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红外焦平面探测器介绍红外焦平面探测器（Infrared Focal Plane Array Detector，以下简称IRFPA）是一种用于探测红外辐射的器件，可广泛应用于航天、军事和民用领域。
它能够实时、高效地探测并转换红外辐射能量为电信号，从而实现红外图像的获取和处理。
工作原理IRFPA的工作原理基于红外辐射与物体表面的相互作用。
当红外辐射照射在IRFPA上时，它会导致IRFPA内的感光元件产生电子-空穴对。
感光元件通常由半导体材料制成，如硒化铟（InSb）、硫化镉汞（CdHgTe）等。
这些电子-空穴对随后在感光元件中分离并转换为电信号。
IRFPA的关键组件是焦平面阵列（Focal Plane Array，以下简称FPA），它由大量排列成矩阵的感光元件组成。
每个感光元件都对应于焦平面上的一个像素，因而整个FPA可以同时探测多个红外像素。
这些像素的信号经过放大和处理后，可以生成红外图像。
型号和特性IRFPA的型号和特性各不相同，取决于其应用领域和需求。
以下是一些常见的IRFPA型号和相应的特性：1.分辨率：IRFPA的分辨率指的是其能够探测到的最小单位像素数量。
一般而言，分辨率越高，探测到的红外图像越清晰。
常见的分辨率有320x240、640x480等。
2.帧率：IRFPA的帧率是指其每秒能够获取和处理的红外图像数量。
较高的帧率可以捕捉到快速移动的物体，对于一些动态场景非常重要。
3.波段范围：不同的IRFPA可以探测不同波长范围的红外辐射，如近红外（NIR），短波红外（SWIR），中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR）。
选择适当波段范围的IRFPA取决于具体的应用需求。
4.灵敏度：IRFPA的灵敏度是指其能够探测到的最小红外辐射强度。
较高的灵敏度意味着IRFPA可以探测到较微弱的红外辐射，对于一些低信噪比场景非常重要。
应用领域IRFPA在多个领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.热成像：IRFPA可以通过探测物体表面的红外辐射，用于热成像和温度分布检测。
红外焦平面阵列红外焦平面阵列原理、分类1、红外焦平面阵列原理焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。
2、红外焦平面阵列分类（1）根据制冷方式划分根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。
制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶/斯特林循环致冷器集成体[5]。
由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。
当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz1/2W-1，相差为两个数量级。
不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。
（2）依照光辐射与物质相互作用原理划分依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。
光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。
热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。
这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下[6]。
（3）按照结构形式划分红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。
因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种[7]。
其中，单片式集成在一个硅衬底上，即读出电路和探测器都使用相同的材料，如图1所示。
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种用于红外光学成像
的核心元件。
它由许多微小的像素组成，每个像素可以感测并记录其对应区域的红外辐射。
