生物多样性2014,22(6):685–695Doi:10.3724/SP.J.1003.2014.14203 Biodiversity Science https://www.doczj.com/doc/7314796664.html,
红外相机技术在我国野生动物研究与
保护中的应用与前景
李晟1*王大军1肖治术2李欣海2王天明3冯利民3王云4
1(北京大学生命科学学院,北京100871)
2(中国科学院动物研究所,北京100101)
3(北京师范大学生命科学学院,北京100875)
4(中国交通运输部科学研究院,北京100029)
摘要:20年来,红外相机技术在国内外野生动物研究、监测与保护中得到了广泛应用。基于红外相机技术,我国在野生动物生态学研究、动物行为学研究、稀有物种的探测与记录、动物本底资源调查、生物多样性监测及保护地管理与保护评价等领域取得了众多成果。目前,数学模型、统计分析方法和新的概念正在促进红外相机技术在野生动物监测研究与保护管理中的发展和推广应用。同时,随着红外相机技术的成熟、成本降低和应用普及,这一技术也将会被更多的野生动物研究人员、管理人员和自然保护区管理者所采用,并成为全国各级保护地和区域生物多样性监测研究的关键技术和方法。今后,建立并完善系统化的监测网络和数据共享平台、开发新一代的数据分析方法与模型,将是此项技术进一步发展和应用的主要方向。
关键词:红外相机,野生动物保护,监测指标,种群参数,生态学模型
Camera-trapping in wildlife research and conservation in China:review and outlook
Sheng Li1*,Dajun Wang1,Zhishu Xiao2,Xinhai Li2,Tianming Wang3,Limin Feng3,Yun Wang4
1School of Life Sciences,Peking University,Beijing100871
2Institute of Zoology,Chinese Academy of Sciences,Beijing100101
3School of Life Sciences,Beijing Normal University,Beijing100875
4China Academy of Transportation Sciences,Beijing100029
Abstract:During the last two decades,infrared-triggered camera-trapping has been widely used in wildlife and biodiversity research and conservation.In the areas of wildlife ecology research,animal species inventory,biodiversity monitoring and protected area management in China,considerable outputs have been produced by scientific research and conservation applications based on camera-trapping.This technique has been successfully used to detect rare or elusive species,conduct biodiversity inventory,study animal behavior,estimate population parameters,and evaluate the effectiveness of protected area management.
Along with the rapid development of modern ecological analysis and modeling tools,camera-trapping will play a more important role in wildlife research at various levels.Meanwhile,along with improvements in techniques,decreasing cost and increasing application interests,camera-trapping will be adopted by more researchers,wildlife managers and protected areas,and can be used for systematic wildlife monitoring using standard protocols.Efforts devoted to its future development and applications should focus on establishing systematically-designed monitoring networks and data-sharing protocols,and developing new analytical approaches and statistical models specifically based on camera-trapping data.
Key words:camera-trapping,wildlife ecology,monitoring index,population parameter,ecological modeling
——————————————————
收稿日期:2013-09-25;接受日期:2014-11-13
基金项目:国家自然科学基金(31270567,31200410)
通讯作者Author for correspondence.E-mail:shengli@https://www.doczj.com/doc/7314796664.html,
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在野生动物研究领域,红外相机技术是红外触发相机陷阱技术(infrared-triggered camera-trapping)的简称,也被称作红外触发拍摄技术(infrared-triggered photography),通常也被简称为红外相机技术。该技术是相机陷阱调查技术(camera-trapping)中的一类,是指使用红外感应设备在无人在场操作的情况下,自动拍摄野生动物的静态照片或动态影像的技术与方法(Cutler &Swann,1999)。红外相机装置的核心部件是红外/热传感器。根据红外传感器工作原理的不同,可以把红外相机分为被动式和主动式两种(图1)。通常,广义的红外相机技术还包括相关的相机数据分析方法、模型和原理框架。
红外相机的前身为采用多种机械方式(绊绳、踏板等)触发的相机陷阱(camera trap),其历史可以追溯到19世纪末20世纪初,用来拍摄和记录野生动物(Sanderson &Trolle,2005;Kucera &Barrett,2011)。20世纪90年代中期以后,采用红外传感器的相机陷阱被摄影家、生物学家、猎人等越来越广泛地用于各个领域(Kucera &Barrett,2011)。2005年前后,数码照相技术与红外相机技术相结合,生产出了新一代数码红外相机装置,性能得到极大提升,有力地促进了其在野生动物研究中的应用。2010年之后,数码红外相机的性能得到进一步完善,价格也大幅下降,被广泛应用于野生动物种群监测、多样性调查、种群密度评估等科研和保护工作(Cutler &Swann,1999;O’Connell et al.,2011;李勤等,2013)(图2A)。
红外相机技术在我国野生动物研究与保护中的应用与国外基本同步,也开始于20世纪90年代中期,首先在云南省高黎贡山地区(马世来和Harris,1996)和台湾地区(Pei,1995;裴家骐,1998),被用于野生动物物种分布的记录和活动模式的研究。2002年开始,Li 等(2010b)在西南地区的有关自然保护区推广和普及红外相机调查技术,与传统的生物多样性监测相结合,以建立更为有效和标准化的大中型兽类监测网络。随后,红外相机技术在国内被越来越多地应用于野生动物的科研、保护和管理。随着2010年之后此技术的进一步普及,相关的研究成果从2013年开始呈现出快速增长(图2B)。
本文首先回顾红外相机技术在我国野生动物监测研究和保护管理中取得的重要进展,然后将根据近年来国内外的发展趋势,探讨我国红外相机技
术进一步应用的前景。
图1被动式(A)与主动式(B)红外相机装置工作原理示意图
(绘图:于薇)Fig.1The mechanism of passive (A)and active (B)infrared-triggered camera-trapping devices
1
应用领域及研究进展
1.1
野生动物本底资源调查
红外相机装置隐蔽和能够持续工作的特点使
其十分适合用于探测活动隐秘、数量稀少的动物。由于前期研究与历史数据的缺乏,我国许多区域野生动物本底资源仍不清楚,科学家和保护管理者对很多地区野生动物物种的组成与分布等本底信息了解很少。因此,红外相机被用于探测和记录众多珍稀物种在特定区域内的存在与否,包括荒漠猫(Fe lis bieti )(Yin et al.,2007)、华南虎(Panthera tigris amoyensis )(Tilson et al.,2004)、印支虎(P.t.corbet ti )(Feng et al.,2008)、雪豹(Uncia uncia )(马鸣等,2006)、远东豹(Panthera pardus orientalis )(Feng et al.,2011)、华北豹(P .p.japonensis )(宋大昭等,2014),并用于研究野外难以观察的夜行性倭蜂猴(N y c t i c e b u s
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图220世纪90年代中期以来全球(A)和国内(B)应用红外相机技术的野生动物研究文献篇数。(A)全球英文学术论文数量。数据来源为Web of Science TM期刊论文数据库。我们以“camera trap”和“camera trapping”为主题检索词,统计每年发表的英文科学论文数量。检索的学科领域包括:生态学,动物学,生物多样性保护,环境科学,生物学,鸟类学,林学,行为学和进化生物学。非野生动物相关的文献已被剔除。(B)国内研究发表的学术论文数量(英文为灰色,中文为黑色)。数据来源包括中国知网CNKI中文期刊数据库、中国期刊网全文数据库、Web of Science TM期刊论文数据库和作者的收集(以上数量统计均只计数发表在学术刊物上的研究论文,不包括与红外相机技术和数据相关的研究报告、会议摘要、学术专著、新闻报道、科普著作等)。
Fig.2Annual publication of peer-reviewed articles on wildlife research involving camera-trapping since mid-1990s.
