非制冷红外成像技术及其应用
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非制冷周扫红外
非制冷周扫红外技术是一种利用被测物体辐射的红外能量进行热成像分析的技术。
相比传统的制冷红外技术,非制冷周扫红外具有更多的优势和应用前景。
首先,非制冷周扫红外技术不需要使用制冷设备来冷却红外传感器,因此减小
了设备体积和重量,降低了成本,并且使设备更加便携。
这使得非制冷周扫红外在许多领域中得到了广泛的应用,包括工业检测、医学诊断、建筑热学、环境监测等。
其次,非制冷周扫红外技术具有更快的响应时间和更高的灵敏度。
由于非制冷
红外传感器的响应速度较快,几乎可以实时获得红外图像。
这使得非制冷周扫红外可以应用在需要快速检测和监测的场景中,例如工业生产线上的故障诊断、医学手术中的组织病理学检测等。
此外,非制冷周扫红外技术还具有更广泛的温度范围和更高的温度分辨率。
制
冷红外技术受限于其制冷能力和制冷系统的稳定性,常常不能在极高或极低的温度条件下工作。
而非制冷周扫红外可以在更广泛的温度范围内进行热成像分析,并且具有更高的温度分辨率,能够提供更精准的温度信息。
综上所述,非制冷周扫红外技术具有更加便携、响应速度更快、灵敏度更高、
温度范围更广、温度分辨率更高等优势。
随着技术的不断发展和创新,非制冷周扫红外技术将在更多领域中得到应用,并且为我们提供更全面、精准的热成像分析。
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言随着科技的进步,非制冷红外热成像系统已经成为军事、安全、消防和环保等多个领域中广泛使用的技术之一。
这种技术能够在夜视、侦查和探测等领域发挥重要作用,其核心在于对红外辐射的捕捉和转化。
本文将深入探讨非制冷红外热成像系统的原理、技术发展、应用领域以及未来研究方向。
二、非制冷红外热成像系统原理非制冷红外热成像系统主要通过接收并处理物体发射的红外辐射,将这种辐射转化为可视化的图像。
这种系统不需要像传统的红外成像系统那样需要制冷来降低热噪声。
它的工作原理基于微观材料的光子吸收效应,在热能和电能之间产生作用,从而实现将红外辐射转换为电信号并进一步生成图像。
三、非制冷红外热成像系统的技术发展随着材料科学和微电子技术的进步,非制冷红外热成像系统的性能得到了显著提升。
新型的微测辐射热计材料和先进的读出电路技术,使得系统在响应速度、灵敏度、分辨率和稳定性等方面都有了显著提升。
此外,新型的数字信号处理技术也使得图像质量得到了进一步提升。
四、非制冷红外热成像系统的应用领域(一)军事领域:非制冷红外热成像系统在军事领域的应用广泛,包括夜视、侦查、目标跟踪等。
它可以在恶劣的环境中提供清晰的图像,为军事行动提供重要的支持。
(二)安全领域:在安全领域,非制冷红外热成像系统可以用于监控和警戒。
它可以检测到人体的热量,从而在夜间或光线不足的情况下提供清晰的图像。
(三)消防领域:在消防领域,非制冷红外热成像系统可以用于检测火灾源和热源,及时发现火情并做出应对。
(四)环保领域:在环保领域,非制冷红外热成像系统可以用于监测环境污染源的排放情况,为环保工作提供重要的支持。
五、未来研究方向(一)提高灵敏度和分辨率:随着应用领域的扩大,对非制冷红外热成像系统的性能要求也越来越高。
未来需要继续研究和开发新型的微测辐射热计材料和读出电路技术,以提高系统的灵敏度和分辨率。
(二)降低成本:目前,非制冷红外热成像系统的成本仍然较高,限制了其广泛应用。
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统(Uncooled Infrared Thermal Imaging System)以其无需制冷、高灵敏度、低功耗等优点,在夜视、安全监控、火灾探测等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展,红外热成像技术已成为现代科技领域的研究热点之一。
本文旨在探讨非制冷红外热成像系统的基本原理、技术发展及研究现状,以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、非制冷红外热成像系统基本原理非制冷红外热成像系统利用红外探测器将接收到的红外辐射转换为电信号,再通过图像处理技术将电信号转换为可见的图像。
其基本原理包括红外辐射的传播、探测器的响应以及图像处理三个部分。
首先,红外辐射是一种不可见的光辐射,具有较高的能量。
当物体发出或反射红外辐射时,红外探测器通过感知物体发出的红外辐射变化,将其转换为电信号。
其次,非制冷红外探测器是一种无需冷却的探测器,通过热敏材料将接收到的红外辐射转换为电阻变化或电压变化等电信号。
这些电信号反映了物体表面的温度分布,从而形成红外图像。
最后,图像处理技术将探测器输出的电信号进行数字化处理,并通过算法对图像进行增强、滤波等操作,以获得更清晰的图像。
三、非制冷红外热成像系统技术发展及研究现状随着材料科学、微电子技术及计算机技术的不断发展,非制冷红外热成像系统的性能得到了显著提升。
在技术发展方面,主要表现在以下几个方面:1. 探测器材料:新型热敏材料的研发和应用,如微测辐射热计等,提高了探测器的灵敏度和响应速度。
