红外成像系统的综合特性

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。

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)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。

第37卷，增刊红外与激光工程2008年6月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringJun.2008收稿日期：2008-04-10作者简介：李云红（1974-），女，满族，辽宁锦州人，博士生，副教授，主要从事红外热成像技术、红外热像仪的温度测量技术研究。

Email:hitliyunhong@导师简介：孙晓刚（6），男，黑龙江哈尔滨人,博士后，教授，博士生导师，主要从事辐射测温、热物性测试、智能仪表的研究。

x @红外热像系统性能测试研究李云红1,2，孙晓刚1，廉继红2(1.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001;2.西安工程大学，陕西西安710048）摘要：分析了热像仪参数测试仪的基本结构，介绍了热像仪参数测试仪的发展现况，并对热像仪最小可分辨温差、系统调制传递函数和噪声等效温差等参数的测量方法进行了调研，给出了具体的测试方法。

关键词：红外热像系统；性能参数测试；等效噪声温差；最小可分辨温差；调制传递函数中图分类号：TN216文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(红外)-0458-05Research on per formance testing of thermal infr ared imaging systemLI Yun-hong 1,2，SUN Xiao-gang 1，LIAN Ji-hong 2（1.Harbin Instit ute of Technology,Harbin 150001,China;2.Xi ’an Polytechni c University,Xi ’an 710048,China ）Abstr act:The basic structure of the parameter instrument is analyzed,and the developing state of the parameter instrument is introduced.Then the control methods of the following parameters are studied,including Minimum Resolved T emperature Difference (MRTD),Modulation Transfer Function （MTF ）and Noise Equivalent Tem perature Difference （NETD ）.Finally the detailed operating procedure is listed.Key wor ds:Thermal infrared im aging system ；Perform ance evaluation ；NETD ；MRTD ；MTF0引言红外成像技术已在军事和民用领域得到了较为广泛的应用，灵敏、精密的红外成像系统对系统性能测试提出了更高的要求，测试技术必须适应红外技术的发展，因此红外成像系统的性能评价与测试变得越来越重要。

工业气体泄漏气云红外成像检测系统的性能评价技术规范1.范围本文件规定了工业气体泄漏气云红外成像检测系统的性能评价技术与系统的总体要求，包括技术的术语和定义、模型等技术要求。

本文件适用于工业气体泄漏气云红外成像检测系统的性能评价。

2.规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

所有引用文件及其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GJB2340-95《军用热像仪通用规范》JJG1007--2007《温度计量名词术语及定义》GB/T19870--2018《工业检测型红外热像仪》GB/T27418-2017《测量不确定度评定和表示》GJB9146-2017《非制冷红外焦平面探测器通用规范》3.术语与定义3.1信噪比SIGNAL-NOISE RATIO，SNR是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。

3.2噪声等效温差Noise Equivalent Temperature Difference，NETD红外热成像系统成像质量的一种客观的评价参量，定义为通过热成像系统观察一个低空间频率的圆形或方形靶标时，视频信号信噪比（S/N）为1时，黑体目标与黑体背景之间的温差。

3.3最小可分辨温差Minimum Resolvable Temperature Difference，MRTDMRTD是综合评价热成像系统温度分辨力和空间分辨力的重要参数。

其定义为：对于处于均匀黑体背景中具有某一空间频率的高宽比1比7的四个条带黑体目标的标准条带图案，由观察者在显示屏上作无限长时间的观察。

当目标与背景之间额温差从零逐渐增大到观察者确认能分辨出四个条带的目标图案为止，此时目标与背景之间的温差成为该空间频率下的最小可分辨温差3.4最小可探测温差Minimum Detectable Temperature Difference，MDTDMDTD是综合评价热成像系统温度分辨力和空间分辨力的重要参数。

定义为：当观察者的观察时间不受限制时，在热成像系统显示屏上恰好能分辨出一定尺寸的方形或圆形目标及其所处的位置时，目标与背景之间的温差称为对应目标尺寸的最小可探测温差MDTD。

红外热像仪MRTD测试方法研究田留德;刘朝晖;赵建科;赵怀学;潘亮;段亚轩;龙江波;周艳【摘要】MRTD是评价热成像系统综合性能的重要参数。

分析了热像仪参数测试系统的两种基本结构，比较各自的优缺点，给出了各自应用场所。

研究了MRTD测试对热像仪参数测试系统各组成单元的具体要求。

根据 MRTD 参数的特点，分析了引起MRTD 测试结果一致性较差的原因，给出了相应的解决措施和修正方法。

为验证解决措施和修正模型的正确性，以一个热像仪为例进行了M RT D测试，并将测试结果与该热像仪的出厂结果比对，测试结果偏差小于15%。

实验表明，该修正模型可以提高MRTD测试结果的重复性和准确性。

%MRTD is an important parameter to evaluate the comprehensive performance of thermal imaging systems. The structure of two common test systems for testing thermal imagers is analyzed, whose advantages and disadvantages are compared and their application is given. The specific requirements on each part of test system are studied. According to the characteristics of MRTD, the causes of MRTD test result’s poor uniformity is analyzed, and the corresponding solution and correction model are given. In order totest and verify the correctness of the solution and correction model, a thermal imager is used as an example for MRTD testing. Compared withthe test results of manufacturer, the maximum deviation is less than 15%. The test results show that the correction model can improve repeatability and accuracy of MRTD test results.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】6页(P368-373)【关键词】热像仪;最小可分辨温差;测试方法;性能评价;修正模型【作者】田留德;刘朝晖;赵建科;赵怀学;潘亮;段亚轩;龙江波;周艳【作者单位】中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119; 中国科学院大学，北京 100039;中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119;中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119;中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119;中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119;中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119; 中国科学院大学，北京 100039;中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119;中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119【正文语种】中文【中图分类】TN216红外成像技术已在军事和民用领域得到了较为广泛的应用，更灵敏、精密的红外成像系统对系统性能测试提出了更高的要求，测试技术必须适应红外技术的发展，因此红外成像系统的性能评价与测试变得越来越重要[1]。

