比度和清晰度。
最后是图像显示，通过将信号转换成可见的图像，来实现对目标的观测和识别。
红外线成像技术具有很多优点。
首先，它可以实现夜视功能，对于夜间作战和夜间监控具有重要意义。
其次，它可以穿透一些雾、烟、灰尘等大气干扰，具有较好的透视能力。
另外，红外线成像技术还可以实现对温度分布的测量，用于工业检测和医学诊断。
然而，红外线成像技术也存在一些局限性。
首先，受到红外辐射的波长范围限制，其分辨率不如可见光成像技术高。
其次，受到大气吸收和散射的影响，红外线成像技术在远距离观测上存在一定的局限性。
另外，红外线成像设备的成本较高，对于一些应用场景来说，成本可能是一个制约因素。
总的来说，红外线成像技术以其独特的优势和应用价值，已经成为现代科技领域中不可或缺的一部分。
随着技术的不断进步，相信红外线成像技术在未来会有更广泛的应用和发展。
红外成像原理教学课件
疾病诊断
红外成像技术能够无创、无痛地 检测人体组织的温度和热分布， 辅助医生诊断疾病，如乳腺肿瘤 、甲状腺疾病等。
康复治疗
红外成像技术能够促进血液循环 、缓解疼痛、加速伤口愈合等， 在康复医学领域得到广泛应用， 提高康复治疗效果。
总结与展望
06
红外成像技术的发展历程和现状
红外成像技术的起源
自20世纪初，人们开始研究红外辐射的原理和应用，逐渐发展出 红外成像技术。
越好。
红外成像系统的性
03
能指标
分辨率和灵敏度
分辨率
分辨率是红外成像系统能够区分最小 温差的能力，通常以角度或像素表示 。高分辨率图像能够提供更丰富的细 节信息，有助于识别目标。
灵敏度
灵敏度是指红外成像系统在给定噪声 条件下能够检测到的最小温差或辐射 功率。高灵敏度的系统能够在低辐射 条件下工作，提高图像质量。
多光谱和超光谱成像
总结词
多光谱和超光谱成像技术能够提供更丰富的光谱信息，有助于区分不同类型目标、提高伪装识别能力和环境感知 能力。
详细描述
多光谱成像技术通过获取不同波段的红外辐射信息，能够区分不同类型目标，如生物目标、化学物质等。超光谱 成像技术则能够在更窄的波段内获取连续的光谱信息，提供更丰富的细节和特征信息，有助于提高对复杂环境的 感知和理解。
红外成像技术的实
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际应用案例
军事领域的应用案例
目标检测与跟踪
红外成像技术广泛应用于军事侦察、导弹制导、无人机侦查 等领域，能够快速准确地检测和跟踪目标，提高军事行动的 效率和准确性。
夜视与导航
在夜间或低光照条件下，红外成像技术能够提供清晰的目标 图像，为军事人员提供可靠的夜视和导航支持，提高作战能 力。
红外成像原理42页PPT
文物鉴定
医学
军事
数据传输
8
红外成像的原理
一、红外线的特性 又称红外辐射，是指波长为0.78~1000
微米的电磁波。其中波长为0.78~2.0微米的 部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部 分称为热红外线，也就是我们熟悉的中远 红外光；
9
红外成像的原理
红外辐射普遍存在于自然界：
任何温度高于绝对零度的物体（人体、冰、 雪等）都在不停地发射红外辐射。
精确测量目
标与观察者 之间的距离
探测距离为1220米时的选通时序图
34
主动式红外成像系统
如何减小大气后向 散射影响？
选通技术
通过发射脉冲时序 配合，使变像管在接 收观察目标反射回来 的红外辐射时工作。
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主动式红外成像系统
探照灯：短脉 冲红外激光
＋
红外变像管： 加选通电极
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8微秒
脉冲光源 照明输出
后向散射辐射 目标反射辐射
减少大气后 向散射对红 外图像对比 度和清晰度
的影响
选通脉冲
1～2.5
3～5
8～14
12
红外成像系统
红外成像系统
主动式红外成像系统 （红外夜视仪）
