红外成像系统
试论红外偏振成像系统光学设计
试论红外偏振成像系统光学设计1. 引言1.1 研究背景红外偏振成像技术是一种重要的光学成像技术，通过探测目标物体在红外波段的偏振特性来实现高分辨率成像。
红外偏振成像技术在军事、安防、医疗、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
目前，随着红外探测器和光学元件制造技术的不断发展和进步，红外偏振成像系统的光学设计越来越受到人们的关注。
在现实世界中，许多目标物体的特征信息都可以通过其在红外波段的偏振特性来进行表征和识别。
不仅可以在日常生活中用于安全检测和犯罪侦查，还可以在医疗领域用于疾病诊断和药物研发。
红外偏振成像技术的发展受到光学设计的限制。
对红外偏振成像系统光学设计进行深入研究和优化具有重要的意义。
通过对红外偏振成像技术的研究和实践，可以更好地理解光学设计原理和流程，进一步提高成像系统的性能和分辨率。
研究红外偏振成像系统的光学设计也可以为相关行业提供更多的创新思路和解决方案，推动该技术在各个领域的广泛应用和发展。
1.2 研究意义红外偏振成像技术在军事、安防、医学和工业领域具有重要的应用价值，可以实现对物体表面的高分辨率成像和材料特性的识别。
红外偏振成像系统的光学设计是整个成像系统中至关重要的一环，直接影响到成像效果和系统性能。
深入研究红外偏振成像系统的光学设计原理和方法具有重要意义。
光学设计是红外偏振成像系统中的关键技术之一，对于提升系统的成像质量和分辨率具有至关重要的作用。
通过合理设计光学系统的光路结构和光学元件的参数，可以有效地优化成像系统的性能，提高成像的清晰度和准确度。
光学设计在红外偏振成像技术的应用中具有广泛的实用性和推广价值。
通过对光学设计原理和流程的深入研究和探讨，可以为工程师和研究人员提供指导和借鉴，帮助他们更好地设计和优化红外偏振成像系统，推动该技术在各个领域的应用和发展。
研究红外偏振成像系统的光学设计具有重要的意义和实用价值。
1.3 研究目的研究目的是为了深入探讨红外偏振成像系统光学设计的原理和方法，以提高系统的成像效果和性能。
医用红外热成像系统技术应用
医用红外热成像系统前言随着我国经济的快速发展, 人民生活水平的提高以及健康意识的不断加强, 人们对于体检的早期、快速、准确、方便、无创有了更高的要求。
开创绿色健康检查评估也是各个医疗机构及体检中心的一个新兴项目, 并且有了快速的发展和进步。
中国健康体检产业无疑是当前的朝阳产业, 得到了国家卫生部及中华医学会等有关部门和领导的大力支持和肯定。
医用红外热成像技术无疑是医疗影像领域的一支奇葩。
由于它是被动接收检查者自身的热量, 因为没有辐射, 又被行业中称为“绿色检查”。
如今, 数字式医用红外热像仪已与B超、MRI、CT、X线等组成了现代医学影像体系。
目前, 医用红外热成像技术主要用于医疗机构和体检中心的健康普查、疾病的初筛、肿瘤的早期预警、心脑血管疾病、疼痛、神经疾病、中医“治未病”等方面。
做到了疾病的早期发现和疗效评估作用, 为现代医学作出了杰出的贡献。
医用红外热像仪技术一、医用红外热像仪发展综述红外热像技术被应用到医学领域已有40多年历史, 自从1956年英国医生Lawson 用红外热像技术诊断乳腺癌以来, 医用红外热像技术逐步受到人们的关注。
中华医学会成立了中华医学会红外热像分会, 并将红外热成像技术列入医科大学课程2011年红外热成像被中华医学会疼痛分会列入二级以上挂牌医院五项基本设备之一, 同年被国家卫生部中医药管理局列入二级及三级中医院设备配置标准案中的医院共有诊断设备之一。
2012年中国中医药管理局将红外热成像正式列入中医医院诊疗配置表中, 成为中医医院必备的仪器。
二、红外热像诊断技术的基本原理任何温度大于绝对零度(－273. 1 5℃)的物体都要向外辐射能量, 而人体所辐射电磁波的波长主要是在远红外区域, 其波长范围为4～14µm, 峰值为9. 34µm, 故利用波长为8～14µm的红外探测器可以方便地检测到人体辐射的红外线。