(A)Number of articles published in English globally.Data source:Web of Science TM database.Searching key words:“camera trap”and“camera trapping”.Searched area:Ecology, Zoology,Biodiversity Conservation,Environment Science, Biology,Ornithology,Forestry,Ethology and Evolution. Articles that are not related to wildlife are excluded.(B) Number of articles of research conducted in China(grey for articles published in English,black for that in Chinese).Data source:CNKI database,Web of Science TM database,and the authors’collection.(Only include articles published on peer-reviewed academic journals,not include the project reports,conference abstracts,monographs,news reports, educational articles etc.that involving camera trapping)pygmaeus)和蜂猴(N.bengalensis)(余梁哥等,2013)。近年来红外相机被越来越广泛地应用于自然保护区和偏远地区的生物多样性本底调查,作为野外调查的重要手段之一,记录这些区域内生活的大中型兽类和大型地栖鸟类的情况(卢学理等,2005;刘芳等,2012)。据不完全统计,目前我国各地通过红外相机所记录的兽类已超过100种,鸟类已超过150种(来自首届野生动物多样性红外相机监测培训研讨会提交的墙报资料,2014),充分显示了运用红外相机技术调查兽类和地栖性鸟类本底资源的优势。1.2动物行为学研究
红外相机能够在野外24h不间断地持续工作,因此在野生动物的行为学研究中,被用来评估雉类(Li et al.,2010a;赵玉泽等,2013)、小型食肉类(Chen et al.,2009)和有蹄类(李明富等,2011;章书声等,2012)等多种动物的活动节律和时间分配。按照“特定时间段内动物被红外相机记录到的概率与其本身活动强度成正相关”的前提假设,基于红外相机的照片拍摄率可确定目标物种的活动强度指数(relative activity index,RAI),从而评估目标物种的日活动强度和日活动节律(李明富等,2011)。利用红外相机拍摄的视频片段,还可研究大型猫科动物(如东北虎(P.t.altaica)和远东豹)领地标记行为(冯利民,个人交流)。此外,红外相机还被用来确定在四川岷山的森林生态系统中取食动物尸体的食肉类和食腐类动物的类别(Wang et al.,2012;Huang et al.,2014),记录青藏高原上雪豹等食肉动物的气味标记行为(Li et al.,2013),记录和监测阿尔金山北坡野生动物对于水源地的利用(薛亚东等,2014),记录巢捕食行为(王佳佳等,2014;李敏等,2014)。1.3种群及群落参数估算
1.3.1种群数量及密度
估算动物种群的数量及密度是红外相机技术应用中的重点。对于能够根据动物体表特征进行个体识别的物种,红外相机获取的调查数据可以在“标记–重捕”模型(Mark-Recapture Model或Capture-Recapture Model)的理论框架下,使用专用数据分析软件(例如MARK,CAPTURE等)(表1)估算此物种的种群大小和密度(Karanth,1995;Karanth& Nichols,1998)。个体识别可以基于动物本身的自然特征,例如猫科动物的体表斑纹(Karanth,1995; Jackson et al.,2006),也可以基于人为标记,例如佩
A B
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戴的耳标、颈圈的编号等(Carthew&Slater,1991; Martorello et al.,2001)。其中,红外相机在可基于自然特征进行个体识别的动物中应用最为广泛,在国内被用于估算雪豹(马鸣等,2006)、东北虎等大型猫科动物的种群现状。Royle等(2009)还开发出空间“标记–重捕”模型(Spatially Explicit Capture-Recapture,SECR),充分考虑了不同动物个体在调查位点空间阵列中移动时,经过特定位点的概率和在此位点上被探测到的概率,将传统的非空间封闭种群模型和描述点过程的模型相结合,形成一个等级模型(Hierarchical Model),采用贝叶斯方法对此模型输出的数据进行累加分析,从而更加准确地估算目标物种的种群密度。不过,“标记–重捕”模型能够适用的物种种类比较有限,大部分的野生动物物种不具有个体特异性的体表特征,难以通过照片进行个体识别。
近年来,Rowcliffe等(2008)发展出一个基于动物个体随机运动和相机探测模式的理论框架,通过测量动物个体或群体移动速度、相机设置的方位和朝向、动物被相机记录时的距离和角度,利用气体分子碰撞率模型计算单个动物个体或群体被红外相机探测到的概率,进而估算出研究区域内动物个体或群体的总数量。章书声等(2013)利用气体分子碰撞率模型对浙江古田山森林生态系统中啮齿类的密度进行了估算。但是,由于动物个体随机运动的前提假设与现实情况中的动物运动模式之间存在较大差异,这一模型的应用还有很多局限(Foster &Harmsen,2012),迫切需要发展一些新的种群模型来估计种群密度。
1.3.2种群相对多度
估算动物种群的数量和密度(绝对多度)对数据的质量、相机的野外设置和后期的数据分析有比较高的要求,需要花费比较大的人力和物力。因此,在很多野生动物调查和管理项目中,更为简单、直观的相对多度指标实际上得到了更广泛的应用。相对多度是基于相机拍摄率计算得到指数(通常表述为相对多度指数Relative Abundance Index),用以代表动物种群的相对数量,指数越高,表明此物种的种群数量越大。相对多度指数的数值不能转换为绝对的种群数量,不同物种的相对多度指数之间的比较则更需要谨慎,因为除了与种群数量相关之外,红外相机对特定物种的拍摄率还会受到动物体型、行为模式、社会结构等方面的影响(Li et al.,2012b)。李晟等(2014)基于红外相机数据计算了秦岭南坡同域分布的7种有蹄类在不同海拔段的相对多度指数,以研究有蹄类动物群落的组成和垂直分布特征。肖治术等(2014a)应用红外相机数据分析了四川汶川地震后龙溪–虹口自然保护区内光光山峡谷区的兽类和鸟类的相对丰度。
1.3.3占有率
占域模型(Occupancy Analysis Model)由Mackenzie等(2002,2006)提出,可以在目标物种占据某区域但不能每次都被探测到的情况下,通过多次重复调查,从而科学地估算单次调查对目标物种的探测概率(detection probability),进而估算出特定位点或区域被目标物种占有的概率。由于可以方便地把每个位点上的调查历史分为若干连续的重复取样单元,红外相机调查的数据十分适合采用这种模型进行分析(Mackenzie et al.,2006)。近年来,此模型已被国内研究者用于多种野生动物红外相机调查数据的分析(Li et al.,2010a,2012a;Wang et al., 2014),物种的占有率和探测概率也被越来越广泛地用作红外相机调查或监测项目中的重要种群参数(Li et al.,2012a)。
1.3.4群落内物种丰度
无论采用哪种调查方法,随着调查工作量的增加,都可以绘制出物种丰度累积曲线(species accumulation curve;Li et al.,2012b),进而估算调查区域内特定动物类群的物种数。通过把红外相机调查数据的总工作量划分为若干连续的重复取样单元,可以利用在“标记–重捕”模型的基础上发展的SPECRICH2程序(https://www.doczj.com/doc/7314796664.html,/ software/specrich2.shtml)(Rexstad&Burnham,1991; Hines et al.,1999),估算大中型陆栖动物群落的物种丰度(Li et al.,2012b)。Li等(2012b)使用此模型估算了四川王朗自然保护区内大中型兽类群落的物种丰度,并与传统的痕迹样线监测数据进行了对比。该研究结果显示:模型估算出的物种丰度高于调查中直接记录到的物种数,而红外相机监测比传统的痕迹样线监测更为有效;红外相机与痕迹样线相结合,则能够更全面、更高效地记录到区域内的物种。Si等(2014)在物种增长曲线的基础上,探讨了要完整记录动物群落内物种丰度所需的最少红外相机工作量。
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1.3.5群落动态
