红外传感技术第四章红外系统概述.ppt

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1、4.1 红外系统的分类红外系统有以下几种分类方法：按功能分：测辐射热计、红外光谱仪、搜索系统、跟踪系统、测距系统、警戒系统、通讯系统、热成像系统和测温仪等。按工作方式分：主动系统和被动系统、单元系统和多元系统、光点扫描系统及调制盘扫描系统、成像系统和非成像系统。按应用领域分：可分为军用系统和民用系统。第四章 红外系统概述按探测器元件数：被动式红外系统可分为第一代、第二代和第三代系统。第一代系统是在单元或多元探测器基础上建立的，系统采用传统的光机扫描。第二代系统采用多元焦平面列阵器件，在这种系统中，元件数达到10的三次，图象质量可与现代电视系统相比拟。第三代红外系统中，焦平面的元数足够多，可覆盖

2、整个视场，由电子扫描代替光机扫描，可称为真正的“凝视”系统。4.2 红外光学系统红外光学系统的作用是更新改善光束的分布，更有效地利用光能。若光学系统用于辐射源，或者用于聚集辐射能，形成有确定的辐射光束，或者使辐射束具有确定的形式；若光学系统用于辐射探测器，则用来收集辐射，会聚到探测器灵敏面上。红外系统中光学系统的使用可大大提高灵敏面上的照度，它可比入射到光学系统表面上的照度高若干倍，从而提高仪器的信噪比，增大系统的探测能力。4.3 调制盘调制盘为使目标辐射转变成电子线路容易处理的交变信号，也为了将目标信息与背景干扰信号相分离，必须进行辐射调制，或称为斩光。调制盘是红外系统信息处理的主要部件，不

3、仅用作斩光器，将连续辐射变成交变辐射，而且还用作空间滤波器，把被测目标从背景中识别出来。在红外跟踪系统中，调制盘还被用来作为对目标方位进行编码的编码器，提供目标方位信息，所以在跟踪系统中使用调制盘必须具备调制、编码和空间滤波三种功能。斩光器在光测量应用中，把连续光源发出的光，调制成等时断续的光信号，便于光电变换后进行选频放大和相干检测。本斩光器除了能对被测光进行调制外，同时输出与调制频率同步的参考电压方波，作为锁定放大器的参考信号，因此，特别适用于采用锁定放大器的激光、光学或微波测量系统。本斩光器采用了闭环控制系统，能方便地连续调节斩光器的调制频率，并保证斩光频率具有很高的稳定性。本斩光器采用

4、了双频斩光盘，能同时对两束光进行调制，获得两种调制频率，用数字显示。并由两电缆插座对应输出两个频率的电压信号，供锁定放大器作为参考信号，给双光路或单光路检测系统提供了一种性能优良的斩光器。适用于各种场合下的激光、光学或微波测量系统。为了使用更加灵活方便，ND-4型采用斩光盘与控制部份分开的特殊形式，斩光盘的光路孔可以转动任意角度，并可调节高度。典型调制盘的设计1.平移条带状调制盘其图案是透明与不透明相互交替的条带，在X2坐标轴方向平移。当向X1方向移动时，图案不变。图4-10 平移条带状调制盘2.辐条均匀旋转调制盘这种调制盘也称斩光盘。当有P对透明与不透明辐条时，基本周期为 则其一维傅里叶级数

5、展开式所遵从的分析图形跟有相同规定的任意相位值的条带状调制盘的相同。分析表明，这是一种振幅调制。图4-11 辐条均匀旋转型调制盘3.旭日型调制盘这种调制盘也称太阳光芒型调制盘，它相当于在斩光盘上附加了一定相部分，这样可以获得角位置信息，旭日型调制盘的周期是 ，其附加的定相部分有一半是透明区。分析指出，这也是一种振幅调制。图4-12 旭日型调制盘4.旋转同心环形调制盘这种调制盘图案比上述三种图案更通用，它是一种很有潜力的调制盘系统，也是模拟更复杂图案的一种方法。这种图案是一种同心环形调制盘的集总。图4-13 旋转同心环形调制盘4.4 显示装置有两类基本的显示信息，即数字式信息和图像信息，前者包括

