红外成像及应用ppt课件.ppt

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1、主要内容主要内容l l前言前言前言前言 l l红外成像的发展红外成像的发展红外成像的发展红外成像的发展l l红外成像原理红外成像原理红外成像原理红外成像原理l l红外焦平面和红外热像仪分类红外焦平面和红外热像仪分类红外焦平面和红外热像仪分类红外焦平面和红外热像仪分类l l红外热像仪的应用红外热像仪的应用红外热像仪的应用红外热像仪的应用l l红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向l l市场分析市场分析市场分析市场分析一、前言一、前言自自自自然然然然界界界界中中中中一一一一切切

2、切切物物物物体体体体，只只只只要要要要温温温温度度度度高高高高于于于于绝绝绝绝对对对对零零零零度度度度(-(-273273)，就总是在不断地发射辐射能（，就总是在不断地发射辐射能（，就总是在不断地发射辐射能（，就总是在不断地发射辐射能（红外线红外线红外线红外线）。）。）。）。因因因因此此此此，从从从从原原原原理理理理上上上上讲讲讲讲，只只只只要要要要能能能能收收收收集集集集并并并并探探探探测测测测出出出出这这这这些些些些辐辐辐辐射射射射能能能能，就就就就可可可可以以以以通通通通过过过过重重重重新新新新排排排排列列列列来来来来自自自自探探探探测测测测器器器器的的的的、与与与与景景景景物物物物辐辐

3、辐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。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。这这这这种种种种热热热热图图图图像像像像再再再再现现现现了了了了景景景景物物物物各各各各部部部部分分分分的的的的辐辐辐辐射射射射起起起起伏伏伏伏，因因因因而而而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。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。利用这种原理制成的成像器件就是利用这种原理制成的成像器件就是利用这种原理制成的成像器件就是利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪红外热像仪红外热像仪红外热像仪。一、前言一、前言1.1 红外成像

4、的由来红外成像的由来18001800年，英国天文学家年，英国天文学家年，英国天文学家年，英国天文学家W.HerschelW.Herschel发现红外射线；发现红外射线；发现红外射线；发现红外射线；十十十十九九九九世世世世纪纪纪纪，认认认认识识识识红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射的的的的本本本本质质质质，建建建建立立立立基基基基本本本本的的的的辐辐辐辐射射射射定定定定理；理；理；理；二二二二十十十十世世世世纪纪纪纪七七七七十十十十年年年年代代代代，红红红红外外外外电电电电荷荷荷荷耦耦耦耦合合合合器器器器件件件件(IR(IR CCD)CCD)、阵阵阵阵列列列列探探探探测测测测器器器器(Array(

5、Array Detectors)Detectors)和和和和扫扫扫扫积积积积型型型型器器器器件件件件(SPRITE)(SPRITE)等等等等先先先先进进进进探探探探测测测测器器器器研研研研制制制制成成成成功功功功，红红红红外外外外技技技技术术术术和和和和红红红红外外外外成成成成像像像像进进进进入入入入并并并并发发发发展展展展到了一个新的发展阶段。到了一个新的发展阶段。到了一个新的发展阶段。到了一个新的发展阶段。一、前言一、前言zz红外射线及大气窗口红外射线及大气窗口红外射线及大气窗口红外射线及大气窗口zz红红红红外外外外焦焦焦焦平平平平面面面面阵阵阵阵列列列列探探探探测测测测器器器器(IRFP

6、A(IRFPA，infrared infrared focal focal plane plane array)array)zz表征辐射性质的基本物理量表征辐射性质的基本物理量表征辐射性质的基本物理量表征辐射性质的基本物理量zz几个基本的辐射定理几个基本的辐射定理几个基本的辐射定理几个基本的辐射定理1.2 要了解的几个概念要了解的几个概念一、前言一、前言zz红外射线红外射线红外射线红外射线红红红红外外外外射射射射线线线线是是是是一一一一种种种种与与与与物物物物体体体体的的的的表表表表面面面面温温温温度度度度密密密密切切切切相相相相关关关关的的的的一一一一种种种种辐射，它是一种看不见、摸不着的一