依托标准化的红外相机监测平台,结合生态学模型与统计方法,就可以通过长期连续的监测,评估动物群落的总体动态变化。O’Brein等(2010)基于占域模型设计的野生动物图片指数(Wildlife Picture Index,WPI),就是一个在群落水平上评估野生动物变化趋势的指标,并已经在中南美洲等地区得到了实践应用(Ahumada et al.,2013)。在我国,还未见有基于红外相机数据的动物群落动态的研究发表,但随着监测数据的积累,目前已经有研究者在开展这方面的工作。可以预期,在今后两年内将有相关成果发表,以填补国内这方面的空白。
1.4生物多样性监测与保护管理
1.4.1保护区动物监测
我国各级自然保护区和其他保护地(protected area)是我国生物多样性保护的重要区域,而对这些保护区内野生动物进行清查和长期监测,是各级自然保护区的重要职责之一。在以大中型地栖野生动物为主要保护或管理对象的森林生态系统类型的保护区中,样线调查(计数目击或痕迹多度)是传统的动物种群监测和调查的主要手段。目前,红外相机技术正在广泛用于这些保护区野生动物的监测研究和保护管理中(Martins et al.,2007,Li et al., 2010b;武鹏峰等,2012)。在荒漠生态系统类型的保护区内,这项技术也得到了越来越广泛的应用。薛亚东等(2014)在阿尔金山北坡的研究显示,基于水源地的红外相机监测是荒漠生态系统有效的野生动物调查方法,所获取的数据和信息可以为荒漠地区水资源管理和保护提供参考。相比传统监测手段,红外相机调查可以提供更为准确的数据和更为丰富的信息,例如动物出现的具体时间、先后次序和社会结构等(李晟,2009;Li et al.,2010a)。通过将红外相机调查技术与传统监测方法的整合,新的监测体系在工作效率、成本花费、数据质量和数据深入挖掘的潜力等方面都可以得到相当程度的改善(Li et al.,2010b,2012b)。因此,在四川、陕西、吉林等地的自然保护区体系中,红外相机技术作为一种新的监测方法,已经被纳入保护区的大中型地栖野生动物监测系统,不仅仅在单个保护区内,还在涉及相邻多个保护区的范围内,建立起局域性的系统化监测网络(Li et al.,2010b)。相关的保护区主管部门也正在编写相应的地方性行业技术标准(古晓东等,个人交流),以对红外相机调查技术在保护区内的应用进行标准化规范。
1.4.2保护地管理成效评估
除了自然保护区之外,在我国还广泛存在着多种多样的其他保护地(protected area)类型,包括国家公园、森林公园、社区保护地等。在保护地的管理中,红外相机技术被用于获取野生动物分布数据,通过建模和统计分析来评估野生动物的数量和分布对于保护行动的响应(Wang et al.,2006)、保护地管理措施的有效性(Li et al.,2012a)和特定栖息地类型中野生动物群落的多样性和不同营养级结构的完整性(Datta et al.,2008;McShea et al.,2009)。红外相机可以在调查中同时获取不同野生动物物种的分布和多度数据,使得我们可以在这些评估中对调查区域内的整个大中型兽类群落作出分析,估算各个物种的种群参数,判明保护地的保护行动对哪些物种具有正面的作用。Li等(2012a)使用标准化的红外相机调查方案,对我国西南地区一系列的自然保护区和林场的大中型兽类进行了系统的取样和调查。结果显示,保护地的管理水平高低对大部分大中型兽类物种的栖息地占有率都有显著的正向影响,大中型兽类群落可以作为评估森林类型保护地的管理成效的指示类群。随着红外相机在保护地日常工作和监测研究中的逐渐普及,可以预见其应用也将越来越广泛。
1.4.3尺度生物多样性监测与评估
目前,国内已经建立起若干区域性和全国性的大尺度红外相机监测网络,包括北京大学与史密森研究院(Smithsonian Institution)合作自2002年起在西南地区依托自然保护区建立起的大中型兽类监测网络(李晟,2009;Li et al.,2010b),北京师范大学自2007年起在东北地区建立的针对大型猫科动物及其猎物的监测网络(Feng et al.,2011),中国科学院自2011年起结合中国森林生物多样性监测网络(CForBio)建立起的红外相机监测体系(肖治术等, 2014c),国家林业局和东北林业大学合作成立的猫科动物研究中心自2012年起在东北虎、豹主要分布的部分林业局或保护区建立的红外相机监测平台。这些经过系统设计的红外相机网络将成为我国生物多样性监测研究的基础平台,为大中型兽类、地栖性鸟类的多样性现状评估和动态监测提供系统的数据和信息。
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1.5猫科动物专项调查与研究
猫科动物的调查研究是当前红外相机技术应用最为成功的领域之一。相机陷阱技术在发展早期,就已被用于虎的拍摄和调查上(Champion,1927)。目前,红外相机技术已经广泛应用于世界范围内的猫科动物物种调查。猫科动物每个个体身体上的斑点或者条纹图形都是独一无二的,可以识别出个体,再结合“标记–重捕”模型来有效估算种群密度和种群生存参数等信息,这是红外相机技术能在该领域获得广泛成功应用的主要原因之一。
中国猫科动物拥有占世界约1/3的物种,分布于中国境内的大部分生境和生态系统(Smith et al., 2008)。猫科动物作为生态系统顶级捕食者,处于食物链的顶端,在生态系统中扮演重要角色。然而,中国猫科动物的保护和调查研究一度非常滞后,其主要原因是猫科动物行踪诡异、很难直接观察,过去只能依赖历史资料记载、传统问卷调查、足迹识别、样线调查等方法,然而其结果的可靠性和应用条件一直存在争议(Riordan,1998;Karanth,1988, 1998;冯利民等,2013);并且中国猫科动物野生生态学研究缺乏长期积累,对行为学和足迹识别等缺乏经验和知识,导致无法掌握和有效评估猫科动物的野外种群分布、数量及动态情况。这也是导致中国境内虎、豹、雪豹等物种保护拯救措施滞后的重要原因之一(Tilson et al.,2004;Lu et al.,2010)。随着红外相机技术的快速发展,该技术首先在确定雪豹、印支虎、远东豹、东北虎、华北豹、云豹(Neofelis nebulosa)、亚洲金猫(Catopuma temminckii)、荒漠猫的存在与分布调查中得到成功应用(马鸣等,2006; Feng et al.,2008,2011;Feng&Jutzeler,2010; Sanderson et al.,2010;肖文宏,2014),并被用于系统评估西南地区各山系猫科动物及其猎物的分布现状(Li et al.,2010c)。目前,红外相机技术在虎、豹、雪豹3种濒危大型猫科动物种群现状、猎物种群资源、捕食者–猎物之间的关系、日活动节律和栖息地生境适宜性评价等研究中已经取得了很大的进展(马鸣等,2006;冯利民,2011;肖文宏,2014;宋大昭等,2014)。另外,中国在猫科动物的保护方面开始注重长期生态学研究。例如,自2007年北京师范大学建立的“中俄边界东北虎、远东豹及有蹄类动物多样性长期监测平台”,使用红外相机技术对中国东北虎、远东豹及其猎物开展全面系统的调查,已经逐步获得了这两个珍稀濒危物种在中国境内的种群现状、扩散和定居动态、领域大小等。例如,他们首次报道了东北虎在中国的繁殖行为(Wang et al.,2014)。随着长期积累,目前红外相机技术的应用已逐步扩展到种群动态和行为等研究,这必将极大促进中国大型猫科动物的保护。同时,由于目前国内研究的热点主要集中于受人关注的大型猫科动物,而同样在生态系统中占有重要地位的其他中小型猫科动物的调查研究长期滞后,应该尽快将红外相机技术应用于相关的调查研究中。
从研究方法进展来看,近几年发展起来的空间“标记–重捕”模型SECR和占域模型已广泛应用于大型猫科动物及猎物的基础生态学研究中(Carter et al.,2012;Gopalaswamy et al.,2012;Sunarto et al., 2012;Athreya et al.,2013)。红外相机调查技术成为“标记–重捕”模型和占域模型数据调查的主要方式之一。这些研究方法的应用也必将推动中国猫科动物的研究和保护。
1.6野生动物通道监测与道路交通影响研究
近年来,我国一些区域采用红外相机对野生动物通道利用情况和道路交通对野生动物的影响进行评估与研究。对青藏铁路动物通道的监测表明,藏羚羊(Pantholops hodgsonii)已基本适应了桥梁通道,2007年上迁与回迁全部利用通道,其中可可西里通道利用率最高(Xia et al.,2007;李耀增等, 2008;付鹏等,2011;封托等,2013)。另外,青藏铁路大量的小桥也被藏羚羊、藏野驴(Equus kiang)、藏原羚(Procapra picticaudata)、狼(Canis lupus)、沙狐(Vulpes corsac)、高原兔(Lepus oiostolus)等利用(张洪峰等,2009)。发现大中型食草动物、中小型食肉动物对不同类型通道的偏好性差异不显著,并发现犬科动物喜欢小桥和涵洞(封托等,2013)。在道路交通对野生动物的影响评估方面,王云等(2013)在毗邻长白山国家级自然保护区的环长白山旅游公路,Wang等(2014)在穿越巴基斯坦红其拉甫国家公园的中巴喀喇昆仑公路沿线均使用红外相机,调查并监测了公路沿线野生动物的分布与活动情况。
2发展趋势分析
2.1建立和完善我国野生动物红外相机监测网络与监测数据共享平台
无论在国内还是国际上,建立系统性的红外相