通过接收人体辐射的红外线, 利用影像光学和计算机技术, 将人体表面的不同温度分布以黑白或伪彩色图像显示并记录下来。
红外成像系统
目录一、概论 (11、热像仪构成 (12、热成像功能: (13、热成像技术的优点 (14、红外成像阵列与系统分类 (15、热成像技术的划代 (16、典型技术特点 (27、制冷红外成像阵列与系统的发展 (47、非制冷红外成像阵列与系统的发展 (48、红外成像探测器的发展趋势 (5二、工作原理与结构 (51、串扫型热像仪 (62、并扫型热像仪 (73、串并扫型热像仪 (8四、常见的光机扫描机构 (91、旋转反射镜鼓做二维扫描 (92、平行光路中旋转反射镜鼓与摆镜组合 (103、平行光路中反射镜鼓加会聚光路中摆镜 (104、折射棱镜与反射镜鼓组合 (115、会聚光路中两旋转折射棱镜组合 (126、两个摆动平面镜组合 (12五、热成像系统基本技术参数 (121、光学系统的通光口径0D 和焦距0f (122、瞬时视场角α、β (123、观察视场角H W 、V W (134、帧时f T 和帧速∙F (135、扫描效率η (136、滞留时间d τ (13六、红外成像系统综合性能参数 (141、噪声等效温差NETD (142、最小可分辨温差MRTD (153、最小可探测温差MDTD (18红外成像系统一、概论能够摄取景物红外辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的装置,就是红外热成像系统(简称热像仪。
实现景物热成像的技术称为热成像技术。
1、热像仪构成✓接收和汇聚景物红外辐射的红外光学组件;✓既实现红外望远镜大视场与红外探测器小视场匹配,又按显示制式的要求进行信号编码的光学机械扫描器(当使用探测元数量足够多的红外焦平面探测器时,光学机械扫描器可以省去;✓将热辐射信号变成电信号的红外探测器组件;✓对电信号进行处理的电子学组件;✓将电信号转变成可见光图像的显示器;✓进行信号处理的算法和软件。
2、热成像功能:✓将人眼的观察范围扩展到光谱红外区;✓极大地提高人眼观察的灵敏度;✓获得了客观世界与热运动相关的信息。
3、热成像技术的优点✓环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下,具有较好的穿透烟雾和尘埃的能力;✓隐蔽性好,比雷达和激光探测安全且保密性强,不易被干扰;✓识别伪装目标的能力优于可见光,具有较强的反隐身能力;✓具有较远的作用距离;✓与雷达系统相比,体积小,重量轻,功耗低。
红外成像系统的测试与评估
目录中还包含了红外成像系统的实际应用案例。这部分内容旨在帮助读者更 好地理解红外成像技术在不同领域的应用。通过阅读这些案例，读者可以了解红 外成像系统在军事、航空航天、工业检测等领域的应用情况，进一步加深对红外 成像技术的认识和理解。
《红外成像系统的测试与评估》这本书的目录结构严谨，内容丰富，涵盖了 红外成像技术的多个方面。通过对目录的深入分析，我们可以了解红外成像系统 的基本原理、测试方法、评估标准和实际应用等方面的知识，为后续的学习和研 究打下坚实的基础。
在阅读过程中，我深感红外成像系统在军事、航空航天、医疗等领域的重要 性。例如，在军事上，红外成像系统可用于夜间侦查、目标跟踪等；在航空航天 领域，红外成像系统则可用于气象观测、空间探测等。医疗领域也开始应用红外 成像技术，如红外热像仪在中医诊断中的应用。
书中还提到了红外成像系统的测试与评估方法。作者详细介绍了各种测试设 备、测试条件及数据处理方法，使读者能够全面了解红外成像系统的性能。同时， 书中还强调了测试与评估的重要性和必要性，因为只有经过科学、客观的测试与 评估，才能保证红外成像系统的性能和稳定性。
红外成像系统的测试与评估
读录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
关键字分析思维导图
红外
介绍
红外
成像
读者
测试
比较
成像
系统
系统 评估
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测试