利用不同物体 对红外辐射的 不同反射
被动式红外成像系统 （红外热像仪）
利用物体自 然发射的红 外辐射
13
被动式红外成像系统
红外热像仪
自然界中，一切物体都可以辐射红外线， 因此利用探测仪测定目标的本身和背景之 间的红外线差并可以得到不同的红外图像， 热红外线形成的图像称为热图；
荧光屏
电子光学系统
通常变像管的光阴极采用对近红外敏感
（0.8～1.2um）的银氧铯光敏层，电子光学部
红外成像的原理和应用
红外成像的原理和应用原理介绍红外成像技术是利用物体发出的热辐射来获取物体的热像图。
红外成像的原理主要基于物体的热辐射特性。
一般情况下，物体的温度越高，辐射的能量越大，同时辐射的频率也越高。
红外成像技术利用红外传感器和红外相机来接收物体发出的红外辐射，然后通过处理和分析，将辐射信号转换为可视化的热像图。
应用领域1. 工业领域•红外成像技术在工业领域中被广泛应用于故障检测和预防维护。
通过红外成像技术，可以实时监测机械设备和电子元器件的温度变化，及时发现异常情况，并采取相应的修复措施，避免设备故障和生产事故的发生。
•红外成像技术还可以用于检测电力系统中的热点，提前发现电线、插座和电器设备等可能存在的隐患，预防火灾和安全事故的发生。
2. 建筑领域•在建筑领域中，红外成像技术可以用于检测建筑物的能量损失，帮助设计和改善建筑物的能源效率。
通过检测建筑物表面的热辐射分布，可以发现热桥、隔热层缺陷和漏风等问题，从而提出相应的改进方案。
•红外成像技术还可以用于检测建筑物的结构裂缝，通过监测裂缝周边的热辐射变化，可以提前发现结构问题，避免建筑物的倒塌和安全事故的发生。
3. 医学领域•红外成像技术在医学领域中也有重要的应用。
例如，红外热像仪可以用于乳腺癌的早期筛查，通过检测乳房组织的热辐射分布，可以发现异常的温度变化，帮助医生进行早期诊断和治疗。
•另外，红外成像技术还可以用于皮肤病的诊断和治疗。
通过检测皮肤的温度变化，可以帮助医生判断皮肤病的严重程度和疗效，指导治疗方案的制定和调整。
优势和局限性•优势：–红外成像技术可以在暗光环境下工作，对照明要求较低。
–红外成像技术具有非接触性，可以远距离观测目标，减少人工干预的需要。
–红外成像技术可以实时监测温度变化，及时发现异常情况，避免事故的发生。
•局限性：–红外成像技术的分辨率相对较低，无法获取目标的精确图像信息。
–红外成像技术对目标的器件、颜色和表面材质有一定的限制，可能存在误差。
红外成像基本原理
红外成像基本原理
红外成像技术是一种利用红外波段频谱的电磁辐射进行成像的
技术，其基本原理是利用物体发射或反射出的红外辐射进行成像。
红外辐射波长范围为0.78-1000微米，其中可见光波长范围为
0.38-0.78微米。
因此，红外辐射波长范围比可见光波长范围更长，其能够在暗处或低亮度条件下进行成像。
红外成像技术可以分为主动和被动两种方式。
主动方式是指利用红外辐射源发送出红外辐射进行成像，例如红外激光雷达。
被动方式则是指在没有红外辐射源的情况下，利用物体本身发出的红外辐射进行成像，例如红外热像仪。
红外成像技术的成像原理是利用红外相机接收物体发出的红外
辐射信号，然后将其转换成热像信号，再通过计算机处理成图像。
热像信号的大小和物体表面温度有关，通常物体表面温度越高，其发出的红外辐射信号就越强，热像信号就越高。
根据这一原理，可以通过红外成像技术得到物体表面的温度分布图，从而实现对物体的检测和识别。
红外成像技术的应用非常广泛，如军事领域中的目标识别、火力控制、防御和情报收集等，工业领域中的热成像检测、无损检测、建筑检测等，医学领域中的疾病诊断、病人监护等。
随着技术的不断发展，红外成像技术将有更广泛的应用前景。
- 1 -。
《红外成像技术》课件
缺点
价格较高
红外成像技术设备较为昂贵，对于一些小型企业和个人来 说可能难以承受。
环境温度影响
红外成像技术受到环境温度的影响较大，如果周围环境的 温度变化较大，可能会影响红外成像的准确性和稳定性。
穿透能力有限