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机监测网络与数据共享平台都是公认的一个发展方向(肖治术等,2014b,c)。在国内,目前已经建立起若干区域性和全国性的红外相机监测研究网络;在国际上,也已建成若干类似的网络并持续运转,例如“热带生态监测网络(TEAM)”。这些已有的红外相机监测网络已经成为全球和区域生物多样性监测和环境变化监测的平台,持续提供有关大中型地栖动物的“大数据”,在国内和国际科研与保护管理相关领域中起到了不可替代的作用。中国科学院动物研究所研发了基于红外相机数据的野生动物多样性监测图像数据管理系统CameraData(https://www.doczj.com/doc/7314796664.html,,于2013年9月起开始运行),有力地推动了我国野生动物红外相机监测研究网络的形成和发展(肖治术等,2014c)。但是,目前这些网络之间在方案设计、调查规程、数据格式等方面都不尽相同,在一定程度上限制了数据与信息的共享和进一步应用。今后,完善现有的红外相机监测网络,推动网络之间调查规程的统一和标准化,促进网络之间的整合,将是需要研究者和管理者们共同努力的方向之一。
红外相机技术作为野生动物研究、保护与管理中一项相对较新的工具,其效力和优势在实践中已经得到了充分检验,已在全国范围内被众多的自然保护区、林场、科研院所和高等院校等单位所使用。随着该技术的快速普及,众多的使用单位和使用者对于调查方案设计、相机的操作规程、数据管理与分析方法的培训产生了巨大的需求。近年来,相关的单位和研究者已经面向红外相机的使用者举办了一系列的培训班和研讨会,对于该技术的普及和推广起到了积极的作用。
在红外相机技术中,设备的更新换代、数据分析方法的创新与发展都非常迅速,因此,加强各研究团队和单位之间的合作交流,推动不同区域、不同单位之间的数据共享,将有力地促进我国相关领域整体研究水平的快速提升。具体的内容可以包括以下方式:建立红外相机研究人员的工作网络,创建不同单位间双边和多边的合作机制,开发新一代基于互联网的红外相机数据库和数据平台,设立不同数据集之间交换的元数据标准和数据共享协议。
2.2开发并完善新的种群和群落参数分析模型
与传统调查方法不同,目前用于红外相机监测数据分析的有关种群和群落参数的模型仍处于发展阶段。虽然“标记–重捕”模型在基于动物个体识别的分析中已经得到了成功的应用,但由于大多数物种无法通过照片进行个体识别,亟待建立和发展新的种群和群落参数分析模型。这是目前红外相机技术进一步发展所面临的重要瓶颈之一。在国内,Si 等(2014)和李欣海等(个人交流)已在这些领域开展了有益的尝试。
2010年之后,红外相机技术在我国野生动物监测研究中的应用出现了快速增长,但大多数研究都局限于生物多样性编目和分布现状报道,集中在单一时间断面的种群和物种水平,而探究格局与机理的高质量研究成果较少,仅有少量研究涉及到多物种共存和物种间交互作用(肖文宏,2014;王放,个人交流)。随着更多的科研力量与资源的投入,以及更长时间的数据与经验的积累,以红外相机为技术手段的研究应进一步着眼于动物群落乃至生态系统、景观的层次,从现象到机理,从静态到动态,对动物多样性分布格局、动物群落的结构与动态维持机制、动植物相互作用等生态学问题开展深入研究,从而提升我国在生态学和保护生物学领域的总体科研水平和影响力。
致谢:文中两幅红外相机工作原理示意图由于薇协助绘制,特此感谢。
参考文献
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(责任编委:蒋学龙责任编辑:时意专)
人体热红外隐身技术 摘要：通过人体红外辐射特征的理论分析，结合热像仪探测原理及热红外隐身机理，探讨 了实现人体热红外隐身的技术途径。研究表明，人体红外隐身应主要控制8～14 μm 波段 的红外辐射能量，降低服用柔性材料红外发射率及应用温控纤维/织物柔性材料，是实现人 体热红外隐身的重要技术途径。本文通过阅读大量文献，从理论分析与实践的角度分析了热 红外隐身的原理及实现的途径，以及现价段的研究状况。最后描述了今后热红外隐身的发展 方向。 关键词：人体；热红外；隐身技术；相变材料; 伪装网; 涂层； 1 引言 热红外隐身技术是指对目标 3～5 μm 及8～14 μm 红外波段特征信号进行伪装、减缩和控制，以降低中远红外侦察装备对目标的探测和识别能力[1～3]。提高单兵行动的隐蔽性 和突防性，是现代高技术战争呈现的一大特点，随着先进的侦察探测技术如热像仪的出现， 单兵的生存力和战斗力受到严重威胁，热成像技术在军事领域的快速渗透,使各种军事目标 的生存也受到严重威胁,为此,以降低和消弱敌方热红外探测设备效能为目的的热红外伪装 技术受到各国军方的广泛关注。热红外隐身服的研究方向目前主要有（1）冷却目标；（2） 改变目标的辐射性能；（3）采取条状覆盖层“混杂”辐射法；（4）应用防红外涂层。国外开 展对人体热红外隐身的研究起始于上世纪 90 年代初，美国1994 年开始实施“单兵热成像 防护”的专门计划，发展能迷惑热探测器的隐身作战服，目前其研究水平处于领先地位。目 前国外可见光/近红外迷彩服用材料研究及应用技术较为成熟，因此热红外隐身服已发展成 为单兵隐身的研究重点。美、英、法、德、俄等国，在其各自的21 世纪单兵综合作战系统 计划中，均将单兵热红外隐身技术列为研究重点，并已陆续试装具有防热红外侦察仪器探测 性能的隐身服用材料，国内在该方面的研究则刚刚起步。 本文在查阅大量文献的基础上, 通过人体热红外隐身原理及热像仪探测机理的分析，结合部 分探索性试验，探讨适宜的人体热红外隐身技术途径。并针对目前热红外伪装技术的不足以 及今后的发展方向,介绍三种新机理型热红外伪装体系。 2 人体红外辐射特征分析 人体自身是一个红外辐射源。皮肤的红外发射率很高，接近黑体，并且与种族、肤色和个性无关，如表1所示。人体裸露皮肤温度通常为32℃～33℃。若将人体看作黑体，并假设 其红外辐射面积0.6m2，可通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律、维恩定律等红外辐射理论计算出有关 人体红外辐射特征数据，如表2 所示。 表1 人体的红外辐射特征 波段范围/μm ＜5 5～9 9～16 ＞16 在总辐射能量中的分量/% 1 20 38 41 表2 人体红外外辐射特征值 人体总辐出度 490.66W?m－2 光谱辐出度峰值 33.96W?m－2?μm－1 平均辐射强度 93.76W?sr－1 峰值波长 9.5 μm 3～5 μm 波段的辐出度 6.87W?m－2，占总能量的1.4% 8～14 μm 波段的辐出度 184.49W?m－2，占总能量的37.6% 表观温差是热像仪探测和识别目标的主要依据[9]。夏季环境下，某些目标与背景的温差值 如表3 所示。 表3 典型目标夏季野外平均温差值
红外光谱的发展与展望 红外光谱一般分为近红外(Near InfraredSpectrum),中红外(Middle Infrared Spectrum)和远红外(Far Infrared Spectrum)三个区域,波长分别为780)3000nm, 3000)25000nm和25)50Lm。众所周知中红外光谱是广泛应用的一种分析手段。近红外光谱几十年来一直没有在理论上和应用受到重视,其主要原因在于该区内的吸收是O)H、N)H、C)H等基团的振动吸收。这些吸收谱带复杂,多为合频吸收,且吸收强度较弱,难以在分析上应用。近年来,随着仪器制造技术的发展,新的光谱理论和光度分析新方法不断建立,特别是化学计量学的深入研究和广泛使用,促进了NIR分析技术的复兴和发展。 1 近红外光谱分析技术 根据NIR光谱的发生机理,使用的NIR分析技术主要有以下几种: 1.透射测定法使用于透明样品的分析,透射光强度与物质量间的吸收关系符合比尔定律。 2.漫透射测定法试样中含有光散射物质(折射率与基体材料不同的小颗粒),光在穿透分析样品时,除了吸收外还有多次的散射,在这个过程中比尔定律不适用。 3.反射测定法近红外光照射到样品表面后,根据样品表面状态和结构的不同,光线可以有规则的反射、漫反射和透反射三种。这种方法常用于粗糟和粉末状样品的测定。目前市场上常见的NIR光谱仪大多属于反射型尤其是漫反射型,有个别的专用的NIR分析仪器是在UV/IR光度计基础上改进的NIR透射型分析仪。NIR 和MIR一样,反映的是分子的振动频谱,其结果直接与分子的内部结构、分子官能团及分子状态有关,从NIR谱中同样可以得到分子的定量定性信息。与MIR不同的是NIR反射谱还可以得到一系列物理性质,如密度、粒子尺寸、纤维直径、大分子聚合度等特殊信息。根据NIR光谱发生的机理可知NIR谱带较弱,这样给长光程试样池特别是粘滞样品、流体试样的在线分析提供了极大的便利。使得分析时不需要对分析样品进行复杂预处理,池长对分析结果影响较小,定量分析的范围大等优点。NIR光谱分析的另一个特点是光源强度较大,探测器的反应灵敏度较高,因而检测信噪比高,尤其在散射效应强时,散射/吸收比高。在反射和散射NIR中,高的信噪比,可以得到良好的线性关系,对分析样品的外观宽容度大,既可以用于清澈的气、液、固样品的测定,又可对粉末状、糊状、丝状和不规则状样品的分析。NIR分析还有价格便宜耐用的透明材料(一般的光学玻璃)作为分析窗口,便于实现快速、实时、在线分析和控制。光纤传感技术的迅速发展,也为NIR分析技术提供了长距离检测传输、遥测、遥控等应用的可能性,特别是在有毒、易爆、放射性及其它难以直接测量的样品或现场更有意义。NIR光谱在使用中也有一定的局限性,主要是结构复杂,谱图重叠多,在进行定性定量分析中必须采用一定的数据处理才能获得准确可靠的分析结果。在定量分析中,导数光谱的应用可明显的消除基线漂移的影响,二阶导数可消除基线倾斜所造成的误差,两个相邻波长的一阶导数之比,可对光谱重叠和光谱干扰进行校正。多元线性回归分析方法是进行多组分分析的常用方法,选择合适的波长点和波长间隔,可用统计分析的方法验证分析结果。偏最小二乘法(partial least-square PLS)则是一种全光谱分析方法,该法充分利用了多个波长下的有用信息,不须刻意的选择波长,并且能滤去原始数据的噪音,提高信噪比可解决一些有交互影响的非线性问
