5 空间频率
空间频率定义为单位空间上目标条纹的周期数。在热成像系统中
常用单位毫弧度中的周期数来表示(cyc/mrad)。设有等宽度的
亮暗条纹图案，相邻条纹中心距为lx，称为空间周期(单位为
mm)，若观察点O与图案之间的距离为R (单位为mm)，则θ=lx
/R(
mrad ) 称 为 角 周 期 ， 其 倒 数 即 为 空 间 角 频 率
fx=1/θ=R/lx( cyc/mrad ) 对于二维图像可以定义二维空间
角频率(fx , fy)。
11.1.3 热成像系统的基本参数与概念
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11.1.1 热成像原理
图以最简单的单元探测器光机扫描说明了热成像系统 如何将景物的温度和辐射发射率差异转换成可见热图 像。红外光学系统将景物发出的红外辐射通量分布聚 焦成像位于光学系统焦平面的探测器光敏面上；位于 聚焦光学系统和探测器之间的光机扫描器包括垂直和 水平两个扫描镜组，当扫描器工作时，从景物到达探 测器的光束随之移动，从而在物空间扫出像电视一样 的光栅；
α=a/f′,β=b/f′
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11.1.3 热成像系统的基本参数与概念
2
系统扫过一幅完整画面所需的时间Tf称为帧周期，单位为s,系统一秒 钟扫过画面的帧数fp称为帧频或帧速，单位为Hz 。fp和Tf 为
fp =1/T
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11.1.3 热成像系统的基本参数与概念
3
(ηscan )
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11.1.2 热成像系统的类型和组成
热释电红外成像系统(也称为热电视)也属于凝视型热成像系统，其 采用热释电材料作靶面，制成热释电摄像管，勿需光机扫描，直接 利用电子束扫描和相应的处理电路，组成电视摄像型热像仪。由于 结构简化，不需要制冷，成本低，虽然性能不及光机扫描型热成像 系统，但仍有一定的市场应用。
热成像系统对景物扫描时，由于同步扫描、回扫、直流恢复等要占 时间，在这个时间内不产生视频信号，称为空载时间，表示为Tf。 帧周期与空载时间之差(Tf-T′f)称为有效扫描时间。有效扫描时 间与帧周期之比称为系统的扫描效率，即
ηscan=(Tf-T′f)/T
4 空间角频率
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11.1.3 热成像系统的基本参数与概念
要的发展方向。根据目前探测器的水平，实际热成像系统大致采用
如下设计思想：在近程或低成本应用中一般采用非制冷探测器技术
，在中、
PtSi、InSb、HgCd一页
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11.1.3 热成像系统的基本参数与概念
1.瞬时视场( IFOV )
瞬时视场指的是探测器线性尺寸对系统物空间的两维张角，它由探 若探测器为矩形，尺寸为a×b，则瞬时视场的平面角α、β为
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11.1.2 热成像系统的类型和组成
此外，西方进一步提出了三代成像传感器系统的概念，热成像传感 器按照战技术性能可大致
1 2 3 兆像素级、
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11.1.2 热成像系统的类型和组成
以上几种传感器均为焦平面器件，从中可以看出兆像素级、多色制
冷探测器，高性能非制冷探测器以及低成本微型非制冷探测器是重
§11.1 热成像系统类型与基本参数
11.1.1 11.1.2 11.1.3
热成像原理 热成像系统的类型和组成 热成像系统的基本参数与概念
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11.1.1 热成像原理
自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度，总 是在不断地发射辐射能。因此，从原理上讲，只要能收 集并探测这些辐射能，就可通过探测器信号的采集和处 理形成与景物辐射分布相对应的热图像。这种热图像再 现了景物各部分的辐射起伏，能显示出景物的特征。
第十一章 红外热成像系统的结构与特性 分析
§11.1 §11.2 §11.3 §11.4 §11.5 §11.6 §11.7
热成像系统类型与基本参数 光机扫描系统 制冷器工作原理与分类 信号的处理与显示 热成像系统的性能与作用距离模型 热成像系统的实验室评价 热成像系统总体设计的基本考虑
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11.1.2 热成像系统的类型和组成
1997 ① 将由光机扫描器与单元或多元探测器所构成的热成像系统称为 ② 扫描型热像仪称为第二代热像仪 ③ 凝视型热像仪称为第三代热像仪 ④具有先进的信号处理功能，工作波段覆盖可见光、近红外、中红 外和远红外区域的灵 巧焦平面阵列称为第四代热成像系统。
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11.1.1 热成像原理
当扫描器以电视光栅形式使探测器扫过景物时，探测器将 逐点接收的景物辐射转换成相应的电信号序列，或者说， 光机扫描器构成的景物图像依次扫过探测器，探测器依次 把景物各部分的红外辐射转换成电信号，经过视频处理的 信号，在同步扫描的显示器上显示出景物的热图像。
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11.1.2 热成像系统的类型和组成
光机扫描型热成像系统方框图所示 凝视型热成像系统利用焦平面探测器面阵，使探测器中的每个单元 与景物中的一个微面元应。图所示为凝视型热成像系统的方框图， 凝视焦平面热成像系统取消了光机扫描系统，同时探测器前置放大 电路与探测器合一，集成在位于光学系统焦平面的探测器阵列上， 这也是所谓“焦平面”的含义所在。近年来，凝视焦平面热成像技 术的发展非常迅速.
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11.1.2 热成像系统的类型和组成
光机扫描器使单元或多元阵列探测器依次扫过景物视场，形成景物的 二维图像。在光机扫描热成像系统中，探测器把接收的辐射信号转换 成电信号，通过隔直流电路把背景辐射从场景电信号中消除，以获得 对比度良好的热图像。光机扫描型热成像系统由于存在光机扫描器， 系统结构复杂、体积较大 、可靠性降低、成本也较高，但由于探测器 性能的要求相对较低，技术难度相对较低，成为20世纪70年代以后国 际上主要的实用热成像类型，目前仍有一些重要的应用。
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11.1.2 热成像系统的类型和组成
根据红外探测器的原理，热成像系统可以分为制冷型 和非制冷型。按照成像方式，热成像系统可分为光机 扫描型和凝视型两种热成像系统 图所示为光机扫描型 热成像系统方框图，整个系统主要包括红外光学系统、 红外探测器及制冷器，电子信号处理系统和显示系统 四个组成部分。