虽然红外线具有较好的穿透能力和绕过障碍物的能力，但 是对于一些厚实的障碍物，如墙体或大型物体，红外成像 技术可能无法穿透或穿透效果较差。
未来红外成像将向高分辨 率和高帧率发展，以满足 更多应用场景的需求。
智能化与自动化
红外成像技术将与人工智 能、机器学习等技术结合 ，实现智能化和自动化。
未来展望
更广泛的应用领域
随着技术的进步，红外成像将在更多 领域发挥重要作用，如医疗、环保、安防等。Fra bibliotek更低的成本
随着技术的成熟和应用的普及，红外 成像技术的成本将逐渐降低，使其更
02
红外成像技术的原理
红外辐射的原理
01 红外辐射
红外辐射是电磁波的一种，波长在760纳米至1毫 米之间，位于可见光和微波之间。
02 辐射特性
红外辐射具有与可见光相似的直线传播、反射、 折射等特性，同时还有其独特的热效应。
03 辐射源
自然界中的一切温度高于绝对零度的物体都能产 生红外辐射。
红外探测器的原理
具有市场竞争力。
更高的性能
未来红外成像技术将具备更高的性能 ，如更高的分辨率、更低的噪声、更 强的抗干扰能力等。
与其他技术的融合
未来红外成像技术将与其他技术如光 学、雷达、可见光等融合，形成多模 态、多频谱的成像系统，以满足更复 杂的应用需求。
THANKS
感谢观看
红外成像技术的应用领域
要点一
总结词
红外线成像原理
红外线成像原理嘿，你知道红外线成像不？这玩意儿可神奇啦！咱就说啊，红外线成像就像是给世界开了一扇特别的窗户。
平常咱用眼睛看东西，那看到的只是一部分。
可红外线成像呢，能让咱看到那些眼睛看不到的东西，这多牛啊！红外线是啥呢？它就像是一种神秘的能量波。
咱平时感觉不到它，但是通过专门的设备，就能把它给“抓”出来。
这就好像有个超级厉害的侦探，能发现那些隐藏起来的线索。
红外线成像的原理呢，其实也不难理解。
就好比冬天的时候，咱能感觉到热的东西会散发出热量。
红外线成像就是利用这个原理，把物体散发出来的红外线给检测到，然后变成图像让咱看到。
这就像有个魔法画笔，能把那些看不见的热量变成看得见的画面。
你想想看，要是没有红外线成像，咱得多错过多少有趣的东西啊！比如说，在黑暗的地方，咱的眼睛啥也看不见，但是红外线成像设备就能大显身手啦。
它能让咱看到周围的环境，就像有个小太阳在照亮着一样。
这难道不厉害吗？还有啊，红外线成像在很多领域都有大用处呢。
在医学上，医生可以用它来检查身体。
就像有个透视眼一样，能看到身体里面的情况。
这可比普通的检查方法厉害多了吧！在消防领域，消防员可以用它来找到火源，快速灭火。
这就像有个超级导航，能带着消防员找到危险的地方。
在军事上，红外线成像更是不可或缺。
士兵们可以用它来发现敌人，不管是在白天还是晚上。
这就像有个隐形的卫士，时刻保护着大家的安全。
你说这重要不重要？而且啊，红外线成像还能用来检测设备的故障。
比如说，一个机器要是出了问题，它可能会发热。
通过红外线成像，就能很快找到发热的地方，然后解决问题。
这就像有个聪明的小助手，能帮咱解决各种麻烦。
红外线成像的技术也在不断进步呢。
以前可能只能看到一些模糊的图像，现在越来越清晰了。
这就像一个画家的技术越来越好，画出来的画越来越漂亮。
以后说不定还能看到更多我们想不到的东西呢！总之，红外线成像真的是个超厉害的技术。
它让我们看到了一个不一样的世界，为我们的生活带来了很多便利和安全。
第六课-红外成像原理PPT课件
红外辐射的倍频程比可见光宽:
倍频程：若使每一频带的上限频率比下限频 率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一 个频程称为1倍频程，简称倍频程。
可见光：0.38～0.78um，一个倍频程 红外线：0.78～1000um，商为1282＝210，10个倍频程
.
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二、红外辐射的基本概念
黑体
黑体的红外辐射率和吸 收率为1（客观世界不存 在），其意义体现在为衡 量自然物体的红外辐射和 吸收能力建立一个标准。
红外望远镜
军事观察
.
