红外成像原理与红外多波段图像特征对比
红外成像的原理
红外成像的原理一、引言红外成像是一种利用物体发射的红外辐射进行成像的技术。
在红外光谱范围内，物体的发射和反射红外光与其温度密切相关。
因此，通过检测和分析物体发射的红外辐射，可以获取物体的温度分布信息，实现红外成像。
二、红外辐射特点红外辐射是指波长长于可见光的电磁辐射，波长范围一般为0.75-1000微米。
与可见光相比，红外辐射具有以下特点：1. 红外辐射在大气中的传输性能较好。
红外辐射的传输受大气吸收的影响较小，因此可以在大气环境中远距离传输。
2. 红外辐射与物体的热量有关。
物体的温度越高，发射的红外辐射能量越大。
3. 红外辐射可以穿透一些透明的介质。
某些红外辐射波长范围内的辐射可以穿透玻璃、塑料等透明材料。
三、红外成像原理红外成像的原理基于物体发射的红外辐射与其温度相关的特性。
红外成像的过程可以分为以下几个步骤：1. 红外辐射接收：通过红外探测器接收物体发射的红外辐射。
红外探测器常用的有热电偶、焦平面阵列等。
2. 信号处理：接收到的红外辐射信号经过放大、滤波等处理，以提高信噪比和图像质量。
3. 图像重建：将经过处理的红外辐射信号转换为图像。
图像的重建可以采用各种算法和技术，如傅里叶变换、滤波和插值等。
4. 温度计算：通过图像中的红外辐射强度来计算物体的温度分布。
通常，根据物体的辐射强度与温度之间的关系建立一个标定模型，以将辐射强度转换为温度值。
四、红外成像的应用红外成像技术在军事、安防、医疗、工业检测等领域具有广泛的应用前景。
1. 军事：红外成像技术可以用于夜视仪、导弹制导系统等军事设备中，实现在暗夜环境下的目标探测和识别。
2. 安防：红外成像技术可以用于监控系统，实现对暗夜中的目标进行视频监控和识别，提高安全性。
3. 医疗：红外成像技术可以用于医学诊断，如乳腺癌早期检测、皮肤病诊断等。
4. 工业检测：红外成像技术可以用于工业设备的故障检测和预防性维护，提高生产效率和设备可靠性。
五、红外成像的发展趋势随着红外探测器、信号处理和图像重建技术的不断进步，红外成像技术已经取得了显著的发展。
红外线成像原理
红外线成像原理红外线成像是一种利用物体辐射的红外辐射来获取目标信息的技术。
红外线成像技术已经广泛应用于军事、安防、医疗、工业检测等领域。
它能够在夜晚或者低光条件下实现目标的探测和识别，具有很高的实用价值。
红外线成像的原理主要基于物体的热辐射特性。
所有的物体都会向外辐射热能，这种热能的波长范围在红外波段，因此被称为红外辐射。
根据物体的温度不同，其辐射的红外波长也会不同。
利用红外线成像技术，可以通过探测器接收目标的红外辐射，然后将其转换成电信号，最终形成红外图像。
红外线成像技术主要包括红外辐射探测、信号处理和图像显示三个主要部分。
首先是红外辐射探测，它是整个系统的核心部分。
探测器的性能直接影响到成像的清晰度和灵敏度。
目前常用的红外探测器有热电偶探测器、焦平面阵列探测器等。
其次是信号处理部分，它包括信号放大、滤波、数字化等步骤，用于增强图像的对比度和清晰度。
最后是图像显示，通过将信号转换成可见的图像，来实现对目标的观测和识别。
红外线成像技术具有很多优点。
首先，它可以实现夜视功能，对于夜间作战和夜间监控具有重要意义。
其次，它可以穿透一些雾、烟、灰尘等大气干扰，具有较好的透视能力。
另外，红外线成像技术还可以实现对温度分布的测量，用于工业检测和医学诊断。
然而，红外线成像技术也存在一些局限性。
首先，受到红外辐射的波长范围限制，其分辨率不如可见光成像技术高。
其次，受到大气吸收和散射的影响，红外线成像技术在远距离观测上存在一定的局限性。
另外，红外线成像设备的成本较高，对于一些应用场景来说，成本可能是一个制约因素。
总的来说，红外线成像技术以其独特的优势和应用价值，已经成为现代科技领域中不可或缺的一部分。
随着技术的不断进步，相信红外线成像技术在未来会有更广泛的应用和发展。
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，是振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
红外成像原理教学课件
疾病诊断
红外成像技术能够无创、无痛地 检测人体组织的温度和热分布， 辅助医生诊断疾病，如乳腺肿瘤 、甲状腺疾病等。
康复治疗
红外成像技术能够促进血液循环 、缓解疼痛、加速伤口愈合等， 在康复医学领域得到广泛应用， 提高康复治疗效果。
总结与展望
06
红外成像技术的发展历程和现状
红外成像技术的起源
自20世纪初，人们开始研究红外辐射的原理和应用，逐渐发展出 红外成像技术。
越好。
红外成像系统的性
03
能指标
分辨率和灵敏度
