特殊成像电视培训课件.pptx

第8章特殊成像电视8.1红外电视(2)热辐射的定律：当几个物体温度相同时，各物体发射红外线的能力正比于吸收红外线的能力；当物体处于红外辐射平衡状态时，它吸收的红外能量总恒等于它所发射的红外能量。
根据这一定律还可推断出，性能好的红外反射体或透明体，必然是性能差的红外辐射体。
(3)玻耳兹曼定律：物体辐射的红外辐射能量密度W与其自身的热力学温度T的四次方成正比，并与它表面的辐射率ε成正比。由这一定律可以看出，物体的温度愈高，红外辐射的能量愈多。
(4)红外线的“大气窗口”：红外线在大气中传输时，大气对不同波长的红外线吸收与衰减的程度有很大差别。对波长在2～2.6μm、3～5μm和8～14μm等三个波段内的红外线吸收极少，常称这三个波段为红外线的“大气窗口”，它们分别位于近红外、中红外和远红外三个波段内。红外电视的工作波长应尽可能进入这三个波段。
(5)红外光学材料：可以透过红外辐射的介质称为红外光学材料。任何介质不可能对所有波长的红外线都透明，红外光学材料只是对某些波长范围的红外线具有较高的透过率。
许多介质对可见光是透明的，对红外辐射却是不透明的。单晶的锗材料是一种最常用的红外光学材料，可以作为红外仪器与大气隔离的窗口，也可以用来磨制各种透镜和棱镜。单晶锗的最大透过率约为44%，在单晶锗的表面镀上一层“增透膜”后，可变得对一定波长的红外线具有很高的透过率，最高透过率可达99%。对于波长在1.8～16μm的红外辐射，单晶锗的折射率在4.143到4.0012之间变化。多晶硫化锌是一种热压成型的红外光学材料。在波长为1～14μm的范围内，其平均透过率大于70%。多晶硫化锌不但可以热压成红外透镜或窗口，而且可用作镀膜材料，用来增加各种红外光学材料透镜或窗口的透过率。
多晶氟化镁是一种耐高温的红外光学材料，用于3～5μm波长范围而且可透过可见光。对于波长为0.598μm的可见光，其透过率约为20%～30%；而对于波长为3～6.5μm的红外辐射，透过率高达90%。
(6)主动和被动红外电视：红外电视可分为主动式红外电视和被动式红外电视两大类。主动式红外电视需红外光源照明，摄像机摄取目标反射回来的红外光。被动式红外电视不用红外光源照明，是利用被摄目标本身辐射的红外线成像，摄取的是物体的热分布像。
8.1.2主动式红外电视
主动式红外电视由红外照明光源、红外摄像机和监视器等部分组成。其工作原理是用红外光源照射被摄目标，由摄像机的CCD传感器将目标的可见光和不可见的红外图像转换为电信号输出，在监视器上显示可见光图像。
主动式红外电视系统与一般的可见光应用电视系统基本相同，但其照明光源、光学镜头和摄像器件都是工作在近红外波段的。
1.红外照明光源
常用的近红外光源有红外灯泡、红外发光二极管、滤光片式光源和红外激光器。
常用的红外发光二极管为砷化镓红外二极管。它具有体积小，重量轻，发射红外光均匀，电源简单，效率高等特点，其发射峰值波长约为0.93μm。
滤光片式光源由钨丝灯、反光罩和透红外的滤光片组成。钨丝灯的光谱响应曲线的峰值在0.8～1.2μm的近红外区。滤光片分为胶粘合型和熔炼型两种类型，两种类型滤光片的峰值透过率分别为80%和40%左右。用卤化物灯代替钨丝灯，光谱响应曲线范围在0.88～2.6μm间。2.红外摄像器件
黑白CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围，通常其感光光谱可延长至1200nm。利用黑白CCD图像传感器的这个特性，在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明，传感器能清晰地成像。图8―1示出了夏普公司行间转移CCD图像传感器的光谱特性。图中，黑白CCD图像传感器的光敏单元采用了浮置p―n结的光敏二极管。这种光敏管用离子注入工艺制成，灵敏度高且比较均匀，但这种CCD传感器在强光照射下容易出现光晕和拖影现象。
图8―1黑白CCD图像传感器光谱特性3.主动红外摄像机
常见的主动红外摄像机有分离式、内置式和一体化式等三种形式。
1)分离式
分离式一般是分别购买红外照明光源和红外敏感摄像机。配置时，要注意红外照明光源光谱范围和摄像机光谱特性的一致。安装红外照明光源时，要注意投射的角度和距离，最好是在无可见光的情况下看着摄取的图像进行调整，这样才能取得最佳效果。2)内置式
内置式主动红外摄像机常常是在防尘罩内摄像机四周安装红外发光二极管。这种红外摄像机安装方便，用于近距离室内监视。
3)一体化式
一体化式主动红外摄像机用于室外远距离扫描监视。一般是在室外型电动云台两侧固定两个远距离室外红外照明光源，调整云台时摄像机和红外照明光源一起旋转和俯仰，保证被摄目标受到红外照明。
4.主动红外摄像机的镜头
镜头的作用是把目标的红外辐射分布聚焦在光电传感器上。红外电视的目标距离较远，辐射能量弱，要尽可能使用大尺寸镜头。
主动式红外电视工作在0.