2. 图像处理技术:数字信号处理技术的发展,使得图像处理更为迅速和准确,提高了图像的质量。
3. 系统集成:将红外探测器、光学系统、电路及软件进行高度集成,使非制冷红外热成像系统更加紧凑、可靠。
在研究现状方面,各国研究人员不断探索新的技术手段和方法来提高非制冷红外热成像系统的性能。
例如,通过优化探测器结构、改进图像处理算法等手段,提高系统的分辨率、灵敏度和动态范围。
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统是一种基于红外探测技术的先进设备,广泛应用于军事、安防、医疗和工业等领域。
该系统通过捕捉目标物体的红外辐射信息,将其转换为可见图像,实现对目标的探测、识别和跟踪。
本文将对非制冷红外热成像系统的研究进行深入探讨,分析其原理、技术、应用及发展趋势。
二、非制冷红外热成像系统原理非制冷红外热成像系统利用微测辐射热计探测器将接收到的红外辐射信号转换为电信号,进而生成红外图像。
该系统主要由光学系统、探测器、信号处理电路和显示设备等部分组成。
其中,探测器是系统的核心部件,其性能直接决定了整个系统的性能。
三、非制冷红外热成像系统技术(一)探测器技术探测器是非制冷红外热成像系统的关键技术之一。
目前,常用的探测器包括氧化钒(VOx)探测器、石墨烯探测器等。
这些探测器具有灵敏度高、响应速度快、稳定性好等优点,能够满足不同应用场景的需求。
(二)信号处理技术信号处理技术是提高非制冷红外热成像系统性能的重要手段。
通过对接收到的红外信号进行滤波、放大、数字化等处理,可以消除噪声干扰,提高图像的信噪比和分辨率。
此外,还可以采用算法优化等技术手段,进一步提高图像的清晰度和对比度。
四、非制冷红外热成像系统应用非制冷红外热成像系统具有广泛的应用领域,包括军事侦察、安防监控、医疗诊断和工业检测等。
在军事侦察领域,非制冷红外热成像系统可用于夜间侦察、目标搜索和识别等任务;在安防监控领域,该系统可用于监控城市交通、公共场所和重要设施等;在医疗诊断领域,该系统可用于辅助医生进行疾病诊断和治疗;在工业检测领域,该系统可用于检测机械设备的运行状态和故障诊断等。
五、非制冷红外热成像系统发展趋势随着科技的不断发展,非制冷红外热成像系统将朝着高性能、低成本、小型化等方向发展。
一方面,通过不断提高探测器的性能和稳定性,提高系统的整体性能;另一方面,通过优化生产工艺和降低成本,降低系统的价格,使其更广泛地应用于各个领域。
非制冷面阵红外测温
随着科技的发展,非制冷面阵红外测温技术在各个领域得到了广泛应用。
这种技术具有诸多优势,不仅为人们提供了便捷的测温方式,还为各行各业带来了前所未有的机遇。
一、非制冷面阵红外测温技术简介
非制冷面阵红外测温技术是一种基于红外探测器的光电转换技术。
与传统的热电偶、热敏电阻等接触式测温方法相比,非制冷面阵红外测温技术具有无接触、快速、准确等特点,能在-50℃至+300℃的范围内实现高精度测温。
二、技术原理与优势
非制冷面阵红外测温技术的工作原理是:红外探测器接收物体发出的红外辐射,将其转换为电信号,再通过信号处理电路将电信号转换为温度值。
与其他测温方法相比,非制冷面阵红外测温技术具有以下优势:
1.非接触测量:无需与被测物体接触,避免了对物体的磨损和损坏,同时减少了人为误差。
2.响应速度快:面阵探测器具有较高的响应速度,可在短时间内实现对物体的测温。
3.抗干扰能力强:红外测温技术不受电磁场、磁场等因素的影响,能在恶劣环境中正常工作。
4.宽温度范围:非制冷面阵红外测温技术可在较大温度范围内实现高精度测温。
5.易于集成:面阵红外探测器结构紧凑,易于与其他传感器和设备集成,
便于实现自动化测温。
三、应用领域与前景
非制冷面阵红外测温技术在众多领域得到了广泛应用,如工业生产、医疗保健、环境监测、交通运输等。
随着技术的不断进步,非制冷面阵红外测温设备的性能和可靠性得到了进一步提高,未来将在更多领域得到应用,为人类社会带来更多便捷和福祉。
总之,非制冷面阵红外测温技术凭借其独特的优势,已成为现代测温领域的一大热门。
红外成像阵列与系统—非制冷红外热像仪简述2013年11月8日非制冷红外热像仪简述摘要:非制冷红外热像仪是目前主流的夜视观察仪器之一,因其较高的可靠性在军事领域的低端应用、民用等方面有广阔的前景。
它通过被测物体向外界发出的辐射能量来得到物体对应的温度。
本文主要就非制冷红外热像仪的测温原理、发展状况、系统设计及其性能参数做简单的分析及介绍。
比较了两种不同情况下的测温公式的优劣并且做出了相关推导,简单介绍了基于FPGA的非制冷红外热像仪的电路系统和通用型非制冷红外热像仪的性能参数及其一般测定方法。
对以后的红外热成像系统的学习起到了一定帮助。
