红外成像及应用
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λ
C1 ⋅ 5 e 1
C2 λT
−1
式中， 表示绝对黑体的光谱辐射出射度（ 式中 ，Mλ表示绝对黑体的光谱辐射出射度（Spectral Radiant Exitance），单位：W•cm-2•µm-1。 Exitance） 单位： λ表示波长(µm)，T表示绝对温度(K)，C1、C2分别 表示波长( 表示绝对温度( 表示第一、第二辐射常数。 表示第一、第二辐射常数。 普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律： 普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律： 光谱辐射出射度随温度的增加而增加，温度越高， 光谱辐射出射度随温度的增加而增加，温度越高，所 有波长上的光谱辐射出射度也就越大。 有波长上的光谱辐射出射度也就越大。且光谱辐射出 射度的峰值波长随温度的增加而向短波方向移动。 射度的峰值波长随温度的增加而向短波方向移动。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
第三代 九十年代中期， 九十年代中期 ， 美国发明了可在室温环境下工作 的固体红外焦平面阵列， 的固体红外焦平面阵列 ， 它完全克服了前两种红外技 术的缺点，可以工作在室温 无需致冷， 术的缺点 ， 可以 工作在室温 ， 无需致冷 ， 所以无任何 工作在室温， 机械运动部件， 斯特林致冷机和斩波调制等。 机械运动部件，如：斯特林致冷机和斩波调制等。 这种器件应用到红外成像中， 这种器件应用到红外成像中 ， 出现了非致冷型红 外摄象仪。 外摄象仪 。 这种热像仪不仅在军事上得到了广泛的应 而且还广泛应用到很多民用行业中。 用，而且还广泛应用到很多民用行业中。
M = ∫ Mλdλ = σT4
0 ∞
M表示黑体的总辐射出射度，单位W•黑体的总辐射出 表示黑体的总辐射出射度，单位W cm-2。 由斯蒂芬－玻尔兹曼定律可以看出： 由斯蒂芬－玻尔兹曼定律可以看出： 射度与绝对温度的四次方成正比，因此即使温度变化相 射度与绝对温度的四次方成正比，因此即使温度变化相 σ=5.6696×10-8(W•m-2•k-4)，为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。 6696× 为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。 当小，都会引起辐射出射度很大的变化。 当小，都会引起辐射出射度很大的变化。 斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律表明了黑体辐射功率和绝对温 度之间的关系，它是通过物体辐射功率测量物体温度的 度之间的关系，它是通过物体辐射功率测量物体温度的 主要理论依据。 主要理论依据。
1.2.4 基本的辐射定理
基尔霍夫定律(Kirchoff’s 基尔霍夫定律(Kirchoff’s Law) 一定温度下， 一定温度下，任何物体的辐射出射度与其吸收率的比 值是一个普适函数，只是温度、波长的函数， 值是一个普适函数，只是温度、波长的函数，与物体 的性质无关。 的性质无关。
Fλ,T A ,T λ = E ( λ,T )
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
第二代 80年代 探测器由单元或线列走向了面阵， 80 年代 ， 探测器由单元或线列走向了面阵 ， 红外 年代， 热成像系统发展成为红外焦平面阵列。 热成像系统发展成为红外焦平面阵列。 将 红外焦平面阵列器件应用到红外成像中 ， 出现 红外焦平面阵列器件应用到红外成像中， 了致冷型固体红外摄象机，它不需要光机扫描， 了致冷型固体红外摄象机 ， 它不需要光机扫描 ， 通常 称该技术为第二代红外技术。 称该技术为第二代红外技术。 与第一代相比， 它改善了分辨率和速度， 与第一代相比 ， 它改善了分辨率和速度 ， 大大提 高了红外成象技术的水平，扩大了应用领域。 高了红外成象技术的水平，扩大了应用领域。
一、前言
1.1 红外成像的由来
1800年 英国天文学家W Herschel发现红外射线 1800年，英国天文学家W. Herschel发现红外射线； 发现红外射线； 十九世纪，认识红外辐射的本质， 十九世纪 ， 认识红外辐射的本质 ， 建立基本的辐射定 理； 二十世纪七十年代，红外电荷耦合器件(IR CCD)、 二十世纪七十年代，红外电荷耦合器件(IR CCD)、阵 列探测器(Array Detectors)和扫积型器件 和扫积型器件(SPRITE) 等 列探测器 (Array Detectors) 和扫积型器件 (SPRITE)等 先进探测器研制成功， 先进探测器研制成功 ， 红外技术和红外成像进入并发 展到了一个新的发展阶段。 展到了一个新的发展阶段。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