这些芯片的像素尺寸为10微米，说明每个像素的尺寸仅为10微米，非常微小。
与制冷红外焦平面阵列芯片不同，10微米非制冷红外焦平面
阵列芯片无需冷却，可以直接在室温下工作。
这使得它在成本和实用性方面都具有优势。
这种芯片通常由硅基材料制成，并采用特殊的红外感测器技术，使其能够在红外波段范围内工作。
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片广泛应用于军事、安防、
工业检测、医疗和消费电子等领域。
它们可以用于红外夜视设备、红外热成像仪、红外热测温仪等设备中，帮助人们观察红外辐射并获取相关信息。
总的来说，10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种重要的
红外光学成像技术，具有较低的成本和更广泛的应用领域。
通过非制冷技术，它们可以在常温下工作，并在多个行业中发挥关键作用。
红外焦平面阵列参数红外焦平面阵列是一种用于红外成像的关键技术，它由多个红外探测器组成，并具有一系列参数来描述其性能。
本文将从几个重要的参数入手，介绍红外焦平面阵列的特点和应用。
1. 像素数量：红外焦平面阵列的像素数量决定了其分辨率和图像质量。
像素数量越高，图像细节信息越丰富，分辨率越高。
但同时，像素数量的增加也会导致成本上升和数据处理需求增加。
因此，在选择红外焦平面阵列时需要权衡成本和性能需求。
2. 像素尺寸：像素尺寸是指红外焦平面阵列中每个像素的物理尺寸。
像素尺寸的选择与应用场景有关。
通常情况下，小尺寸的像素可以提供更高的分辨率，但同时也会导致信噪比下降。
对于某些应用而言，如红外夜视仪，信噪比可能更为重要，因此需要选择较大尺寸的像素。
3. 像素响应频率：像素响应频率是指红外焦平面阵列中每个像素的响应速度。
像素响应频率越高，红外焦平面阵列对快速动态场景的适应性越强。
例如在红外导弹追踪系统中，像素响应频率需要达到几千赫兹，以捕捉高速移动目标的瞬时图像。
4. 灵敏度：红外焦平面阵列的灵敏度是指其对红外辐射的响应能力。
灵敏度越高，红外焦平面阵列对红外辐射的探测能力越强。
灵敏度通常用NEP（Noise Equivalent Power）来表示，即单位面积上的最小可探测信号功率。
提高红外焦平面阵列的灵敏度可以增强其在低辐射场景下的成像能力。
5. 动态范围：动态范围是指红外焦平面阵列能够处理的最大和最小信号强度之间的比值。
动态范围越大，红外焦平面阵列能够在高对比度场景下保持细节丰富的图像。
动态范围的提高通常需要采用一些特殊的设计和制造技术，如多采样和非线性校正。
6. 工作波长范围：红外焦平面阵列的工作波长范围决定了其对红外辐射波长的响应能力。
不同的红外焦平面阵列可以工作在不同的波长范围内，如近红外、中红外和远红外。
在选择红外焦平面阵列时，需要根据实际应用需求来确定所需的工作波长范围。
7. 制冷方式：由于红外焦平面阵列需要工作在极低的温度下，通常需要采用制冷技术来降低阵列的工作温度。
低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路研究和设计一、引言红外焦平面阵列是一种用于红外图像采集的重要技术，广泛应用于安防监控、无人机、医疗诊断等领域。
低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路的研究和设计是提高红外图像采集系统性能的关键。
本文将从以下几个方面对低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路进行深入探讨和研究。
二、多功能红外焦平面阵列读出电路的研究现状2.1 红外焦平面阵列红外焦平面阵列是一种由红外探测器阵列和读出电路组成的集成功能模块。
红外探测器阵列负责采集红外辐射信号，而读出电路则负责将采集到的信号转换为数字信号，并进行处理和传输。
2.2 低功耗设计低功耗设计是红外图像采集系统中的重要考虑因素之一。
通过优化电路架构、选择低功耗器件以及改进功耗管理策略等手段，可以降低红外焦平面阵列读出电路的功耗，延长系统使用时间。
2.3 多功能设计多功能设计是指红外焦平面阵列读出电路具备多种功能和应用的能力。
例如，通过改变工作模式和参数设置，可以实现不同的信号采集方式、图像增强算法等功能，适应不同应用场景的需求。