隐身技术的发展及应用 摘要：介绍隐身技术带来了军事装备的变革，并探讨有源和无源隐身原理，并重点介绍了无源隐身中利用理想对消特性、频率差将破坏相干性、相位差的影响、幅度差的影响，以规避雷达对目标的检测。 接着分析了隐身技术的现状及其原理，分别从可见光隐身技术、声波隐身技术、雷达隐身技术、激光隐身技术及红外辐射隐身技术方面介绍了当前所采用隐身技术的原理、方法及其应用。通过采用可见光、红外及激光隐身兼容技术，更好的达到隐身的效果，即可得隐身兼容技术才是隐身技术的发展方向。 隐身技术迅猛发展，新的隐身方法和技术应运而生。仿生技术、等离子体隐身技术、“微波传播指示”技术及智能隐身技术丰富和扩展了隐身技术的领域。在新的隐身方法中，重点介绍了等离子体隐身技术这一典型事例，通过介绍其原理、方法，以及在军事装备上的应用，以便我们把握这一隐身技术的发展方向。 隐身材料的开发和利用一直是隐身技术发展的重要内容，是飞机等隐身兵器实现隐身的基石，接下来介绍了正在研制开发的新型隐身材料：宽频带吸波剂、高分子隐身材料、纳米隐身材料、手征材料、结构吸波材料及智能隐身材料。新的隐形材料的研制，必将推动隐身技术迈向新的台阶。 隐身技术与反隐身技术的发展，是相互制约、相互促进的，无论哪一方有新的突破，都将引起另一方的重大变革。最后，我们探讨了当今反隐身技术的发展，以及探讨反隐身技术的方法：采用长波低频雷达探测技术、采用激光雷达探测技术、采用光电探测技术、采用数据融合技术、采用自动化和智能化技术。希望隐身技术和反隐身技术，这对矛和盾，能够加快我国的武器装备现代化的进程。 关键词：有效散射截面积（RCS）无源及无源隐身技术等离子体技术
红外热成像摄象机在智能视频监控中的应用与发展 一、引言 1672年，牛顿使用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光，证实了太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成。1800年，英国物理学家 F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，偶然发现放在光带红光外的一支温度计，比其他色光温度的指示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布:太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78 ～1.5μm 的部分称为近红外，波长为1.5 ～10μm的部分称为中红外，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为2.0 ～1000μm的部分，也称为热红外线。 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。这种红外线辐射是，基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大;反之，辐射的能量愈小。 在自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布的图像。或者可以说，它是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，而是变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行智能分析判断。 众所周知，海湾战争已成为展示高科技武器使用先进技术的平台。在这些新科技中，红外热成像技术就是其中最为闪亮的高科技技术之一。红外热成像技术(Infrared thermal imaging technology)是利用各种探测器来接收物体发出的红外辐射，再进行光电信息处理，最后以数字、信号、图像等方式显示出来，并加以利用的探知、观察和研究各种物体的一门综合性技术。它涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。该技术除主要应用在黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装
红外光谱技术及其应用进展 苏雄200910835319 集宁师范学院化学系09级化学3班内蒙古乌兰察布市 012000 摘要 波数13000~10cm-1或波长0.75~1000μm之间称为红外区，在此范围内的物质吸收红外辐射后，因分子振动、转动、或晶格等运动产生偶极矩变化，形成可观测的红外光谱。红外光谱技术的发展进程和红外光谱技术分析速度快，分析效率高，分析成本低，测试重现性好等特点。红外光谱技术在制浆造纸工业中木素的定性和结构分析、木素的定量分析、研究纤维素的结晶结构、测定纸浆Kappa 值等，以及在临床医学和药学方面，农业方面，以及食品方面在食品中农药残留检测、环境科学中水环境监测、固体环境监测、气体环境监测，石油工业中对于油品成分，含量等方面的分析有广泛应用。 关键词 红外光谱；特点；应用 引言 分子振动、转动、或晶格等运动产生偶极矩变化，形成可观测的红外光谱。红外光谱广泛应用于分子结构的基础研究和化学组成的分析领域, 对有机化合 物的定性分析具有鲜明的特征性。因此，红外光谱有化合物“指纹”之称，是鉴定有机化合物和结构分析的重要工具。由于其专属性强各种基因吸收带信息多，固可用于固体、液体和气体定性和定量分析[1]。由于用红外光谱作样品分析时基本不需要处理，且不破坏和消耗样品，自身又无环境污染，因而被广泛运用，目前红外光谱广泛已应用于制浆造纸工业、临床医学和药学方面、农业方面、食品方面、环境科学、石油工业等学科领域，并随着技术和研究的深入越来越受到重视。 1、红外光谱法的基本原理 红外吸收光谱是由分子振动能级的跃迁同时伴随转动能级跃迁而产生的，因此，红外光谱的吸收峰是有一定宽度的吸收带。物质吸收红外光应满足两个条件，即辐射应具有刚好能满足物质振动能级跃迁时所需的能量；辐射与物质之间有偶合作用。因此当一定频率的红外光照射分子时如果分子中某个基团的振动频率与其一致，同时分子在振动中伴随有偶极矩变化，这时物质的分子就产生红外吸收。
红外技术的发展现状与发展趋势 第一部分红外技术的发展及主要应用领域 红外技术的发展 1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳利用水银温度计来研究太阳光的能量分布发现了红外辐射，从那时起，人们就致力于研究各种红外探测器以便更好地研究和探测红外辐射。在红外探测器发展中，以下事件具有重要意义： 上世纪70年代，热成像系统和电荷耦合器件被成功地应用。 上世纪末以焦面阵列（FPA）为代表的红外器件被成功地应用。 红外技术的核心是红外探测器。 红外探测器 单元红外探测器：如InSb（锑化铟）、HgCdTe（碲镉汞）、非本征硅，以及热电等探测器。 线列：以60元、120元、180元和256元等，可以拼接到1024元甚至更多元。 4N系列扫描型焦平面阵列：如211所的研制生产的4x288。 凝视型焦平面阵列(IRFPA)： 致冷型256x256、320x240、384x288，更大规模的如640x512，1024×1024和1280×720 元阵列也已有了； 非致冷型160×120、320x240已广泛应用于各个行业中，384x288、640x480也已开始应用。 红外探测器按其特点可分为四代： 第一代（1970s－80s）：主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像； 第二代（1990s－2000s）：是以4x288为代表的扫描型焦平面； 第三代：凝视型焦平面； 第四代：目前正在发展的以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型为主要特点的系统芯片，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段探测与识别能力。 目前非制冷焦平面探测器的主流技术为热敏电阻式微辐射热计，根据使用的热敏电阻材料的不同可以分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。 非制冷焦平面阵列探测器的发展，其性能可以满足部分的军事用途和几乎所有的民用领域，真正实现了小型化、低价格和高可靠性，成为红外探测成像领域中极具前途和市场潜力的发展方向。 氧化钒技术由美国的Honeywell公司在九十年代初研发成功，目前其专利授权BAE、L-3/IR、 FLIR-INDIGO、DRS、以及日本NEC、以色列SCD等几家公司生产。非晶硅技术主要由法国的 CEA/LETI/LIR实验室在九十年代末研发成功，目前主要由法国的SOFRADIR和ULIS公司生产。 目前世界上只有美国、法国、日本、以色列四个国家拥有非制冷焦平面探测器产业化生产的能力，其核心技术仅有美国和法国两个国家掌握，日本和以色列则由美国取得技术许可，在其国内生产和有限制地使用。对我国的出口则设置了更多严格的限制，如大家遇到的帧频限制。