第二代 存在两个缺点： 存在两个缺点： 制冷：需要工作在液氮温度(77K，即：-196℃)。 196℃ 制冷：需要工作在液氮温度(77K 价格昂贵：致冷型长波红外焦平面热像仪每台在10 价格昂贵：致冷型长波红外焦平面热像仪每台在10 万美元以上，民用应用仍受到限制。 万美元以上，民用应用仍受到限制。 以二维N 元焦平面阵列(FPA) 探测器为特征 以二维 N×M 元焦平面阵列 (FPA)探测器为特征， 自带 探测器为特征， 信号读出电路，仍需要制冷，价格在万元以上。 信号读出电路，仍需要制冷，价格在万元以上。
一、前言
1.2.3 表征辐射性质的基本物理量
辐射通量 辐射通量的空间密度F 辐射通量的空间密度F 辐射出射度M 辐射出射度M 辐射照度E 辐射照度E 辐射通量的谱密度M 辐射通量的谱密度Mλ 黑体和灰体
辐射通量(Radiation Flux，单位： 辐射通量(Radiation Flux，单位：W) 单位时间内通过某一表面的辐射能量Q 单位： 单位时间内通过某一表面的辐射能量Q(单位：J)。 辐射通量的空间密度F 单位： 辐射通量的空间密度F(单位：W•m-2) 单位时间内，通过单位面积的辐射能量。 单位时间内，通过单位面积的辐射能量。 当只考虑辐射的发射和入照时， 当只考虑辐射的发射和入照时 ， 可分别使用辐射出射 和辐射照度E 度M和辐射照度E。 辐射出射度M 单位： 辐射出射度M(单位：W•m-2) 单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量。 单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量。 物理意义：单位波长间隔( 内在单位面积( 物理意义 ：单位波长间隔(m)内在单位面积(m2)上的辐 射功率。 射功率。 辐射照度E 单位： 辐射照度E(单位：W•m-2) 单位时间内，单位面积上接收的辐射能量。 单位时间内，单位面积上接收的辐射能量。
基尔霍夫定律表明：任何物体的辐射出射度和其吸收率 基尔霍夫定律表明： 之比，等于同一温度下黑体的辐射出射度。 之比，等于同一温度下黑体的辐射出射度。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
根据目前红外热成像系统的发展情况及对今后的预测， 根据目前红外热成像系统的发展情况及对今后的预测， 红外热成像系统大致可分为三代： 红外热成像系统大致可分为三代： 第一代 指六十年代采用的致冷型单元或线列红外探测器， 指六十年代采用的致冷型单元或线列红外探测器 ， 以数目有限的探测单元为特征， 以数目有限的探测单元为特征 ， 借助光机扫描实现图 像探测，同时还需要低温制冷器协同工作，如： HgCdTe、InSb、PbS等红外探测器 其产品成本高。 HgCdTe、InSb、PbS等红外探测器，其产品成本高。 等红外探测器， 第一代红外技术分辨率和速度都受到限制， 第一代红外技术分辨率和速度都受到限制 ， 而且 价格十分昂贵，应用范围仅局限于军事。 价格十分昂贵，应用范围仅局限于军事。
一、前言
1.2.2 红外焦平面阵列探测器 (IRFPA，infrared focal plane array) ，
IRFPA： IRFPA： 把大量探测器单元， 按照一定规则， 把大量探测器单元 ， 按照一定规则 ， 用先进的微 电子工艺， 电子工艺 ， 高密度地集成到一块对红外透明的材料芯 片上，同时将其它必要的信号读出及处理电路， 片上 ， 同时将其它必要的信号读出及处理电路 ， 如 ： 前放，集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上， 前放 ， 集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上 ， 构 成一个既能接收光辐射， 成一个既能接收光辐射 ， 又能将光电信号转变为可用 数据输出的整体。 数据输出的整体。
1.2.4 基本的辐射定理
斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律 在全部波长范围内对普朗克公式积分， 在全部波长范围内对普朗克公式积分，得到从黑体单 位面积辐射到半球空间的总辐射功率， 位面积辐射到半球空间的总辐射功率，即总辐射出射 度的表达式，通常称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律： 度的表达式，通常称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律：
