主动式红外成像系统和红外辐射的基本概念

时间:2015-03-13 09:26 来源:未知作者:未知点击:次

红外成像仪的红外辐射

红外辐射是一种电磁波

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。

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

红外辐射的三个定律

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。

斯蒂芬－玻耳兹曼定律

物体辐射的红外能量密度W与其自身的热力学温度T的4次方成正比，并与它表面的比辐射率成正比。可见，物体的温度越高，红外辐射能量越多。

维恩位移定律

物体的红外辐射能量密度大小，随波长（频率）不同而变化。与辐射能量密度最大峰值相对应的波长为峰值波长，维恩通过大量实验得出了峰值波长和物体热力学温度之间的关系。

红外成像仪是通过红外画面来呈现的，所以在光学上要求很高。

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；

红外辐射的介质传输特性

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。

主动式红外成像仪系统

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。

主动式红外成像系统的系统结构

1、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；

2、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。

3、红外探照灯

红外光源可以是电热光源（白炽灯）；气体放电光源（高压氙灯）；半导体光源（砷化镓发光二极管）；激光光源（砷化镓发光二极管）

红外成像仪对探照灯的要求：

红外探照灯的辐射光谱要与变像管光阴极的光谱响应有效匹配，在匹配的光谱范围内有高的辐射效率；

探照灯的照射范围与仪器的视场角基本吻合；

红光暴露距离要短，结构上要容易调焦，滤光片和光源更换方便；

体积要小，重量轻，寿命长，工作可靠。