4
一、引言
气 象 预 测
红外云图
.
5
一、引言
Invisible radiation photography is often applied to the study of works of art as here in the painting La Madonna dell'Impannata by Raphael. Invisible radiation imaging reveals a much younger Saint John the Baptist sitting on Joseph's lap found beneath the surface of the visible painting (right). Images © Editech.
艺. 术鉴定
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一、引言
红外感应开关
温度感应
红外测温仪
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一、引言
数据传输
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8
一、引言
医学成像
.
9
一、引言
红外线这 么有用啊！
天文
气象
军事
红外成像系统的原理
红外成像系统的原理
红外成像系统的原理基于红外辐射的特性。
红外辐射是指电磁波的一种，其波长范围在0.75至1000微米之间，即处于可见光和微波之间。
红外成像系统主要包含红外相机和红外探测器。
红外探测器是系统的核心部件，可以将红外辐射转化为电信号。
其基本原理可分为两种类型：
1. 热辐射探测原理：根据物体的温度差异发出的红外辐射信号来实现成像。
探测器采用热电偶、热敏电阻等物理元件，当红外辐射通过探测器时，探测器的温度会发生变化，进而产生电压或电阻变化，最终转化为电信号。
2. 光学探测原理：利用特定的红外感光材料对红外辐射进行感应和转换。
当红外辐射通过探测器时，探测器材料内的电子会受到激发，从基态跃迁到激发态，形成电荷粒子的分布差异，进而产生电流或电压变化，最终转化为电信号。
红外成像系统通过获取物体在红外波段的辐射信息，经过信号处理和图像处理后，能够显示出物体的显热分布和温度分布，从而实现红外图像的成像。
这种成像技术在安防监控、医学诊断、夜视设备、火灾监测等领域具有广泛的应用。
红外线的成像原理
红外线的成像原理‚如果用红外摄影对人体成像，做出体表‘热图’……‛会产生这样的认识：（1）红外摄影成物体的热图就是它的红外像；（2）可见光不能使红外线胶片感光，只有红外线能使它感光；（3）红外线胶片所记录的是目标物体发出的红外线；（4）普通相机也能使用红外线胶片进行红外摄影。
事实上，这些理解都是错误的。
引起错误认识的根源是没有说明红外摄影所成的红外像与热像仪所成的热图之间的区别，并且对红外线胶片的介绍也不够准确。
下面就这两个问题做一阐述，不妥之处，敬请指正。
一、红外线的发现和分类1800年，英国物理学家赫歇尔研究单色光的温度时发现：位于红光外，用来对比的温度计的温度要比色光中温度计的温度高，于是称发现一种看不见的“热线”，称为红外线。
红外线位于电磁波谱中的可见光谱段的红端以外，介于可见光与微波之间，波长为0.76～1000μm，不能引起人眼的视觉。
在实际应用中，常将其分为三个波段：近红外线，波长范围为0.76～1.5μm；中红外线，波长范围为1.5～5.6μm；远红外线，波长范围为5.6～1000μm。
它们产生的机理不太一致。
我们知道温度高于绝对零度的物体的分子都在不停地做无规则热运动，并产生热辐射，故自然界中的物体都能辐射出不同频率的红外线，如相机、红外线胶片自身等。
在常温下，物体辐射出的红外线位于中、远红外线的光谱区，易引起物体分子的共振，有显著的热效应。
因此，又称中、远红外线为热红外。
当物体温度升高到使原子的外层电子发生跃迁时，将会辐射出近红外线，如太阳、红外灯等高温物体的辐射中就含有大量的近红外线。
借助不同波段的红外线的不同物理性质，可制成不同功能的遥感器。
二、不同波段的红外线成像原理和特点红外遥感是指借助对红外线敏感的探测器，不直接接触物体，来记录物体对红外线的辐射、反射、散射等信息，通过分析，揭示出物体的特征及其变化的科学技术。
红外遥感技术中能获得图像信息的仪器有：使用红外线胶片的照相机，具有红外摄影功能的数码相机，热像仪等。
红外线成像的原理和应用