关键字:非制冷红外热像仪;测温原理;发展状况;系统设计;性能参数The brief description of uncooled infrared thermalimagerYu Chun-kai, Wang Hui-ting, Qi Xiao-yun, Xu Jian Abstract: Currently, uncooled infrared thermal imager is one kind of mainstream devices on night vision. Because of its high reliability, uncooled infrared thermal imager has a broad prospect of application in military and civil field. It gains temperature of the detected object by the infrared radiation the object emits. This paper simply analyses and introduces temperature measuring principle, development status, system design and performance parameter on uncooled infrared thermal imager. We compared two different temperature measuring formulae in their respective situations and did the relevant derivation. We also introduced the circuit system which based on FPGA in uncooled infrared thermal imager and the performance parameter of general uncooled infrared thermal imager. This paper provides us much promotion about the future study of infrared thermal imaging system.Key words: uncooled infrared thermal imager; temperature measuring principle; development status; system design; performance parameter0 前言红外热像仪是一种可探测目标的红外辐射,并通过光电转换、电信号处理等手段将目标物理的温度分布图像转换为视频图像的设备[1]。
非制冷长波红外成像系统原理嘿,朋友们,今天咱们来聊聊一个听起来挺高大上的话题——非制冷长波红外成像系统。
别急,我保证不会让你们打瞌睡的,咱们用大白话来聊聊这个玩意儿。
首先,得说说这玩意儿是干嘛的。
简单来说,非制冷长波红外成像系统就是用来“看”热的东西。
对,你没听错,就是热的东西。
比如,你晚上关了灯,用这个系统就能看到哪里热,哪里冷。
这玩意儿在军事、工业检测、医疗等领域可有大用场。
好了,咱们来聊聊这玩意儿是怎么工作的。
想象一下,你手里拿着一个温度计,你能感受到温度的变化,对吧?非制冷长波红外成像系统也是这么个原理,只不过它不用接触就能“感受”到温度。
这个系统的核心部件是一个叫做“微测辐射计”的东西。
这玩意儿就像是一个超级敏感的温度计,能捕捉到物体发出的红外辐射。
你可能会问,啥是红外辐射?简单来说,就是物体因为温度而发出的一种不可见光。
就像你冬天烤火,火炉发出的热,其实也是红外辐射的一种。
现在,咱们来聊聊这个微测辐射计是怎么工作的。
想象一下,你手里拿着一个温度计,你能感受到温度的变化,对吧?微测辐射计也是这么个原理,只不过它不用接触就能“感受”到温度。
它里面有成千上万个微型探测器,每个探测器都对红外辐射特别敏感。
当红外辐射照射到这些探测器上时,它们就会“感受到”温度的变化,然后转换成电信号。
接下来,这些电信号会被送到一个叫做“信号处理器”的地方。
这个信号处理器就像是一个翻译官,它能把电信号转换成我们能看懂的图像。
这样,我们就能看到哪里热,哪里冷了。
最后,这些图像会被显示在一个屏幕上。
这样,我们就能看到一幅幅热图像,就像X光片一样。
只不过,X光片是看骨头,这个系统是看温度。
好了,说了这么多,你可能会觉得这玩意儿挺复杂的。
其实,它的原理并不复杂,就是利用物体发出的红外辐射来“看”温度。
只不过,这个系统需要非常精确的技术和设备,才能做到这一点。
总之,非制冷长波红外成像系统就是一个能“看”热的系统。
它在很多领域都有大用场,比如军事、工业检测、医疗等。
1 用于军事和科研领域的制冷型红外探测器发展情况适用于制冷型红外单色探测器的主流材料是InSb和碲镉汞。
InSb中波红外探测器技术相对成熟,比较容易做成低成本、大面积、均匀性好、高性能的探测器阵列。
但它也存在如工作温度不能提高等一些缺点。
适用于多波长探测的低温红外探测器的材料一般有三种,包括碲镉汞(HgCdTe)、量子阱(QWIPs)和Ⅱ类超晶格。
表6:制冷型红外探测器敏感材料对比敏感材料技术特点锑化铟技术成熟,成本较低,只能用于单色制冷红外探测器,军民大量应用,尤其以红外空空导弹为多。
碲镉汞通过改变镉的组份,可以精确的控制碲镉汞材料的禁带宽度,覆盖短波、中波和长波红外。