7、种电磁波。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。辐射，它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。1.2.1 红外射线及窗口红外射线及窗口zz红外窗红外窗红外窗红外窗口口口口红外辐射：从红外辐射：从红外辐射：从红外辐射：从0.760.76 mm10001000 mm的光辐射范围。的光辐射范围。的光辐射范围。的光辐射范围。习习习习惯惯惯惯上上上上，红红红红外外外外波波波波段段段段被被被被划划划划分分分分为为为为：“近近近近”、“中中中中”、“远远远远”和和和和“极远极远极远极远”四个区域。四个区域。四个区域。四个区域。根据红外波在大气中的传输特性，又分为三个

8、窗口。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。根据红外波在大气中的传输特性，又分为三个窗口。四个区域四个区域四个区域四个区域1510315103 mm极远红外区极远红外区极远红外区极远红外区615615 mm远红外区远红外区远红外区远红外区1.561.56 mm中红外区中红外区中红外区中红外区0.761.50.761.5 mm近红外区近红外区近红外区近红外区三个窗口三个窗口三个窗口三个窗口812812 mm长波红外窗口长波红外窗口长波红外窗口长波红外窗口3535 mm中波红外窗口中波红外窗口中波红外窗口中波红外窗口0.820.82 mm短波红

9、外窗口短波红外窗口短波红外窗口短波红外窗口红外成像红外成像红外成像红外成像一、前言一、前言IRFPAIRFPA：把把把把大大大大量量量量探探探探测测测测器器器器单单单单元元元元，按按按按照照照照一一一一定定定定规规规规则则则则，用用用用先先先先进进进进的的的的微微微微电电电电子子子子工工工工艺艺艺艺，高高高高密密密密度度度度地地地地集集集集成成成成到到到到一一一一块块块块对对对对红红红红外外外外透透透透明明明明的的的的材材材材料料料料芯芯芯芯片片片片上上上上，同同同同时时时时将将将将其其其其它它它它必必必必要要要要的的的的信信信信号号号号读读读读出出出出及及及及处处处处理理理理电电电电路路路路

10、，如如如如：前前前前放放放放，集集集集成成成成到到到到同同同同一一一一芯芯芯芯片片片片或或或或另另另另一一一一其其其其他他他他材材材材料料料料的的的的芯芯芯芯片片片片上上上上，构构构构成成成成一一一一个个个个既既既既能能能能接接接接收收收收光光光光辐辐辐辐射射射射，又又又又能能能能将将将将光光光光电电电电信信信信号号号号转转转转变变变变为为为为可可可可用用用用数据输出的整体。数据输出的整体。数据输出的整体。数据输出的整体。1.2.2 红外焦平面阵列探测器红外焦平面阵列探测器(IRFPA，infrared focal plane array)一、前言一、前言zz辐射通量辐射通量辐射通量辐射通量z

11、z辐射通量的空间密度辐射通量的空间密度辐射通量的空间密度辐射通量的空间密度F Fzz辐射出射度辐射出射度辐射出射度辐射出射度MMzz辐射照度辐射照度辐射照度辐射照度E Ezz辐射通量的谱密度辐射通量的谱密度辐射通量的谱密度辐射通量的谱密度MM zz黑体和灰体黑体和灰体黑体和灰体黑体和灰体1.2.3 表征辐射性质的基本物理量表征辐射性质的基本物理量zz辐射通量辐射通量辐射通量辐射通量(Radiation Flux(Radiation Flux，单位：，单位：，单位：，单位：WW)单位时间内通过某一表面的辐射能量单位时间内通过某一表面的辐射能量单位时间内通过某一表面的辐射能量单位时间内通过某一表面

12、的辐射能量Q Q(单位：单位：单位：单位：J J)。zz辐射通量的空间密度辐射通量的空间密度辐射通量的空间密度辐射通量的空间密度F F(单位：单位：单位：单位：WW mm-2-2)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。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。当当当当只只只只考考考考虑虑虑虑辐辐辐辐射射射射的的的的发发发发射射射射和和和和入入入入照照照照时时时时，可可可可分分分分别别别别使使使使用用用用辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度MM和辐射照度和辐射照度和辐射照度和辐射照度E E。zz辐射出射度辐射出射度辐射出射度辐射