红外线成像的原理和应用一、红外线成像的原理红外线成像是利用物体发射、传输、反射或透射红外线的特性，通过红外线摄像机捕捉红外线辐射，并将其转化为可视图像。
其基本原理是利用物体的热辐射能量，通过红外线辐射的强度来实现物体的成像。
红外线成像的原理主要有两种：1.主动红外线成像：主动红外线成像是利用红外辐射源产生红外线辐射，然后通过红外线摄像机接收物体反射或透射的红外线辐射，最后将其转化为可视化的图像。
这种方法适用于需要连续成像的场景，如夜间监控、红外测温等。
2.被动红外线成像：被动红外线成像是利用物体本身的热辐射能量来实现成像。
物体在大气中通过辐射出的热辐射能量，经过红外线摄像机的捕捉和转换，最终呈现出物体的红外线图像。
这种方法适用于需要观察物体自身热辐射的场景，如夜视仪、火灾检测等。
二、红外线成像的应用红外线成像技术已经广泛应用于许多领域，如军事、航空航天、安防监控、火灾检测等。
以下是红外线成像技术在各个领域的应用：1.军事领域：红外线成像技术在军事领域中起到了重要作用。
通过红外线摄像机提供的红外图像，军方可以实时监测目标物体的热辐射情况，提高对敌情的判断能力。
同时，红外线成像还可以在夜间或恶劣环境下发现目标物体，提高作战效果。
2.航空航天领域：红外线成像技术在航空航天领域中有着广泛的应用。
例如，红外线成像可以用于监测飞机表面的温度分布，及时发现潜在的故障或异常情况。
此外，红外线成像还可以用于遥感探测，例如通过红外线成像卫星对地球表面进行监测和观测。
3.安防监控：红外线成像技术在安防监控领域中起到了重要作用。
红外线摄像机可以在夜间或低照度环境下进行有效的监控，提高监控范围和效果。
此外，红外线成像还可以通过红外测温功能来检测异常温度，及时预警火灾等安全隐患。
4.火灾检测：红外线成像技术在火灾检测中发挥着重要作用。
通过红外线摄像机可以及时发现火灾源，并通过热成像图来确定火灾的位置和范围，为灭火救援提供指导和参考。
红外成像原理
一、红外的基本概念 二、红外成像系统 三、红外成像系统的应用
一、红外的基本概念
1666年，进行了著名的色散实色散
天文学家威廉姆·赫胥尔1800年发现了红外线。
由于太阳光是由各种颜色的光谱组成，并且是一 种热量来源，赫胥尔想了解哪一种颜色的光是产 生热量的原因。他设计了一个巧妙的实验。他将 直射的太阳光穿过一个玻璃棱镜，生成光谱，然 后用温度计测量每种颜色的温度。赫胥尔发现从 紫色到红色的光谱波段，温度会逐渐升高，而且 在红色光谱以上的区域竟然是所有光谱中温度最 高的一部分。这部分区域由于其热量辐射，是无 法被人类肉眼探测到的，属于不可见光区域。赫 胥尔将这种不可见辐射命名为“发热的射线”。 现在我们将其称之为红外辐射。
4.科研
如微电子，纸处理，自动化，塑料，模具，装 备设计，通讯，机械测试，科研等等。
红外热像仪能够实时捕捉和记录热分布情况， 有助于工程师对自己建立的装置或正在监测的 事件的热模型进行量化和可视化。由于电子产 品的发展趋势为更小、更轻、功能更强大。
5.建筑检测
在建筑材料中的湿气会破坏结构的完整性，并 且滋生霉菌。解决湿气问题的第一步便是快速 准确的找到并消除一切湿气产生的来源。红外 热像仪将可以立即向您显示何处潮湿和何处干 燥。红外热像仪可以迅速找到问题根源，并进 行小规模的或根本无需对建筑物进行拆卸，从 而把对居住者的影响降到最低。
6.消防
在大面积的森林中，火灾往往是由不明显 的隐火引发的。这是毁灭性火灾的根源， 用现有的普通方法，很难发现这种隐性火 灾苗头。用飞机巡逻，采用红外热成像仪， 则可以快速有效地发现这些隐火，把火灾 消灭在最初。
一般建筑家用电器的发热检测。
请看下一节
3.食品
红外线成像原理
红外线成像原理
红外线成像是一种利用物体辐射的红外辐射来生成图像的技术。
其原理是基于物体发射和反射红外辐射的能力，以及红外辐射与物体之间的热量交换。
物体在温度超过绝对零度时会散发热量，其中一部分热能以红外辐射的形式传播。
红外线成像系统中的红外探测器能够感应并接收这些红外辐射。
红外探测器通常由半导体材料制成，其材料特性决定了其对不同波长的红外辐射的敏感度。
红外探测器接收到的红外辐射信号经过放大和转换处理后，得到与物体热量分布相关的电信号。
电信号经过进一步的处理和分析后，通过计算机算法转换为人们可视化的红外图像。
红外图像呈现出的是物体的热量分布情况。
不同温度的物体会发射出不同强度的红外辐射，该辐射被红外探测器感应后就会转化为电信号，最终转换为灰度图像或伪彩色图像。
这样，人们就可以通过红外图像来观察物体的温度变化、隐蔽物体的存在、热量分布不均匀的区域等信息。
