红外成像系统的综合特性
第11章红外物理与技术[杨风暴][电子课件]
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外界输入的相 关非均匀性
红外成像系统中，目标和背景红外辐射强度变 化范围、红外热像仪光学系统的背景辐射等外界特 征会对焦平面器件的非均匀性产生影响。
光学系统如红外光学镜头的加工精度、摄像头 红外综合箔条 对光轴的偏转角度等因素也会导致红外图像的非均
匀性。
11.2.2 红外图像非均匀性校正方法
基于参照源校正技术
假设 n 0 时刻的权系数取任意值W (0)，利用LMS算法进
(2)高通滤波算法
高通滤波算法是环境温度对探测器而言属于慢变化 量，图像本身包括目标、背景噪声属于快变化量，因而 图像可看作高频部分。而非均匀性是探测器的固有的噪 声，分布在低频的部分，因而利用增益补偿和高通滤波 算法完成红外焦平面阵列的非均匀校正.
x(k)
x'(k)
增益 Gij
低通滤波
y(k)
两点非均匀性校正算法根据系统的动态范围，使黑体分别工 作在两个不同的温度下，分别测出各探测元在不同温度下的响应 值，然后归一化，得到各像素校正增益和偏移量分别为
Gij
VH VL
yij (H ) yij (L )
Oij
VH yij (L ) VL yij (H ) yij (L ) yij (H )
显然输出信号矢量为
M
y(n) i (n)x(n i 1) W T (n) X (n) i 1
实际中，由于图像的随机性以及噪声的变化，同一探 测元在不同时刻，即使在相同的输入下，其邻域均值也是 不相同的。但在一段时间内，根据相邻像素间的相关性， LMS算法迭代去噪的效果趋于各个像素灰度值的四邻域平均 去噪效果，即LMS非均匀性校正后的剩余非均匀性，近似等 于四邻域平均后的非均匀性。当噪声较大时，由于四邻域 去噪能力有限，LMS算法的非均匀性校正能力也受到限制。
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
这些
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。
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验波长X 围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
热辐射与红外扫描成像实验报告
热辐射与红外扫描成像实验报告引言热辐射是物体在温度高于绝对零度时发出的电磁辐射，其包括可见光、红外线和微波等。
红外辐射在工业、医学、军事等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过红外扫描成像技术，探究物体的热辐射特性，并实现对热辐射的检测和成像。
实验装置与原理实验装置1.红外辐射源：发射红外辐射能的热源，如红外线灯泡。
2.红外辐射探测器：接收并转换红外辐射能的探测器，如红外线传感器。
3.红外成像系统：将红外辐射能转换为可视化图像的系统，如红外热像仪。
原理物体的温度越高，其红外辐射的强度越大。
红外成像系统通过探测物体发出的红外辐射能，并将其转换为可视化图像。
系统使用红外辐射探测器接收环境中的红外辐射，并将其转换为电信号。
然后，电信号经过处理和放大后，传送给显示设备，生成对应的热图像。
实验步骤步骤一：准备工作1.将实验所需材料准备齐全，包括红外辐射源、红外辐射探测器和红外成像系统。
2.确保实验环境安全，无明火和易燃物品。
步骤二：测量红外辐射源特性1.打开红外成像系统，使其预热。
2.将红外辐射源放置在适当的距离下，并使用红外辐射探测器测量其辐射能的强度。
3.测量不同距离下红外辐射源的辐射强度，并记录下测量结果。
步骤三：进行红外扫描成像1.将红外辐射源放置在待测物体附近。
2.打开红外成像系统，调节参数使得图像清晰可见。
3.进行红外扫描成像，移动红外成像系统以获取待测物体的热图像。
4.记录图像上的温度分布情况及其相关信息。
步骤四：分析和讨论实验结果1.对测得的数据进行分析，分析不同物体的热辐射特性。
2.讨论红外扫描成像技术在工业、医学等领域的应用前景。
3.探讨实验中可能存在的误差来源和改进方法。
结果与讨论1.通过测量红外辐射源的特性，我们可以了解红外辐射强度与距离、温度之间的关系。
2.在红外扫描成像过程中，我们可以获得待测物体的热图像，从中可以观察到物体的温度分布情况。
3.实验结果显示，不同物体的热辐射特性存在差异，温度较高的物体在热图像上呈现出明亮的颜色，而温度较低的物体则呈现出暗淡的颜色。
红外成像系统作用距离的估算
! 引
言
作用距离是衡量热成像系统综合性能的一个重 要参数。有关红外热成像系统的书中都只给出了求 极限作用距离的公式。文中从探测概率与信噪比的 关系出发， 推导了不同探测概率下点目标和面目标的 作用距离公式。
( ( ( 为信噪比， 当 "+ 时， 分布退化为瑞利分布； 当 " " " 分布趋向高斯分布， 即： , - 时， ）" !（ *# （ & ( ）. ’ ! "#$ & # ! ! " " #! $ &
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— —空间频率； 1— — — —系统总的传递函数； 2（ 0 1） — —人眼积分时间； 0 -— — —阈值显示信噪比； -*% *+—
[ %’
" %
（ & #（ " # %） ! ! $ !"）
# 探测概率与信噪比的关系
在信号和噪声同时输入系统的情况下， 信号加噪 声的幅值的概率密度分布服从零阶第一类变形贝塞 耳函数， 用公式表示为：
# （&# ’ ( ） #( ） （ ! )（ + ! ! #）" ! "#$ ! " " "
式中 — — —以 * 为变量的零阶变形贝塞耳函 )（ + *） 数值； — —信号加噪声的幅值； #—
]