短波红外窗口0.76~1.5µm 近红外区 0.8~2 µm 红外辐射： 的光辐射范围。 红外辐射：从0.76µm~1000µm的光辐射范围。 3~5µm 中波红外窗口 1.5~6µm 中红外区 习惯上，红外波段被划分为： 习惯上 ， 红外波段被划分为 ： “ 近 ”、 “ 中 ”、 “ 远 ” 8~12 m 长波红外窗口 6~15µµm 远红外区 和“极远”四个区域。 极远”四个区域。 极远红外区 15~103µm 根据红外波在大气中的传输特性，又分为三个窗口。 根据红外波在大气中的传输特性，又分为三个窗口。
一、前言
1.2 要了解的几个概念
红外射线及大气窗口 红外焦平面阵列探测器(IRFPA， 红外焦平面阵列探测器(IRFPA，infrared focal plane array) 表征辐射性质的基本物理量 几个基本的辐射定理
一、前言
1.2.1 红外射线及窗口
红外射线 红外射线是一种与物体的表面温度密切相关的一种 辐射，它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。 辐射，它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。 红外窗口 红外窗口 红外成像 四个区域 三个窗口
1.2.4 基本的辐射定理
维恩位移定Байду номын сангаас(Wein’s 维恩位移定律(Wein’s Displancement Law) 1893年 1893年，维恩从热力学理论导出黑体辐射光谱的极大 值对应的波长： 值对应的波长：λmax=b／T 式中， 2897. 式中，b=2897.8µm•K。
从维恩位移定律可知：光谱辐射出射度的峰值波长与 从维恩位移定律可知： 绝对温度成反比。温度愈高，峰值波长越短。 绝对温度成反比。温度愈高，峰值波长越短。 根据维恩位移定律，300K 根据维恩位移定律，300K室温目标光谱出射度的峰值 所以8 约为9 约为9.6µm，所以8~14µm的长波红外成像特别受到重视
主要内容
前言 红外成像的发展 红外成像原理 红外焦平面和红外热像仪分类 红外热像仪的应用 红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向 市场分析
一、前言
自 然 界 中 一 切 物 体 ， 只 要 温 度 高 于 绝 对 零 度 (273℃ 就总是在不断地发射辐射能（红外线） 273℃)，就总是在不断地发射辐射能（红外线）。 因此， 从原理上讲， 因此 ， 从原理上讲 ， 只要能收集并探测出这些辐 射能，就可以通过重新排列来自探测器的、 射能 ， 就可以通过重新排列来自探测器的 、 与景物辐 射分布相对应的信号，形成热图像。 射分布相对应的信号，形成热图像。 这种热图像再现了景物各部分的辐射起伏， 这种热图像再现了景物各部分的辐射起伏 ， 因而 能显示出景物的各部分的特征。 能显示出景物的各部分的特征。 红外热像仪。 利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪 利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪。
一、前言
1.2.4 基本的辐射定理
红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理： 红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理： 普朗克定律 斯蒂芬— 斯蒂芬—玻尔兹曼定律 维恩位移定律 基尔霍夫定律
1.2.4 基本的辐射定理
普朗克定律(Planck’s 普朗克定律(Planck’s Law) 以波长表示的普朗克公式为： Mλ = 以波长表示的普朗克公式为：
辐射通量谱密度M 辐射通量谱密度Mλ 设一个物体的辐射出射度为M 设一个物体的辐射出射度为M，则： Mλ=dM／dλ dM／ Mλ是单位波长间隔中的辐射出射度，是波长的函数， 是单位波长间隔中的辐射出射度，是波长的函数， 称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度。 称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度。 黑体和灰体 绝对黑体：对任何波长的辐射， 绝对黑体：对任何波长的辐射，都能全部吸收的物 体。 黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。 黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。 灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于1 灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于1。