红外线成像技术在军事、安全、医疗、建筑、环境监测等领域有广泛的应用。
例如，在军事上，红外线成像可以用于探测隐藏的目标，热成像设备可帮助士兵在夜间或复杂环境中找到敌方目标。
在医疗领域，红外线成像则可以用于检测身体部位的血液流动情况以及炎症区域的温度变化。
总的来说，红外线成像技术通过感应和捕捉物体发射的红外辐
射，使用红外探测器和计算机算法，将其转化为可视化的图像，从而实现对物体热量分布的观测和分析。
这一技术在多个领域有着广泛的应用前景。
《红外成像原理》word版
红外成像原理红外成像仪原理--人体产热和散热机制人体产热与散热是保持生理平衡的，因机体内存在着体温的自动调节机制，这种平衡失调就会导致体温的变动。
一、产热过程人体的热量来自体内所进行的生物化学反应。
由于化学反应的不断进行热量也不断地产生。
产热最多的器官是骨骼肌和肝脏。
骨骼肌产热量因机体活动情况的不同而有较大幅度变动。
肝脏是机体内代谢旺盛的器官，因此产热也很多(安静状态下，肝脏的血温比主动脉血温高0.4~0.8℃)。
在安静状态下，机体一些器官产热量的比例大致如下：心脏及呼吸器官16%，肝脏、脾脏及消化器官30%，肾脏5.6%，脑、脊髓18.4%，骨骼肌25%，其它5%。
产热过程与基础代谢、肌肉活动、内分泌腺激素(甲状腺素和肾上腺皮质激素等)及交感神经活动有关。
交感神经强烈兴奋时，可使代谢率增加40~50%之多。
二、人体散热的形式人体绝大多数代谢反应都是放热的，除少部分(4%)之外由其它形式散热，人体向体外散热主要有四种散热形式。
1.辐射散热：即机体以发射红外线方式来散热，约占散热总量的44%。
除了处于绝对零点度(-273.16℃)的物体以外，宇宙间所有物体都能发射红外线。
人体向周围发射红外线，而周围物体如墙壁等也向人体发射红外线。
辐射散热的多少直接取决于体表温度和环境温度之间的平均温度差的大小。
当人体周围有高于人体体表温度的物体时，人体表面则从这些物体吸收红外线，体温因而升高，如于炉前作业的工人、烈日下野外劳动者；反之，环境温度过低，散热过多，也会导致体温下降。
人体是良好的辐射体，也是良好的吸收体。
2.传导和对流：约占散热的31%。
传导是指体热由体表直接传导给与体表相接触的物体，如衣服、床、椅子等。
由于这些物体为热的不良导体，就防止了体热的过多丧失。
对流系指体热传给与皮肤相接触的空气，即通过空气的流动来实现的。
当体表温度与空气温度相等之后，对流也就停止。
对流散热的多少取决于风速。
3.蒸发：约占散热的21%。
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红外变像管 光谱转换 电子成像 亮度增强
红外探照灯
高压电源
红外辐射光源 变像管电源
29
主动式红外成像系统结构
30
三、主动式红外成像系统
3.1.2 光学系统
物镜组：把目标成像于变像管的光阴极面上；
目镜组：把变像管荧光屏上的像放大，便于 人眼观察；
与常规光学仪器不同，变像管将物镜组和目 镜组隔开，使得光学系统的入瞳和出瞳不存 在物象共轭关系！
④ 体积要小，重量轻，寿命长，工作可靠。
39
三、主动式红外成像系统
3.1.5 直流高压电源
高压电源提供红外变像管进行图像增强的能 量，一般为1.2～2.9万伏。 对高压电源的技术要求：
① 输出稳定直流高压； ② 在高、低温环境下能保证系统正常工作； ③ 防潮、防震、体积小、重量轻、耗电省。
40
三、主动式红外成像系统
12
一、引言
1904年，开始采用近红外进行摄影。
1929年，苛勒发明了银氧铯（Ag-o-Cs）光 阴极，开创了红外成像器件的先河。
二十世纪30年代中期，荷兰、德国、美国 各自独立研制成红外变像管，红外夜视系统 应用于实战。 1952年，美国陆军制成第一台热像记录仪。
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二、红外辐射的基本概念
2.1 红外辐射
红外辐射是一种电磁波： 近红外（0.78～3.0um） 中红外（3.0～20um） 远红外（20～100um）
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二、红外辐射的基本概念
红外辐射普遍存在于自然界： 任何温度高于绝对零度的物体（人体、冰、 雪等）都在不停地发射红外辐射。 红外辐射的倍频程比可见光宽: 倍频程：若使每一频带的上限频率比下限频 率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一 个频程称为1倍频程，简称倍频程。