13、出射度MM(单位：单位：单位：单位：WW mm-2-2)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。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。物物物物理理理理意意意意义义义义：单单单单位位位位波波波波长长长长间间间间隔隔隔隔(mm)内内内内在在在在单单单单位位位位面面面面积积积积(mm2 2)上上上上的的的的辐辐辐辐射功率。射功率。射功率。射功率。zz辐射照度辐射照度辐射照度辐射照度E E(单位：单位：单位：单位：WW mm-2-2)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。单位

14、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。zz辐射通量谱密度辐射通量谱密度辐射通量谱密度辐射通量谱密度MM 设一个物体的辐射出射度为设一个物体的辐射出射度为设一个物体的辐射出射度为设一个物体的辐射出射度为MM，则：，则：，则：，则：MM =dMdMd d MM 是是是是单单单单位位位位波波波波长长长长间间间间隔隔隔隔中中中中的的的的辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度，是是是是波波波波长长长长的的的的函函函函数数数数，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。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

15、谱密度。zz黑体和灰体黑体和灰体黑体和灰体黑体和灰体绝绝绝绝对对对对黑黑黑黑体体体体：对对对对任任任任何何何何波波波波长长长长的的的的辐辐辐辐射射射射，都都都都能能能能全全全全部部部部吸吸吸吸收收收收的的的的物物物物体。体。体。体。黑体黑体黑体黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。：只能吸收某一波长辐射的物体。：只能吸收某一波长辐射的物体。：只能吸收某一波长辐射的物体。灰体灰体灰体灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于：物体的吸收率不随波长而变，且小于：物体的吸收率不随波长而变，且小于：物体的吸收率不随波长而变，且小于1 1。一、前言一、前言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

16、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：红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理：zz普朗克定律普朗克定律普朗克定律普朗克定律zz斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律zz维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律zz基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.2.4 基本的辐射定理基本的辐射定理zz普朗克定律普朗克定律普朗克定律普朗克定律(Plancks Law)(Plancks Law)以波长表示的普朗克公式为：以波长表示的普朗克公式为：以波长表示的普朗克公式为：以波长表示的普朗克公式为：式式式式中中中中，MM 表表表表示示示示

17、绝绝绝绝对对对对黑黑黑黑体体体体的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度（Spectral Spectral Radiant Radiant ExitanceExitance），单位：），单位：），单位：），单位：WW cmcm-2-2 mm-1-1。表表表表示示示示波波波波长长长长(mm)，T T表表表表示示示示绝绝绝绝对对对对温温温温度度度度(K K)，C C1 1、C C2 2分分分分别表示第一、第二辐射常数。别表示第一、第二辐射常数。别表示第一、第二辐射常数。别表示第一、第二辐射常数。1.2.4 基本的辐射定理基本的辐射定理普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布

18、规律：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：普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律：光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度随随随随温温温温度度度度的的的的增增增增加加加加而而而而增增增增加加加加，温温温温度度度度越越越越高高高高，所所所所有有有有波波波波长长长长上上上上的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度也也也也就就就就越越越越大大大大。且且且且光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射出出出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。射度的峰值波长随温度的增

19、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。zz斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律在在在在全全全全部部部部波波波波长长长长范范范范围围围围内内内内对对对对普普普普朗朗朗朗克克克克公公公公式式式式积积积积分分分分，得得得得到到到到从从从从黑黑黑黑体体体体单单单单位位位位面面面面积积积积辐辐辐辐射射射射到到到到半半半半球球球球空空空空间间间间的的的的总总总总辐辐辐辐射射射射功功功功率率率率，即即即即总总总总辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度的表达式，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：度的表达式，通常称为斯

20、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：MM表示黑体的总辐射出射度，单位表示黑体的总辐射出射度，单位表示黑体的总辐射出射度，单位表示黑体的总辐射出射度，单位WW cmcm-2-2。=5.6696=5.6696 1010-8-8(WW mm-2-2 k k-4-4)，为斯蒂芬，为斯蒂芬，为斯蒂芬，为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。玻尔兹曼常数。玻尔兹曼常数。玻尔兹曼常数。由斯蒂芬玻尔兹曼定律可以看出：黑体的总辐射出由斯蒂芬玻尔兹曼定律可以看出：黑体的总辐射出由斯蒂芬玻尔兹曼定律可以看出：黑体的总辐射出由斯蒂芬玻尔兹曼定律可以看出：黑体的总辐射出射度与绝对温度的四次方成正比，因此射度与绝对