（&） 当背景全充满探测器单元时， 红外系统入 瞳上的辐照度为： （ !( " # !! " # %）
动态红外成像系统MRTD的测试与分析
动态红外成像系统MRTD的测试与分析王晶;纪明;敬鸣;黄维东;潘文卿【摘要】提出一种在正弦运动状态下测试红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)的方法,建立了正弦运动状态下测试靶标灰度对比度变化的数学模型,采用MATLAB软件模拟得到该数学模型曲线,从理论上直观地阐述了在正弦运动下,目标四杆靶灰度对比度的变化趋势,为MRTD的动态测试提供了坚实的理论基础.论文设计并研制了实验平台,采用统计学方法对实验数据进行分析,得到扰动情况下红外热像仪的MRTD值.实验结果表明,提出的方法和实验装置能准确地完成动态MRTD的测试.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)005【总页数】6页(P526-531)【关键词】正弦运动;动态MRTD;扰动;统计方法【作者】王晶;纪明;敬鸣;黄维东;潘文卿【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN2191 引言在热成像系统中，MRTD是综合评价系统温度分辨力和空间分辨力的重要参数，它不仅包括系统特性，也包括观察者的主观因素。
因此，MRTD的测量成为至关重要的任务。
现阶段，MRTD的测试都是在实验室环境下进行的静态测试。
而运动中精确打击目标是对战术武器的基本要求，因此，载体的运动对光电成像系统性能影响成为急需解决的问题，本文主要研究运动状态下红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)测试，详细阐述了测试原理、方法和过程，并给出一定的实验结果，为更全面完整地研究运动状态下光电成像系统的性能打下了基础［1］。
2 测试原理及数学模型理论上红外热像仪MRTD由下式所示［2］:式中，SNRDT为观察者能分辨线条的阈值视觉信噪比;f为目标空间频率;NETD为待测热像系统噪声等效温差为人眼滤波函数;α，β分别为瞬时视场;te为人眼的积分时间;Δfn为噪声等效带宽;τd为驻留时间;fp为帧频。
光电检测技术光电检测技术试卷(练习题库)(2023版)
光电检测技术光电检测技术试卷(练习题库)1、光电检测系统通常由哪三部分组成？2、光电效应包括哪些？3、外光电效应4、内光电效应5、简述内光电效应的分类？6、光电导效应7、光生伏特效应8、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？9、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？10、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？11、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？12、根据检查原理，光电检测的方法有哪四种？13、光热效应应包括哪三种？14、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？15、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器16、响应度（或称灵敏度）17、亮电流18、光电信号的二值化处理19、亮态前历效应20、热释电效应21、暗态前历效应22、简述雪崩光电二极管的工作原理？23、简述光生伏特效应与光电导效应的区别？24、简述光生伏特效应与光电导效应的联系？25、什么是敏感器？26、简述敏感器与传感器的区别？27、简述敏感器与传感器的联系？28、简述发光二极管的工作原理？29、简述PIN型的光电二极管的结构？30、简述PIN型的光电二极管的工作原理？31、简述PIN型的光电二极管的及特点？32、简述光电检倍增管的结构组成？33、简述光电检倍增管的工作原理？34、简述CCD器件的结构？35、简述CCD器件的工作原理？36、举例说明补偿测量方法的原理？37、举例说明象限探测器的应用。
38、坎德拉（Candela，cd）39、象增强管40、本征光电导效应41、信息载荷于光源的方式信息载荷于透明体的方式、信息载荷于反射光的方式、信息载荷于遮挡光的方式、信息载荷42、光源选择的基本要求有哪些？43、光电倍增管的供电电路分为负__供电与正__供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪44、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？45、为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光？而光电二极管要零偏或反偏才能有光生伏特效应？46、简述三种主要光电效应的基本工作原理？47、光电探测器与热电探测器在工作原理、性能上有什么区别？48、简述光电探测器的选用原则？49、简述光电池、光电二极管的工作原理及区别？50、叙述实现光外差检测必须满足的条件？51、光具有的一个基本性质是（）。
红外物理特性及应用实验
红外物理特性及应用实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。
对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。
对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。
【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。
2、 了解部分材料的红外特性。
3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。