三、低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路的设计原则3.1 功耗优化在设计中，应尽可能选择低功耗的器件和电路拓扑结构，同时充分利用功耗管理策略来降低整个系统的功耗。
3.2 多功能性设计在电路设计中考虑多种功能的需求，充分利用现有的硬件资源，通过设计灵活的控制接口和参数设置，实现多种工作模式的切换。
3.3 抗干扰能力由于红外图像采集系统常常在复杂的环境中使用，对于抗干扰能力的要求较高。
因此，在读出电路的设计中，应采用合适的滤波和抗干扰技术，提高系统的稳定性和可靠性。
3.4 电源管理合理的电源管理策略可以降低整个系统的功耗，并延长红外焦平面阵列读出电路的使用时间。
应采用节能的电源管理芯片，并结合智能算法进行有效的功耗管理。
四、低功耗多功能红外焦平面阵列读出电路的设计方法4.1 电路架构设计通过研究红外焦平面阵列读出电路的工作原理和功能需求，设计合理的电路架构。
第35卷，增刊、b1．35S uppl eI I l c m红外与激光工程I n砌陀d柚d L砸e r Engi nee血g2006年10月oc t．2006红外热成像技术中的红外焦平面阵列的研究万瑾，黄元庆(厦门大学机电工程系，福建厦门361005)摘要：微机电系统(M EM s)推动了红外焦平面阵列(R A)技术的发展，使红外热像仪的性能和精度得到了很大的提高。
红外焦平面阵列按照其工作原理、结构形式，制冷方式和成像方式的不同分为各种类型，比较并分析了各类型红外焦平面阵列间的不同点和各自特点。
着重介绍了红外焦平面阵列技术最新研究热点中的光量子类红外焦平面阵列和双色、多色红外焦平面阵列，以及近些年它们在国内外最新的研究成果。
最后讨论了红外焦平面阵列技术的发展趋势。
关键词：热成像；红外焦平面；红外器件中图分类号：，n忆15文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E一0053-05I nf r ar ed f ocus ane used i n i nf r a r ed t her al i agi chnoI ogy l nI r ar ed10C U S pl a ne ar r a y U S ed l n l nI r a r en U1er m aI l m agl ng t e C nn0109yW A N J i n，H I7A N G Y u锄-qi ng(Ⅸ=pa咖∞n t of M cchan i cal锄d E l e ct r i cal Engi I l∞fi ng，X i枷衄U ni v哪i哆'】(i枷蚰361005，C hi皿)A bst豫c t：A s Ini c ro—el ec仃om e chaI l i ca l syst e m s(M EM S)p删not i on砌h司眈a1pl a I l e ar r町(FPI A)妣11I l ol ogy devel opm ent，t11em l al i m a gi ng perf b咖aI l ce and accur acy ha V e be en gre at l y i m pr oV ed．T he i nf hr ed f ocus pl ane aⅡay w i t h di f!I br ent pr i nci pl e，st l l l c t ur es，re fnger at i on m ode and i m a gi ng m ode a r e s um m撕zed br i eny and c om pa r ed i n t hi s paper'and t Il e w O dd—w i de up—t o—dat e i nV e st i ga t i ons i n hot s po t s of i nf r ar ed f bcus pl ane a rr ay a r e pr e sent，f bcusi I唱on phot ons qual l t um w el l s I】R F尹I A，dual-baI l dI R R)A and m ul t j-band m凡)A．K e y w or ds：11l ennal i r nage；In丘ar ed f bcus pl ane孤豫y；111缸玳d i ns协l m entO引言红外热像仪是一种利用目标红外辐射的可探测性，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设备，是集光、机、电等尖端技术于一体的高科技产品。