21、温度的四次方成正比，因此射度与绝对温度的四次方成正比，因此射度与绝对温度的四次方成正比，因此即使温度变化相即使温度变化相即使温度变化相即使温度变化相当小，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。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玻尔兹曼定律表明了黑体辐射功率和绝对温玻尔兹曼定律表明了黑体辐射功率和绝对温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，它是度之间的关系，它是度之间的关系，它是度之间的关系，它是通过物体辐射功率测量物体温度的通过物体辐射功率测量物体温度

22、的通过物体辐射功率测量物体温度的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。主要理论依据。主要理论依据。1.2.4 基本的辐射定理基本的辐射定理zz维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律(WeinsWeins DisplancementDisplancement Law)Law)18931893年年年年，维维维维恩恩恩恩从从从从热热热热力力力力学学学学理理理理论论论论导导导导出出出出黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射光光光光谱谱谱谱的的的的极极极极大大大大值对应的波长：值对应的波长：值对应的波长：值对应的波长：maxmax=b bT T式中，式中，式中，式中，b b=28

23、97.8=2897.8 mm K 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：光谱辐射出射度的峰值波长与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：光谱辐射出射度的峰值波长与绝对温度成反比。绝对温度成反比。绝对温度成反比。绝对温度成反比。温度愈高，峰值波长越短。温度愈高，峰值波长越短。温度愈高，峰值波长越短。温度愈高，峰值波长越短。根根根根据据据据维维维维恩恩恩恩位位位位移移移移定定定定律律律律，300300K K室室室室温温温温目目目目标标标标光光光光谱谱谱谱出出出出射射射射度度度度的的的的峰峰峰峰值值值值约为约为约为约为9.69.6 mm，所

24、以，所以，所以，所以814814 mm的长波红外成像特别受到重视的长波红外成像特别受到重视的长波红外成像特别受到重视的长波红外成像特别受到重视 1.2.4 基本的辐射定理基本的辐射定理zz基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律(KirchoffsKirchoffs Law)Law)一一一一定定定定温温温温度度度度下下下下，任任任任何何何何物物物物体体体体的的的的辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度与与与与其其其其吸吸吸吸收收收收率率率率的的的的比比比比值值值值是是是是一一一一个个个个普普普普适适适适函函函函数数数数，只只只只是是是是温温温温度度度度、波波波波长长长长的的的的函函函

25、函数数数数，与与与与物物物物体体体体的性质无关。的性质无关。的性质无关。的性质无关。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：任何物体的辐射出射度和其吸收率基尔霍夫定律表明：任何物体的辐射出射度和其吸收率基尔霍夫定律表明：任何物体的辐射出射度和其吸收率之比，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。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。1.2.4 基本的辐射定理基本的辐射定理二、红外成像的发展二、红外成像的发展根根根根据据据据目目目目前前前前红红红红外外外外热热热热成成成成像像像像系系系系统统统统的的的的

26、发发发发展展展展情情情情况况况况及及及及对对对对今今今今后后后后的的的的预预预预测测测测，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：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：zz第一代第一代第一代第一代指指指指六六六六十十十十年年年年代代代代采采采采用用用用的的的的致致致致冷冷冷冷型型型型单单单单元元元元或或或或线线线线列列列列红红红红外外外外探探探探测测测测器器器器，以以以以数数数数目目目目有有有有限限限限的的的的探探探探测测测测单单单单元元元元为为为为特特特特征征征征，借借借借助助助助光光光光机机机机扫扫扫扫描描描描实实实实现现现现图图图图像像像像探探探

27、探测测测测，同同同同时时时时还还还还需需需需要要要要低低低低温温温温制制制制冷冷冷冷器器器器协协协协同同同同工工工工作作作作，如如如如：HgCdTeHgCdTe、InSbInSb、PbSPbS等红外探测器，其产品成本高。等红外探测器，其产品成本高。等红外探测器，其产品成本高。等红外探测器，其产品成本高。第第第第一一一一代代代代红红红红外外外外技技技技术术术术分分分分辨辨辨辨率率率率和和和和速速速速度度度度都都都都受受受受到到到到限限限限制制制制，而而而而且且且且价格十分昂贵，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。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