4、 了解红外发射管的角度特性。
5、 了解红外接收管的伏安特性。
【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。
红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。
红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。
2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。
材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。
普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。
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线性周期 Tx x
观察距离R(m)
O 观察点
2. 红外成像过程中各个环节的调制传递函数
红外成像系统模型如前所述，根据线性 滤波理论，对于由一系列具有一定频率特性 （空间的或时间的）的分系统所组成的红外 成像系统，只要逐个求出分系统的传递函数， 其乘积就是整个系统的传递函数。
（1）光学系统的调制传递函数MTF0 （2）探测器的MTFd （3）电子线路的MTFe
TT TB
fx=f1
fx=f2
fx=f3
fx=f4
由成像系统对某一组四条带图案成像，调节 目标相对背景的温差，从零逐渐增大，直到在显 示屏上刚能分辨出条带图案为止。此时的温差就 是在该组目标空间频率下的最小可分辨温差。分 别对不同空间频率的条带图案重复上述测量过程， 可得到MRTD曲线。
MRTD曲线：
（ 3 ） NETD 反映的是系统对低频景物（均匀大 目标）的温度分辨率，不能表征系统用于观测 较高空间频率景物时的温度分辨性能。 NETD具有概念明确、测量容易的优点，在系 统设计阶段，采用NETD作为对系统诸参数进行 选择的权衡标准是有用的。
三、最小可分辨温差（MRTD）
MRTD 是景物空间频率的函数，是表征系统 受视在信噪比限制的温度分辨率的量度。 MRTD的测试图案：
（4) 显示器的MTFm
（5）大气扰动的MTFom （6）人眼调制传递函数MTFeye
人眼能发现的能量起伏为0.05，即最大 能量为1，最低能量是0.95时也能发现，所以 人眼能接收感知的极限调制度为0.026，目视 仪器各个环节的传递函数值可以以此作为考 虑的出发点。
（7）系统的传递函数MTF 红外成像系统总的传递函数为各分系统传递 函数的乘积：
MTF 1了在噪声中成像时，红 外成像系统对目标的空间及温度分辨能力。 MRTD存在的问题主要是：它是一种带有 主观成分的量度，测试结果会因人而异。此外， 未考虑人眼的调制传递函数对信号的影响也是 其不足之处。
四、最小可探测温差（MDTD）
最小可探测温差 MDTD 是将 NETD 与 MRTD 的概念在某些方面作了取舍后而得出的。具体 地说， MDTD 仍是采用 MRTD 的观测方式，由 在显示屏上刚能分辨出目标时所需的目标对背 景的温差来定义。但 MDTD 采用的标准图案是 位于均匀背景中的单个方形目标，其尺寸 W 可 调整，这是对 NETD 与 MRTD 标准图案特点的 一种综合。 MDTD用来估算点源目标的可探测性是有 价值的。
NETD是表征红外成像系统受客观信噪比 限制的温度分辨率的一种量度。
NETD测试图案
TT
WV
W
W WH
TB
2. NETD的表达式及物理意义
假设目标与背景都是朗伯辐射体，先求出 红外成像系统分辨单元接收到的辐射功率，再 求出由于目标与背景温差引起的接收功率的差 异，继而求得信号电压的变化量及信噪比，由 定义可得到NETD的表达式。
MTF MTFo MTFd MTFe MTFm MTFom MTFeye
二、噪声等效温差（NETD） 1. NETD的定义
用红外成像系统观察标准试验图案，当红 外成像系统输出端产生的峰值信号与均方根噪 声电压之比为1时的目标与背景之间的温差， 称为噪声等效温差(NETD)。
红外成像系统性能的综合量度指标—— 空间分辨率、温度分辨率。 空间分辨率——调制传递函数（MTF） 温度分辨率——噪声等效温差（NETD）
最小可分辨温差（MRTD）
最小可探测温差（MDTD）
一、调制传递函数（MTF） 1. 基本概念
红外成像系统可以看作是一个低通线性 滤波器，给红外成像系统输入一个正弦信号 （即给出一个光强正弦分布的目标），输出 仍然是同一频率的正弦信号（即目标成的像 仍然是同一空间频率的正弦分布），只不过 像的对比有所降低，位相发生移动。
通常所谓的分辩率，是将物体结构分解 为线或点，这只是分解物体方法的一种。
另一种方法是将物体结构分解为各种频率 的谱，即认为物体是由各种不同的空间频率组 合而成的。这样红外成像系统的特性就表现为 它对各种物体结构频率的反应：透过特性、对 比变化和位相推移。
空间频率定义为周期量在单位空间上变化 的周期数。
对比降低的程度和位相移动的大小是空间频 率的函数，被称为红外成像系统的对比(调制) 传递函数（MTF）和位相传递函数（PTF）。 这个函数的具体形式则完全由红外成像系统 的成像性能所决定，因此传递函数客观地反映 了成像系统的成像质量，红外成像系统存在一 个截止频率，对这个频率，正弦目标的像的对 比降低到0。 目标经系统成像后一般都是能量减少，对 比降低和信息衰减。
对单元探测器光机扫描方式，其NETD表达 式为：
NETD的局限性： （1）NETD反映的是客观信噪比限制的温度分 辨率，没有考虑视觉特性的影响。
（2）单纯追求低的 NETD值并不意味着一定有 很好的系统性能。例如，增大工作波段的宽度， 显然会使 NETD 减小。但在实际应用场合，可 能会由于所接收的日光反射成分的增加，使系 统测出的温度与真实温度的差异增大 。表明 NETD 公式未能保证与系统实际性能的一致性。