6、数字、字母、汉字及特殊符号等字码，后者包括图像和图形。而显示技术种类繁多，按原理分，显示技术可分为：电子束显示(亦称CRT显示)、真空荧光显示(VFD)、发光二极管显示(LED)、电致发光显示(ELD)、等离子体显示(PDP)、液晶显示(LCD)、激光显示(LD)和电致变色显示(ECD)等。其中，在红外系统中最常用的显示技术是CRT显示、LED显示和LCD显示等。显示器的主要性能指标1)亮度 一般显示器应有70cdm-2的亮度，具有这种亮度的图像在普通室内照度下清晰可见。在室外观看时，要求的显示亮度更高，应达到300cdm2以上。2)对比度和灰度 对比度是指而上最大亮度和最小亮度之比广般显示器

7、应有30：1的对比度。灰度是指画面上亮度的等级差别，一幅电视画面图像应有8级左右的灰度，眼睛可分辨的最大灰度级大致为100级。一般显示字码、图形、表格、曲线对灰度没有要求，只要求对比度较高即可。(3)分辨力 分辨力是人眼观察图像清晰程度的标志。常用帧速范围内能分辨的等宽度黑白条纹(对比度为100)数目或电视扫描行数来表示，有时也用光点直径表示，在显示器件中，光点直径大约为几微米到几毫米。(4)发光额色 可用发射光谱的峰值和带宽或色度坐标来表示发光颜色(显示颜色)。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种类、层次和范围，是彩色显示器件的一个重要指标。(5)余辉时间 余辉时间是指荧光粉在电子轰击停止后

8、起到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的l10(或1100)所经历的时间。典型的显示方式1.阴极射线管（CRT）显示CRT显示技术在整个显示领域中占有极其重要的地位。在红外系统中，特别是在热成像装置中，CRT显示是使用最普遍的一种方法，通常要求做到与电视兼容。红外探测器输出的信号经放大和处理后，便输入到电视显像管中，在其荧光屏上显示出目标的红外辐射分布情况。2.发光二极管（发光二极管（LED）显示）显示 LED显示是一类光源显示法。视频信号经放大及处理后，直接推动发光二极管，它显示出目标表面红外辐射能量的分布情况。发光二极管的主要应用有：数字、文字显示，例如七段数码管可显示出o9十个可变数字，又如1

9、4划字码管可显示o一9十个数字与26个英文字母图形显示，例如用它制成LED电视机，其特点是工作电压低(2v)、亮度高、集成度高等；存储显示，例如，PnPn型负阻发光器件、门锁二极管等；多色显示，例如多色GaP LED、四色LED显示板等。3.液晶显示 液晶显示技术是70年代以来开发的一种新的显示方法。在各类新型显示技术中，液晶显示器最受人们重视。70年代以后，液晶显示得到飞速的发展，先后实现了液晶大屏幕显示、液晶彩色显示、液晶光阀、液晶电视以及电视兼容液晶显示器等，液晶显示器件目前已成为仅次于显像管的第二大显示器产品。液晶显示作为一种新的优良显示方法，它有如下优点；液晶显示作为一种新的优良显示

10、方法，它有如下优点；1.可以随意控制液品盒内的液晶分子的排列取向，故能利用液晶制成各种电光显示器件，2.对温度比较敏感，能在1摄氏度左右的温度范围内显示不同颜色；3.在强光照环境下与暗光照时一样，都是清晰可见的；4.工作电压较低，约1vMOS集成电路直接兼容；6.是典型的薄壁显示，显示面积不受限制，既可制成小型显示器，又可制作大屏幕显示；7.制造工艺简单，价格低廉。液晶显示器件主要利用液晶的电光效应和热光效应，如利用向列型液晶动态散射显示，已成功地制成显示板应用于台式电子计算机和钟表等方面；又如，利用胆出型液晶螺距变化，可制作彩色电控板或彩色电视等，已应用于电子束贮存管相依投影仪上；再如，利用胆舀型液晶螺旋轴旋转，可用于记忆型显示。此外，液晶还可用于光阀、无损探伤、医疗显示以及电子照相技术等许多方面。