28、限于军事。2.1 红外成像系统的分类红外成像系统的分类二、红外成像的发展二、红外成像的发展zz第二代第二代第二代第二代8080年年年年代代代代，探探探探测测测测器器器器由由由由单单单单元元元元或或或或线线线线列列列列走走走走向向向向了了了了面面面面阵阵阵阵，红红红红外外外外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。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。将将将将红红红红外外外外焦焦焦焦平平平平面面面面阵阵阵阵列列列列器器器器件件件件应应应应用用用用到到到到红红红红外外外外成成成成像像像像中中中中，出出出出现现现现了了了了致致致致冷冷冷冷型型

29、型型固固固固体体体体红红红红外外外外摄摄摄摄象象象象机机机机，它它它它不不不不需需需需要要要要光光光光机机机机扫扫扫扫描描描描，通通通通常常常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。称该技术为第二代红外技术。称该技术为第二代红外技术。与与与与第第第第一一一一代代代代相相相相比比比比，它它它它改改改改善善善善了了了了分分分分辨辨辨辨率率率率和和和和速速速速度度度度，大大大大大大大大提提提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。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。2.1 红外成像系统的分类红外成像系

30、统的分类二、红外成像的发展二、红外成像的发展zz第二代第二代第二代第二代存在两个缺点：存在两个缺点：存在两个缺点：存在两个缺点：制冷：制冷：制冷：制冷：需要工作在液氮温度需要工作在液氮温度需要工作在液氮温度需要工作在液氮温度(77(77K K，即：，即：，即：，即：-196-196)。价价价价格格格格昂昂昂昂贵贵贵贵：致致致致冷冷冷冷型型型型长长长长波波波波红红红红外外外外焦焦焦焦平平平平面面面面热热热热像像像像仪仪仪仪每每每每台台台台在在在在1010万美元以上，民用应用仍受到限制。万美元以上，民用应用仍受到限制。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。以以以以二二二二

31、维维维维N N MM元元元元焦焦焦焦平平平平面面面面阵阵阵阵列列列列(FPA)(FPA)探探探探测测测测器器器器为为为为特特特特征征征征，自自自自带带带带信号读出电路，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。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。2.1 红外成像系统的分类红外成像系统的分类二、红外成像的发展二、红外成像的发展zz第三代第三代第三代第三代九九九九十十十十年年年年代代代代中中中中期期期期，美美美美国国国国发发发发明明明明了了了了可可可可在在在在室室室室温温温温环环环环境境境境下下下下工工工工作作作作的的的的

32、固固固固体体体体红红红红外外外外焦焦焦焦平平平平面面面面阵阵阵阵列列列列，它它它它完完完完全全全全克克克克服服服服了了了了前前前前两两两两种种种种红红红红外外外外技技技技术术术术的的的的缺缺缺缺点点点点，可可可可以以以以工工工工作作作作在在在在室室室室温温温温，无无无无需需需需致致致致冷冷冷冷，所所所所以以以以无无无无任任任任何何何何机械运动部件，如：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。机械运动部件，如：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。这这这这种种种种器器器器件件件件应应应应用用用用到到到到红红红红外外外外成成成成像像像像

33、中中中中，出出出出现现现现了了了了非非非非致致致致冷冷冷冷型型型型红红红红外外外外摄摄摄摄象象象象仪仪仪仪。这这这这种种种种热热热热像像像像仪仪仪仪不不不不仅仅仅仅在在在在军军军军事事事事上上上上得得得得到到到到了了了了广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用，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。用，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。2.1 红外成像系统的分类红外成像系统的分类二、红外成像的发展二、红外成像的发展美国德克萨斯仪器公司的美国德克萨斯仪器公司的美国德克萨斯仪器公司的美国德克萨斯仪器公司的红外前视系统红外前视系统红外前视系统

34、红外前视系统(FLIR)(FLIR)二二二二战战战战后后后后，首首首首先先先先由由由由美美美美国国国国德德德德克克克克萨萨萨萨斯斯斯斯仪仪仪仪器器器器公公公公司司司司(TI)(TI)研研研研制制制制成功第一台用于军事领域的红外热成像装置成功第一台用于军事领域的红外热成像装置成功第一台用于军事领域的红外热成像装置成功第一台用于军事领域的红外热成像装置(FLIR)(FLIR)。它它它它利利利利用用用用光光光光学学学学机机机机械械械械系系系系统统统统对对对对被被被被测测测测目目目目标标标标的的的的红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射扫扫扫扫描描描描，由由由由单单单单元元元元光光光光子子子子探探探探测测测