方法
分析
性能
实际应用
参数
提供
内容摘要
《红外成像系统的测试与评估》是一本全面介绍红外成像系统测试与评估的书籍。本书从红外成 像技术的基本原理入手，深入浅出地阐述了红外成像系统的性能参数、测试方法以及评估标准。
红外成像系统
• 大气对 1～15µm红外线的透过率曲线
大气透过率/%
100 80 60 40 20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
• 大气窗口: 1～2.5 µm 、 3～5 µm , 8～14 µm
20 波长/ µm
§ 1 红外辐射的基本概念
六、红外辐射在介质中的传输
• 红外光学材料的透过率曲线
§ 1 红外辐射的基本概念
一、黑体－－理想的辐射体：全部吸收或全部辐射
红外电磁波的辐射率、吸收率与波长、表面温度无关，并且等于1 。
• 一般物体的辐射率和吸收率都小于1
• 物体的比辐射率 ： ε = I / Ib
石墨及黑色漆面：ε ≈ 0.98； 抛光的铝表面： ε ≈ 0.05 砖、混凝土： ε ≈ 0.92～0.93 人体 : ε ≈ 0.98 水、冰: ε ≈ 0.96
§ 1 红外辐射的基本概念
• 可见光：＝ 0.38～0.78 µm • λ< 0.38 µm: 紫外辐射、x 射线、γ射线和宇宙射线， • λ>0.78 µm: 红外辐射、微波和无线电波。 • 红外的三个区域：
近红外: 0.78～3.0 µm 中红外: 3.0～20 µm 远红外: 20～1000 µm • 任何高于绝对零度的物体都在不停地发生红外辐射。
露。
绿色草木
粗糙混凝土
100
80
暗绿色漆
பைடு நூலகம்
60
40
20
反射比/%
0.2
0.4
0.6
0.8 1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
近红外结构成像OCT系统
近红外结构成像OCT系统一、项目背景眼睛是人类感官中最重要的器官，大脑中大约有80%的知识都是通过眼睛获取的。
眼角膜的感觉神经丰富，主要由三叉神经的眼支经睫状神经到达角膜。
视网膜，是一层透明的膜，也是视觉形成的神经信息传递的第一站。
具有很精细的网络结构及丰富的代谢和生理功能。
如果把眼睛比喻为相机，眼角膜就是相机的镜头，眼底视网膜就是感光底片，负责感光成像。
为了实现该生理功能，视网膜配有大量的感光细胞、神经元细胞、以及相应的辅助细胞，代谢极其旺盛，因此，需要一套高效的供血网络，提供充足的氧气和营养物质。
正因为眼底结构及供血网络的重要性，一些致盲性的眼科疾病均与眼底结构与血液循环状况紧密关联，如青光眼、糖尿病视网膜病变、老年性黄斑变性等。
发展一种眼组织的无标记、三维结构、血流及荧光成像技术具有极其重要的科学研究与临床应用价值。
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)是一种无标记、非侵入、无损光学成像技术方法，能够实时提供二维断层图像及三维体图像，具有微米级分辨率和毫米级成像深度。
就分辨率和成像深度而言，OCT填补了共聚焦显微镜和超声成像之间的空白。
理想的OCT成像样品需要允许探测光穿透并进入样品内部，通过样品中不同材料层的后向散射光采集，OCT图像能够展示样品的不同结构信息。
OCT系统沿探测光路收集并测量来自表面及表面下的后向散射光，并与参考光发生干涉，通过对干涉信号的光谱解调得到样品结构信息。
结合不同的扫描策略，采用OCT技术能够获取生物组织内部微观结构的二维断层图像及三维高分辨率图像。
随着OCT技术的不断发展，OCT功能成像技术不断被提出。
其中，基于OCT信号的时序分析可以获取血流信息，无需常规外源性的荧光标记物，综合利用OCT空间散射信号采集能力以及动态光学散射特性的运动识别能力，区分三维空间中的动态血流区域和静态周围组织。
血流灌注是衡量生命有机体生理功能和病理状态的重要指标，血流检测对于有机体生理功能和病理状态的评价与诊断具有重要意义。