分辨率
分辨率是红外成像系统能够区分最小 温差的能力，通常以角度或像素表示 。高分辨率图像能够提供更丰富的细 节信息，有助于识别目标。
灵敏度
灵敏度是指红外成像系统在给定噪声 条件下能够检测到的最小温差或辐射 功率。高灵敏度的系统能够在低辐射 条件下工作，提高图像质量。
多光谱和超光谱成像
总结词
多光谱和超光谱成像技术能够提供更丰富的光谱信息，有助于区分不同类型目标、提高伪装识别能力和环境感知 能力。
详细描述
多光谱成像技术通过获取不同波段的红外辐射信息，能够区分不同类型目标，如生物目标、化学物质等。超光谱 成像技术则能够在更窄的波段内获取连续的光谱信息，提供更丰富的细节和特征信息，有助于提高对复杂环境的 感知和理解。
红外成像技术的实
05
际应用案例
军事领域的应用案例
目标检测与跟踪
红外成像技术广泛应用于军事侦察、导弹制导、无人机侦查 等领域，能够快速准确地检测和跟踪目标，提高军事行动的 效率和准确性。
夜视与导航
在夜间或低光照条件下，红外成像技术能够提供清晰的目标 图像，为军事人员提供可靠的夜视和导航支持，提高作战能 力。
红外成像系统简介
THANKS FOR WATCH时监测
实时红外成像技术能够实现快速的目标物监测，及时发现异常情 况，提高预警和响应速度。
动态跟踪
实时红外成像技术能够实现动态跟踪，对移动目标进行连续监测， 提高跟踪精度和实时性。
促进智能化应用
实时红外成像技术能够与人工智能等技术相结合，实现智能化应 用，提高红外成像系统的应用价值。
性能指标
电源效率、稳定性、可靠性等。
03 红外成像系统的特点
穿透烟雾和灰尘的能力
01
由于红外线波长较长，能够较好 地穿透烟雾和灰尘，因此在火灾 、烟雾等场景中，红外成像系统 能够清晰地观测到目标。
02
在工业领域，红外成像系统也常 用于检测设备运行时的温度异常 ，穿透工厂内的烟尘和气体。
夜间或低光环境下的观测能力
红外成像系统简介
目 录
• 红外成像系统概述 • 红外成像系统的组成 • 红外成像系统的特点 • 红外成像系统的优势与限制 • 红外成像系统的未来发展
01 红外成像系统概述
红外成像系统的定义
红外成像系统是一种能够接收并处理 红外辐射的设备，通过将红外辐射转 换为可见光图像，实现对目标物体的 非接触式检测和识别。
红外成像系统不受光照条件限制，能够在夜间或低光环境下 正常工作，观测目标。
在军事侦察、野生动物研究等领域，红外成像系统是不可或 缺的工具，能够在黑暗中捕捉到目标的热辐射。
对温度变化的敏感性
红外成像系统通过测量目标发射的红外辐射来感知温度变化，因此对温度变化非常 敏感。
在医疗领域，红外成像系统可用于检测人体病变部位的温度异常，如乳腺肿瘤等。
工作原理
基于热电效应或光电效应， 将红外辐射转换为电信号。
性能指标
红外热成像仪原理和分类
红外热成像仪分类和原理红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。
通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。
热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。
红外辐射简介红外辐射是指波长在0.75um至lOOOum，介于可见光波段与微波波段之间的电磁辐射。
红外辐射的存在是由天文学家赫胥尔在1800年进行棱镜试验时首次发现。
红外辐射具有以下特点及应用：（1）所有温度在热力学绝对零度以上的物体都自身发射电磁辐射，而一般自然界物体的温度所对应的辐射峰值都在红外波段。
因此，利用红外热像观察物体无需外界光源，相比可见光具有更好的穿透烟雾的能力。
红外热像是对可见光图像的重要补充手段，广泛用于红外制导、红外夜视、安防监控和视觉增强等领域。
（2）根据普朗克定律，物体的红外辐射强度与其热力学温度直接相关。
通过检测物体的红外辐射可以进行非接触测温，具有响应快、距离远、测温范围宽、对被测目标无干扰等优势。
因此，红外测温特别是红外热像测温在预防性检测、制程控制和品质检测等方面具有广泛应用。
（3）热是物体中分子、原子运动的宏观表现，温度是度量其运动剧烈程度的基本物理量之一。
各种物理、化学现象中，往往都伴随热交换及温度变化。
分子化学键的振动、转动能级对应红外辐射波段。
因此，通过检测物体对红外辐射的发射与吸收，可用于分析物质的状态、结构、状态和组分等。
（4）红外辐射具有较强的热效应，因此广泛地用于红外加热等。
综上所述，红外辐射在我们身边无处不在。
而对于红外辐射的检测及利用，更是渗透到现代军事、工业、生活的各个方面。
由于人眼对于红外辐射没有响应，因此对于红外辐射的感知和检测必须利用专门的红外探测器。