主动式红外成像系统自身带有红外光源， 是根据被成像物体对红外光源的不同反射率， 以红外变像管作为光电成像器件的红外成像 系统。
优点：成像清晰、对比度高、不受环境光源影响； 缺点：易暴露，不利于军事应用。
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三、主动式红外成像系统
3.1.1 主动式红外成像系统的系统结构
主动式红外成像系统
光学系统 物镜组 目镜组
辅助光学系统 场镜 指加在像平面或像平面附近的透镜，用来扩 大视场，使探测器接收的辐照均匀； 光锥 利用圆锥的高反射率聚光，缩小探测器尺寸；
中继光学系统
前置望远系统
便于探测器件的结构安排； 减小光学扫描器件的尺寸。
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四、红外热成像系统
扫描系统
平行光束扫描（物方扫描） 扫描器在聚光系统之前，扫描镜尺寸大， 扫描速度慢，像差校正简单，对聚光光学系 统要求不高；
一般物体的红外辐射率和吸收率都 小于1，并且其辐射和吸收能力都与表 面温度和波长有关。
16
二、红外辐射的基本概念
在理论和工程实践中，常用物体的比辐射率 定量描述物体辐射和吸收红外电磁波的能力；
I Ib
（6－1）
即物体的实际红外辐射与同温度下黑体红外辐 射之比值，显然，物体的比辐射率都小于1。
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四、红外热成像系统
红外热成像系统是被动式成像系统。 自然界中，温度高于绝对零度的一切物体， 总是在不断地发射红外辐射。收集并探测这 些辐射能，就可以形成与景物温度分布相对 应的热图像。
热图像再现了景物各部分温度和辐射 发射率的差异，能够显示出景物的特征。
43
四、红外热成像系统
ThermoVision™ A20-V高品质红外热像仪
300 273 77.2
8.62 9.50
9.66 10.6 37.53
红外辐射能量密度曲线
常见物体的峰值波长
22
二、红外辐射的基本概念
红外辐射的大气窗口
红外辐射在大气中传输时，不同波长的红 外辐射，有着不同的吸收和衰减； 1～2.5 3～5
8～14
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二、红外辐射的基本概念
红外辐射的介质传输特性
可见光：0.38～0.78um，一个倍频程 红外线：0.78～1000um，商为1282＝210，10个倍频程
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二、红外辐射的基本概念
黑体
黑体的红外辐射率和吸 收率为1（客观世界不存 在），其意义体现在为衡 量自然物体的红外辐射和 吸收能力建立一个标准。
假想的全部吸收 和辐射红外电磁 波的理想体，其 红外吸收和辐射 能力与温度无关。
会聚光束扫描（像方扫描） 扫描器安置在聚光光学系统和探测器之间， 对像方光束进行扫描。尺寸小，扫描速度高。 对聚光光学系统有较高要求。
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适于小视场单 元器件扫描用， 不适合高速扫 描用 扫 描 方 案
反射镜鼓行扫描、摆镜场扫描
扫描效率高， 像差校正有难 度
反射镜鼓行扫描、折射镜场扫描
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四、红外热成像系统
许多对可见光透明的介质，对红外辐射却 是不透明的。通常把可以透过红外辐射的介质 称为红外光学材料。 红外光学材料可以分为晶体材料、玻璃材 料和塑性材料三种，每种材料都对某些波长 范围的红外有较高的透过率。
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二、红外辐射的基本概念
高温性 能稳定
最常见
几种红外光学材料的透过率
25
三、主动式红外成像系统
35
三、主动式红外成像系统
探照灯：短脉 冲红外激光
＋
红外变像管： 加选通电极
36
8微秒
减少大气后 向散射对红 后向散射辐射 外图像对比 目标反射辐射 度和清晰度 的影响
选通脉冲
脉冲光源 照明输出
精确测量目 标与观察者 之间的距离
探测距离为1220米时的选通时序图
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三、主动式红外成像系统
