红外成像原理-42页PPT文档.ppt

红外成像原理红外成像原理及应用及应用天文观测天文观测地面地面10米望远镜用米望远镜用7种波长观种波长观测的彗木碰撞后的红外图像测的彗木碰撞后的红外图像SL-9彗核彗核C碰撞前后的木星红外碰撞前后的木星红外图像图像2 2军事观察军事观察红外望远镜红外望远镜红外摄像机（英军押解伊战俘）红外摄像机（英军押解伊战俘）红外摄像机（英军押解伊战俘）红外摄像机（英军押解伊战俘）军事观察军事观察3 3气象预测气象预测红外云图红外云图红外云图红外云图4 4 艺术鉴定艺术鉴定5 5温度感应温度感应红外感应开关红外感应开关红外测温仪红外测温仪6 6数据传输7 7一、应用一、应用医学成像医学成像8 8一、应用广泛一、应用广泛红外线原红外线原来这么有来这么有用啊！用啊！天文天文军事军事气象气象数据传输数据传输文物鉴定文物鉴定医学医学9 9红外成像的原理红外成像的原理一、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；1010红外成像的原理红外成像的原理红外辐射普遍存在于自然界：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：可见光：0.380.78um，一个倍频程，一个倍频程红外线：红外线：0.781000um，商为，商为1282210，10个倍频程个倍频程1111红外成像的原理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物体名称温度温度/K/K太阳太阳11000110000.260.26融化的铁融化的铁180318031.611.61融化的铜融化的铜117311732.472.47融化的蜡融化的蜡3363368.628.62人体人体3053059.509.50地球大气地球大气3003009.669.66冰冰27327310.610.6液态氮液态氮77.277.237.5337.53常见物体的峰值波长1212红外成像的原理红外成像的原理 红外辐射的大气窗口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；12.5358141313红外成像系统红外成像系统红外成像系统红外成像系统被动式红外成像系统被动式红外成像系统（红外热像仪）（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主动式红外成像系统（红外夜视仪）（红外夜视仪）利用不同物体对红外辐射的不同反射1414被动式红外成像系统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；1515被动式红外成像系统被动式红外成像系统光电转换电视光栅1616被动式红外成像系统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 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。17171818被动式红外成像系统被动式红外成像系统ThermoVision A20-V高品质红外热像仪1919被动式红外成像系统被动式红外成像系统 热热图图像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2020红外成像的原理红外成像的原理n n 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。2121红外摄影图片：红外摄影图片：2222我们肯定会想，为什么都是黑白的我们肯定会想，为什么都是黑白的照片呢？照片呢？n n 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；2323红外摄像的基本原理图：红外摄像的基本原理图：2424主动式红外成像系统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，以红外变像管红外变像管作为光电成像器件的红外成像系统。优点：优点：成像清晰、对比度高、不受环境光源影响；缺点：缺点：易暴露，不利于军事应用。2525Backdrops:-These are full sized backdrops,just scale them up!-Can be Copy-Pasted out of Templates for use anywhere!animationfactory红外夜视图像装有红外夜视仪的步枪主动式红外成像主动式红外成像系统系统2626主动式红外成像系统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的系统结构主动式红外成像系统主动式红外成像系统红外探照灯红外探照灯红外辐射光源红外辐射光源红外变像管红外变像管光谱转换光谱转换电子成像电子成像亮度增强亮度增强高压电源高压电源变像管电源变像管电源光学系统光学系统 物镜组物镜组 目镜组目镜组2727主动式红外成像系统结构2828主动式红外成像系统主动式红外成像系统光学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！2929主动式红外成像系统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。3030主动式红外成像系统主动式红外成像系统红外变像管结构红外变像管结构光学纤维光学纤维阴极外筒阴极外筒电子轨迹电子轨迹阳极锥电极阳极锥电极红外光阴极电子光学系统荧光屏3131主动式红外成像系统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（0.81.2um）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3232主动式红外成像系统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。3333主动式红外成像系统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3434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3535主动式红外成像系统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可见光谱区近红外近红外光谱区光谱区3636主动式红外成像系统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）；3737军事应用：军事应用：3838汽车应用：汽车应用：夜视图像3939医学应用：医学应用：红外诊断红外诊断非接触式体温计4040 汽车红外夜视效果展示：video.sina/v/b/17203463-1322374585.html船用红外夜视仪：v.youku/v_show/id_XMTMwMTUxNjA=.html红外热像仪观察温度变化：video.sina/v/b/49469632-2062528465.html红外夜视效果：v.youku/v_show/id_XMTE2MTEyMTA4.html4141