红外成像观测距离的计算方式.doc

红外成像效果的基本计算方式

1、 红外成像效果的影响因素
l 被观测物体的红外辐射强度
l 镜头的探测灵敏度（由探测器和读出电路决定）
l 镜头的焦距
l 镜头的光圈数
2、 探测距离的计算方式
红外探测的是物体的自身辐射，理论上可探测距离是无穷远的。而实际上一套红外成像系统受如上所述的因素的影响，对固定目标的探测距离是有限的且可以计算的。其中探测可分为两块：可探测和可显示。
2.1、可探测
可探测指的是热成像系统能把目标辐射从背景辐射中区分出来，反应指标就是NETD和MRTD，主要由探测器灵敏度（含配套读出电路）和镜头光学系统（同焦距情况下光圈参数影响较大）决定。
NETD
噪声等效温差 noise equation temperature difference
用热像仪观察一个低空间频率的圆形或方形靶标，当其视频信号信噪比（S/N）为1 时，目标与背景之间的等效温差，亦简称NETD。
NETD 是评价热像仪探测目标灵敏程序和噪声大小的一个客观参数。
MRTD
最小可分辨温差 minimum resolvable temperature difference
它既反映红外热像仪的温度灵敏度，又反映了其空间分辨率，但受观察者主观因素影响较大。
2.1、可显示
可显示指的是目标可以从热像仪的输出视频上显示出来，这个指标主要由镜头焦距决定。
关于可显示，现在比较认同的是统一到 目标成像占探测器的像元数 指标上来，然后根据目标所占像元素的多少区分成探测距离、识别距离、鉴别距离这样的指标称谓，且不同的厂家或者研究所对如上的指标称谓的定义可能各异。
我公司手册上给出的测试距离定义

探测距离：目标在光轴截面上的短边成像占1个像素
识别距离：目标在光轴截面上的短边成像占4个像素
鉴别距离：目标在光轴截面上的短边成像占8个像素

注：此处计算的成像像素和我们视频显示的像素不是一个概念，视频显示的图像加入了差值处理。

在热像仪产品的销售过程中，需要通过已知的镜头焦距换算成对固定大小目标的计算距离，或者由探测效果和目标大小反推所需镜头焦距。

如果假设镜头焦距F，目标的截面投影高度值H、宽度值Y，观察距离L, 成像占的像元数N，
对于17um像元间距的探测器则有以下简单计算公式：

垂直向像元数

水平向像元数

像元数为整数，计算值为小数时四舍5入，计算可探测距离时必须大于等于1 。以上参数可表示为如下三角关系：

2.2、视场角
视场角分为水平视场角，垂直视场角两个。两者计算方法一致，都是通过理论镜片投影方式计算。成像简化图如下图所示

A：视场角
A：半视场角角
Lens：虚拟镜片
F：焦距
Imaging surface：当计算全视场角时，此为探测器成像面的长边和短边尺寸
以640×480 17um规格探测器计算如下

通过三角函数关系计算
计算水平视场角，即H边成像最大视场角时：

计算垂直视场角，即V边成像最大视场角时：

计算实例

例如计算150mm镜头配640×480 17um红外探测器的成像系统视场角时：
水平视场角计算

垂直视场角计算

3、 计算实例
实例1
假设目标人高1.75米，肩距0.45米，用像元间距17um的探测器，焦距40mm镜头从远处正对观察，计算其可探测距离。
计算方法
可探测指目标的光轴截面短边成像占1个像素，人体目标肩宽是短边，用肩宽数据计算
由公式

由以上方程反算出

实例2
假设目标车高2米，长4米，用像元间距17um的探测器的红外热像仪从远处正对观察，如识别距离需达到800米出，计算所需的最短镜头焦距。
计算方法
可探测指目标的光轴截面短边成像占4个像素，车高是短边，用车高数据计算
由公式

由以上方程反算出

注：有时客户会在高度和宽度两个方面同时提出识别指标，此时可以独立计算，选焦距更长的那个作为镜头焦距参数。