红外技术教程 第十四次课new

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1、红外技术教案第1页共17页第十四次课第五章热成像系统5.1概述热成像系统系指接收面辐射源发出的红外辐射，并将其转换成可见光图像的装置。热成像技术的发展综合了红外探测器件、光学设计、扫描技术、信息处理等学科的进步成果。可以说，热成像技术是当代红外技术最高水平的集中体现。热成像系统的应用研究在整个红外应用研究方面目前几乎处于主导地位，它在军事、工业、地质勘探、环境保护、交通管理、医疗等方面获得了相当广泛的应用。5.1.1热成像系统的发展历史热成像作为红外技术的一个新领域，出现于本世纪20年代末，其开拓性的工作是M.Czerny等人在1929年的研究成果——蒸发式热

2、象仪：当红外热图投射到涂有挥发性液体的簿膜上时，液体产生正比于吸收能量的挥发。在日光照射下则可看到干涉条纹。这种热象仪由于对比度、灵敏度及响应速度都很低，没有大的实用价值。30年代初，出现了采用银－氧－铯光发射表面的红外变象管。这种变象管在一端接收红外热图，在另一端显示可见光图像。随后的10年间，经改进后的这种成像仪用作夜视镜及夜间瞄准具在美国普遍装备了部队。与此同时，研制出一种磷光表面的红外显示器。该装置是根据红外辐射投射到磷光表面时，该表面受激产生可见光的机理。但此种装置灵敏度和分辨率较差。这一时期的红外成像装置均是直接显示方式，在应用上受到限制。40年代

3、，热成像的研究出现了两种不同的途径；一种是发展具有分立探测器的光机扫描系统，另一种是发展诸如红外光导摄象管一类的非光机扫描成象器件。1952年，美国陆军制成了第一台光机扫描的2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版http://wenku.baidu.com/view/401b40ea998fcc22bcd10d3c.html红外技术教案第2页共17页慢帧速热像仪，所成的象被记录在照象胶片上，属非实时装置。50年代期间，随着快速时间响应探测器件(如Insb)的出现．实时快帧速热像仪应运而生。相继研制出了几种实时的光机扫描热象仪。60年代以后，是热

4、成像技术飞速发展的时期。据统计，1960年至1974年问，仅美国就研制出了50余种快速光机扫描热成像系统。1970年前后，美国、前苏联及一些西方国家相继在若干种类的军用飞机上安装丁红外前视装置。民用方面，热象仪已广泛地应用于医疗诊断、油、气管道监测、电力设备监视、金属、冶金工业测温等。60年代中期，出现了用热释电材料代替摄像管中光电导靶面而制成的热释电摄像管。随后，这种摄像管不断得到改进，使此类摄像仪的性能逐步提高，至今也已得到了较普遍的应用。70年代中期以后，红外CCD成像器件的出现，对热成像技术产生了巨大的影响，导致了新一代小体积、高性能、低功耗、无光机扫

5、描及电子束扫描的红外热成像系统的出现。从技术和工艺上讲，红外成像系统经历了两个重要阶段：第一代红外成像系统。研制工作始于七十年代初期，它采用点元红外探测器或线列红外探测器，利用光机扫描机构实现二维成像。信号处理电路主要采用模拟信号处理技术。其中最具代表性的产品是美国的通用组件红外成像系统和英国以SPRITE探测器为核心的红外成像系统。第二代红外成像系统。研制工作开始于八十年代中期，包括采用时间延迟积分技术（TDI）的4n扫描型红外成像系统和凝视型红外成像系统。4n扫描型红外成像系统的主流产品主要采用288×4和24.×4的探测器阵列。凝视型红外成像系统，取消了

6、光机扫描机构，整个系统的空间分辨率、灵敏度都大大提高。探测器的材料从传统的锑化铟（InSb）、硅化铂（PtSi）和碲镉汞（HgCdTe）向III-V族元素发展；探测器阵列的大小从最初的64×64元向512×512元、1024×1024元甚至更高元素发展；信号处理电路采用了最新的数字信号和数字图像处理技术（如自动增益、非均匀性校正、直方图2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版http://wenku.baidu.com/view/401b40ea998fcc22bcd10d3c.html红外技术教案第3页共17页均衡等），信号处理的能力和容量成数

7、量级的增长。图像的显示不再局限于CRT，采用了多种平板显示技术。5.1.2热成像系统的构成与分类景物的热辐射经热像仪的光学系统在焦平面上形成热图，置于焦平面上的且具有空间扫描功能的红外探测器件将二维空间的热分布转变成一维时序电信号，再经过放大和视频信号处理后送至显示器，在同步信号参与下显示出景物的热图像。热成像系统的基本构成如图5-1所示。接收系统对景物的分解方式决定了热成像系统的类型，基本上可分为三种(不包括用于直接观察的红外变象管)，即光机扫描、电子束扫描及固体自扫描。采用光机扫描方式的热像仪原理结构如图5-2所示。单元探测器与物空间单元相对应。当光学系统

8、作方位偏转及俯仰偏转时，单元探测器所对