《红外成像及应用》PPT课件

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1、主要内容前言红外成像的发展红外成像原理红外焦平面和红外热像仪分类红外热像仪的应用红外焦平面阵列和红外成像仪的未来发展方向市场分析一、前言自然界中一切物体，只要温度高于绝对零度(-273℃)，就总是在不断地发射辐射能（红外线）。因此，从原理上讲，只要能收集并探测出这些辐射能，就可以通过重新排列来自探测器的、与景物辐射分布相对应的信号，形成热图像。这种热图像再现了景物各部分的辐射起伏，因而能显示出景物的各部分的特征。利用这种原理制成的成像器件就是红外热像仪。一、前言1.1红外成像的由来1800年，英国天文学家W.Herschel发现红外射线；十九世纪，认识红外辐射的本质，建立基本的辐射定理；

2、二十世纪七十年代，红外电荷耦合器件(IRCCD)、阵列探测器(ArrayDetectors)和扫积型器件(SPRITE)等先进探测器研制成功，红外技术和红外成像进入并发展到了一个新的发展阶段。一、前言红外射线及大气窗口红外焦平面阵列探测器(IRFPA，infraredfocalplanearray)表征辐射性质的基本物理量几个基本的辐射定理1.2要了解的几个概念一、前言红外射线红外射线是一种与物体的表面温度密切相关的一种辐射，它是一种看不见、摸不着的一种电磁波。1.2.1红外射线及窗口红外窗口红外辐射：从0.76m~1000m的光辐射范围。习惯上，红外波段被划分为：“近”、“中”、“

3、远”和“极远”四个区域。根据红外波在大气中的传输特性，又分为三个窗口。四个区域15~103m极远红外区6~15m远红外区1.5~6m中红外区0.76~1.5m近红外区三个窗口8~12m长波红外窗口3~5m中波红外窗口0.8~2m短波红外窗口红外成像一、前言IRFPA：把大量探测器单元，按照一定规则，用先进的微电子工艺，高密度地集成到一块对红外透明的材料芯片上，同时将其它必要的信号读出及处理电路，如：前放，集成到同一芯片或另一其他材料的芯片上，构成一个既能接收光辐射，又能将光电信号转变为可用数据输出的整体。1.2.2红外焦平面阵列探测器(IRFPA，infraredfocal

4、planearray)一、前言辐射通量辐射通量的空间密度F辐射出射度M辐射照度E辐射通量的谱密度M黑体和灰体1.2.3表征辐射性质的基本物理量辐射通量(RadiationFlux，单位：W)单位时间内通过某一表面的辐射能量Q(单位：J)。辐射通量的空间密度F(单位：W•m-2)单位时间内，通过单位面积的辐射能量。当只考虑辐射的发射和入照时，可分别使用辐射出射度M和辐射照度E。辐射出射度M(单位：W•m-2)单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量。物理意义：单位波长间隔(m)内在单位面积(m2)上的辐射功率。辐射照度E(单位：W•m-2)单位时间内，单位面积上接收的辐射能量。辐射通量谱

5、密度M设一个物体的辐射出射度为M，则：M=dM／dM是单位波长间隔中的辐射出射度，是波长的函数，称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度。黑体和灰体绝对黑体：对任何波长的辐射，都能全部吸收的物体。黑体：只能吸收某一波长辐射的物体。灰体：物体的吸收率不随波长而变，且小于1。一、前言红外成像原理中要涉及到的几个辐射定理：普朗克定律斯蒂芬—玻尔兹曼定律维恩位移定律基尔霍夫定律1.2.4基本的辐射定理普朗克定律(Planck’sLaw)以波长表示的普朗克公式为：式中，M表示绝对黑体的光谱辐射出射度（SpectralRadiantExitance），单位：W•cm-2•m-1。表示波长(

6、m)，T表示绝对温度(K)，C1、C2分别表示第一、第二辐射常数。1.2.4基本的辐射定理普朗克定律给出了绝对黑体辐射的光谱分布规律：光谱辐射出射度随温度的增加而增加，温度越高，所有波长上的光谱辐射出射度也就越大。且光谱辐射出射度的峰值波长随温度的增加而向短波方向移动。斯蒂芬-玻尔兹曼定律在全部波长范围内对普朗克公式积分，得到从黑体单位面积辐射到半球空间的总辐射功率，即总辐射出射度的表达式，通常称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律：M表示黑体的总辐射出射度，单位W•cm-2。=5.669610-8(W•m-2•k-4)，为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。由斯蒂芬－玻尔兹曼定律可以看出：黑体的总辐射出射度

7、与绝对温度的四次方成正比，因此即使温度变化相当小，都会引起辐射出射度很大的变化。斯蒂芬-玻尔兹曼定律表明了黑体辐射功率和绝对温度之间的关系，它是通过物体辐射功率测量物体温度的主要理论依据。1.2.4基本的辐射定理维恩位移定律(Wein’sDisplancementLaw)1893年，维恩从热力学理论导出黑体辐射光谱的极大值对应的波长：max=b／T式中，b=2897.8m•K。从维恩位移定律可知：光谱辐射出射度的峰值波长与绝对温