C1 ⋅ 5 e 1
C2 λT
−1
式中， 表示绝对黑体的光谱辐射出射度（ 式中 ，Mλ表示绝对黑体的光谱辐射出射度（Spectral Radiant Exitance），单位：W•cm-2•µm-1。 Exitance） 单位： λ表示波长(µm)，T表示绝对温度(K)，C1、C2分别 表示波长( 表示绝对温度( 表示第一、第二辐射常数。 表示第一、第二辐射常数。 普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律： 普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律： 光谱辐射出射度随温度的增加而增加，温度越高， 光谱辐射出射度随温度的增加而增加，温度越高，所 有波长上的光谱辐射出射度也就越大。 有波长上的光谱辐射出射度也就越大。且光谱辐射出 射度的峰值波长随温度的增加而向短波方向移动。 射度的峰值波长随温度的增加而向短波方向移动。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
第三代 九十年代中期， 九十年代中期 ， 美国发明了可在室温环境下工作 的固体红外焦平面阵列， 的固体红外焦平面阵列 ， 它完全克服了前两种红外技 术的缺点，可以工作在室温 无需致冷， 术的缺点 ， 可以 工作在室温 ， 无需致冷 ， 所以无任何 工作在室温， 机械运动部件， 斯特林致冷机和斩波调制等。 机械运动部件，如：斯特林致冷机和斩波调制等。 这种器件应用到红外成像中， 这种器件应用到红外成像中 ， 出现了非致冷型红 外摄象仪。 外摄象仪 。 这种热像仪不仅在军事上得到了广泛的应 而且还广泛应用到很多民用行业中。 用，而且还广泛应用到很多民用行业中。
M = ∫ Mλdλ = σT4
0 ∞
M表示黑体的总辐射出射度，单位W•黑体的总辐射出 表示黑体的总辐射出射度，单位W cm-2。 由斯蒂芬－玻尔兹曼定律可以看出： 由斯蒂芬－玻尔兹曼定律可以看出： 射度与绝对温度的四次方成正比，因此即使温度变化相 射度与绝对温度的四次方成正比，因此即使温度变化相 σ=5.6696×10-8(W•m-2•k-4)，为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。 6696× 为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。 当小，都会引起辐射出射度很大的变化。 当小，都会引起辐射出射度很大的变化。 斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律表明了黑体辐射功率和绝对温 度之间的关系，它是通过物体辐射功率测量物体温度的 度之间的关系，它是通过物体辐射功率测量物体温度的 主要理论依据。 主要理论依据。
1.2.4 基本的辐射定理
基尔霍夫定律(Kirchoff’s 基尔霍夫定律(Kirchoff’s Law) 一定温度下， 一定温度下，任何物体的辐射出射度与其吸收率的比 值是一个普适函数，只是温度、波长的函数， 值是一个普适函数，只是温度、波长的函数，与物体 的性质无关。 的性质无关。
Fλ,T A ,T λ = E ( λ,T )
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
第二代 80年代 探测器由单元或线列走向了面阵， 80 年代 ， 探测器由单元或线列走向了面阵 ， 红外 年代， 热成像系统发展成为红外焦平面阵列。 热成像系统发展成为红外焦平面阵列。 将 红外焦平面阵列器件应用到红外成像中 ， 出现 红外焦平面阵列器件应用到红外成像中， 了致冷型固体红外摄象机，它不需要光机扫描， 了致冷型固体红外摄象机 ， 它不需要光机扫描 ， 通常 称该技术为第二代红外技术。 称该技术为第二代红外技术。 与第一代相比， 它改善了分辨率和速度， 与第一代相比 ， 它改善了分辨率和速度 ， 大大提 高了红外成象技术的水平，扩大了应用领域。 高了红外成象技术的水平，扩大了应用领域。
一、前言
1.1 红外成像的由来
1800年 英国天文学家W Herschel发现红外射线 1800年，英国天文学家W. Herschel发现红外射线； 发现红外射线； 十九世纪，认识红外辐射的本质， 十九世纪 ， 认识红外辐射的本质 ， 建立基本的辐射定 理； 二十世纪七十年代，红外电荷耦合器件(IR CCD)、 二十世纪七十年代，红外电荷耦合器件(IR CCD)、阵 列探测器(Array Detectors)和扫积型器件 和扫积型器件(SPRITE) 等 列探测器 (Array Detectors) 和扫积型器件 (SPRITE)等 先进探测器研制成功， 先进探测器研制成功 ， 红外技术和红外成像进入并发 展到了一个新的发展阶段。 展到了一个新的发展阶段。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