3.1.4 红外探照灯
红外望远镜
军事观察
4
一、引言
气 象 预 测
红外云图
5
一、引言
Invisible radiation photography is often applied to the study of works of art as here in the painting La Madonna dell'Impannata by Raphael. Invisible radiation imaging reveals a much younger Saint John the Baptist sitting on Joseph's lap found beneath the surface of the visible painting (right). Images © Editech. 艺术鉴定
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四、红外热成像系统
树林中人的热图像
小图是可见光图像 大图是热图像
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四、红外热成像系统
红外热成像系统
光机扫描型
图像质量好 结构复杂 成本高
非扫描型
结构简单 图像质量 逐渐提高
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四、红外热成像系统
4.1 光机扫描型红外热成像系统
光学系统部分 红外探测与致冷 部分 电子信号处理系 统部分 显示系统部分
红外成像系统
利用不同物体 对红外辐射的 不同反射 利用物体自 然发射的红 外辐射
主动式红外成像系统 （红外夜视仪）将红外图像转变为可见光图像？
26
三、主动式红外成像系统
红外夜视图像
装有红外夜视仪的步枪
27
三、主动式红外成像系统
3.1 主动式红外成像系统
红外光学系统的特点
通光孔径和相对孔径大，工作波段宽，像差 校正困难。
物镜系统
① 反射式：光能损失小、不产生色差，但是视场小、 体积大，有次镜遮挡； ② 折射式：结构简单，装校方便，可以满足大视场 和大孔径成像的要求；
③ 折反式：主镜与次镜均采用球面镜，加入补偿透 镜校正像差 50
四、红外热成像系统
31
三、主动式红外成像系统
3.1.3 红外变像管
红外变像管是主动式红外成像系统的核心， 是一种高真空图像转换器件，完成从近红外 图像到可见光图像的转换并增强图像。 从结构材料上分，红外变像管可以分为金属 结构型和玻璃结构型；
从工作方法上分，可以分为连续工作方式和 选通工作方式。
32
三、主动式红外成像系统
6
一、引言
红外感应开关
红外测温仪
温度感应
7
一、引言
数据传输
8
一、引言
医学成像
9
一、引言
天文
红外线这 么有用啊！
气象
文物鉴定
医学
数据传输
军事
10
一、引言
1.2 红外线的历史 1800年，赫胥耳利用太阳光谱色散实验 发现了红外光。 1835年，安培宣告了光和热射线的同一 性。
通常取可见光谱中红光末端为780nm，比它长的光 就是红外光，或称为热射线。
17
二、红外辐射的基本概念
18
二、红外辐射的基本概念
2.2 红外辐射的三个规律
基尔霍夫定律 同温度物体的红外发射能力 正比于其红外吸收能力；红外平 衡状态时，物体吸收的红外能量 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。
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二、红外辐射的基本概念
斯蒂芬－玻耳兹曼定律（1879，1884）
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一、引言
1870年，兰利制成了面积只有针孔那样大 小的探测器，并用凹面反射光栅、岩盐及氟 化物棱镜来提高测量色散的能力，这为红外 应用的重要方面——航空摄影奠定了基础。
1880年，“红外”一词出现在阿贝尼的文 章 中（最早）。 1888年，麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了 赫胥耳的探测和测量方法，为红外技术奠定 了基础。
max 2897 / T
（6-3）
max 的单位是um，T是物体的绝对温度，单位是K。
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