红外变像管 光谱转换 电子成像 亮度增强
红外探照灯
高压电源
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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三、主动式红外成像系统
3.1.2 光学系统
物镜组：把目标成像于变像管的光阴极面上；
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！
④ 体积要小，重量轻，寿命长，工作可靠。
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三、主动式红外成像系统
3.1.5 直流高压电源
高压电源提供红外变像管进行图像增强的能 量，一般为1.2～2.9万伏。 对高压电源的技术要求：
① 输出稳定直流高压； ② 在高、低温环境下能保证系统正常工作； ③ 防潮、防震、体积小、重量轻、耗电省。
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三、主动式红外成像系统
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一、引言
1904年，开始采用近红外进行摄影。
1929年，苛勒发明了银氧铯（Ag-o-Cs）光 阴极，开创了红外成像器件的先河。
二十世纪30年代中期，荷兰、德国、美国 各自独立研制成红外变像管，红外夜视系统 应用于实战。 1952年，美国陆军制成第一台热像记录仪。
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二、红外辐射的基本概念
2.1 红外辐射
红外辐射是一种电磁波： 近红外（0.78～3.0um） 中红外（3.0～20um） 远红外（20～100um）
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二、红外辐射的基本概念
红外辐射普遍存在于自然界： 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。
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。
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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三、主动式红外成像系统
3.1.1 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
辅助光学系统 场镜 指加在像平面或像平面附近的透镜，用来扩 大视场，使探测器接收的辐照均匀； 光锥 利用圆锥的高反射率聚光，缩小探测器尺寸；
中继光学系统
前置望远系统
便于探测器件的结构安排； 减小光学扫描器件的尺寸。
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四、红外热成像系统
扫描系统
平行光束扫描（物方扫描） 扫描器在聚光系统之前，扫描镜尺寸大， 扫描速度慢，像差校正简单，对聚光光学系 统要求不高；
一般物体的红外辐射率和吸收率都 小于1，并且其辐射和吸收能力都与表 面温度和波长有关。
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二、红外辐射的基本概念
在理论和工程实践中，常用物体的比辐射率 定量描述物体辐射和吸收红外电磁波的能力；
I Ib
（6－1）
即物体的实际红外辐射与同温度下黑体红外辐 射之比值，显然，物体的比辐射率都小于1。
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四、红外热成像系统
红外热成像系统是被动式成像系统。 自然界中，温度高于绝对零度的一切物体， 总是在不断地发射红外辐射。收集并探测这 些辐射能，就可以形成与景物温度分布相对 应的热图像。
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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四、红外热成像系统
ThermoVision™ A20-V高品质红外热像仪
300 273 77.2
8.62 9.50
9.66 10.6 37.53
红外辐射能量密度曲线
常见物体的峰值波长
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二、红外辐射的基本概念
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
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二、红外辐射的基本概念
红外辐射的介质传输特性
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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二、红外辐射的基本概念
黑体
黑体的红外辐射率和吸 收率为1（客观世界不存 在），其意义体现在为衡 量自然物体的红外辐射和 吸收能力建立一个标准。
假想的全部吸收 和辐射红外电磁 波的理想体，其 红外吸收和辐射 能力与温度无关。
会聚光束扫描（像方扫描） 扫描器安置在聚光光学系统和探测器之间， 对像方光束进行扫描。尺寸小，扫描速度高。 对聚光光学系统有较高要求。
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适于小视场单 元器件扫描用， 不适合高速扫 描用 扫 描 方 案
反射镜鼓行扫描、摆镜场扫描
扫描效率高， 像差校正有难 度
反射镜鼓行扫描、折射镜场扫描
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四、红外热成像系统
许多对可见光透明的介质，对红外辐射却 是不透明的。通常把可以透过红外辐射的介质 称为红外光学材料。 红外光学材料可以分为晶体材料、玻璃材 料和塑性材料三种，每种材料都对某些波长 范围的红外有较高的透过率。
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二、红外辐射的基本概念
高温性 能稳定
最常见
几种红外光学材料的透过率
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三、主动式红外成像系统
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三、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
减少大气后 向散射对红 后向散射辐射 外图像对比 目标反射辐射 度和清晰度 的影响
选通脉冲
脉冲光源 照明输出
精确测量目 标与观察者 之间的距离
探测距离为1220米时的选通时序图
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三、主动式红外成像系统
3.1.4 红外探照灯
红外望远镜
军事观察
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一、引言
气 象 预 测
红外云图
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一、引言
Invisible radiation photography is often applied to the study of works of art as here in the painting La Madonna dell'Impannata by Raphael. Invisible radiation imaging reveals a much younger Saint John the Baptist sitting on Joseph's lap found beneath the surface of the visible painting (right). Images © Editech. 艺术鉴定
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四、红外热成像系统
树林中人的热图像
小图是可见光图像 大图是热图像
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四、红外热成像系统
红外热成像系统
光机扫描型
图像质量好 结构复杂 成本高
非扫描型
结构简单 图像质量 逐渐提高
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四、红外热成像系统
4.1 光机扫描型红外热成像系统
光学系统部分 红外探测与致冷 部分 电子信号处理系 统部分 显示系统部分
红外成像系统
利用不同物体 对红外辐射的 不同反射 利用物体自 然发射的红 外辐射
主动式红外成像系统 （红外夜视仪）将红外图像转变为可见光图像？
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三、主动式红外成像系统
红外夜视图像
装有红外夜视仪的步枪
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三、主动式红外成像系统
3.1 主动式红外成像系统
红外光学系统的特点
通光孔径和相对孔径大，工作波段宽，像差 校正困难。
物镜系统
① 反射式：光能损失小、不产生色差，但是视场小、 体积大，有次镜遮挡； ② 折射式：结构简单，装校方便，可以满足大视场 和大孔径成像的要求；
③ 折反式：主镜与次镜均采用球面镜，加入补偿透 镜校正像差 50
四、红外热成像系统
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三、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。 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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三、主动式红外成像系统
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一、引言
红外感应开关
红外测温仪
温度感应
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一、引言
数据传输
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一、引言
医学成像
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一、引言
天文
红外线这 么有用啊！
气象
文物鉴定
医学
数据传输
军事
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一、引言
1.2 红外线的历史 1800年，赫胥耳利用太阳光谱色散实验 发现了红外光。 1835年，安培宣告了光和热射线的同一 性。
通常取可见光谱中红光末端为780nm，比它长的光 就是红外光，或称为热射线。
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二、红外辐射的基本概念
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二、红外辐射的基本概念
2.2 红外辐射的三个规律
基尔霍夫定律 同温度物体的红外发射能力 正比于其红外吸收能力；红外平 衡状态时，物体吸收的红外能量 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。
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二、红外辐射的基本概念
斯蒂芬－玻耳兹曼定律（1879，1884）
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一、引言
1870年，兰利制成了面积只有针孔那样大 小的探测器，并用凹面反射光栅、岩盐及氟 化物棱镜来提高测量色散的能力，这为红外 应用的重要方面——航空摄影奠定了基础。
1880年，“红外”一词出现在阿贝尼的文 章 中（最早）。 1888年，麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了 赫胥耳的探测和测量方法，为红外技术奠定 了基础。
max 2897 / T
（6-3）
max 的单位是um，T是物体的绝对温度，单位是K。
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