第二代 存在两个缺点： 存在两个缺点： 制冷：需要工作在液氮温度(77K，即：-196℃)。 196℃ 制冷：需要工作在液氮温度(77K 价格昂贵：致冷型长波红外焦平面热像仪每台在10 价格昂贵：致冷型长波红外焦平面热像仪每台在10 万美元以上，民用应用仍受到限制。 万美元以上，民用应用仍受到限制。 以二维N 元焦平面阵列(FPA) 探测器为特征 以二维 N×M 元焦平面阵列 (FPA)探测器为特征， 自带 探测器为特征， 信号读出电路，仍需要制冷，价格在万元以上。 信号读出电路，仍需要制冷，价格在万元以上。
一、前言
1.2.3 表征辐射性质的基本物理量
辐射通量 辐射通量的空间密度F 辐射通量的空间密度F 辐射出射度M 辐射出射度M 辐射照度E 辐射照度E 辐射通量的谱密度M 辐射通量的谱密度Mλ 黑体和灰体
辐射通量(Radiation Flux，单位： 辐射通量(Radiation Flux，单位：W) 单位时间内通过某一表面的辐射能量Q 单位： 单位时间内通过某一表面的辐射能量Q(单位：J)。 辐射通量的空间密度F 单位： 辐射通量的空间密度F(单位：W•m-2) 单位时间内，通过单位面积的辐射能量。 单位时间内，通过单位面积的辐射能量。 当只考虑辐射的发射和入照时， 当只考虑辐射的发射和入照时 ， 可分别使用辐射出射 和辐射照度E 度M和辐射照度E。 辐射出射度M 单位： 辐射出射度M(单位：W•m-2) 单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量。 单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量。 物理意义：单位波长间隔( 内在单位面积( 物理意义 ：单位波长间隔(m)内在单位面积(m2)上的辐 射功率。 射功率。 辐射照度E 单位： 辐射照度E(单位：W•m-2) 单位时间内，单位面积上接收的辐射能量。 单位时间内，单位面积上接收的辐射能量。
基尔霍夫定律表明：任何物体的辐射出射度和其吸收率 基尔霍夫定律表明： 之比，等于同一温度下黑体的辐射出射度。 之比，等于同一温度下黑体的辐射出射度。
二、红外成像的发展
2.1 红外成像系统的分类
根据目前红外热成像系统的发展情况及对今后的预测， 根据目前红外热成像系统的发展情况及对今后的预测， 红外热成像系统大致可分为三代： 红外热成像系统大致可分为三代： 第一代 指六十年代采用的致冷型单元或线列红外探测器， 指六十年代采用的致冷型单元或线列红外探测器 ， 以数目有限的探测单元为特征， 以数目有限的探测单元为特征 ， 借助光机扫描实现图 像探测，同时还需要低温制冷器协同工作，如： HgCdTe、InSb、PbS等红外探测器 其产品成本高。 HgCdTe、InSb、PbS等红外探测器，其产品成本高。 等红外探测器， 第一代红外技术分辨率和速度都受到限制， 第一代红外技术分辨率和速度都受到限制 ， 而且 价格十分昂贵，应用范围仅局限于军事。 价格十分昂贵，应用范围仅局限于军事。
一、前言
1.2.2 红外焦平面阵列探测器 (IRFPA，infrared focal plane array) ，
IRFPA： IRFPA： 把大量探测器单元， 按照一定规则， 把大量探测器单元 ， 按照一定规则 ， 用先进的微 电子工艺， 电子工艺 ， 高密度地集成到一块对红外透明的材料芯 片上，同时将其它必要的信号读出及处理电路， 片上 ， 同时将其它必要的信号读出及处理电路 ， 如 ： 前放，集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上， 前放 ， 集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上 ， 构 成一个既能接收光辐射， 成一个既能接收光辐射 ， 又能将光电信号转变为可用 数据输出的整体。 数据输出的整体。
1.2.4 基本的辐射定理
斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律 在全部波长范围内对普朗克公式积分， 在全部波长范围内对普朗克公式积分，得到从黑体单 位面积辐射到半球空间的总辐射功率， 位面积辐射到半球空间的总辐射功率，即总辐射出射 度的表达式，通常称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律： 度的表达式，通常称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律：
