红外线的成像原理

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1、红外线的成像原理上海市长江中学　凌锡帮　　　　学生在做人教版高中《物理》第二册第169面的习题时，与第160面的“如果用红外摄影对人体成像，做出体表‘红外线的成像原理上海市长江中学　凌锡帮　　　　学生在做人教版高中《物理》第二册第169面的习题时，与第160面的“如果用红外摄影对人体成像，做出体表‘红外线的成像原理上海市长江中学　凌锡帮　　　　学生在做人教版高中《物理》第二册第169面的习题时，与第160面的“如果用红外摄影对人体成像，做出体表‘热图’……”相联系，就会产生这样的认识：　　　　红外摄影成物体的热图就是它的红外像；　　　　可见光不能

2、使红外线胶片感光，只有红外线能使它感光；　　　　红外线胶片所记录的是目标物体发出的红外线；　　　　普通相机也能使用红外线胶片进行红外摄影。　　　　事实上，这些理解都是错误的。引起错误认识的根源是教材未说明红外摄影所成的红外像与热像仪所成的热图之间的区别，并且对红外线胶片的介绍也不够准确。下面就这两个问题做一阐述，不妥之处，敬请指正。　　　　1800年，英国物理学家赫歇尔研究单色光的温度时发现：位于红光外，用来对比的温度计的温度要比色光中温度计的温度高，于是称发现一种看不见的“热线”，称为红外线。　　　　红外线位于电磁波谱中的可见光谱段的红端以外，

3、介于可见光与微波之间，波长为0．76～1000μm，不能引起人眼的视觉。在实际应用中，常将其分为三个波段：近红外线，波长范围为0．76～1．5μm；中红外线，波长范围为1．5～5．6μm；远红外线，波长范围为5．6～1000μm.它们产生的机理不太一致。我们知道温度高于绝对零度的物体的分子都在不停地做无规则热运动，并产生热辐射，故自然界中的物体都能辐射出不同频率的红外线，如相机、红外线胶片自身等。在常温下，物体辐射出的红外线位于中、远红外线的光谱区，易引起物体分子的共振，有显著的热效应。因此，又称中、远红外线为热红外。当物体温度升高到使原子的外层

4、电子发生跃迁时，将会辐射出近红外线，如太阳、红外灯等高温物体的辐射中就含有大量的近红外线。借助不同波段的红外线的不同物理性质，可制成不同功能的遥感器。　　　　红外遥感是指借助对红外线敏感的探测器，不直接接触物体，来记录物体对红外线的辐射、反射、散射等信息，通过分析，揭示出物体的特征及其变化的科学技术。红外遥感技术中能获得图像信息的仪器有：使用红外线胶片的照相机，具有红外摄影功能的数码相机，热像仪等。虽然它们都利用红外线工作，但成像原理和所成的图像的物理意义有很大的区别。红外摄影通常指利用红外线胶片和数码相机进行的摄影；前者属于光学摄影类，后者属于

5、光电摄影类。　　　　红外胶片是一种能够感应红外线的胶片，有黑白红外胶片和彩色红外胶片两类。其成像原理与普通胶片相似：曝光时，卤化银发生化学变化，记录景物反射到胶片上电磁波的信息，通过显影、定影等技术获得景物图像。普通胶片记录的是波长为0．4～0．76μm范围内的可见光；由于红外胶片中加入了红外增感染料，使得它能记录波长在0．4～1．35μm间的可见光和近红外线。为了获得景物纯粹的红外像，需要在镜头前加装一个红外滤镜，滤掉可见光，只通过近红外线。那么，这部分近红外线是不是景物发出的呢？显然，日常摄影中的人体、树木等景物达不到能辐射近红外线的温度，它

6、们的热辐射也不能使胶片形成足够清晰的像，所以应该是景物反射太阳辐射中的近红外线。故近红外线也称为摄影红外。　　　　红外胶片成的像与普通胶片成的像有较大的差异。人体、草地对红外线反射较强，它们的黑白红外像就较白；河流、天空对红外线反射较弱，成的黑白红外像就较黑。由于彩色红外胶片的感光光谱、成色剂和普通彩色胶片的不同，彩色红外相片上的颜色也就不是景物真实颜色的反映，所以又称它为假彩色红外胶片。例如，健康绿色植物反射近红外线，它的红外像为红色，清澈的河水的红外像是深蓝色。虽然在肉眼看来病态的植物和健康的植物都为绿色，文件涂改前后的墨迹也没什么区别，但它

7、们对红外线的反射强弱不同，成的红外像就有明显的差异。因此，它常用于刑侦、国土资源调查、环保等领域。　　　　红外线较强的穿透能力和红外胶片易受热辐射影响的这些特点决定了在用红外胶片摄影时，对操作有较高的要求。红外胶片对波长为0．76～0．9μm的近红外线有最佳的感光性能，随着能感应的波长增大，感光药剂受温度的影响越来越显著，感光药剂化学稳定性也随之下降。例如，感光波长上限为1．1μm的红外胶片能保存三个月，当感光波长上限达到1．35μm时，只能保存8天。所以无论是保存还是携带都需要冷藏，装卸胶片都需要在暗室或者专用防红外线的暗袋中进行。由于红外胶片

8、的曝光时间较长，出厂时没有标感光度，需要根据经验手动调整感光度，且自动相机的红外计数器发出的红外线能使其曝光；所以最好使用手动金属机身的