35、测器器器器接接接接收收收收二二二二维维维维红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射，经经经经过过过过光光光光电电电电转转转转换换换换及一系列信号处理，形成视频图像信号。及一系列信号处理，形成视频图像信号。及一系列信号处理，形成视频图像信号。及一系列信号处理，形成视频图像信号。该该该该系系系系统统统统的的的的原原原原始始始始形形形形式式式式是是是是非非非非实实实实时时时时的的的的自自自自动动动动温温温温度度度度分分分分布布布布记记记记录录录录仪仪仪仪，随随随随着着着着锑锑锑锑化化化化铟铟铟铟和和和和锗锗锗锗化化化化汞汞汞汞光光光光子子子子探探探探测测测测器器器器的的的的发发发发展展展展，才才才才成成成成

36、为为为为高速扫描和实时显示目标热图像的系统。高速扫描和实时显示目标热图像的系统。高速扫描和实时显示目标热图像的系统。高速扫描和实时显示目标热图像的系统。2.2 红外成像系统的发展红外成像系统的发展二、红外成像的发展二、红外成像的发展瑞典瑞典瑞典瑞典AGAAGA公司的公司的公司的公司的红外热像仪红外热像仪红外热像仪红外热像仪六六六六十十十十年年年年代代代代初初初初，瑞瑞瑞瑞典典典典AGAAGA公公公公司司司司研研研研制制制制成成成成功功功功第第第第二二二二代代代代红红红红外外外外成成成成像像像像系系系系统统统统，它它它它在在在在红红红红外外外外前前前前视视视视系系系系统统统统的的的的基基基基础础

37、础础上上上上增增增增加加加加了了了了测测测测温温温温功功功功能能能能，被被被被称称称称为为为为红红红红外外外外热热热热像像像像仪仪仪仪。投投投投入入入入应应应应用用用用的的的的热热热热成成成成像像像像系系系系统统统统可可可可在在在在黑夜或浓雾中探测对方的目标。黑夜或浓雾中探测对方的目标。黑夜或浓雾中探测对方的目标。黑夜或浓雾中探测对方的目标。开开开开始始始始由由由由于于于于保保保保密密密密的的的的原原原原因因因因，在在在在发发发发达达达达国国国国家家家家也也也也仅仅仅仅限限限限于于于于军军军军用用用用，因因因因为为为为是是是是应应应应用用用用于于于于军军军军事事事事领领领领域域域域，热热热热成

38、成成成像像像像系系系系统统统统的的的的研研研研制制制制开开开开发发发发费费费费用用用用很很很很大大大大，仪仪仪仪器器器器成成成成本本本本很很很很高高高高。后后后后来来来来考考考考虑虑虑虑到到到到工工工工业业业业生生生生产产产产中中中中的的的的实实实实用用用用性，开始降低造价，以适应民用市场要求。性，开始降低造价，以适应民用市场要求。性，开始降低造价，以适应民用市场要求。性，开始降低造价，以适应民用市场要求。2.2 红外成像系统的发展红外成像系统的发展二、红外成像的发展二、红外成像的发展AGAAGA公司的公司的公司的公司的工业用实时热成像系统工业用实时热成像系统工业用实时热成像系统工业用实时热成

39、像系统(THV)(THV)六六六六十十十十年年年年代代代代中中中中期期期期，AGAAGA公公公公司司司司研研研研制制制制出出出出第第第第一一一一套套套套工工工工业业业业用用用用实实实实时时时时热热热热成成成成像像像像系系系系统统统统(THV)(THV)，该该该该系系系系统统统统用用用用液液液液氮氮氮氮致致致致冷冷冷冷，110V110V电电电电源源源源电电电电压供电，重达压供电，重达压供电，重达压供电，重达3535公斤，使用中便携性能很差。公斤，使用中便携性能很差。公斤，使用中便携性能很差。公斤，使用中便携性能很差。19881988年年年年推推推推出出出出的的的的全全全全功功功功能能能能热热热热

