《紅外成像及應(yīng)用》ppt課件-文庫(kù)吧
2025-04-27 12:52 本頁(yè)面
【正文】 關(guān)系，它是 通過(guò)物體輻射功率測(cè)量物體溫度的主要理論依據(jù)。 基本的輻射定理 ? 維恩位移定律 (Wein’s Displancement Law) 1893年 ， 維恩從熱力學(xué)理論導(dǎo)出黑體輻射光譜的極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)： ?max=b／ T 式中 ， b=?m?K。 從維恩位移定律可知：光譜輻射出射度的峰值波長(zhǎng)與絕對(duì)溫度成反比。 溫度愈高，峰值波長(zhǎng)越短。 根據(jù)維恩位移定律 ， 300K室溫目標(biāo)光譜出射度的峰值約為 ?m， 所以 8~14?m的長(zhǎng)波紅外成像特別受到重視 基本的輻射定理 ? 基爾霍夫定律 (Kirchoff’s Law) 一定溫度下 ， 任何物體的輻射出射度與其吸收率的比值是一個(gè)普適函數(shù) ， 只是溫度 、 波長(zhǎng)的函數(shù) ， 與物體的性質(zhì)無(wú)關(guān) 。 基爾霍夫定律表明：任何物體的輻射出射度和其吸收率之比，等于同一溫度下黑體的輻射出射度。 ? ?,TTF ETA???? 基本的輻射定理 二、紅外成像的發(fā)展 根據(jù)目前紅外熱成像系統(tǒng)的發(fā)展情況及對(duì)今后的預(yù)測(cè) ，紅外熱成像系統(tǒng)大致可分為三代： ? 第一代 指六十年代采用的致冷型單元或線列紅外探測(cè)器 ，以數(shù)目有限的探測(cè)單元為特征 ， 借助光機(jī)掃描實(shí)現(xiàn)圖像探測(cè) ， 同時(shí)還需要低溫制冷器協(xié)同工作 ， 如：HgCdTe、 InSb、 PbS等紅外探測(cè)器 ， 其產(chǎn)品成本高 。 第一代紅外技術(shù)分辨率和速度都受到限制 ， 而且價(jià)格十分昂貴 ， 應(yīng)用范圍僅局限于軍事 。 紅外成像系統(tǒng)的分類 二、紅外成像的發(fā)展 ? 第二代 80年代 ， 探測(cè)器由單元或線列走向了面陣 ， 紅外熱成像系統(tǒng)發(fā)展成為紅外焦平面陣列 。 將 紅外焦平面陣列器件應(yīng)用到紅外成像中 ， 出現(xiàn)了致冷型固體紅外攝象機(jī) ， 它不需要光機(jī)掃描 ， 通常稱該技術(shù)為第二代紅外技術(shù) 。 與第一代相比 ， 它改善了分辨率和速度 ， 大大提高了紅外成象技術(shù)的水平 ， 擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域 。 紅外成像系統(tǒng)的分類 二、紅外成像的發(fā)展 ? 第二代 存在兩個(gè)缺點(diǎn)： 制冷： 需要工作在液氮溫度 (77K， 即： 196℃ )。 價(jià)格昂貴： 致冷型長(zhǎng)波紅外焦平面熱像儀每臺(tái)在 10萬(wàn)美元以上 ， 民用應(yīng)用仍受到限制 。 以二維 N?M元焦平面陣列 (FPA)探測(cè)器為特征 ， 自帶信號(hào)讀出電路 ， 仍需要制冷 ， 價(jià)格在萬(wàn)元以上 。 紅外成像系統(tǒng)的分類 二、紅外成像的發(fā)展 ? 第三代 九十年代中期 ， 美國(guó)發(fā)明了可在室溫環(huán)境下工作的固體紅外焦平面陣列 ， 它完全克服了前兩種紅外技術(shù)的缺點(diǎn) ， 可以 工作在室溫 ， 無(wú)需致冷 ， 所以無(wú)任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件 ， 如：斯特林致冷機(jī)和斬波調(diào)制等 。 這種器件應(yīng)用到紅外成像中 ， 出現(xiàn)了非致冷型紅外攝象儀 。 這種熱像儀不僅在軍事上得到了廣泛的應(yīng)用 ， 而且還廣泛應(yīng)用到很多民用行業(yè)中 。 紅外成像系統(tǒng)的分類 二、紅外成像的發(fā)展 ?