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
红外定位成像实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在了解红外定位成像技术的原理和应用，通过实际操作，掌握红外定位成像系统的基本操作流程，验证红外定位成像技术在空间定位和形貌测量方面的精度和实用性。
二、实验原理红外定位成像技术是利用物体发射的红外辐射，通过红外探测器接收并转换成电信号，然后经过信号处理，最终实现物体的定位和形貌测量。
该技术具有非接触、非破坏、实时等特点，广泛应用于工业检测、医疗诊断、安防监控等领域。
三、实验设备1. 红外定位成像系统：包括红外相机、控制器、显示器等。
2. 被测物体：实验过程中需选用合适的被测物体，以便验证实验效果。
3. 软件平台：用于数据采集、处理和分析。
四、实验步骤1. 系统调试：连接红外相机、控制器和显示器，确保设备正常工作。
2. 环境设置：将被测物体放置在实验平台上，调整红外相机与被测物体的距离，确保红外相机能够清晰捕捉到被测物体的红外辐射。
3. 数据采集：开启红外相机，进行数据采集。
采集过程中，需注意调整相机的曝光时间、增益等参数，以获得最佳图像效果。
4. 图像处理：将采集到的图像数据传输至软件平台，进行图像处理。
主要包括：去噪、分割、特征提取等。
5. 定位与形貌测量：根据图像处理结果，利用定位算法实现被测物体的空间定位，同时利用形貌测量算法获取被测物体的表面形貌信息。
6. 结果分析：对实验结果进行分析，验证红外定位成像技术在空间定位和形貌测量方面的精度和实用性。
五、实验结果与分析1. 空间定位：实验结果表明，红外定位成像技术在空间定位方面具有较高的精度。
在实验过程中，通过对多个被测物体的定位，验证了该技术的实用性。
2. 形貌测量：实验结果表明，红外定位成像技术在形貌测量方面具有较高的精度。
通过对被测物体表面形貌的测量，可以有效地获取物体的三维信息。
六、实验结论1. 红外定位成像技术具有非接触、非破坏、实时等特点，在空间定位和形貌测量方面具有较高的精度和实用性。
2. 通过本次实验，掌握了红外定位成像系统的基本操作流程，为后续研究奠定了基础。
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子有选择地吸收一定波长的红外辐射
• 大气对 1～15µm红外线的透过率曲线
大气透过率/%
100 80 60 40 20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20 波长/ µm
• 大气窗口: 0.3～2.5 µm 、 3～5 µm , 8～14 µm
§1 红外辐射的基本概念
六、红外辐射在介质中的传输
• 红外光学材料的透过率曲线
红外成像简史
• 1929年柯勒（L. R. Koller）发明了Ag-O-Cs光阴极。 • 30年代中期：红外变像管、蒸汽热像仪。 • 40年代初期：红外夜视系统研制成功并应用于实战。
光学机械扫描式；面阵成像器件式。 • 50年代：美国陆军第一台热像记录仪
萨默(A.H.Sommer)发明Sb-K-Na-Cs光阴极－－微光成像 • 60年代：美国空军红外成像仪；
－－其红外电磁波的辐射率、吸收率与波长、 表面温度无关，并且等于1 。
• 一般物体的辐射率和吸收率都小于1
• 物体的比辐射率 ： ε = I / Ib
石墨及黑色漆面：ε ≈ 0.98； 抛光的铝表面： ε ≈ 0.05 砖、混凝土： ε ≈ 0.92～0.93 人体 : ε ≈ 0.98 水、冰: ε ≈ 0.96
PIP－1型像增强器－－第一代微光夜视系统
• 70年代：以微通道板像增强器－－第二代微光夜视系统 • 80年代：负电子亲和势阴极＋微通道板器件－－第三代微光夜视。
微光电视，凝视型IRCCD的发展
红外成像简史
• 1958年，英国劳森等人发明了红外探测器HgCdTe； • 第一代热成像（60年代）：单个传感元件 ＋ 二维扫描的扫描镜。