40、像像像像仪仪仪仪，将将将将温温温温度度度度测测测测量量量量、图图图图像像像像采采采采集集集集、存存存存储储储储集集集集为为为为一一一一体体体体，仪仪仪仪器器器器的的的的功功功功能能能能、精精精精度度度度和和和和可可可可靠靠靠靠性性性性得得得得到了显著的提高。到了显著的提高。到了显著的提高。到了显著的提高。19861986年年年年，经经经经过过过过改改改改进进进进的的的的红红红红外外外外热热热热像像像像仪仪仪仪已已已已不不不不需需需需要要要要液液液液氮氮氮氮或或或或高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电。高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电。高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电。高压气，而以

41、热电方式致冷，可用电池供电。2.2 红外成像系统的发展红外成像系统的发展二、红外成像的发展二、红外成像的发展非致冷红外焦平面成像传感器非致冷红外焦平面成像传感器非致冷红外焦平面成像传感器非致冷红外焦平面成像传感器八八八八十十十十年年年年代代代代，美美美美国国国国霍霍霍霍尼尼尼尼威威威威尔尔尔尔（HoneywellHoneywell）公公公公司司司司，开开开开发发发发出非致冷红外焦平面成像传感器。出非致冷红外焦平面成像传感器。出非致冷红外焦平面成像传感器。出非致冷红外焦平面成像传感器。九九九九十十十十年年年年代代代代中中中中期期期期，该该该该公公公公司司司司已已已已制制制制成成成成3202403

42、20240室室室室温温温温工工工工作作作作的的的的硅硅硅硅微微微微测测测测辐辐辐辐射射射射热热热热传传传传感感感感器器器器以以以以及及及及相相相相应应应应的的的的电电电电路路路路与与与与系系系系统统统统，现现现现已已已已装装装装配配配配成成成成各各各各类类类类军军军军用用用用热热热热像像像像仪仪仪仪，包包包包括括括括中中中中波波波波红红红红外外外外窗窗窗窗口口口口（3535 mm）和长波红外窗口（和长波红外窗口（和长波红外窗口（和长波红外窗口（812812 mm ）热像仪。）热像仪。）热像仪。）热像仪。2.2 红外成像系统的发展红外成像系统的发展二、红外成像的发展二、红外成像的发展非致冷红外焦

43、平面成像传感器非致冷红外焦平面成像传感器非致冷红外焦平面成像传感器非致冷红外焦平面成像传感器非非非非致致致致冷冷冷冷红红红红外外外外焦焦焦焦平平平平面面面面阵阵阵阵列列列列技技技技术术术术的的的的出出出出现现现现，实实实实现现现现了了了了热热热热像像像像仪仪仪仪系系系系统统统统的的的的小小小小型型型型化化化化和和和和低低低低成成成成本本本本，使使使使热热热热像像像像仪仪仪仪大大大大量量量量进进进进入入入入广广广广阔阔阔阔的的的的民用市场，进一步扩大了它的使用范围。民用市场，进一步扩大了它的使用范围。民用市场，进一步扩大了它的使用范围。民用市场，进一步扩大了它的使用范围。近近近近两两两两年年年年

44、典典典典型型型型的的的的代代代代表表表表产产产产品品品品有有有有：美美美美国国国国FLIRFLIR系系系系统统统统公公公公司司司司的的的的ThermaTherma CamCam系系系系列列列列、RaytheonRaytheon系系系系统统统统公公公公司司司司的的的的Palm Palm IRIR系系系系列列列列以以以以及及及及Report Report IRIR系系系系列列列列等等等等，它它它它们们们们都都都都采采采采用用用用了了了了320240320240的的的的微微微微测测测测辐射热计探测器。辐射热计探测器。辐射热计探测器。辐射热计探测器。2.2 红外成像系统的发展红外成像系统的发展二、红外

45、成像的发展二、红外成像的发展能在室温下工作，无需致冷；能在室温下工作，无需致冷；能在室温下工作，无需致冷；能在室温下工作，无需致冷；与与与与大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路工工工工艺艺艺艺兼兼兼兼容容容容，成成成成品品品品率率率率高高高高、均均均均匀匀匀匀性性性性好好好好，图像清晰；图像清晰；图像清晰；图像清晰；体体体体积积积积小小小小、重重重重量量量量轻轻轻轻、功功功功耗耗耗耗低低低低、工工工工作作作作可可可可靠靠靠靠、使使使使用用用用寿寿寿寿命命命命为为为为1010年，可做成便携式产品，操作与维护简便；年，可做成便携式产品，操作与维护简便；年，可做成便携式产品，操作