焦平面探测器典型知识
红外焦平面阵列（IRFPA）技术已经成为当今红外成像技术发展的主要方向。
红外焦平面阵列像元的灵敏度高，能够获取更多的信息以及更高的可变帧速率。
红外焦平面阵列探测器对入射的红外能量进行积分，然后产生视频图像，经过调节后被提供给视频显示器，以供人观察。
焦平面阵列每个像元的输出是一种模拟信号，它是与积分时间内入射在该元件上的红外能量成正比的。
但是由于制造工艺和使用环境的影响，即使对温度均匀的背景，焦平面背景中所有像元产生的输出信号也是不一致的，即红外焦平面阵列器件的非均匀性（Nonuniformity,NU）。
为了满足成像系统的使用要求，需要对红外焦平面阵列探测器进行非均匀性校正。
从生产工艺而言，单纯从提高焦平面阵列质量的角度来降低其非均匀性，不仅困难而且造价昂贵。
因此，通过校正算法减小非均匀性对红外焦平面阵列成像质量的影响，提高成像质量，不仅是必须的，同时具有很高的经济价值和应用价值。
目前，对红外图像质量的改善，一般是根据红外焦平面阵列对于温度响应的不一致性，采用非均匀性校正的方法，提高红外图像的质量。
主要有两类校正方法：基于红外参考辐射源的非均匀性校正算法和基于场景的自适应校正方法。
在实际应用中，普遍采用的是基于红外参考辐射源定标的校正方法。
但是，采用参考辐射源定标的校正方法校正的红外图像，因红外焦平面阵列器件由于长时间的工作，受到时间、环境等因素的影响，红外图像质量逐渐下降，出现类似细胞状和块状的斑纹，影响了红外图像的质量。
所以，需要在基于参考辐射源定标的校正方法的基础上，对于红外图像的质量进行改善。
红外焦平面阵列红外测量技术2009-12-08 21:07:23 阅读110 评论0 字号：大中小订阅1、红外焦平面阵列原理焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。
2、红外焦平面阵列分类（1）根据制冷方式划分根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。
制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶/斯特林循环致冷器集成体[5]。
由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。
当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz1/2W-1，相差为两个数量级。
不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。
（2）依照光辐射与物质相互作用原理划分依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。
光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。
热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。
这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下[6]。
（3）按照结构形式划分红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。
因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种[7]。
红外焦平面探测器普及知识红外焦平面阵列（IR FPA）技术已经成为当今红外成像技术发展的主要方向。
红外焦平面阵列像元的灵敏度高，能够获取更多的信息以及更高的可变帧速率。
红外焦平面阵列探测器对入射的红外能量进行积分，然后产生视频图像，经过调节后被提供给视频显示器，以供人观察。
焦平面阵列每个像元的输出是一种模拟信号，它是与积分时间内入射在该元件上的红外能量成正比的。
但是由于制造工艺和使用环境的影响，即使对温度均匀的背景，焦平面背景中所有像元产生的输出信号也是不一致的，即红外焦平面阵列器件的非均匀性（Nonuniformity,NU）。
为了满足成像系统的使用要求，需要对红外焦平面阵列探测器进行非均匀性校正。
从生产工艺而言，单纯从提高焦平面阵列质量的角度来降低其非均匀性，不仅困难而且造价昂贵。