红外成像原理与红外多波段图像特征对比由于红外成像具有被动工作、抗干扰性强、目标识别能力强、全天候工作等特点，已被多数发达国家应用于军事侦查、监视和制导方面。

红外成像侦察、监视和制导意已成为当代武器技术发展的主流方向之一。

红外辐射是整个电子频谱中的一个重要组成部分。

红外探测器是依靠探测目标辐射和反射的红外线而工作的。

通常红外光谱的划分是这样的：近红外（760纳米-3微米），中红外（3微米-8微米），远红外（8微米-1毫米）。

红外辐射的物理本质是热辐射。

大气是红外辐射的主要传输介质。

由于大气中各种气体和物质对太阳光谱均有一定的吸收能力。

综合各气体吸收情况，得出了3个对太阳光谱吸收较弱的区段，即2-2.6微米、3-5微米、8-14微米。

在这几个波段，大气相对说来是比较透明的，常称为“大气窗口”，对于从事红外光谱亚牛、红外技术应用研究尤为重要。

一般红外仪器和红外系统都工作在这三个窗口之类。

根据测量分析，一些重要的军事目标的热辐射波长集中在3-5微米的中红外线区和8-10微米的远红外线区内。

利用这一特点，目标红外传感器常选用适用于3-5微米红外大气窗口的碲化铟和适用于8-14微米红外大气窗口的碲铜汞。

红外辐射也成为红外线，辐射过程除了取决于温度之外，还受到许多其他因素的影响。

对于理想黑体（黑体或绝对黑体是指对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，且具有最大辐射率的物体）而言，红外辐射的基本规律归结为普朗克黑体辐射定率、维恩位移定律和斯蒂芬-玻尔兹曼3个基本定律。

1.Plank黑体辐射定律---该规律描述了黑体单色辐射力随波长及温度的变化规律其中C1、C2分别称为普朗克第一常数和第二常数2.Wein位移定律---随着温度T增高，最大单色辐射力M所对应的峰值波长λmax逐渐向短波方向移动。

3.Stefan-Boltzmann定律---描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律，也可以计算某一波长范围内的辐射力。

其中σ为黑体辐射系数从工作波段可以把红外探测器分为3种类型：SWIR （短波红外）探测器，工作于1-2.5微米短波红外波段；MWIR （中波红外）探测器，工作于3-5微米中波红外波段；LWIR （长波红外）探测器，工作于8-14微米长波红外波段。

红外成像仪原理--人体产热和散热机制人体产热与散热是保持生理平衡的，因机体内存在着体温的自动调节机制，这种平衡失调就会导致体温的变动。

一、产热过程人体的热量来自体内所进行的生物化学反应。

由于化学反应的不断进行热量也不断地产生。

产热最多的器官是骨骼肌和肝脏。

骨骼肌产热量因机体活动情况的不同而有较大幅度变动。

肝脏是机体内代谢旺盛的器官，因此产热也很多(安静状态下，肝脏的血温比主动脉血温高0.4~0.8℃)。

在安静状态下，机体一些器官产热量的比例大致如下：心脏及呼吸器官16%，肝脏、脾脏及消化器官30%，肾脏5.6%，脑、脊髓18.4%，骨骼肌25%，其它5%。

产热过程与基础代谢、肌肉活动、内分泌腺激素(甲状腺素和肾上腺皮质激素等)及交感神经活动有关。

交感神经强烈兴奋时，可使代谢率增加40~50%之多。

二、人体散热的形式人体绝大多数代谢反应都是放热的，除少部分(4%)之外由其它形式散热，人体向体外散热主要有四种散热形式。

1.辐射散热：即机体以发射红外线方式来散热，约占散热总量的44%。

除了处于绝对零点度(-273.16℃)的物体以外，宇宙间所有物体都能发射红外线。

人体向周围发射红外线，而周围物体如墙壁等也向人体发射红外线。

辐射散热的多少直接取决于体表温度和环境温度之间的平均温度差的大小。

当人体周围有高于人体体表温度的物体时，人体表面则从这些物体吸收红外线，体温因而升高，如于炉前作业的工人、烈日下野外劳动者;反之，环境温度过低，散热过多，也会导致体温下降。

人体是良好的辐射体，也是良好的吸收体。

2.传导和对流：约占散热的31%。

传导是指体热由体表直接传导给与体表相接触的物体，如衣服、床、椅子等。

由于这些物体为热的不良导体，就防止了体热的过多丧失。

对流系指体热传给与皮肤相接触的空气，即通过空气的流动来实现的。

当体表温度与空气温度相等之后，对流也就停止。

对流散热的多少取决于风速。

3.蒸发：约占散热的21%。

当外界温度等于皮肤温度时前三种散热(辐射、传导、对流)形式基本停止。