红外成像系统
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－－其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
在10线对/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）。
多晶氟化钙
多晶氟化镁
多晶硫化锌
100
80 60 40 20
单晶锗 单晶硅
2
4
6
8
10
12
14
16
18
• 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
20 波长/ µm
§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
升压 变电器
稳压电路
红外和微光成像系统
绪论
红外成像系统——向长波方向拓展人类的光谱视觉 将红外图像转变为可见光图像
• 红外夜视系统－－主动式红外成像
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
运用物体自然发射的红外辐射进行成像。
• 微光夜视－－近红外被动成像
微光夜视：像增强器－－光阴极＋高性能荧光粉 微光电视：红外成像＋电视摄像管
• 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
t/ms
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
延时计数器 延时调节器
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定义： 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
脉冲长度 调节器
高压供电
Leabharlann Baidu
脉冲发生器
延时器
临控 脉冲
准直 激光器
光学
选通
成像
光学
像管
信号 输出
图5-8 选通成像系统框图
大气
目标
§2 主动式红外成像系统
相对辐射、透过、接受率
五、 红外探照灯
1
2
3
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。 （4）易调焦，滤光片和光源更换方便。
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。
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年代：美国空军红外成像仪；
– 热释电：探测温度变化引起介电常数和自发极化强度的变化，输出 电荷信号；
– 多晶硅：非晶电阻硅，多晶硅-金属热偶 – 氧化钒：在氮化硅存底上制备氧化钒薄膜（0.02K）。
§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、太赫兹(30~3000µm )、毫米波、
PIP－1型像增强器－－第一代微光夜视系统
• 70年代：以微通道板像增强器－－第二代微光夜视系统 • 80年代：负电子亲和势阴极＋微通道板器件－－第三代微光夜视。
微光电视，凝视型IRCCD的发展
红外成像简史
• 1958年，英国劳森等人发明了红外探测器HgCdTe； • 第一代热成像（60年代）：单个传感元件 ＋ 二维扫描的扫描镜。
• 红外光阴极
银氧铯（Ag-O-Cs）光敏层， 峰值灵敏度：0.8µm ， 长波上限：1.2µm ，
光学纤维
阴极外筒
电子轨迹
阳极锥电极 光学纤维
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
荧光物质:硫硒化锌—铜[Zn（S， Se）·Cu]、
[（ZnCd）S·Ag]、硫化锌—铜（ZnS·Cu）
§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
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。
• 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。
• 热释电摄像型：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。
红外成像简史
• 低温制冷型：如HgCdTe、InSb和PtSi等；
– 美国Santa Barbara研究中心InSb 1024 X 1024 ； – 法国SOFRADIR长波HgCdTe488×26扫描型。
• 非制冷型：
– 热电堆：根据塞贝克效应检测热端和冷端之间的温度梯度，输出电 压信号；
– 测辐射热计：探测温度变化引起载流子浓度和迁移率的变化，输出 电阻信号；
荧光屏
硫化锌镉—银
§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：
（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。
3000K
2000K
1000K
0.1
1.0
10
400K 100 波长/ µm
峰值波长/ um
0.26 1.61 2.47 8.62 9.50 9.66 10.6 37.53
§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分
（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。
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
微波和无线电波。 • 红外的三个区域：
近红外: 0.78～1.9 µm 中红外: 3.0～20 µm；(3.0~5.0 µm) 远红外: 20～1000 µm; (8.0~20 µm) • 任何高于绝对零度的物体都在不停地发生红外辐射。
§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
绿色草木
粗糙混凝土
100
80
暗绿色漆
60
40
20
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0 波长/ µm
§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 / 2 fo ')
θ= 1
m× fo'
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： α e
=
β
1.25
× 3438' mfe '
+ 1
1
1.25
≈
6'
§2 主动式红外成像系统
三、 红外变像管
——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
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
/m
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。
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）
§ 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 ——显示出景物的热辐射特征
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。但易于暴露。
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。
§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’
• 从光阴极得：仪器分辨角： • 结论：物镜焦距、仪器放大率、
3—5μm ：HgCdTe 光电导型和InSb 光电型； 8—14μm：HgCdTe 光电导型。 • 第二代热像仪（70～90年代）：一维传感器阵列 ＋ 一维扫描镜， 光导型 HgCdTe 传感器线阵列或小面阵； • 第三代热像仪（2000年）：二维阵列传感器。 采用TDI( Time Delay and Integration:) ＋ 扫描，提高信噪比； 面阵－－不用扫描镜的“凝视传感器”（staring sensor）。
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 基本概念 107
四、维恩位移定律
106
辐射能量密度/ W/cm2. m
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
20 波长/ µm
• 大气窗口: 0.3～2.5 µm 、 3～5 µm , 8～14 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
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
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
光 机
探前
探
测置
测
器放
视 频
滤
扫
器
偏大
波
描
置器
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
§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 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
（2）放大率:
M = tgϖ ' = − fo ' × β
tgϖ
fe '
目镜
ϖ
'
=
arctg ( Ds
/
2
f
' e
)
β：变像管放大率
（3）分辨率 :
θ= 1 β × m'× fo '
（4）入瞳、出瞳
m：光阴极面分辨率（线对／mm〕
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
105
λ max
λmax = 2897 / T
104
103
T: 绝对温度，单位K； 102
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