因此，通过校正算法减小非均匀性对红外焦平面阵列成像质量的影响，提高成像质量，不仅是必须的，同时具有很高的经济价值和应用价值。
目前，对红外图像质量的改善，一般是根据红外焦平面阵列对于温度响应的不一致性，采用非均匀性校正的方法，提高红外图像的质量。
主要有两类校正方法：基于红外参考辐射源的非均匀性校正算法和基于场景的自适应校正方法。
在实际应用中，普遍采用的是基于红外参考辐射源定标的校正方法。
但是，采用参考辐射源定标的校正方法校正的红外图像，因红外焦平面阵列器件由于长时间的工作，受到时间、环境等因素的影响，红外图像质量逐渐下降，出现类似细胞状和块状的斑纹，影响了红外图像的质量。
所以，需要在基于参考辐射源定标的校正方法的基础上，对于红外图像的质量进行改善。
国内外现状和发展趋势自然界的一切物体，只要其温度高于绝对零度，总是在不断地辐射能量。
红外热成像技术就是把这种红外热辐射转换为可见光，利用景物本身各部分温度辐射与发射率的差异获得图像细节，将红外图像转化为可见图像。
利用这项技术研制成的装置称为红外成像系统或热像仪。
用热像仪摄取景物的热图像来搜索、捕获和跟踪目标，具有隐蔽性好、抗干扰、易识别伪装、获取信息丰富等优点。
红外焦平面探测器原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述红外焦平面探测器是一种具有广泛应用价值的光电探测器，它能够对红外辐射进行高效、高灵敏度的检测和测量。
红外焦平面探测器的原理是基于材料的红外辐射响应特性以及焦平面阵列的工作原理。
红外焦平面探测器在许多领域中具有重要的应用，包括军事、安防、医疗、航空航天等。
它能够实现夜视、目标探测、温度测量等功能，在战争、反恐、火灾救援等工作中发挥着不可替代的作用。
红外焦平面探测器的工作原理是利用材料与红外辐射的相互作用，将红外辐射转化成电信号。
通过光学系统将红外辐射聚焦到焦平面阵列上，每个像素都能够独立地检测和测量红外辐射信号。
这些信号经过放大和处理后，可以得到目标的红外辐射分布情况和强度。
红外焦平面探测器的核心部件是焦平面阵列，它由众多微小的探测单元组成。
这些探测单元通常采用半导体材料，如硅基或砷化镓等。
它们具有很高的响应度和灵敏度，能够在较低的红外辐射强度下实现可靠的探测和测量。
随着红外焦平面探测技术的不断发展，红外焦平面探测器的性能和应用领域也在不断扩展。
新的材料和工艺的应用使得红外焦平面探测器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更广的波段范围。
未来，红外焦平面探测器有望在军事侦察、航空航天探测、医疗诊断等领域取得更多的突破和应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文主要围绕红外焦平面探测器的原理展开论述，共分为以下几个部分：第二部分：红外焦平面探测器的基本原理这一部分将介绍红外焦平面探测器的基本概念及其组成结构。
首先会对红外辐射的特性进行简要描述，为后续理解红外焦平面探测器的工作原理打下基础。
然后，将详细介绍红外焦平面探测器的组成结构，包括光学系统、红外感光器件等部分，以帮助读者了解其工作原理的关键要素。
第三部分：红外焦平面探测器的工作原理这一部分将深入探讨红外焦平面探测器的工作原理。
首先会对红外焦平面探测器的工作过程进行整体概述，包括信号采集、信号处理等环节。
红外与激光工程：光电子器件技术第３５卷应波段４～１８“ｍ，中心距２５～２８恤ｍ。
国内方面，中科院上海技术物理所报道了研制的１２８×１元的ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多量子阱扫描型红外焦平面【６】以及６４×６４元的ＧａＡｓ脚ＧａＡｓ长波红外焦平面【７】，中国科学院半导体研究所纳米光电子实验室与中国电子科技集团第十一研究所合作研究的１２８×１６０元ＧａＡｓ／舢ＧａＡｓ多量子阱长波红外焦平面阵列，在７７Ｋ时，器件的平均黑体响应率为足，＝２．８ｌ×１０７Ｖ脚，平均峰值探测率为Ｄ，＝１．２８×１０１０ｃｍ．Ｗ～．Ｈｚ抛，峰值波长为厶＝８．１ｕｍ，器件的盲元率达到了１．２２％【８】。
３．２双波段和多波段阵列双色和多色红外焦平面阵列是该技术发展的一个重要方向，属于新一代的阵列技术，在军事方面具有极为重要的意义。
在上世纪９０年代中期，发展多色焦平面阵列（ＭｓＦＰＡｓ）的概念得到了美国军方的高度重视，投入了大量资金开展其技术研究。
近年来第三代红外焦平面技术进展得非常快，其主要特点是大面阵和多色。