但是由于微小的组分偏差就会引起很大的带隙变化,其材料的稳定性、抗辐射特性和均匀性都相对较差,所以成品率较低,成本非常高。
量子阱生长技术成熟,并且生长面型均匀,受控性好;价格低廉、产量大、热稳定性高。
但其结构特殊性使得正入射光无法很好地被探测器吸收,致使量子阱探测器的量子效率并不理想。
Ⅱ类超晶格拥有较高的探测灵敏度,几乎可以与碲镉汞相媲美。
隧穿电流和暗电流均较小,对工作温度的要求相对宽松。
提高性能、缩小体积和降低成本是目前碲镉汞探测器的三大研究方向。
国内研究碲镉汞红外探测器的单位主要包括昆明物理研究所、高德红外。
昆明物理所从2006年就开始着手碲镉汞中波红外探测器的研发工作,并于2010年实现了量产。
2015年,昆明物理研究所量产的640×512中波红外探测器实现了在温度为110K,NETD为19.7mK,有效像元率为99.33%的技术指标,标志着我国中波探测器性能指标基本达到同一时期发达国家的技术水平。
据高德红外子公司高芯科技官网显示,该公司研制了国内最新款制冷型碲镉汞中波红外探测器CB12M MWIR,其面阵规格为1280×1024,像元尺寸为12μm,NETD小于20Mk(F2/F4)。
技术指标达到国内外顶尖水平。
《非制冷红外热成像系统研究》篇一摘要:随着科技的进步和需求的增加,非制冷红外热成像系统已成为科研与民用领域关注的热点。
本文将对非制冷红外热成像系统的原理、结构、关键技术、应用及未来研究方向进行全面深入的探讨。
一、引言非制冷红外热成像系统利用热敏感元件探测目标的红外辐射,并转化为图像信号,从而实现对目标的观察与测量。
由于其无需制冷设备,系统结构简单,工作可靠,已在夜视观察、环境监测、遥感等多个领域得到了广泛的应用。
二、非制冷红外热成像系统的工作原理及结构非制冷红外热成像系统主要由热敏感元件、扫描装置、图像处理与显示系统等组成。
其中,热敏感元件是整个系统的核心部分,能够将探测到的红外辐射信号转换为电信号;扫描装置用于扫描场景,确保视野中的每个部分都能被捕捉;图像处理与显示系统则负责将电信号转化为图像并显示出来。
三、关键技术研究(一)热敏感元件研究热敏感元件是整个非制冷红外热成像系统的关键。
当前的研究重点是如何提高其响应速度和探测率。
新型的二维热电堆式红外探测器由于响应速度快和制造工艺简单等优点受到了广泛的关注。
(二)图像处理算法研究为了提高图像的质量,研究学者们正在努力提升图像处理算法的效能。
比如使用高效的噪声抑制技术以及采用先进的目标增强技术等。
此外,算法的研究也在追求实时性以及多目标的处理能力。
四、应用领域分析(一)夜视观察非制冷红外热成像系统在夜视观察中发挥着重要作用,特别是在恶劣天气和低光照条件下,能够提供清晰的目标图像。
(二)环境监测环境监测是当前的研究热点之一。
利用非制冷红外热成像系统,可以对污染源、城市热岛等环境问题进行监测,提供准确的测量数据。
(三)遥感技术非制冷红外探测器也常用于遥感领域,特别是在地热勘测、气象观测等方面有广泛应用。
五、未来研究方向展望(一)进一步提高性能指标随着技术的发展,非制冷红外热成像系统的性能还有待进一步提升,包括探测率、响应速度等方面。
同时,系统的抗干扰能力也是未来的研究重点。
非制冷红外热成像系统研究非制冷红外热成像系统研究一、引言近年来,红外热成像技术在军事、安防、医学、工业等领域得到了广泛的应用。
传统的红外热成像系统主要基于制冷红外探测器,这些探测器需要高昂的成本、复杂的维护和制冷设备。
然而,随着红外技术的不断发展,非制冷红外热成像系统逐渐成为了研究的热点。
二、非制冷红外热成像系统原理非制冷红外热成像系统基于热辐射现象,通过探测目标物体发出的红外辐射,将其转化为图像信号,实现对目标物体表面温度的测量与显示。
与制冷红外探测器不同,非制冷红外热成像系统采用了无需制冷的探测器,大大降低了设备的成本和维护的复杂性。
三、非制冷红外热成像系统的关键技术1. 探测器技术非制冷红外热成像系统的关键技术之一是探测器技术。
当前非制冷红外探测器主要包括未冷却红外探测器和热电偶阵列探测器。
未冷却红外探测器是利用红外辐射热量改变电阻、电容或电压等特性的材料进行测量,具有工作温度较高、成本较低等特点;热电偶阵列探测器则是利用热电效应,在一定温度范围内实现红外辐射的探测。
2. 图像处理技术非制冷红外热成像系统中图像处理技术的重要性不言而喻。
图像处理技术包括图像增强、辐射校正、噪声处理等。
图像增强技术主要用于增强图像的对比度、细节和边缘;辐射校正技术主要用于获得准确的目标表面温度;噪声处理技术主要用于抑制图像中的噪声。
3. 热画面分析技术非制冷红外热成像系统的最终目标是对目标物体的热画面进行分析。
热画面分析技术主要包括目标检测、目标识别以及温度测量等。
目标检测技术主要用于在图像中自动检测目标物体;目标识别技术主要用于识别目标物体的类别;温度测量技术主要用于测量目标物体的表面温度。
四、非制冷红外热成像系统的应用领域1. 军事应用非制冷红外热成像系统在军事领域有着广泛的应用。
它可以用于军事目标的侦查与追踪、目标的识别与瞄准、夜视装备等方面,提高了战场的情报获取和打击能力。
2. 安防应用非制冷红外热成像系统在安防领域也有着重要的应用。