课程（论文）题目：红外隐身原理及其应用技术 内容： 1 背景 光电隐身技术可分为可见光隐身、红外隐身和激光隐身三大类。光电隐身起源于可见光隐身，成熟于红外隐身，发展于激光隐身。而现代红外隐身技术经历了探索时期(2 0世纪60年代以前)、技术全面发展时期(20世纪60～70 年代)和应用时期(20世纪80年代至今)。红外隐身技术于20世纪70年代末基本完成了基础研究和先期开发工作，并取得了突破性进展，已由基础理论研究阶段进入实用阶段。从20世纪80年代开始，国外陆海空三军研制的新式武器已经广泛采用了红外隐身技术。 红外隐身技术通过降低或改变目标的红外辐射特征，实现对目标的低可探测性。这可通过改进结构设计和应用红外物理原理来衰减、吸收目标的红外辐射能量，使红外探测设备难以探测到目标。 2 红外隐身原理 概述 从红外物理学可知, 物体红外辐射能量由斯蒂芬-玻耳兹曼定律决定： 式中W——物体的总辐射出射度; σ——玻耳兹曼常数； ε——物体的发射率； T——物体的绝对温度。 温度相同的物体，由于发射率的不同，在红外探测器上会显示出不同的红外图像。鉴于一般军事目标的辐射都强于背景，所以采用低发射率的涂料可显著降低目标的红外辐射能量。另一方面，为降低目标表面的温度，红外伪装涂料在可见光和近红外还具有较低的太阳能吸收率和一定的隔热能力，以使目标表面的温度尽可能接近背景的温度，从而降低目标和背景的辐射对比度，减小目标的被探测概率。 红外侦察系统能探测目标的最大距离R为： 式中J——目标的辐射强度； ——大气透过率； N A——光学系统的数值孔径； ——探测器的探测率； ω——瞬时视场； ——系统带宽； ——信号电平； ——噪声电平。 红外隐身的主要目的是减少公式中第一项的各项取值,也就是说,目标的红外隐身应包括三方面内容,一是改变目标的红外辐射特性,即改变目标表面的发射率;二是降低目标的红外辐射强度,即通常所说的热抑制技术;三是调节红外辐射的传播途径(包括光谱转换技术)。 改变目标红外辐射特性采用的技术 (1) 改变红外辐射波段改变红外辐射波段,一是使目标的红外辐射波段处于红外探测器的响
隐身技术现状及发展趋势 摘要：介绍了隐身技术的重要性以及各种各样的隐身技术的原理及方法，对未来隐身技术的发展做了一些较为深入的探讨和详细大胆的预测，并就隐身技术做出一些总结。 一、隐身技术的概述 自1989年美国入侵巴拿马时首次使用F2117隐身战斗机后,隐身技术日益引起世界各国军界的高度重视。在海湾战争中，各种隐身兵器的精彩表演,尤其是F2117又一次的不凡战绩，令世界各强国对隐身技术刮目相看。海湾战争后，美、俄等军事强国都加强了对隐身技术的研究，隐身技术因此也获得了长足的发展,被广泛应用于各种武器装备，如隐身战斗机、隐身轰炸机、隐身舰船、隐身导弹等。 随着现代科学技术的不断发展，针对飞行器、舰船等作战装备的探测技术日益完善。现在，各个军事强国在本土都有强大的雷达网，空中有预警机，在太空还有战略预警系统。这些系统通过链路构成一张强大的预警网络，对飞机，舰船甚至是导弹的生存都构成了严重的威胁。所以，武器装备的隐身性能已经成为考量整体战斗力的重要指标。具有隐身性的装备，既拥有了在战场上赖以生存的法宝，又使得自己在进攻中处于主动的一方，加大了攻击的突然性。在讲究快速反应的现代战场，隐身技术已经成
为决定战争胜负的关键因素。 隐身技术按照战斗平台分，可以分为飞行器隐身，舰船隐身，导弹隐身。 按照隐身的方式手段主要为雷达隐身，并辅之以红外、光学和声波隐身，其中雷达隐身是现代隐身技术的重中之重。红外隐身在导弹突防中应用较为广泛。而随着反潜技术的发展，潜艇的声波隐身则是至关重要的一环。 二、雷达隐身技术的关键 若用一句话概括雷达隐身技术，就是采取各种手段减小装备的雷达散射截面（Radar Cross Section，一下简称RCS）。所谓目标的雷达散射截面RCS，就是定量表征目标散射强弱的物理量。目标的雷达散射截面RCS，越小，雷达接收能量越小，因而使敌方侦察雷达难于对己方目标作出正确的判断，从而达到隐形目的。 RCS不是目标的几何截面积，而是一个与目标产生同等回波的金属圆球的等效截面积，几何截面积、材质和形状对雷达的反射率和反射的方向性都对雷达截面积有影响，所以雷达反射面积可以比几何截面积大，也可以比几何截面积小，就好像在黑夜里手电照射下，一块小镜子可以远比一个蒙面黑衣大汉显眼。作为参照，美国的F-15 的RCS为405 平方米，B-1B 为1.02 平方米，SR-71 为0.014 平方米，F-22 为0.0065 平方米，F-117 为
红外技术应用及发展前景
目录 一、摘要 (2) 二、红外技术的起源与发展 (3) 三、红外技术的应用 (4) 1、红外热像仪 (4) 2、红外光谱仪 (4) 3、红外传感器 (5) 四、红外技术的发展前景 (5) 1．红外技术的发展及主要应用领域 (5) 2．红外技术产业的主要领域方向 (6) 五、对红外技术课堂的意见及建议 (7)
摘要 红外技术的英文名称是：Infrared Technique。红外技术的内容包含四个主要部分，红外辐射的性质，红外元件、部件的研制、把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械、红外技术在军事上和国民经济中的应用。 红外技术发展的先导是红外探测器的发展。60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。 红外应用产品种类繁多，应用广泛。红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。本文选择了红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的产品领域做介绍。红外技术的发展前景十分的广阔，在军用和民用领域都有着极其广阔的应用。按应用领域可分为：安防领域、消防领域、电力领域、企业制程控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感领域等。 最后，提出对这门课程的意见及建议。我认为每节课都应有具体的任务，明确的目的和要求，每节课都给学生留有思考的空间。课堂教学的形式是多样的，教学形式是实现教学目的一种手段，是为课堂教学服务的。 关键字：红外辐射外探测器红外线
红外隐身技术在军事中的应用 摘要：在现代军事中,随着现代军用红外探测和图像处理技术日益发展,其技术的精准性也随着现代军事的发展而更加精确，已成为军事探测和制导武器非常重要的使用手段，从而对军事设施和武器装备的威胁也越来越大。因此红外隐身技术也成为军事战争中提高目标隐身能力和战斗力的重要技术因素。 关键词：隐身技术军事 上个世纪，红外隐身技术经历了三个发展时期，分别为探索时期、技术全面发展时期和应用时期。80年代开始，红外隐身技术已经在先进国家研制的新型飞机、舰船和坦克装甲车辆等得到了广泛采用。 一、红外隐身技术原理 通过降低或改变目标的红外辐射特征来实现降低目标的可探测性称之为红外隐身技术。它是通过更改结构的设计和应用红外物理原理来衰减吸收目标红外辐射的能量，从而实现目标的低可探测性。 根据斯特藩-玻尔兹曼定律可知，物体辐射红外能量不仅取决于物体温度，还取决于物体的比辐射率。温度相同的物体，引起比辐射率的不同导致探测器上将显示出不同的红外图像。鉴于一般军事目标的辐射都强于背景，所以采用低比辐射率的涂料可显著降低目标的红外辐射能量。另一方面，为降低目标表面温度，热红外伪装涂料在可见光和近红外还具有较低的太阳能吸收率和一定的隔热能力，以使目标表面温度尽可能接近背景温度，从而降低目标和背景的辐射对比度，减小目标的被探测概率。 二、红外隐身技术在飞机上的应用 1.发动机喷管采用碳纤维增强的碳复合材料或陶瓷复合材料，喷口安放在机体上方或喷管向上弯曲，利于弹体遮挡红外挡板，在喷口附近安装排气挡板或红外吸收装置，或使飞机采用大角度倾斜的尾翼等遮挡红外辐射；在尾喷管内部表面喷涂低发射率涂料；采用矢量推力二元喷管、S形二元喷管等降低排气温度冷却速度，从而减少排气红外辐射；在燃料中加入添加剂，以抑制和改变喷焰的红外辐射频带，使之处于导弹响应波段之外。 2.采用散热量小的发动机。隐身飞机大多采用涡轮风扇发动机，它与涡轮喷气发动机相比，飞机的平均排气温度降低2000C～2500C，从而使飞机的红外隐身性能得到大大改善。用金属石棉夹层材料对飞机发动机进行隔热，防止发动机热量传给机身。 3.在飞机表面涂覆红外涂料,在涂料中加隔热和抗红外辐射成份，以抑制飞机表面温度和抗红外辐射。采用闭合回路冷却系统，这是在隐身飞机上普遍采用的措施，它能把座舱和机载电子设备等产生的热传给燃油，以减少飞机的红外辐射，或把热在大气中不能充分传热的频率下散发掉。 4.用气溶胶屏蔽发动机尾焰的红外辐射。如将含金属化合物微粒的环氧树脂、聚乙烯树脂等可发泡高分子物质，随气流一起喷出，它们在空气中遇冷便雾化成悬浮泡沫塑料微粒；或将含有易电离的钨、钠、钾、铯等金属粉末喷入发动机尾焰，高温加热形成等离子区；或在飞机尾段受威胁时喷出液态氮，形成环绕尾焰的冷却幕。上述三种方法可有效屏蔽红外辐射，同时还能干扰雷达、激光和可见光侦察设备。 5.降低飞机蒙皮温度。可采用局部冷却或隔热的方法来降低蒙皮温度；也可