图３显示了单色与双色结构的不同，其中双色结构中的波段２光敏层是一个在波段１光敏层上的环形结构。
在多色探测方面，双色碲镐汞红外焦平面也已达到了实验室演示的水平【９】，并开始进入工程化应用。
ＧａＡｌＡｓ，ＧａＡｓ量子阱红外光电探测器焦平面由于其具有光谱吸收窄、热分辨率好以及１矿噪声和固定图形噪声低等优点，特别适用于涉及几个大气透射波段的热成像应用，成为该技术的代表。
图３单色双层平面异质结构与瞬时单极多光谱集成技术结构Ｆ培．３Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｌｏｒｄｕａｌ－ｌａｙｅｒｓｐｌ觚ｅｈｅｔｅｍｇｅｎｅｏｕｓ（ＤＬＰ岣ｓｔｎｌｃｎＨ℃觚ｄ譬ｐｏｔｕｎｉｐｏｌ牡枷ｌ垃一ｓｐｃｃ咖ｍｉｎｔｃｇｒａｔｅｄｔｅｃｌｌＩｌｉｑｕｅ（ＳＩＭｍｓ饥ｌｃ眦ＮＡＳＡ，丁ＰＩ，的６４０×５１２四色焦平面器件为当前多色器件的最高研制水平【ｌｏ】，响应波段为４～５．５姗ｎ，８．５～１０ｍｎ，１０～１２ｍｎ，１３～１５．５Ｕｍ，由四个１２８器件构成。
红外焦平面阵列图像处理技术研究第一章引言随着红外图像的广泛应用，红外焦平面阵列相机作为一种重要的成像设备得到了越来越广泛的应用。
然而，由于红外焦平面阵列的成像方式具有其特殊性和复杂性，将其应用于实际生产和生活中需要高精度的红外图像处理技术的支持。
因此，本文将对红外焦平面阵列图像处理技术进行探究，为该技术的研究和应用提供一定的参考价值。
第二章红外焦平面阵列相机原理与构成2.1 红外焦平面阵列相机的原理红外焦平面阵列相机是利用热辐射能转换成的热图象来获取图像，并送到焦平面阵列上进行转换，得到电信号输出的一种红外探测器。
红外探测器在得到红外图像之后，将图像转换成电信号，并通过读出电路输出到后端处理系统。
2.2 红外焦平面阵列相机的构成红外焦平面阵列相机由红外探测器、冷却系统、光学系统、电子学和控制系统五个主要部分组成，其中红外探测器是最重要的部分。
红外焦平面阵列相机的特点是作为实时的光电感应器件，具有高速度、高精度和难以观察的这几个特点。
而冷却系统则是为了降低背景噪声和提高探测器的灵敏度。
第三章红外图像的处理方法3.1 红外图像预处理红外图像预处理就是对得到的原始红外图像进行预处理，消除噪声、增强信息、使图像更清晰，同时也为后续处理作好准备。
这个过程包含了对图像的预处理，为提高图像的质量进行了必要的准备。
预处理过程包括了对图像的几何校正、加窗处理、噪声消除、边缘检测等。
3.2 红外图像特征提取红外图像特征提取的目的是提取与应用相关的图像特征，比如温度变化等，为后续处理提供必要的特征和参数。
常见的红外图像特征为温度分布、红外辐射率和形状等。
3.3 红外图像分类与识别红外图像分类与识别主要是对预处理和特征提取后的红外图像进行处理，将图像分成不同的类别，如目标/非目标，热斑，热区域等，并对目标的分类和识别进行处理。
第四章红外图像处理技术的应用4.1 红外焦平面阵列相机在军事领域的应用红外焦平面阵列相机在军事领域应用广泛，如红外成像导弹、红外夜视仪、红外目标识别等。
红外焦平面阵列简介自从赫谢尔利第一次发现了红外辐射以来，人们就开始不断运用各种方法对红外辐射进行检测，并根据红外光的特点而加以应用，相继制成了各种红外探测器。
进入20世纪后，红外探测器技术取得了惊人的进展，特别是冷战时期，军备竞赛各方投入巨资进行研究，突破了诸多难题，使红外探测器技术从30年代单一的PbS器件发展到现在的多个品种，从单元器件发展到目前焦平面信号处理的大型红外焦平面阵列。
红外焦平面阵列技术作为红外探测技术发展的一个里程碑，正在急速地拓展新的应用领域和市场，渗透到工业监测探测、执法、安全、医疗、遥感、设备等商业用领域，改变了其长期以来主要用于军用领域的状况。
红外焦平面阵列是红外系统及热成像器件的关键部件，是置于红外光学系统焦平面上，可使整个视场内景物的每一个像元与一个敏感元相对应的多元平面阵列红外探测器件，在军事领域得到了广泛应用，拥有巨大的市场潜力和应用前景。
目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。
下面依次介绍其原工作原理、分类以及读出电路，并简述国内外发展情况以及展望其发展方向。
一、红外焦平面阵列原理焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。