红外辐射波段对应的能量在O.leV-l.OeV之间，所有在上述能量范围之内的物理化学效应都可以用于红外检测。
红外成像原理42页PPT
文物鉴定
医学
军事
数据传输
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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0.78~1000
微米的电磁波。其中波长为0.78~2.0微米的 部分称为近红外，波长为2.0~1000微米的部 分称为热红外线，也就是我们熟悉的中远 红外光；
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红外成像的原理
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。
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
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主动式红外成像系统
如何减小大气后向 散射影响？
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。
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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
33
8微秒
脉冲光源 照明输出
后向散射辐射 目标反射辐射
减少大气后 向散射对红 外图像对比 度和清晰度
的影响
选通脉冲
1～2.5
3～5
8～14
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红外成像系统
红外成像系统
主动式红外成像系统 （红外夜视仪）
利用不同物体 对红外辐射的 不同反射
被动式红外成像系统 （红外热像仪）
利用物体自 然发射的红 外辐射
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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；
荧光屏
电子光学系统
通常变像管的光阴极采用对近红外敏感
（0.8～1.2um）的银氧铯光敏层，电子光学部
红外成像技术的原理与应用
红外成像技术的原理与应用红外成像技术是一种高科技的技术，它的发展使得许多行业和领域得到了极大的改善。
红外成像技术的应用十分广泛，它的原理也是非常高深的。
本文将会深入探讨这个话题，并讲解红外成像技术的原理与应用。
一、红外成像技术的原理红外成像技术是基于物体对红外光的反射、辐射或透过红外光的不同响应特性，对物体进行探测和成像的一种技术。
在红外光学领域有一个著名的定律——Planck 定律，它是一个物理学定律，表明了物体辐射出的辐射能量是与所辐射的波长以及物体的温度有关。
Planck 定律为红外成像技术的发展奠定了基础。
红外光的波长在 0.75-1000 微米之间，远远超出了人类能够看到的可见光，因此我们无法直接观察物体对红外光的反射、辐射或透过。
但是，我们可以通过研究物体对红外光的响应特性来进行探测和成像。
红外成像技术主要包括两种方式：热成像和被动成像。
1. 热成像热成像（Thermal Imaging）是根据物体的表面温度不同，红外辐射亮度不同来进行成像的。
红外相机通过检测物体辐射出的红外光，从而测量物体的表面温度。
红外相机可以将物体表面温度的变化转换为不同颜色的图像，从而得到一幅温度图像。
不同温度的色彩呈现不同的颜色，形成一种热力图，以便更直观地反映物体表面温度的分布情况。
2. 被动成像被动成像（Passive Imaging）是指根据物体对红外光的反射、散射或透过等特性进行成像的一种技术。
被动红外成像技术主要是采用红外探测器对物体反射、透过或辐射的红外光进行探测，然后通过图像处理算法将这些数据转化为图像。
被动红外成像技术的优点是可以在黑暗中工作，无需依赖光源。
二、红外成像技术的应用红外成像技术具有广泛的应用领域，从安防、军事到医学、工业等领域都有其独特的应用。
1. 安防方面的应用红外成像技术在安防领域起着重要的作用，尤其是在暗光条件下的监控。
人们经常可以看到在监控画面中，黑暗中出现明亮的人影，这就是红外摄像机发挥的作用。
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红外成像原理与红外多波段图像特征对比
