不同波段红外成像系统对比分析

《不同波段红外成像系统对比分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、不同波段红外成像系统对比分析王霞北京理工大学光电成像与信息工程研究所6/24/20210问题的提出红外探测器技术的发展，极大的推动了红外成像技术的进步和应用。与20世纪50年代不同的是：现在人们不仅能在长波红外波段获得高画质的热成像，而且在短波和中波红外波段都能获得高画质的红外图像。“在哪一个红外波段成像最好”？不同波段红外图像的特点与目标的温度、表面状况、背景等多种因素有关。需要在特定条件下，确定哪一个波段的红外图像更满足应用的要求。6/24/202111选择红外成像波段的基本原则光谱匹配传输匹配能量匹配应用领域

2、技术基础红外成像系统的光谱范围应包含目标红外辐射最有效的光谱辐射范围。因此，研究目标的红外辐射特性是红外技术应用中一个很重要的内容。6/24/202121选择红外成像波段的基本原则光谱匹配传输匹配能量匹配应用领域技术基础目标红外辐射能最有效的通过大气传输。要选择与不同武器平台、不同应用环境、不同作战对象相适应的红外辐射波段。近年来红外系统开始向双波段、或多波段方向发展，例如荷兰新研制的“天狼星”舰载红外搜索跟踪系统，该系统同时工作在3～5μm和8～14μm的两个红外波段，通过数据处理，可以获得比单一波段更多的目标信

3、息。6/24/202131选择红外成像波段的基本原则光谱匹配传输匹配能量匹配应用领域技术基础红外成像系统的应尽可能多的接受目标指定波段的红外辐射能量。对室温目标，目标自身红外辐射在8～14μm的长波红外最多，3～5μm的中波红外次之，1～2.5μm的短波红外辐射则可忽略不计。目标也能反射环境的夜天光、大气辉光等短波红外辐射，接收这些短波红外辐射也能实现红外成像。微光夜视技术发展的一个趋势，就是如何更有效的利用夜天光、大气辉光等1.3～2.5μm之间的短波红外辐射。6/24/202141选择红外成像波段的基本原则光谱

4、匹配传输匹配能量匹配应用领域技术基础在不同的应用领域，选择不同的红外波段进行成像。例如，在地面观察，选择在大气中透射率尽可能高的红外波段；在航天器上进行红外天文学的观察，就不需要考虑大气吸收的问题；对预警应用，就要选择大气吸收大的红外波段，使大气层成为一个滤波器，将地面背景的红外辐射吸收，以便突出弹道导弹尾焰的红外辐射；等等。6/24/202151选择红外成像波段的基本原则光谱匹配传输匹配能量匹配应用领域技术基础回顾热成像技术的发展历史，可以清楚地看到，技术基础制约着对人们对成像应用红外波段的选择。因此，发展红外成

5、像系统除必须考虑上述基础条件和技术上的可行性外，还必须充分考虑其现实性。6/24/202162不同波段红外成像的差异不同波段的红外成像在成像机理、图像特征方面存在着差异。从历史上看，热成像是利用室温目标自身发射的红外辐射实现的。理论和实践都表明，室温目标发射的红外辐射能量首先分布长波红外，其次是中波红外，在短波红外的分布太少，不足以利用其实现成像。所以，在概念上，热成像有两大特征：长波或中波红外成像，利用目标自身发射成像。与反射可见光一样，室温目标也能反射广泛存在于环境中短波红外辐射，这些红外辐射白天来自太阳，夜间

6、来自的夜天光、大气辉光等。夜天光、大气辉光在1.3～2.5μm之间的有相当强的短波红外辐射，显然接收这些短波红外辐射也能实现红外成像。所以，在概念上，短波段的红外成像也有两大特征：短波红外成像，利用目标的反射背景光成像。成像机理上的差异必然带来红外图像上的差异，这种差异也当然的造成了应用上的差异。于是，应用的差异必然带来红外成像技术、特别是红外焦平面探测器技术发展的多样性。6/24/202172不同波段红外成像的差异长波与中波红外辐射出射度的比值曲线不同波段范围内的黑体波段辐射出射度曲线6/24/202182不同波

7、段红外成像的差异在探测点热源的红外系统中，系统设计时要求能接收最多的能量，即只有热灵敏度问题。实现热成像后，增加了图像分辨率的要求，即将温度变化产生的热辐射变化区别出来。为此，将M()对温度T的导数得热导数表达式：热导数对应的峰值波长c，可推导出与温度的关系为：在将温度300K的室温目标作为点热源探测时，红外系统的最佳峰值波长为9.6m。当进行成像探测时，最佳峰值波长为8m。为获得尽可能远的探测距离，此时目标成点热源状，故一般将长波热像仪的峰值波长取得靠长波方向，例如取为9.6m。6/24/202192不

8、同波段红外成像的差异红外成像系统的噪声等效温差与背景温度热导数的光谱积分成反比，即：其中TB为背景温度。短波红外的热导数光谱积分曲线也是一条几乎接近零的直线，因此红外成像系统的NETD将极大。换言之，因物体自身发射的短波红外能量极低，导致系统的热灵敏度极差。随波长增大时，热导数的光谱积分值随之增大，所以，工作在长波的成像系统具有更小的NETD。这也是在同等条