二、红外焦平面阵列分类1、根据制冷方式划分根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。
制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶斯特林循环致冷器集成体[5]。
由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。
当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz12W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz12W-1，相差为两个数量级。
不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。
2、依照光辐射与物质相互作用原理划分依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。
光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。
热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。
这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下。
3、按照结构形式划分红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。
因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种。
其中，单片式集成在一个硅衬底上，即读出电路和探测器都使用相同的材料。
混成式是指红外探测器和读出电路分别选用两种材料，如红外探测器使用HgCdTe，读出电路使用Si。
混成式主要分为倒装式和Z平面式两种。
4、按成像方式划分红外焦平面阵列分为扫描型和凝视型两种，其区别在于扫描型一般采用时间延迟积分技术，采用串行方式对电信号进行读取；凝视型式则利用了二维形成一张图像，无需延迟积分，采用并行方式对电信号进行读取。
凝视型成像速度比扫描型成像速度快，但是其需要的成本高，电路也很复杂。
5、根据波长划分由于运用卫星及其它空间工具，通过大气层对地球表面目标进行探测，只有穿过大气层的红外线才会被探测到。
人们发现了三个重要的大气窗口：1mm～3mm的短波红外、3mm～5mm的中波红外、8mm～14mm的长波红外，由此产生三种不同波长的探测器。
三、读出电路读出电路是红外焦平面阵列当中的十分重要的环节。
对于周围物体的黑体辐射，被测物体的辐射信号相当微小，电流大小为纳安或者是皮安级，要把这么小的信号读出可不是一件容易的事，尤其这种小信号很易受到其它噪声的干扰，因此，选择和设计电路就成为特别重要的方面。
1、自积分型读出电路在所有读出电路结构中，自积分（SI）电路最为简单，仅有一个MOS 开关元件，其象元面积可以做得很小。
在SI 电路中，光生电流（或电荷）直接在与探测器并联的电容上积分，然后通过多路传输器输出积分信号。
此读出电路的输出信号通常是取其电荷而非电压，其后接电荷放大器，在每帧结束时需由象元外的电路对积分电容进行复位。
积分电容主要为探测器自身的电容，但也包括与之相连的一些杂散电容。
在某些探测器中，此电容可能是非线性的（如光电二极管的结电容），随积分电荷的增加，其会造成探测器的偏置发生变化，可能引起输出信号的非线性。
该电路的另一个缺点是无信号增益，易受多路传输器和列放大器的噪声干扰。
2、源随器型读出电路（SFD ROIC）为了给多路传输器提供电压信号，并增加驱动能力，往往在SI 后加缓冲放大器。
实现此功能的通常方法是在每个探测器后接一MOSFET 源随器（SFD），即构成源随器型读出电路。
源随器型读出电路是一种直接积分的高阻抗放大器，探测器偏压由复位电平决定，故不存在探测器偏压初值不均匀的问题，但偏压会随积分时间和积分电流变化，引起探测器偏置变化。
SFD电路在很低背景下具有较满意的信噪比，但在中、高背景下，与SI 读出电路一样，其也有严重的输出信号非线性问题。
复位MOS 开关会带来KTC 噪声，而源随器MOS 管的1f 噪声和沟道热噪声也是主要的噪声源。
3、直接注入读出电路（DI ROIC）直接注入（DI）电路是第二代探测器（即探测器阵列）使用最早的读出前置放大器之一。
它首先用于CCD 红外焦平面阵列，现也用于CMOS 红外焦平面阵列。