短波红外窗口0.76~1.5µm 近红外区 0.8~2 µm 红外辐射： 的光辐射范围。 红外辐射：从0.76µm~1000µm的光辐射范围。 3~5µm 中波红外窗口 1.5~6µm 中红外区 习惯上，红外波段被划分为： 习惯上 ， 红外波段被划分为 ： “ 近 ”、 “ 中 ”、 “ 远 ” 8~12 m 长波红外窗口 6~15µµm 远红外区 和“极远”四个区域。 极远”四个区域。 极远红外区 15~103µm 根据红外波在大气中的传输特性，又分为三个窗口。 根据红外波在大气中的传输特性，又分为三个窗口。
一、前言
1.2 要了解的几个概念
红外射线及大气窗口 红外焦平面阵列探测器(IRFPA， 红外焦平面阵列探测器(IRFPA，infrared focal plane array) 表征辐射性质的基本物理量 几个基本的辐射定理
一、前言
1.2.1 红外射线及窗口
红外射线 红外射线是一种与物体的表面温度密切相关的一种 辐射，它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。 辐射，它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。 红外窗口 红外窗口 红外成像 四个区域 三个窗口
1.2.4 基本的辐射定理
维恩位移定Байду номын сангаас(Wein’s 维恩位移定律(Wein’s Displancement Law) 1893年 1893年，维恩从热力学理论导出黑体辐射光谱的极大 值对应的波长： 值对应的波长：λmax=b／T 式中， 2897. 式中，b=2897.8µm•K。
从维恩位移定律可知：光谱辐射出射度的峰值波长与 从维恩位移定律可知： 绝对温度成反比。温度愈高，峰值波长越短。 绝对温度成反比。温度愈高，峰值波长越短。 根据维恩位移定律，300K 根据维恩位移定律，300K室温目标光谱出射度的峰值 所以8 约为9 约为9.6µm，所以8~14µm的长波红外成像特别受到重视
主要内容
前言 红外成像的发展 红外成像原理 红外焦平面和红外热像仪分类 红外热像仪的应用 红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向 市场分析
一、前言
自 然 界 中 一 切 物 体 ， 只 要 温 度 高 于 绝 对 零 度 (273℃ 就总是在不断地发射辐射能（红外线） 273℃)，就总是在不断地发射辐射能（红外线）。 因此， 从原理上讲， 因此 ， 从原理上讲 ， 只要能收集并探测出这些辐 射能，就可以通过重新排列来自探测器的、 射能 ， 就可以通过重新排列来自探测器的 、 与景物辐 射分布相对应的信号，形成热图像。 射分布相对应的信号，形成热图像。 这种热图像再现了景物各部分的辐射起伏， 这种热图像再现了景物各部分的辐射起伏 ， 因而 能显示出景物的各部分的特征。 能显示出景物的各部分的特征。 红外热像仪。 利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪 利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪。
一、前言
1.2.4 基本的辐射定理
红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理： 红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理： 普朗克定律 斯蒂芬— 斯蒂芬—玻尔兹曼定律 维恩位移定律 基尔霍夫定律
1.2.4 基本的辐射定理
普朗克定律(Planck’s 普朗克定律(Planck’s Law) 以波长表示的普朗克公式为： Mλ = 以波长表示的普朗克公式为：
辐射通量谱密度M 辐射通量谱密度Mλ 设一个物体的辐射出射度为M 设一个物体的辐射出射度为M，则： Mλ=dM／dλ dM／ Mλ是单位波长间隔中的辐射出射度，是波长的函数， 是单位波长间隔中的辐射出射度，是波长的函数， 称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度。 称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度。 黑体和灰体 绝对黑体：对任何波长的辐射， 绝对黑体：对任何波长的辐射，都能全部吸收的物 体。 黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。 黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。 灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于1 灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于1。