微波和无线电波。 • 红外的三个区域：
近红外: 0.78～1.9 µm 中红外: 3.0～20 µm；(3.0~5.0 µm) 远红外: 20～1000 µm; (8.0~20 µm) • 任何高于绝对零度的物体都在不停地发生红外辐射。
§1 红外辐射的基本概念
一、黑体－－理想的辐射体：全部吸收或全部辐射
105
λ max
λmax = 2897 / T
104
103
T: 绝对温度，单位K； 102
λmax: 峰值波长,单位 µm 10
物体名称 太阳
融化的铁 融化的铜 融化的蜡
人体 地球大气
冰 液态氮
温度/K 11000 1803 1173
336 305 300 273 77.2
6000K
5000K
4000K
红外和微光成像系统
绪论
红外成像系统——向长波方向拓展人类的光谱视觉 将红外图像转变为可见光图像
• 红外夜视系统－－主动式红外成像
运用物体对红外辐射的不同反射特性而进行成像。
• 热成像系统－－被动式红外成像
运用物体自然发射的红外辐射进行成像。
• 微光夜视－－近红外被动成像
微光夜视：像增强器－－光阴极＋高性能荧光粉 微光电视：红外成像＋电视摄像管
多晶氟化钙
多晶氟化镁
多晶硫化锌
100
80 60 40 20
单晶锗 单晶硅
24ຫໍສະໝຸດ 681012
14
16
18
• 材料种类： 晶体材料、 玻璃材料、 塑性材料
多晶氟化钙、三硫化二砷玻璃、聚四氟乙烯
20 波长/ µm
§2 主动式红外成像系统
一、 系统结构与特点
高压电源
直流低压 电源
晶体管变换
电
路
升压 变电器
稳压电路
§1 红外辐射的基本概念
二、 基尔霍夫定律
• 当几个物体处于同一温度时，各物体发射红外线的能力正 比于它吸收红外线的能力。
• 当物体处于红外辐射平衡状态时，它所吸收的红外能量， 总恒等于它所发射的红外能量。
推论：性能好的反射体或透明体，必然是性能差的辐射体。
§1 红外辐射的基本概念
三、 斯蒂芬—玻耳兹曼定律
物体的红外辐射能量密度W 与其自身的热力学温度T 的 四次方成正比，并与它表面的比辐射率ε 成正比。
W = εσT 4
σ －－斯蒂芬－玻耳兹曼常数，5.6697× 10−12 W / cm2K 4
推论：物体的温度愈高，其红外辐射能量愈多
108
§1 基本概念 107
四、维恩位移定律
106
辐射能量密度/ W/cm2. m
3000K
2000K
1000K
0.1
1.0
10
400K 100 波长/ µm
峰值波长/ um
0.26 1.61 2.47 8.62 9.50 9.66 10.6 37.53
§1 红外辐射的基本概念
五、红外辐射在大气中的传输
• 气体分子吸收带中心波长 : 水蒸汽、二氧化碳、臭氧、氧化氮、甲烷和一氧化碳等气体的分
红外成像简史
• 低温制冷型：如HgCdTe、InSb和PtSi等；
– 美国Santa Barbara研究中心InSb 1024 X 1024 ； – 法国SOFRADIR长波HgCdTe488×26扫描型。
• 非制冷型：
– 热电堆：根据塞贝克效应检测热端和冷端之间的温度梯度，输出电 压信号；
– 测辐射热计：探测温度变化引起载流子浓度和迁移率的变化，输出 电阻信号；
倍压整流 电路
直流高压
目标
红外探照灯
物镜组
红外变像管
目镜组
眼睛
§2 主动式红外成像系统
• 工作波长：红外变像管光阴极响应谱区，0.76~1.2µm
• 利用目标和自然界景物之间红外反射能力的显著差异 • 比可见光受大气散射的影响小，而较易通过大气层 • 主动照明：全黑条件下工作，较大反差、清晰图像。但易于暴露。
– 热释电：探测温度变化引起介电常数和自发极化强度的变化，输出 电荷信号；
– 多晶硅：非晶电阻硅，多晶硅-金属热偶 – 氧化钒：在氮化硅存底上制备氧化钒薄膜（0.02K）。
§1 红外辐射的基本概念
• 可见光：＝ 0.38～0.78 µm • λ< 0.38 µm: 紫外辐射、x 射线、γ射线和宇宙射线， • λ>0.78 µm: 红外辐射、太赫兹(30~3000µm )、毫米波、