在此电路中，探测器电流通过注入管向积分电容充电，实现电流到电压的转换，电压增益的大小主要与积分电容的大小有关，当然也受电源电压的限制。
此电路在中、高背景辐射下，注入管的跨导（gm）较大，这主要是因积分电流较大的缘故。
此时，读出电路输入阻抗较低，光生电流的注入效率相对较高。
在低背景下，因注入管的跨导减小，使读出电路的输入阻抗增大，会降低光生电流的注入效率。
在一定的范围内，DI 电路的响应基本上是线性的。
但因各象元注入管阈值电压的不均匀性，会在焦平面阵列输出信号中引入空间噪声，因而抑制焦平面阵列的空间噪声是一个非常棘手的问题。
4、反馈增强直接注入读出电路（FEDI ROIC）反馈增强直接注入电路（FEDI）以DI 读出电路为基础，在注入管栅极和探测器间跨接一反相放大器，其目的是在低背景下，进一步降低读出电路的输入阻抗，从而提高注入效率和改善频率响应。
视反馈放大器的增益不同，FEDI的最小工作光子通量范围可以比DI 低一个或几个数量级，响应的线性范围也比DI 的更宽。
但象元的功耗和面积也随之增加了，面积的增加对现在日益发展的光刻技术并非什么大问题，但功耗的增大就很不利。
5、电流镜栅调制读出电路（CM ROIC）电流镜栅调制电路（CM）可使读出电路在更高的背景辐射条件下工作。
通常，读出电路的积分电容是在象元电路内，因受面积的限制，故不可能做得很大。
在高背景的应用中，很大的背景辐射电流可使积分电容电压很快地处于饱和状态，从而使读出电路失去探测信号的功能。
CM 读出电路可避免这种情况的发生，这种电路的电流增益与探测器输出电流的平方根成反比例关系，即随探测器输出电流的增大，电流增益自动减小。
但是，CM 电路不能为探测器提供稳定和均匀的偏置，其响应也是非线性的。
因而，此读出电路的总体性能受限。
6、电阻负载栅调制读出电路（RL ROIC）电阻负载栅极调制电路（RL）的构造思想和目的与CM 几乎一样，其效果也差不多，只是因用电阻替代了MOS 管，可使象元1f 噪声更小，并提高了探测器偏压的均匀性。
由于大电阻的制造与数字CMOS 工艺是不兼容的，RL 的阻值不可能很大。
此外，因电路结构的原因，当探测器电流很小时，此读出电路的均匀性和线性度都相当差。
在大多数的应用中，需要对其输出增益和偏移进行校正才能获得满意的效果，故此类读出电路不见常用。
7、电容反馈跨阻抗放大器（CTIA ROIC）CTIA 是由运放和反馈积分电容构成的一种复位积分器，探测器电流在反馈电容上积分，其增益大小由积分电容确定。
它可以提供很低的探测器输入阻抗和恒定的探测器偏置电压，在从很低到很高的背景范围内，都具有非常低的噪声。
且输出信号的线性度也很好。
此电路的功耗和芯片面积较一般的电路大，复位开关也会带来CKT 噪声，这也许是它众多优良性能中的一点不足之处。
8、电阻反馈跨阻放大器（RTIA ROIC）RTIA 和CTIA 相似，只是由电阻代替了积分电容和复位开关。
此电路无积分功能，故只能提供与探测器电流成比例的连续输出电压，如要提供高的输出增益，需要大的反馈电阻，但大的电阻占用芯片面积大，且不适宜数字CMOS 工艺。
因此，读出电路阵列几乎不用此电路结构。
以上是八种典型读出电路的性能和特点，可根据不同的应用和性能需求进行选用。
这些基本电路形式通过某些变化和组合可衍生出新的性能更好的读出电路。
四、国内外发展状况简述我国非致冷焦平面阵列技术已初步取得进展。
由中国科学院上海技术物理研究所承担的钛酸锶钡铁电薄膜材料研究项目已于2000年12月通过中国科学院上海分院鉴定，该项目采用新工艺制备的BaxSr1-xTiO3铁电薄膜材料性能达到国际领先水平。
目前，我国在非致冷红外热成像方面的研究主要集中在部分高等院校和研究院所。
在美法等发达国家，单色红外焦平面器件的技术已经基本成熟。
上世纪90年代中期，发展多色焦平面列阵（MSFPAs）的概念得到了美军方的高度重视，并投入大量资金开展MSFPAs 技术研究。
在向更大规模的凝视型面阵焦平面探测器、双色探测器发展的历程中，长波器件已达到640×480元的规模，中、短波器件达到了2048×2048的规模，长线阵的扫描型焦平面因其在空间对地观测方面的需求受到了高度地重视。
五、展望根据红外焦平面阵列在军事、民用等方面的要求，未来红外焦平面阵列的主要发展方向为：1、集成化—探测器材料与电路集成，杜瓦与制冷、光.机.电的集成；2、长线列，大面阵3、小型化、重量轻、容易携带；4、双色、多光谱；5、高温化；6、智能化。
