红外成像原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,红外成像原理,及应用,天文观测,地面,10,米望远镜用,7,种波长观测的彗木碰撞后的红外图像,SL-9,彗核,C,碰撞前后的木星红外图像,2,军事观察,红外望远镜,红外摄像机（英军押解伊战俘）,军事观察,3,气象预测,红外云图,4,艺术鉴定,5,温度感应,红外感应开关,红外测温仪,6,数据传输,7,一、应用,医学成像,8,一、应用广泛,红外线原来这么有用啊！,天文,军事,气象,数据传输,文物鉴定,医学,9,红外成像的原理,一、红外线的特性,又称红外辐射，是指波长为,0.781000,微米的电磁波。其中波长为,0.782.0,微米的部分称为近红外，波长为,2.01000,微米的部分称为热红外线，也就是我们熟悉的中远红外光；,10,红外成像的原理,红外辐射普遍存在于自然界：,红外辐射的倍频程比可见光宽,:,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。,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。,可见光：,0.38,0.78um,，一个倍频程,红外线：,0.78,1000um,，商为,1282,2,10,，,10,个倍频程,11,红外成像的原理,红外辐射能量密度曲线,温度,波长,物体名称,温度,/K,太阳,11000,0.26,融化的铁,1803,1.61,融化的铜,1173,2.47,融化的蜡,336,8.62,人体,305,9.50,地球大气,300,9.66,冰,273,10.6,液态氮,77.2,37.53,常见物体的峰值波长,12,红外成像的原理,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；,1,2.5,3,5,8,14,13,红外成像系统,红外成像系统,被动式红外成像系统（红外热像仪）,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）,利用不同物体对红外辐射的不同反射,14,被动式红外成像系统,红外热像仪,自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图；,目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而只是目标表面温度分布图像；,15,被动式红外成像系统,光电转换,电视光栅,16,被动式红外成像系统,显示可以采用发光二极管和,CRT,。,信号处理与显示,信号处理与显示的基本任务是形成与景物温度分布相对应的视频信号，然后根据景物各单元对应的视频信号标出景物各部分的温度，并显示出景物的热图像。,信号处理部分包括：前置放大、主放、自动增益控制、限制带宽、检波、鉴幅、多路传输和线性变换。,17,18,被动式红外成像系统,ThermoVision,A20-V,高品质红外热像仪,19,被动式红外成像系统,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。,树林中人的热图像,小图是可见光图像,大图是热图像,20,红外成像的原理,当然啦，由上面的红外热图可以知道，物体各部分的温度分布，这些都只是探测器探测到的图像，但我们更多时候更需要的是直观的图像，而不只是观测目标表面的温度分布，所以还要将探测器探测的红外光转换成人眼识别的可见光。,21,红外摄影图片：,22,我们肯定会想，为什么都是黑白的照片呢？,因为红外摄像是利用普通,CCD,黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性（即可以感受可见光，也可以感受红外光），配合红外灯作为“照明源”来夜视成像，所以所成的图像只有黑白；,23,红外摄像的基本原理图：,24,主动式红外成像系统,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。,25,Backdrops:,-These are full sized backdrops,just scale them up!,-Can be Copy-Pasted out of Templates for use anywhere!,红外夜视图像,装有红外夜视仪的步枪,主动式红外成像系统,26,主动式红外成像系统,主动式红外成像系统的系统结构,主动式红外成像系统,红外探照灯,红外辐射光源,红外变像管,光谱转换电子成像亮度增强,高压电源,变像管电源,光学系统,物镜组 目镜组,27,主动式红外成像系统结构,28,主动式红外成像系统,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！,29,主动式红外成像系统,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。,3.1.3,红外变像管,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。,30,主动式红外成像系统,红外变像管结构,光学纤维,阴极外筒,电子轨迹,阳极锥电极,红外光阴极,电子光学系统,荧光屏,31,主动式红外成像系统,红外变像管的工作过程,近红外辐射,光阴极面,通常变像管的光阴极采用对近红外敏感（,0.8,1.2um,）的银氧铯光敏层，电子光学部分相当于一个静电聚焦系统。,电子流图像,电子光学系统,荧光屏,可见光图像,高能电子,32,主动式红外成像系统,大气后向散射现象：红外探照灯向目标发出的红外光束通过大气时，其中一部分散射后向辐射进入观察系统。引入了图像的背景噪声，降低了图像对比度和清晰度。,如何减小大气后向散射影响？,选通技术,通过发射脉冲时序配合，使变像管在接收观察目标反射回来的红外辐射时工作。,33,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,34,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,脉冲光源照明输出,后向散射辐射,目标反射辐射,选通脉冲,8,微秒,减少大气后向散射对红外图像对比度和清晰度的影响,35,主动式红外成像系统,主动式红外成像系统的特点：,能够区分军事目标和自然景物，识别伪装；,典型目标的反射曲线,可见光谱区,近红外光谱区,36,主动式红外成像系统,由于系统,“,主动照明,”,，工作时不受环境照明影响，,可以在“全黑”条件下工作。,近红外辐射比可见光,受大气散射影响小，较易通过大气层（恶劣天气除外）；,37,军事应用：,38,汽车应用：,夜视图像,39,医学应用：,红外诊断,非接触式体温计,40,汽车红外夜视效果展示：,http:/