46、与维护简便；年，可做成便携式产品，操作与维护简便；响响响响应应应应波波波波段段段段宽宽宽宽，能能能能在在在在3535 mm和和和和812812 mm波波波波段段段段使使使使用用用用，温温温温度分辨率高，噪声等效温差可达度分辨率高，噪声等效温差可达度分辨率高，噪声等效温差可达度分辨率高，噪声等效温差可达100100mKmK（0.10.1）；）；）；）；空空空空间间间间分分分分辨辨辨辨率率率率 1 1（mradmrad，毫毫毫毫弧弧弧弧度度度度），空空空空间间间间分分分分辨辨辨辨率率率率高高高高，可制成高密度像元阵列；可制成高密度像元阵列；可制成高密度像元阵列；可制成高密度像元阵列；2.3 非致冷

47、红外焦平面热像仪的优点非致冷红外焦平面热像仪的优点二、红外成像的发展二、红外成像的发展采采采采用用用用PALPAL和和和和NTSCNTSC标标标标准准准准视视视视频频频频输输输输出出出出，可可可可与与与与电电电电视视视视显显显显示示示示兼兼兼兼容；容；容；容；性性性性能能能能/价价价价格格格格比比比比高高高高。目目目目前前前前的的的的价价价价格格格格是是是是致致致致冷冷冷冷固固固固体体体体红红红红外外外外焦焦焦焦平平平平面面面面摄摄摄摄像像像像机机机机价价价价格格格格的的的的1/31/3到到到到1/51/5，预预预预计计计计以以以以后后后后可可可可达达达达1/101/10到到到到1/1001/

48、100。2.3 非致冷红外焦平面热像仪的优点非致冷红外焦平面热像仪的优点目目目目标标标标表表表表面面面面发发发发射射射射的的的的红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射，经经经经大大大大气气气气的的的的红红红红外外外外窗窗窗窗口口口口，一一一一般般般般是是是是中波和长波红外窗口，传输到物镜，即红外光学系统。中波和长波红外窗口，传输到物镜，即红外光学系统。中波和长波红外窗口，传输到物镜，即红外光学系统。中波和长波红外窗口，传输到物镜，即红外光学系统。三、红外成像的原理三、红外成像的原理非制冷红外成像框图非制冷红外成像框图非制冷红外成像框图非制冷红外成像框图红红红红外外外外光光光光学学学学系系系系统统统统

49、目标物体目标物体目标物体目标物体发出红外发出红外发出红外发出红外辐射辐射辐射辐射非非非非致致致致冷冷冷冷焦焦焦焦平平平平面面面面阵阵阵阵列列列列A/DA/D转换转换转换转换器器器器数数数数字字字字信信信信号号号号处处处处理理理理器器器器温度参温度参温度参温度参考信号考信号考信号考信号逻辑逻辑逻辑逻辑时序时序时序时序控制控制控制控制红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射经经经经过过过过物物物物镜镜镜镜聚聚聚聚焦焦焦焦，被被被被聚聚聚聚焦焦焦焦后后后后的的的的红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射传传传传输输输输到到到到红红红红外焦外焦外焦外焦平面上，准确的说是在光敏区上。平面上，准确的说是在光敏区上。平面上

50、，准确的说是在光敏区上。平面上，准确的说是在光敏区上。光光光光敏敏敏敏区区区区接接接接收收收收到到到到入入入入射射射射的的的的红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射后后后后，在在在在红红红红外外外外辐辐辐辐射射射射的的的的入入入入射射射射位位位位置上产生一个与入射红外辐射性能有关的局部电荷。置上产生一个与入射红外辐射性能有关的局部电荷。置上产生一个与入射红外辐射性能有关的局部电荷。置上产生一个与入射红外辐射性能有关的局部电荷。扫扫扫扫描描描描焦焦焦焦平平平平面面面面阵阵阵阵列列列列的的的的不不不不同同同同部部部部位位位位、或或或或按按按按顺顺顺顺序序序序将将将将电电电电荷荷荷荷传传传传送送送送到到到