近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位 近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。 近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC （American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光
利用红外线传感器实现接近感应应用 在消费电子产品中，接近感应作为一种探测用户身体或手部存在的方法，越来越为人们所接受。该技术也能够用于动作感应，如检测用户手势。用户手势作为一种输入，可以应用于许多设备，如手机、计算机和其他家用电子产品。 要理解动作感应系统设计的理论基础，需要了解红外线(IR)与可见光的差异，探讨接近和动作感应系统如何在单一LED 下运行，以及动作感应在使用多个LED 进行多接近测量时如何工作。当我们谈及“光”时，通常指的是来自太阳或灯具的可见光，然而，可见光仅占光谱范围中的一小部分。我们把可见光定义为人眼可以识别的所有光线，通常人眼可以识别的光线波长为380-750nm。那么，人眼无法识别的非可见光（如波长为850 nm 光）又如何呢？ IR 辐射光的波长为750nm-1000μm，IR 光与可见光有着相同的特性，例如反射率，而且它可以通过特殊灯泡或发光二极管生成。因为人眼无法看到IR 光，所以我们可以用它来完成一些特殊的人机界面任务，例如接近检测，而无需用户与系统进行任何直接接触。 IR 接近传感系统能够检测附近物体的存在，并根据检测结果做出反应。IR 接近检测的应用无处不在。例如，手机可以使用接近传感技术检测通话时手机是否接近面部。当你把手机靠近耳边时，手机将检测到头的存在，从而自动关闭屏幕以节省电能。其他接近感应系统的例子包括皂液器和饮水机，你可以把手放在传感器附近（通常在皂液管或水龙头附近），以“非接触”而又卫生的方式获取皂液或水。在高端汽车上，外部防碰撞系统也使用接近检测，当汽车与其他汽车或者物体太靠近时，接近检测会提醒司机注意。有些车辆还可以使用车内接近感应系统检测乘客的存在，从而调整安全装置（如安全气囊）。接近检测通过专门设计的IR LED 实现。与IR LED 相对应的是光电二极管，它一般用来检测LED 发出的IR 光。当IR LED 和光电二极管同方向放置时，光电二极管将不会检测到任何IR 光，除非有物体在 LED 的前面，将光反射回光电二极管。反射回光电二极管的光强与物体到光电二极管的距离逆向相关。 图 1：一维空间动作检测 单一 LED 和光电二极管相结合可以检测一些动作，例如可以检测物体是否靠近或远离光电二极管，这仅仅是一维空间检测。假设一个系统，其布局，单一LED 系统仅使用LED1 与IR 传感器。图2 是三个手势动作过程中Silicon Labs Si1120 传感器感应IR LED 后的输出值，其中Y 轴是反射的 IR 光强，X 轴是时间。三个手势包括沿图1 X 轴从左到右的滑动，沿Y 轴从底部到顶部的滑动，以及沿Z 轴由远及近，然后由近及远的往复动作。图2 表明，单一LED 系统不能区分这些手势，使用单一 LED，系统只能检测到物体正在接近或远离传感器，而不能判别其方向。 图 2：单一LED 系统性能分析二维空间检测由位于不同位置的两个LED 和单个光电二极管组成。从LED1 得到一个测量值，然后快速从LED2 获得另一个测量值，两个测量值被用于计算二维空间上的物体位置。其中一维空间是接近 LED1（左）或接近LED2（右），而另一维空间是接近或远离光电二极管。图3 是与图2 相同的三个手势，其中白线代表从LED1 中读出的数据，红线代表从LED2 读出的数据。从左到右滑动过程中，白线上升，然后是红线。当手从左到右滑动时，LED1 反射IR 光到传感器，然后是LED2。 图 3：二维空间中手势性能分析三维空间动作检测由三个LED 和单个光电二极管组成。LED3 与LED1、LED2 不在同一直线上，，可以把LED1 和LED2 之间的连线看作X 轴，LED1 和LED3 之间的连线看作Y 轴，从光电二极管和LED 到被测物体之间的连线看作Z 轴。图4 显示了与图2 和图3 相同的测量过程，其中蓝线代表LED3 的测量数据。当手从左向右滑动
红外成像技术的发展及应用 热成像仪是从对红外线敏感的光敏元件上发展而来，但是光敏元件只能判断有没有红外线，无法呈现出图像。在第二次世界大战中交战各国对热成像仪的军事用途表现出了兴趣，对其进行了零星的研究和小规模应用,1943年美国就与RNO合作生产了一款代号M12的机型，其功能和外观已经能看出热成像仪的雏形，这应该算是最找的一款热成像仪，算是热成像仪的鼻祖。 1952年，一款非常重要的材料研-锑化铟被开发出来，这种新的半导体材料促进了红外线热成像仪的进一步发展。不久之后，德州仪器和RNO公司联合开发出了具有实用价值的前视红外线（Forward looking infrared）热成像仪。这一系统采用的是单原件感光，利用机械装置控制镜片转动，将光线反射到感光元件上。 随着碲镉汞材料制造工艺的成熟，在军事领域大规模采用热成像仪成为了可能。60年代之后出现了由60或更多的感光元件组成的线性整列，美国的RNO公司将热成像仪的应用拓展至民用领域发展。然而由于最初采用的是非制冷感光元件，制冷部件加上机械扫描机构使得整个系统非常庞大。 等到CCD技术成熟之后，焦平面阵列式热成像仪取代了机械扫描式热成像仪。至80年代半导体制冷技术取代了液氮、压缩机制冷之后开始出现了便携、手持的热成像仪。90年代之后,RNO公司又开发
出了基于非晶硅的非制冷红外焦平面阵列，进一步降低了热成像仪的生产成本。 红外线，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2~1000微米的部分称为热红外线。 目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是表面温度分布图像。红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。所有温度在绝对零度(-273)℃以上的物体，都会不停地发出热红外线。红外线(或热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射，它还具有两个重要的特性：(1)物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无需接触的温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。(2) 大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。由于这个特点，热红外成像技术在军事上提供了先进的夜视装备，并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在现代战争中发挥了非常重要的作用。 全球红外热像仪市场发展具有广阔的前景并呈现良好的发展趋势。红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像
全球红外热像仪市场发展前景与趋势 红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。 红外热像仪具有很高的军事应用价值和民用价值。在军事上，红外热像仪可应用于军事夜视侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等多个领域；在民用方面，红外热像仪可以用于材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。 一、红外热像仪行业发展概况 红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，红外热像仪广泛应用于军民两个领域。在现代战争条件下，红外热像仪已在卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用；同时，随着非制冷红外热成像技术的发展，尤其是随着产业化过程中生产成本的大幅度降低，红外热像仪已在电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济的各个部门得到了非常广泛的应用。近几年来，红外热像仪行业的发展呈现出以下特点： （1）国际红外热像仪行业正迎来一个快速发展期 红外热像仪行业的发展始于美国，最开始应用于军事领域，随着非制冷红外技术的发展，红外热像仪行业在民用领域得到了广泛的应用，而且正展现出更为广阔的市场需求。根据美国Maxtech International2005年发布的红外市场报告，2004年全球民用红外热像仪及系统产量约为5万台；而2006年，仅FILR公司就取得了汽车行业中的宝马公司为其新款7 系列轿车配备红外热像仪的订单，并获得了美国政府35万台的出口许可申请。随着红外热像仪在消防、电力、建筑等行业应用的推广，国际民用红外热像仪行业将迎来市场需求的快速增长期。 2006年，全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，同比增长17.35%，呈现出较快的增长态势，红外热像仪销售额的快速增长主要来源于新应用领域的不断扩大。 （2）中国红外热像仪行业的发展空间巨大 随着中国经济、社会的快速发展，中国红外热像仪行业具有巨大的发展空间。 ①军队现代化建设需要大量的红外热像仪 在发达国家，红外热像仪已配置在陆军、空军、海军等各个军种中，海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7具红外热像仪。与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪应用的相对较少，按照我国政府发布的《2006年中国的国防》白皮书，我国军队的人员数量为230万人，如果未来我军10%的部队装备红外热像仪，则我国军用红外热像仪市场容量就可达到23万套，以每套10万元（目前大部份军用红外热像仪实际售价远超过10万元）来计算，其市场远景需求量可达230亿元。 ②从长期来看，民用领域的潜在市场需求很大 红外热像仪广泛应用于消防、电力、建筑、安防等民用领域，我国红外热像仪在这些行业的应用还处于起步阶段，发展空间巨大。 消防领域是世界上发达国家红外热像仪最大的民用市场，由于红外成像的透烟雾及测温特性，因此，红外热像仪可应用于消防的火场救生和检测设备。据统计，目前全球有大约500万消防人员，如果每辆消防车辆配备一台热像仪，市场总量将达到200,000台。我国消