制冷型和非制冷型的红外成像仪原理Infrared imaging cameras, also known as thermal imaging cameras, are an important tool in various industries. They are used to detect and visualize the temperature of objects and materials by capturing the infrared radiation emitted by them. The two main types of infrared imaging cameras are refrigerated (cryogenic) and uncooled.红外成像仪,也称为热成像仪,在各行各业中都是重要的工具。
它们通过捕获物体和材料发射的红外辐射来检测和可视化它们的温度。
红外成像仪主要有两种类型,即制冷型(冷却型)和非制冷型。
Refrigerated infrared cameras, also known as cryogenic cameras, use a cooling system to maintain the detector at a very low temperature, typically around -320°F (-196°C). This cooling process allows the detector to be more sensitive to the infrared radiation and produce higher resolution images. The cryogenic cooling system usually involves using a mechanical refrigeration system or a Stirling cooler to achieve the low temperatures required for optimal performance.制冷型红外相机,也称为冷却型相机,采用冷却系统将探测器保持在非常低的温度,通常约为-320°F(-196°C)。
《非制冷红外热成像系统研究》篇一摘要:非制冷红外热成像系统凭借其独特的技术优势,在众多领域发挥着越来越重要的作用。
本文从系统结构、技术原理、研究进展及未来展望等方面对非制冷红外热成像系统进行了深入研究,旨在为相关领域的研究与应用提供参考。
一、引言非制冷红外热成像系统是一种基于红外探测技术的成像系统,其核心在于无需制冷即可实现红外信号的探测与成像。
随着红外探测技术的不断发展,非制冷红外热成像系统在军事侦察、安防监控、医疗诊断等领域得到了广泛应用。
本文将对该系统的研究现状、技术原理及发展前景进行详细探讨。
二、非制冷红外热成像系统结构与技术原理1. 系统结构非制冷红外热成像系统主要由光学系统、红外探测器、信号处理电路及显示系统等部分组成。
其中,光学系统负责收集红外辐射;红外探测器将收集到的红外辐射转换为电信号;信号处理电路对电信号进行放大、滤波、数字化等处理;最后,显示系统将处理后的图像信息以可见光的形式呈现出来。
2. 技术原理非制冷红外热成像系统的技术原理主要基于微测辐射热计效应。
当红外辐射照射到探测器表面时,探测器内部的材料会发生热效应,导致材料电阻发生变化。
通过测量这种电阻变化,可以实现对红外辐射的探测与成像。
非制冷红外探测器具有结构简单、成本低、可靠性高等优点,因此得到了广泛应用。
三、非制冷红外热成像系统研究进展1. 材料研究非制冷红外探测器的材料研究是该领域的重要研究方向。
目前,常用的材料包括氧化钒、硅基材料等。
这些材料具有较高的红外响应性能和稳定性,为非制冷红外热成像系统的性能提升提供了有力保障。
2. 工艺研究工艺研究是非制冷红外热成像系统的另一个重要研究方向。
通过优化制备工艺,可以提高探测器的灵敏度、响应速度和稳定性等性能指标。
此外,微纳加工技术、薄膜制备技术等新工艺的应用,也为非制冷红外热成像系统的性能提升提供了新的途径。
3. 系统集成与优化系统集成与优化是非制冷红外热成像系统研究的关键环节。
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统,作为现代红外技术的重要组成部分,已在多个领域展现出其巨大的应用潜力。
它以独特的技术特点和性能,广泛应用于军事侦察、夜视监控、工业检测和医学诊断等领域。
本文将对非制冷红外热成像系统的原理、构成及发展进行详细阐述,并通过实例分析其在实际应用中的效果。
二、非制冷红外热成像系统原理及构成非制冷红外热成像系统基于红外辐射的物理效应,通过红外探测器将接收到的红外辐射转换为电信号,再经过一系列的信号处理和图像处理,最终形成红外图像。
该系统主要由红外探测器、光学系统、信号处理电路和图像处理电路等部分组成。
1. 红外探测器:是整个系统的核心部分,负责接收红外辐射并将其转换为电信号。
非制冷红外探测器利用微测辐射热效应或光子探测效应进行工作,无需制冷即可实现高效的红外探测。
2. 光学系统:负责将目标物体的红外辐射聚焦到探测器上,保证探测器的正常工作。
