红外成像的原理
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
13
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
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被动式红外成像系统
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
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；
目标的热图像和目标的可见光图像不同， 它不是人眼所能看到的目标可见光图像， 而只是目标表面温度分布图像 ；
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被动式红外成像系统
光电转换 电视光栅
来这么有 用啊！
天文
气象
文物鉴定
医学
军事
数据传输
9
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；
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红外成像的原理
红外辐射普遍存在于自然界：
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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Backdrops:
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18
被动式红外成像系统
ThermoVision™ A20-V高品质红外热像仪 19
被动式红外成像系统
树林中人的热图像
小图是可见光图像 大图是热图像
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。
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红外成像的原理
当然啦，由上面的红外热图可 以知道，物体各部分的温度分布， 这些都只是探测器探测到的图像， 但我们更多时候更需要的是直观的 图像，而不只是观测目标表面的温 度分布，所以还要将探测器探测的 红外光转换成人眼识别的可见光 。
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 分相当于一个静电聚焦系统。
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主动式红外成像系统
大气后向散射现象： 红外探照灯向目标 发出的红外光束通 过大气时，其中一 部分散射后向辐射 进入观察系统。引 入了图像的背景噪 声，降低了图像对 比度和清晰度。
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！
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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。
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红外摄影图片：
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我们肯定会想，为什么都是黑白的 照片呢？
因为红外摄像是利用普通CCD黑白摄 像机可以感受红外光的光谱特性（即可以 感受可见光，也可以感受红外光），配合 红外灯作为“照明源”来夜视成像，所以 所成的图像只有黑白；
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红外摄像的基本原理图：
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主动式红外成像系统
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。
红外成像原理 及应用
1
天文观测
地面10米望远镜用7种波长观 SL-9彗核C碰撞前后的木星红外 测的彗木碰撞后的红外图像 图像
2
军事观察
红外摄像机（英军押解伊战俘）
红外望远镜
军事观察
3
气象预测
红外云图
4
艺术鉴定
5
温度感应
红外感应开关
红外测温仪
6
数据传输
7
一、应用
医学成像
8
一、应用广泛
红外线原
装有红外夜视仪的步枪
主动式红外成像 系统
红外夜视图像
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主动式红外成像系统
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
红外变像管 红外探照灯 高压电源
光谱转换 电子成像 亮度增强
红外辐射光源 变像管电源
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主动式红外成像系统结构
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主动式红外成像系统
光学系统
物镜组：把目标成像于变像管的光阴极面上；
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。
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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被动式红外成像系统
信号处理与显示
信号处理与显示的基本任务是形成与景物 温度分布相对应的视频信号，然后根据景物 各单元对应的视频信号标出景物各部分的温 度，并显示出景物的热图像。 信号处理部分包括：前置放大、主放、自动 增益控制、限制带宽、检波、鉴幅、多路传 输和线性变换。
显示可以采用发光二极管和CRT。
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。
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主动式红外成像系统
阴极外筒
电子光学系统
电子轨迹
阳极锥电极
光学纤维
红外光阴极
荧光屏
红外变像管结构
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主动式红外成像系统
红外变像管的工作过程
近红外辐射
光阴极面
电子流图像
可见光图像
高能电子
精确测量目
标与观察者 之间的距离
11红外成像的原理Fra bibliotek波长温度
红外辐射能量密度曲线
物体名称 温度/K
太阳
11000
融化的铁 1803
融化的铜 1173
融化的蜡 336
人体
305
地球大气 300
冰
273
液态氮
77.2
max / m
0.26 1.61 2.47 8.62 9.50 9.66 10.6 37.53
常见物体的峰值波长
12