紅外成像及應(yīng)用ppt課件-wenkub
2023-05-27 12:52:26 本頁面
【正文】 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 ， 擴大了應(yīng)用領(lǐng)域 。 ? ?,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)展情況及對今后的預(yù)測 ，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器 ，以數(shù)目有限的探測單元為特征 ， 借助光機掃描實現(xiàn)圖像探測 ， 同時還需要低溫制冷器協(xié)同工作 ， 如：HgCdTe、 InSb、 PbS等紅外探測器 ， 其產(chǎn)品成本高 。 從維恩位移定律可知：光譜輻射出射度的峰值波長與絕對溫度成反比。 ?=?108(W?m2?k4)， 為斯蒂芬 玻爾茲曼常數(shù) 。 ?表示波長 (?m)， T表示絕對溫度 (K)， C C2分別表示第一 、 第二輻射常數(shù) 。 ? 黑體和灰體 絕對黑體 ：對任何波長的輻射 ， 都能全部吸收的物體 。 ? 輻射出射度 M(單位： W?m2) 單位時間內(nèi) ， 從單位面積上輻射出的輻射能量 。 四個區(qū)域 15~103?m 極遠紅外區(qū) 6~15?m 遠紅外區(qū) ~6?m 中紅外區(qū) ~?m 近紅外區(qū) 三個窗口8~12?m 長波紅外窗口 3~5 中波紅外窗口 ~2 短波紅外窗口 紅外成像 一、前言 IRFPA： 把大量探測器單元 ， 按照一定規(guī)則 ， 用先進的微電子工藝 ， 高密度地集成到一塊對紅外透明的材料芯片上 ， 同時將其它必要的信號讀出及處理電路 ， 如：前放 ， 集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上 ， 構(gòu)成一個既能接收光輻射 ， 又能將光電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎脭?shù)據(jù)輸出的整體 。 一、前言 ? 紅外射線及大氣窗口 ? 紅外焦平面陣列探測器 (IRFPA， infrared focal plane array) ? 表征輻射性質(zhì)的基本物理量 ? 幾個基本的輻射定理 要了解的幾個概念 一、前言 ? 紅外射線 紅外射線是一種與物體的表面溫度密切相關(guān)的一種輻射 ， 它是一種看不見 、 摸不著的一種電磁波 。 因此 ， 從原理上講 ， 只要能收集并探測出這些輻射能 ， 就可以通過重新排列來自探測器的 、 與景物輻射分布相對應(yīng)的信號 ， 形成熱圖像 。 這種熱圖像再現(xiàn)了景物各部分的輻射起伏 ， 因而能顯示出景物的各部分的特征 。 紅外射線及窗口 ? 紅外窗 口 紅外輻射：從 ?m~1000?m的光輻射范圍 。 紅外焦平面陣列探測器 (IRFPA， infrared focal plane array) 一、前言 ? 輻射通量 ? 輻射通量的空間密度 F ? 輻射出射度 M ? 輻射照度 E ? 輻射通量的譜密度 M? ? 黑體和灰體 表征輻射性質(zhì)的基本物理量 ? 輻射通量 (Radiation Flux， 單位： W) 單位時間內(nèi)通過某一表面的輻射能量 Q(單位： J)。 物理意義：單位波長間隔 (m)內(nèi)在單位面積 (m2)上的輻射功率 。 黑體 ：只能吸收某一波長輻射的物體 。 基本的輻射定理 21511CTCMe??????普朗克定律給出了絕對黑體輻射的光譜分布規(guī)律： 光譜輻射出射度隨溫度的增加而增加 ， 溫度越高 ， 所有波長上的光譜輻射出射度也就越大 。 40M M d T? ??????由斯蒂芬－玻爾茲曼定律可以看出：黑體的總輻射出射度與絕對溫度的四次方成正比，因此 即使溫度變化相當(dāng)小，都會引起輻射出射度很大的變化。 溫度愈高，峰值波長越短。 第一代紅外技術(shù)分辨率和速度都受到限制 ， 而且價格十分昂貴 ， 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 存在兩個缺點： 制冷： 需要工作在液氮溫度 (77K， 即： 196℃ )。 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 。 該系統(tǒng)的原始形式是非實時的自動溫度分布記錄儀 ， 隨著銻化銦和鍺化汞光子探測器的發(fā)展 ， 才成為高速掃描和實時顯示目標(biāo)熱圖像的系統(tǒng) 。 后來考慮到工業(yè)生產(chǎn)中的實用性 ， 開始降低造價 ， 以適應(yīng)民用市場要求 。 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 ， 美國霍尼威爾 （ Honeywell） 公司 ， 開發(fā)出非致冷紅外焦平面成像傳感器 。 紅外成像系統(tǒng)的發(fā)展 二、紅外成像的發(fā)展 能在室溫下工作 ， 無需致冷； 與大規(guī)模集成電路工藝兼容 ， 成品率高 、 均勻性好 ，圖像清晰； 體積小 、 重量輕 、 功耗低 、 工作可靠 、 使用壽命為10年 ， 可做成便攜式產(chǎn)品 ， 操作與維護簡便； 響應(yīng)波段寬 ， 能在 3~5?m和 8~12?m波段使用 ， 溫度分辨率高 ， 噪聲等效溫差可達 100mK（ ℃ ） ； 空間分辨率 ?1（ mrad， 毫弧度 ） ， 空間分辨率高 ，可制成高密度像元陣列； 非致冷紅外焦平面熱像儀的優(yōu)點 二、紅外成像的發(fā)展 采用 PAL和 NTSC標(biāo)準(zhǔn)視頻輸出 ， 可與電視顯示兼容； 性能 /價格比高 。 光敏區(qū)接收到入射的紅外輻射后 ， 在紅外輻射的入射位置上產(chǎn)生一個與入射紅外輻射性能有關(guān)的局部電荷 。 三、紅外成像的原理 數(shù)字信號處理器主要是進行的是非線性校正等 。 四、紅外焦平面和紅外熱像儀分類 ? 根據(jù)焦平面陣列結(jié)構(gòu)分類 單片式：
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