6000K
5000K
4000K
• 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
在10线对/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）。
多晶氟化钙
多晶氟化镁
多晶硫化锌
100
80 60 40 20
单晶锗 单晶硅
2
4
6
8
10
12
14
16
18
• 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
20 波长/ µm
§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
升压 变电器
稳压电路
红外和微光成像系统
绪论
红外成像系统——向长波方向拓展人类的光谱视觉 将红外图像转变为可见光图像
• 红外夜视系统－－主动式红外成像
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
运用物体自然发射的红外辐射进行成像。
• 微光夜视－－近红外被动成像
微光夜视：像增强器－－光阴极＋高性能荧光粉 微光电视：红外成像＋电视摄像管
• 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
t/ms
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
延时计数器 延时调节器
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定义： 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
脉冲长度 调节器
高压供电
Leabharlann Baidu
脉冲发生器
延时器
临控 脉冲
准直 激光器
光学
选通
成像
光学
像管
信号 输出
图5-8 选通成像系统框图
大气
目标
§2 主动式红外成像系统
相对辐射、透过、接受率
五、 红外探照灯
1
2
3
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。 （4）易调焦，滤光片和光源更换方便。
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。
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年代：美国空军红外成像仪；
– 热释电：探测温度变化引起介电常数和自发极化强度的变化，输出 电荷信号；
– 多晶硅：非晶电阻硅，多晶硅-金属热偶 – 氧化钒：在氮化硅存底上制备氧化钒薄膜（0.02K）。
§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、太赫兹(30~3000µm )、毫米波、
PIP－1型像增强器－－第一代微光夜视系统
• 70年代：以微通道板像增强器－－第二代微光夜视系统 • 80年代：负电子亲和势阴极＋微通道板器件－－第三代微光夜视。
微光电视，凝视型IRCCD的发展
红外成像简史
• 1958年，英国劳森等人发明了红外探测器HgCdTe； • 第一代热成像（60年代）：单个传感元件 ＋ 二维扫描的扫描镜。
• 红外光阴极
银氧铯（Ag-O-Cs）光敏层， 峰值灵敏度：0.8µm ， 长波上限：1.2µm ，
光学纤维
阴极外筒
电子轨迹
阳极锥电极 光学纤维
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
荧光物质:硫硒化锌—铜[Zn（S， Se）·Cu]、
[（ZnCd）S·Ag]、硫化锌—铜（ZnS·Cu）
§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
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。
• 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。
• 热释电摄像型：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。
红外成像简史
• 低温制冷型：如HgCdTe、InSb和PtSi等；
– 美国Santa Barbara研究中心InSb 1024 X 1024 ； – 法国SOFRADIR长波HgCdTe488×26扫描型。
• 非制冷型：
– 热电堆：根据塞贝克效应检测热端和冷端之间的温度梯度，输出电 压信号；
– 测辐射热计：探测温度变化引起载流子浓度和迁移率的变化，输出 电阻信号；
荧光屏
硫化锌镉—银
§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：
（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。
3000K
2000K
1000K
0.1
1.0
10
400K 100 波长/ µm
峰值波长/ um
0.26 1.61 2.47 8.62 9.50 9.66 10.6 37.53
§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分
（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。
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
微波和无线电波。 • 红外的三个区域：
近红外: 0.78～1.9 µm 中红外: 3.0～20 µm；(3.0~5.0 µm) 远红外: 20～1000 µm; (8.0~20 µm) • 任何高于绝对零度的物体都在不停地发生红外辐射。
§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
绿色草木
粗糙混凝土
100
80
暗绿色漆
60
40
20
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0 波长/ µm
§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 / 2 fo ')
θ= 1
m× fo'
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： α e
=
β
1.25
× 3438' mfe '
+ 1
1
1.25
≈
6'
§2 主动式红外成像系统
三、 红外变像管
——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
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
/m
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。
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）
§ 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 ——显示出景物的热辐射特征
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。但易于暴露。
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。
§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’
• 从光阴极得：仪器分辨角： • 结论：物镜焦距、仪器放大率、
3—5μm ：HgCdTe 光电导型和InSb 光电型； 8—14μm：HgCdTe 光电导型。 • 第二代热像仪（70～90年代）：一维传感器阵列 ＋ 一维扫描镜， 光导型 HgCdTe 传感器线阵列或小面阵； • 第三代热像仪（2000年）：二维阵列传感器。 采用TDI( Time Delay and Integration:) ＋ 扫描，提高信噪比； 面阵－－不用扫描镜的“凝视传感器”（staring sensor）。
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 基本概念 107
四、维恩位移定律
106
辐射能量密度/ W/cm2. m
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
20 波长/ µm
• 大气窗口: 0.3～2.5 µm 、 3～5 µm , 8～14 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
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
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
光 机
探前
探
测置
测
器放
视 频
滤
扫
器
偏大
波
描
置器
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
§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 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
（2）放大率:
M = tgϖ ' = − fo ' × β
tgϖ
fe '
目镜
ϖ
'
=
arctg ( Ds
/
2
f
' e
)
β：变像管放大率
（3）分辨率 :
θ= 1 β × m'× fo '
（4）入瞳、出瞳
m：光阴极面分辨率（线对／mm〕
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
105
λ max
λmax = 2897 / T
104
103
T: 绝对温度，单位K； 102
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
6000K
5000K
4000K