3. 信号处理电路:对探测器输出的电信号进行放大、滤波和数字化等处理,以提高信噪比和图像质量。
4. 图像处理电路:对数字化后的图像信号进行进一步的处理,如增强对比度、去除噪声等,以获得清晰的图像。
三、非制冷红外热成像系统的发展随着科技的不断发展,非制冷红外热成像系统在技术性能和应用领域方面取得了显著的进步。
首先,在技术性能方面,探测器的灵敏度、分辨率和响应速度等指标不断提高,使得系统能够更好地捕捉目标物体的红外辐射信息。
其次,在应用领域方面,非制冷红外热成像系统已广泛应用于军事侦察、夜视监控、工业检测和医学诊断等多个领域。
此外,随着人工智能技术的发展,非制冷红外热成像系统与人工智能的结合也成为了新的研究方向,为系统的智能化和自动化提供了可能。
四、实例分析以军事侦察为例,非制冷红外热成像系统在夜间和复杂环境下的侦察能力显著提高。
系统能够快速捕捉目标物体的红外辐射信息,并通过图像处理技术生成清晰的图像,为军事行动提供有力的支持。
非制冷红外技术及应用非制冷红外技术及应用蓝海光学招募:镜头装配主管,镜头销售人员光学人生,你的精彩人生!一、红外热成像技术简介自然界所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体都会发出红外辐射,红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息。
红外成像技术涵盖了红外光学、材料科学、电子学、机械工程技术、集成电路技术、图像处理算法等诸多技术,红外成像装置的核心为红外焦平面探测器。
二、非制冷红外技术概述2.1 非制冷红外技术原理非制冷红外探测器利用红外辐射的热效应,由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能,引起敏感元件温度上升。
敏感元件的某个物理参数随之发生变化,再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号,以实现对物体的探测。
非制冷红外焦平面探测器分类2.2 非制冷红外探测器的关键技术热释电型红外辐射使材料温度改变,引起材料的自发极化强度变化,在垂直于自发极化方向的两个晶面出现感应电荷。
通过测量感应电荷量或电压的大小来探测辐射的强弱。
热释电红外探测器与其他探测器不同,它只有在温度升降的过程中才有信号输出,所以利用热释电探测器时红外辐射必须经过调制。
探测材料:硫酸三甘肽、钽酸锂、钽铌酸钾、钛(铁电)酸铅、钛酸锶铅、钽钪酸铅、钛酸钡热电堆由逸出功不同的两种导体材料所组成的闭合回路,当两接触点处的温度不同时,由于温度梯度使得材料内部的载流子向温度低的一端移动,在温度低的一端形成电荷积累,回路中就会产生热电势。
(塞贝克效应Seebeck)而这种结构称之为热电偶。
一系列的热电偶串联称为热电堆。
因而,可以通过测量热电堆两端的电压变化,探测红外辐射的强弱。
二极管型利用半导体PN结具有良好的温度特性。
与其他类型的非制冷红外探测器不同,这种红外探测器的温度探测单元为单晶或多晶PN结,与CMOS工艺完全兼容,易于单片集成,非常适合大批量生产。
热敏电阻型(微测辐射热计)利用热敏电阻的阻值随温度变化来探测辐射的强弱。
非制冷红外阵列传感器应用概述在非制冷红外阵列传感器技术漫谈(一)中我们简要介绍了红外阵列传感器的定义及主要技术体制等。
今天再概括介绍一下红外阵列传感器在应用层面会带来哪些新的动向。
首先,红外阵列传感器为红外热像技术带来成本的下降。
成本改善不仅来自探测器本身,因为阵列规模相对较小,对应的红外光学镜头、图像处理芯片等也可以采用更低成本的方案。
因此,红外阵列传感器的价格下降到一百美元左右,模块价格在千元人民币左右,入门级热像仪的价格也下降至2千元人民币左右。
其次,红外阵列传感器及模块在外形尺寸、重量、功耗、集成度等方面都有大幅改善。
因此,红外热成像可以作为模块或者配件与其它测量仪器甚至手机集成,出现了传统热像仪之外的新形态。
基于成本及性能改善,红外热像技术在应用场景和安装数量方面都有显著增长。
红外阵列传感器推动了红外热像技术的普及。
例如,在预防检测领域,从过去的手持式定期巡检向定点安装、24h实时监测发展;在仪器仪表领域,红外热像与湿度计、万用表等集成,实现红外引导或辅助测量;在安防领域,周界防护、入侵报警、热点监测等白光与红外双光融合的产品得到普及。
此外,基于低成本红外阵列传感器技术,还出现了许多过去没有的创新应用。
下图是我们对红外阵列传感器应用领域的归纳,后续会针对每个应用领域及相关产品逐一详细介绍。
小阵列探测器应用领域杭州大立微电子有限公司专业从事红外阵列传感器设计生产。
公司生产的非晶硅红外阵列传感器具有输出稳定、均匀性好、测温精度高、无挡片成像等优势。
公司的红外阵列传感器包括25μm像元,17μm像元2个系列产品,阵列规格覆盖80×80~384×288分辨率。
所有型号采用统一外形尺寸的陶瓷封装,体积小巧,使用简单方便。
在上图所示的领域均已得到广泛应用。
在上述传感器基础上开发的S-系列微型红外成像测温模块,出厂前已完成全部图像处理及测温标定。
采用镜头、挡片与电路单板一体化设计,FFC柔线SPI接口输出。