由于红外成像具有被动工作、抗干扰性强、目标识别能力强、全天候工作等特点，已被多数发达国家应用于军事侦查、监视和制导方面。
红外成像侦察、监视和制导意已成为当代武器技术发展的主流方向之一。
红外辐射是整个电子频谱中的一个重要组成部分。
红外探测器是依靠探测目标辐射和反射的红外线而工作的。
通常红外光谱的划分是这样的：近红外（760纳米-3微米），中红外（3微米-8微米），远红外（8微米-1毫米）。
红外辐射的物理本质是热辐射。
大气是红外辐射的主要传输介质。
由于大气中各种气体和物质对太阳光谱均有一定的吸收能力。
综合各气体吸收情况，得出了3个对太阳光谱吸收较弱的区段，即2-2.6微米、3-5微米、8-14微米。
在这几个波段，大气相对说来是比较透明的，常称为“大气窗口”，对于从事红外光谱亚牛、红外技术应用研究尤为重要。
一般红外仪器和红外系统都工作在这三个窗口之类。
根据测量分析，一些重要的军事目标的热辐射波长集中在3-5微米的中红外线区和8-10微米的远红外线区内。
利用这一特点，目标红外传感器常选用适用于3-5微米红外大气窗口的碲化铟和适用于8-14微米红外大气窗口的碲铜汞。
红外辐射也成为红外线，辐射过程除了取决于温度之外，还受到许多其他因素的影响。
对于理想黑体（黑体或绝对黑体是指对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，且具有最大辐射率的物体）而言，红外辐射的基本规律归结为普朗克黑体辐射定率、维恩位移定律和斯蒂芬-玻尔兹曼3个基本定律。
1.Plank黑体辐射定律---该规律描述了黑体单色辐射力随波长及温度的
变化规律
其中C1、C2分别称为普朗克第一常数和第二常数
2.Wein位移定律---随着温度T增高，最大单色辐射力M所对应的峰值波
长λmax逐渐向短波方向移动。
3.Stefan-Boltzmann定律---描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律，
也可以计算某一波长范围内的辐射力。
其中σ为黑体辐射系数
从工作波段可以把红外探测器分为3种类型：SWIR （短波红外）探测器，工作于1-2.5微米短波红外波段；MWIR （中波红外）探测器，工作于3-5微米中波红外波段；LWIR （长波红外）探测器，工作于8-14微米长波红外波段。
SWIR 探测器由于工作波段的限制，不适用于军事领域，发展的速度较慢，主要应用于天文科学。
由于受到探测单元灵敏度的限制，MWIR 探测器近年来才得到了突飞猛进的发展特，别是在军事领域的应用。
较高温度的目标3-5微米波段有很强的辐射，MWIR 探测器适用于观察和跟踪空中目标；其次，在潮湿或大气水分高的地区，3-5微米波段的大气透射要优于8-14微米波段。
首先先对比一下一杯冷水的中(a)、远(b)两波段红外图像（室温10摄氏度）。
（a ） (b)
由图可见，中红外图像的杯子灰度值要小于远红外图像。
忽略成像仪之间的差异，原因如下：杯子水温对应于室温10摄氏度，即
283K ，将结果代入普朗克公式，得到关于黑体辐射通量密度M 和波长之间的关系曲线，可以算出辐射峰值对应的波长位10微米，因而远红外成像效果更佳。
x 10-500.5
1
1.52
2.57
波长/米辐射通量密度
接着再对比一下热水的中(c)、远(d)两波段红外图像（水温90摄氏度）。
(c) (d)
同样，将水温90摄氏度（363K ）代入普朗克公式，可得：
可见辐射峰值对应波长为8微米，远红外探测器（8-14微米）成像效果较佳。
而，8微米也相对接近中红外探测器的（3-5微米）。
因此，中红外成像效果也不错。
下面再来看看军事红外小目标的红外辐射特性
1. 炮弹
炮弹的辐射热源主要是在空气中的高空运动引起的摩擦生热，及气动加热。
一般飞行速度为600-1200m/s ，对应的表面温度分别为430-800K ，将结果代入普朗克黑体辐射定律，其光谱辐射峰值波长范围为3.2-6.8微米。
因此，用中红外探测器效果更佳。
2. 飞机
飞机的红外特征主要表现为气动加热引起的蒙皮辐射，蒙皮温度为290-570K ，其光谱辐射峰值波长范围为6-10微米。
因此，远红外探测器效果更佳。
00.20.40.60.8
1 1.
2 1.4
x 10-501
2
3
4
567
8
9
7
波长/米辐射通量密度
3.火箭弹
火箭弹的红外特征主要表现在尾焰辐射，尾焰温度为800-1500K，其光谱辐射峰值波长范围为2-4微米。
因此，用中红外探测器效果更佳。
4.巡航导弹
对于巡航导弹，在前向探测时，更多考虑的是由气动加热产生的蒙皮辐射，其光谱辐射峰值波长范围为6-10微米。
因此，在前向探测时用远红外探测器效果更佳。
参考：李俊山等“红外图像处理、分析与融合” 科学出版社。