美國(guó)德克薩斯儀器公司的 紅外前視系統(tǒng) (FLIR) 二戰(zhàn)后 ， 首先由美國(guó)德克薩斯儀器公司 (TI)研制成功第一臺(tái)用于軍事領(lǐng)域的紅外熱成像裝置 (FLIR)。 它利用光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)對(duì)被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射掃描 ，由單元光子探測(cè)器接收二維紅外輻射 ， 經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換及一系列信號(hào)處理 ， 形成視頻圖像信號(hào) 。 該系統(tǒng)的原始形式是非實(shí)時(shí)的自動(dòng)溫度分布記錄儀 ， 隨著銻化銦和鍺化汞光子探測(cè)器的發(fā)展 ， 才成為高速掃描和實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)熱圖像的系統(tǒng) 。 紅外成像系統(tǒng)的發(fā)展 二、紅外成像的發(fā)展 ?瑞典 AGA公司的 紅外熱像儀 六十年代初 ， 瑞典 AGA公司研制成功第二代紅外成像系統(tǒng) ， 它在紅外前視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了測(cè)溫功能 ， 被稱為紅外熱像儀 。 投入應(yīng)用的熱成像系統(tǒng)可在黑夜或濃霧中探測(cè)對(duì)方的目標(biāo) 。 開始由于保密的原因 ， 在發(fā)達(dá)國(guó)家也僅限于軍用 ，因?yàn)槭菓?yīng)用于軍事領(lǐng)域 ， 熱成像系統(tǒng)的研制開發(fā)費(fèi)用很大 ， 儀器成本很高 。 后來(lái)考慮到工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)用性 ， 開始降低造價(jià) ， 以適應(yīng)民用市場(chǎng)要求 。 紅外成像系統(tǒng)的發(fā)展 二、紅外成像的發(fā)展 ? AGA公司的 工業(yè)用實(shí)時(shí)熱成像系統(tǒng) (THV) 六十年代中期 ， AGA公司研制出第一套工業(yè)用實(shí)時(shí)熱成像系統(tǒng) (THV)， 該系統(tǒng)用液氮致冷 ， 110V電源電壓供電 ， 重達(dá) 35公斤 ， 使用中便攜性能很差 。 1988年推出的全功能熱像儀 ， 將溫度測(cè)量 、 圖像采集 、 存儲(chǔ)集為一體 ， 儀器的功能 、 精度和可靠性得到了顯著的提高 。 1986年 ， 經(jīng)過(guò)改進(jìn)的紅外熱像儀已不需要液氮或高壓氣 ， 而以熱電方式致冷 ， 可用電池供電 。 紅外成像系統(tǒng)的發(fā)展 二、紅外成像的發(fā)展 ?非致冷紅外焦平面成像傳感器 八十年代 ， 美國(guó)霍尼威爾 （ Honeywell） 公司 ， 開發(fā)出非致冷紅外焦平面成像傳感器 。 九十年代中期 ， 該公司已制成 320 240室溫工作的硅微測(cè)輻射熱傳感器以及相應(yīng)的電路與系統(tǒng) ， 現(xiàn)已裝配成各類軍用熱像儀 ， 包括中波紅外窗口 （ 3~5?m）和長(zhǎng)波紅外窗口 （ 8~12?m ） 熱像儀 。 紅外成像系統(tǒng)的發(fā)展 二、紅外成像的發(fā)展 ?非致冷紅外焦平面成像傳感器 非致冷紅外焦平面陣列技術(shù)的出現(xiàn) ， 實(shí)現(xiàn)了熱像儀系統(tǒng)的小型化和低成本 ， 使熱像儀大量進(jìn)入廣闊的民用市場(chǎng) ， 進(jìn)一步擴(kuò)大了它的使用范圍 。 近兩年典型的代表產(chǎn)品有：美國(guó) FLIR系統(tǒng)公司的Therma Cam系列 、 Raytheon系統(tǒng)公司的
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