非制冷红外成像技术及其应用蔡毅昆明物理研究所,云南,昆明,650223摘要:红外成像技术与微光图像增强技术是夜视技术的主要组成部分。
非制冷红外成像技术包括量子型和热探测型成像技术两种,都是红外热成像技术的最新成就之一。
在本文中,比较了这两种技术的特点,讨论了非制冷红外成像技术的优点、发展趋势和应用。
关键词:非制冷,红外成像,应用Uncooled Infrared Imaging Technology and It’s ApplicationCAI YiKunming Insitute of Physics, Kunming, Yunnan, P.R.China, 650223Abstract: Night vision technology includes low-light-level image intensifier technology and infrared image technology. Uncooled infrared imaging technology is one of the newest achievements of infrared thermal imaging technology. Characterizations of the low-light-level image intensifier and Uncooled infrared imaging technologies are compared, then advantage, development and application of Uncooled infrared imaging technology is discussed in the paper.Keywords: Infrared Imaging,Uncooled Infrared Imaging,Application1.红外成像技术与微光图像增强技术的比较用于夜间观察的微光和热成像装置一般由信号接收、转换、处理和显示等四大部分组成。
实现夜间观察不同的技术路线,必然要在这四大部件上反映出来。
夜间观察的基本矛盾是光强不足。
解决问题的办法有:1)尽可能多的得到光能量,例如使用大口径望远镜,就可以有限的改善人眼在黄昏和明亮的夜晚的观察能力;微光和热成像装置也使用大口径的望远镜,如有的地面用热像仪口径达到245毫米;2)设法对光信号进行放大,不同的技术基础形成不同的技术路线;如应用真空光电子技术形成了一系列的微光成像器件,而以红外物理、半导体、微电子、真空、制冷、精密光学机械等技术则形成了一系列的热成像仪(TI)。
3)在红外光谱波段观察目标的红外图像,克服光强不足的困难。
如在微光技术中,将光电阴极的光谱响应延伸到近红外区,可以获取目标表面反射的近红外光,得到更多的光能量,改善微光成像器件的成像质量。
而直接获取目标自身发射的热辐射信息,在长波红外区观察目标的热图像,则实现了真正意义上的夜视。
在微光图像增强器(L3I)中,用光电阴极将微弱的可见光和近红外光图像转换成相应的电子密度图像,其光阴极是连续和均匀的一个薄膜。
在红外成像仪(IRI)中,用若干个分离探测元组成的探测器列阵将红外光转换成电信号。
微光成像器件的信号处理有五大特点:1)信号并行处理,2)信号在空域处理,3)信号是电子数量,4)信号是模拟量,5)信号原位处理。
在半导体、微电子技术还不发达时,电真空技术的这些特点占尽优势,成为夜视技术的主流。
非制冷焦平面组件(UFPA)的信号处理有五大特点:1)信号串行处理,2)信号在时域处理,3)信号是电脉冲电平值,4)信号是数字量,5)信号分离处理,便于进行复杂的图像处理163获得更多的信息。
半导体、探测器材料、微电子、微电机等技术的进步,使非制冷红外成像技术有了广阔的应用前景。
L3I图像显示有四个特点:1)CRT显示,2)直接显示,3)屏幕面积有限,有几~几十cm2,4)只能单屏幕显示。
非制冷红外成像仪(UIRI)的图像显示有四个特点:1)显示器件种类多,有CRT,LED,液晶,等离子体等,应用灵活,2)图像可直接、间接、混合显示,对系统的适应性好,3)屏幕面积可大可小,从几cm2~几十m2,4)可多屏幕显示,5)可在屏幕中加入其它信息。
2.非制冷红外成像技术分类红外成像、热成像、红外热成像是概念很接近、但又有区别的名词。
红外成像的概念最广,包括长波、中波、短波红外成像,包括被动、主动成像。
热成像是指在利用景物自身辐射的长波和中波红外光的被动成像。
最早,红外热成像是指在红外波段的热成像,与热成像有相同的意义。
现在,可以将其广义的理解为红外和热成像。
UIRI应尽可能多的接受目标在指定波段的红外辐射能量。
室温景物的红外辐射在8~14μm 的长波红外区最多(大约比中波红外多50倍),因此,用180元以内的探测元经过光机扫描,就可以获得画质优良的热图像。
3~5μm的中波红外能量虽比长波红外的少,但在凝视型焦平面探测器技术发展起来后,可以通过增加积分时提高入射光的利用率,所以一样可以获得画质优良的室温景物的热图像。
同样,为充分利用入射能量,采用热探测的UFPA都工作在长波红外。
尽管室温景物在1~2.5μm的短波红外辐射可忽略不计,但实际上,景物也反射环境的夜天光、大气辉光等短波红外辐射,接收这些短波红外辐射也能实现红外成像。