附红外吸收光谱（IR）的基本原理及应用 一、红外吸收光谱的历史 太阳光透过三棱镜时，能够分解成红、橙、黄、绿、蓝、紫的光谱带；1800年，发现在红光的外面，温度会升高。这样就发现了具有热效应的红外线。红外线和可见光一样，具有反射、色散、衍射、干涉、偏振等性质；它的传播速度和可见光一样，只是波长不同，是电磁波总谱中的一部分。（图一）、波长范围在0.7微米到大约1000微米左右。红外区又可以进一步划分为近红外区＜0.7到2微米，基频红外区（也称指纹区，2至25微米）和远红外区（25微米至1000微米）三个部分。 1881年以后，人们发现了物质对不同波长的红外线具有不同程度的吸收，二十世纪初，测量了各种无机物和有机物对红外辐射的吸收情况，并提出了物质吸收的辐射波长与化学结构的关系，逐渐积累了大量的资料；与此同时，分子的振动――转动光谱的研究逐步深入，确立了物质分子对红外光吸收的基本理论，为红外光谱学奠定了基础。1940年以后，红外光谱成为化学和物理研究的重要工具。今年来，干涉仪、计算机和激光光源和红外光谱相结合，诞生了计算机－红外分光光度计、傅立叶红外光谱仪和激光红外光谱仪，开创了崭新的红外光谱领域，促进了红外理论的发展和红外光谱的应用。 二、红外吸收的本质 物质处于不停的运动状态之中，分子经光照射后，就吸收了光能，运动状态从基态跃迁到高能态的激发态。分子的运动能量是量子化的，它不能占有任意的能量，被分子吸收的光子，其能量等于分子动能的两种能量级之差，否则不能被吸收。 分子所吸收的能量可由下式表示： E＝hυ＝hc/λ 式中，E为光子的能量，h为普朗克常数，υ为光子的频率，c为光速，λ为波长。由此可见，光子的能量与频率成正比，与波长成反比。 分子吸收光子以后，依光子能量的大小，可以引起转动、振动和电子能阶的跃迁，红外光谱就是由于分子的振动和转动引起的，又称振－转光谱。
红外隐身技术总结 红外隐身技术于20 世纪70 年代末基本完成了基础研究和先期开发工作,并取得了突破性进展,已有基础理论研究阶段进入实用阶段。从20 世纪80 年代开始,国外研制的新式武器已广泛采用了红外隐身技术。 本文对常用军用装备的红外隐身技术的途径和方法进行分析,并展望了红外隐身技术的发展趋势。 1 红外隐身采用的技术现状 红外隐身技术通过降低或改变目标的红外辐射特征,实现对目标的低可探测性的。这可通过改变结构设计和应用红外物理原理来衰减,吸收目标的红外辐射能量,使红外探测设备难以探测到目标。 目前红外隐身技术主要采用三种途径: 1. 1 降低目标的红外辐射强度 众所周知红外辐射强度与平均发射率和温度的四次方的乘积成正比。因此降低目标表面的辐射系数和表面温度是降低目标红外辐射强度的主要手段。它主要是通过在目标表面涂敷一种低发射系数的材料和覆盖一层绝热材料的方法来实现的,即包括隔热、吸热、散热和降热等技术。从而减少目标被发现和跟踪的概率。 几何形状的设计对被动探测没有什么影响,但是红外吸波涂层对降低热发射率具有很大作用。热发射率包括两部分:热反射率和热发射率。前者指材料在红外光源照射下反射红外线的强度,后者指一定温度下材料的红外本征辐射强度。低发射率的材料一般反射率较高;低反射率的材料则发射率较高。理论上,红外吸波涂层也可用雷达吸波涂层移相对消的原理来降低反射率,但这要求微米级甚至亚微米级涂层,工艺上制造比较困难。在实际中降低温度比降低热发射率容易,同时降低温度的效果也很明显。一般采用的方法是: ①尽量减少目标的散热。如减少目标中部件的摩擦;目标的部件采用低散热量材料。②采用热屏蔽的方法来遮挡目标内部发出的热量。尽可能地降低目标的红外辐射强度。③采用隔热层和空气对流的方法,降低目标发动机中的排气管的温度。同时将热量从目标表面传给周围的空气。 1. 2 改变目标红外辐射的大气窗口 主要是改变目标的红外辐射波段。我们知道大气的红外窗口有以下三个波段:1～2. 5μm、3～5μm 和8～14μm。红外辐射在这三个波段外基本上是不透明的。根据这个特点,可采用改变己方的红外辐射波段至对方红外探测器的工作波段之外,使对方的红外探测器探测不到己方的红外辐射。具体做法是改变红外辐射波长的异型喷管或在燃料中加入特殊的添加剂;用红外变频材料制作有关的结构部件等。调节红外辐射的传输过程是改变目标红外辐射特性的手段之一,具体做法是在某些特定的结构上改变红外辐射的方向。例如在具有尾喷口的飞行器的发动机上安装特定的挡板来阻挡和吸收飞行器发出的红外辐射;或改变辐射方向。 1. 3 采用光谱转换技术 采用特定的高辐射率的涂料将其涂敷在飞行器的部件上,以改变飞行器的红外辐射的相对值和相对位置;或使飞行器的红外图像成为整个背景红外图像的一部分;或使飞行器的红外辐射位于大气窗口之外而被大气吸收,从而使对方无法识别,达到隐身的效果。 2 红外隐身材料 2. 1 红外低辐射材料 用于热隐身材料应具有以下基本特征:具有符合要求的热红外发射率或较强的控温能力;具有合理的表面结构;具有较低的太阳能吸收率;能与其它频段的隐身要求兼容,为此进行的多种
摘要现代近红外光谱（NIR）分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术， 越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。近红外光谱是一种快速、无损、可实现多组分同时测定的分析技术。本文简要介绍了近红外光谱的发展、测量原理、技术特点，并对近年来近红外光谱技术在各个领域的应用及前景进行了总结。随着近红外光谱技术的不断成熟，除了应用范围将不断拓宽之外，相信对于目前较为空白的应用机理的研究也将越来越深人、细致及严谨。 关键词近红外光谱分析技术原理应用发展前景 1 前言 电磁波按波长递增的分为（图例）近红外光谱是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，是人们最早发现的非可见光区域。近红外光谱技术（NIR）是近年来发展较为迅速的一种高新分析测试技术，是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测量技术的有机结合。但是由于近红外光谱区吸收峰的特征性差，灵敏度低，受当时的技术水平限制，近红外光谱技术“沉睡” 了近一个半世纪。20世纪80年代,随着计算机技术、仪器硬件的迅速发展,以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果，近红外光谱技术飞速发展，成为近十年来发展最为迅速的高新分析技术之一，在众多领域都有广泛应用，其分析应用领域也不断拓宽。越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析的“巨人”[1]. 今天我们主要讲近红外光谱的原理，应用，优缺点和发展前景。 2 近红外光谱分析基本原理及应用近红外光谱仪的基本工作原理: 波长在700nm – 2,500nm (4,000–14,300cm-1) 的光谱为近红外光谱。它是一种既快速(十到二十秒钟) 又简便(不需作样品前处理) 的测试手段, 这种方法的特点是对样品作一步式 组份(需测的浓度大于0.01%) 分析而不需破坏样品。如果产品颜色是质量指标之一、您可选400nm-1,100nm 的图谱数据作鉴定。近红外光谱仪适用于对含有C-H, N-H, O-H 和 S-H 化学键的化合物作组份分析。在700 – 2,500 nm 的近红外波长范围内, 含有上述化合键的物质(药品、烟草、食品、农作物、聚合物、石油化工产品等) 会产生吸收。一些物质除在1,450 nm 到2,050 nm 之间产生第一谐波外，往往还会分别在1,050 nm - 1,700nm 和700 nm - 1,050 nm 谱带内产生第二及第三谐波。这些谐波的组合构成了被测物质在近红外光谱带内的特征吸收谱图-指纹图。相同的近红外谱图(样品的指纹图) 一定是从相同的物质得到。这也是应用近红外光谱仪作质量管理的主导基础原理。有机物在近红外光谱带内的吸收强度比在中红外(如FT-IR) 的吸收强度弱10 到1,000 倍。由于这特殊的弱吸收优点, 近红外射线能很容易地穿透未经研片与稀释等需作预处理的非透明样品，实现透射吸收；而另一部分反射光谱也可很容易地被检测。但是如何利用近红外图谱来对原材料或产品进行质量监控呢? 答案是利用统计学理论建立被测样品的数据库或校正曲线，而统计学