微光夜视技术的发展趋势就是如何更有效的利用夜天光、大气辉光等1.3~2.5μm之间的短波红外辐射。
由于有多种半导体材料可用于研制短波红外非制冷焦平面组件(SWIR-UFPA),因此,该领域的发展成为近年来红外成像技术的一个亮点。
SWIR-UFPA也能用于高温目标的成像。
根据成像原理和使用的探测器材料技术,将非制冷红外成像技术分类如表1。
表1 非制冷红外成像技术分类表代技术特征第一代热释电摄像管热释电靶/真空电子束扫描第二代微测辐射热计UFPA 电子学扫描热释电UFPA 电子学扫描热电偶UFPA 电子学扫描短波红外UFPA 电子学扫描其中,研制微测辐射热计UFPA的材料主要有VO X(氧化钒)、α:Si(非晶硅)两种,研制热释电UFPA的材料主要有PZT(锆钛酸铅)、BST(钛酸锶钡)、PST(钽钪酸铅)三种。
研制量子型UFPA的主要有InGaAs(铟镓砷)、HgCdTe(碲镉汞)、Ge(锗)等。
3.非制冷红外成像技术的现状3.1技术优点UIRI技术主要有七大优点:1)性能良好(Good performance——G),2)可靠性高(High reliability——H),3)成本低(Low cost——L),4)功耗小(Low power consumption——L),5)寿命长(Long life——L),6)重量轻(Light weight——L),7)体积小(Small volume——S),既GHL4S。
3.2技术水平现在已有商品有热释电和微测辐射热计UFPA两种,表2列出代表当今世界UFPA的水平的热释电和微测辐射热计UFPA的典型性能参数。
164表2 热释电和微测辐射热计UFPA的性能参数表热释电UFPA微测辐射热计UFPA探测器材料 BST VO Xα:Si工作波段(μm) 8~14 8~14 8~14列阵规模 328×245 328×245 320×240像元中心距(μm) 48.5×48.550×50 45×45F/# 1 1 150 39 80(在25Hz)NETD(mK)吸收率 0.99 0.8 0.8填充因子 1.0 0.7 0.8 绝热率(W/K) 2×10 - 62×10 – 7 2×10 – 7TEC功耗(W)无 8 8.5(最大)3.3市场情况20世纪90年代中期,Raytheon Texas Ins.和Raytheo Amber两家公司开发的UTI就有商品上市。
在1998年,Texas Ins.使用热释电UFPA的UTI——ISM的价格为$12000,Amber使用微测辐射热计UFPA的UTI——Sentinel的价格为$65000。
美国波音公司已研制成功大小与一号电池相当、重量仅90克、功耗小于600毫瓦的UTI。
估计在最近的将来,UTI就会跌破$2000的价位。
根据美国一份专业分析报告预测:2000年,美国市场UTI销售额为$1.75亿,与制冷型热像仪(CTI)相当。
2002年,UTI销售额将达到$3.22亿,超过CTI。
在近年内,UTI年均增长率约为65%。
UTI价格便宜,要销售 1.75亿美元,其产量必然很大,应在万台以上。
以1996年为例,Texas Ins.达到每周生产150毫米的BST材料1000片,每片能做320×240 UPFA 42个。
估计目前美国市场销售的UTI在30000台左右。
法国1997年研制成功非晶硅微测辐射热计UFPA后,一直致力于产业化。
得益中国市场的拉动,法国专门成立了ULIS公司进行产业化生产。
2004年,其UFPA年产量在约7000个,其中欧洲的订货数量约5000个。
在2003年之前,中国是ULIS公司的最大客户,已从ULIS公司累计定购320×240 UFPA约4000个。
2003年,国内销售的UTI超过1000台,平均价格在¥20万元左右。
3.4非制冷红外焦平面组件的新发展——SWIR-UFPA现在研制SWIR-UFPA主要有InGaAs和HgCdTe两种材料。
探测元是一个PN结,利用红外光的量子效应工作。
表3比较了热探测和光量子UFPA的特点。
两种UFPA在应用领域是互相补充。
表3 热探测和光量子UFPA的特点比较热探测UFPA 光量子UFPA工作波段8~14μm 0.9~2.5μm信号来源景物自身热辐射景物反射背景光工作原理热效应量子效应图像特点热图像类似可见光图像光学镜头与锗材料为基础传统光学材料与电视的兼容性不兼容兼容昼夜工作是是对天气的适应性优于可见光略优于可见光165温度稳定器仅热释电UFPA不需要不需要在InP(磷化铟)衬底上外延InGaAs主要用于研制0.9~1.7μm短波红外探测器,目前,InGaAs 的SWIR-UFPA有128×128、320×240 等规模的商品。
用HgCdTe研制的SWIR-UFPA已取得重大进展,已研制出规模达到2048×2048的样品。
表4列出InGaAs和HgCdTe SWIR-UFPA的典型性能参数。
从目前的状况看,最高性能的探测器是用MOCVD生长的In0.53Ga0.47As/InP在1.68μm处达到的,因此对夜天光的利用率比HgCdTe的约低30%,但由于技术成熟,制造成本低,因此今后InGaAs的SWIR-UFPA主要用于低端产品。