红外成像技术PPT课件

1、教室报告、红外线摄像技术、2、电磁波光谱、3、红外线摄像技术、主动红外线摄像系统被动红外线摄像系统、4、系统构成和工作原理、光学系统、红外线摄像管、红外线搜索灯、靶、高压电源、5、工作原理， 来自红外线探照灯的红外线辐射照射到前方目标上，光学系统的物镜接收由目标反射的红外线辐射，在红外线摄像管的时间极面上形成目标辐射的红外线图像。 变形管对目标红外图像进行光谱变换和亮度增强，最后在荧光屏上显示目标可见光图像。 人眼通过目镜观察增强的目标图像，6、优点，1 .利用军事目标与自然界场景之间反射能力的显着差异，在一定程度上可以识别伪装，7、目标反射光谱曲线、绿色植物、暗绿色涂料、粗糙混凝土、远离树木、8、优点、近红外辐射比可见光的大气散射影响小，容易通过大气。 因为系统本身有光源，所以是“主动照明”的目标，这种系统在工作中不受环境照明的影响，可以在“全黑”的条件下工作。 主动照明还可以利用红外线搜索灯狭窄的光束照明目标，在视野中突出目标，增加与背景的对比度，获得清晰的图像。 9、缺点，在军事上，照明源自身容易成为对方侦察的目标暴露自己。 这是主动红外成像系统最致命的弱点，也是图像系统从主动发展为被动的根本原因，10、发展和应用，主动红外系统由于容易暴露的致命弱点，军事应用受到限制，但其一系列优点在夜间视野中得到了广泛应用在某些情况下，被动系统捕获目标后，在主动系统中进行更清晰的观察。 公安部门、航空、航海、生物研究等还有相当大的生命力。 主动红外夜视，11，1929年，可乐发明了Ag-O-Cs近红外光电阴极。 30年代中期，荷、德、美开发了红外线图像管。 40年代开发了主动红外线夜视。 二战后期，德国、美军被应用于战场。 50年代，红外显像管技术成熟，积极的红外夜视性能不断改善，形成了北约部队系列的装备。 50年代末，前苏联开发了积极的红外线机枪瞄准器，装备了部队。 主动红外夜技术的发展概况，12、主动红外夜视器适用于近距离侦察、搜索、短距离射程武器的夜间瞄准和各种车辆的夜间驾驶。 车辆司机： 50200米。 步枪，轻机枪瞄准器： 4001000米。 坦克炮瞄准器： 8001000米。 一般是300米左右。 被动检测距离约为主动观察距离的3倍。 13、14、英阿马岛战争1982年5月4日，阿“超级军旗”15米高度扫海飞行，45千米发射4枚AM-39导弹，10km高度下降飞行，主动雷达引导，英“厨师” 15、雷达探测扫海导弹的弱点：海面被雷达波反射，容易产生镜像效果的海面噪声和干涉机干扰，使雷达图像模糊的无源雷达不太作用于红外线探测导弹，反射导弹的截面积小，雷达的探测包括、16、热像仪在内的红外线检测技术是光电跟踪的重要技术之一。 由被动红外搜索、跟踪和报警装置组成的空中防御系统，可以有效地对空中威胁进行早期报警。17、即红外线热像将物体自然发出的红外线变换为可见的热像，将人眼的视觉范围扩大到远红外线区域。无源红外成像系统，18，1 .红外辐射2 .红外辐射在大气中的传输3 .红外成像系统4 .热成像技术的发展，应用5 .红外成像技术的发展趋势，无源红外成像系统，19，红外辐射，1800年英国天文学家赫歇耳研究了太阳光谱中各色光的热效应1848年利用干涉效应测量了红外辐射的波长，最终确定了红外辐射和可见光是同一种，即电磁辐射。20、Wien位移规律、mT=2897.80.4(mK )、对应于黑体光谱辐射度峰值的波长m与黑体的绝对温度t成反比地移动。 说明热介质发光的颜色。21、太阳、地表、发动机、尾喷嘴、22、材质温度样品形态特征、化学特征、物理结构特征、样品厚度等物体放射率的影响因素，23、典型目标和背景的热红外线放射，理论上，绝对零度以上温度的物体都可以放射红外线放射，所以自然界的任何实际物体都是红外线辐射源、24、目标与背景的关系、目标、背景、飞机与机场、相互影响。 坦克和地面背景。 地面热辐射影响坦克的温度场。 地面热辐射被坦克反射，与坦克的辐射重叠。 目标影响背景的热特性。 坦克穿过地面。 昼夜变化。 太阳的加热，昼夜温度的变化。 动力目标：静止和动作状态。 目标和背景的红外辐射对比度：红外制导武器发现识别的依据。25、地面目标热红外辐射、光谱分布和空间分布取决于辐射体的材料、表面面积、温度、外形和表面辐射率等。 目标：装甲车火炮、电站、桥梁、机场、高速公路、导弹、卫星发射工厂。 背景：土壤、草地、灌木、林冠、农作物、地面设施等。 26、配电间、11点、17点、24点、27，人体皮肤放射率高，4m以上的平均值为0.99，与肤色无关。 人体辐射的约32%的能量在813m带，仅1%在3.24.8m带。 黑色服装发射率高，白色服装低。 、28、地面车辆是明显的红外线目标。 车辆涂装的放射率一般在0.85以上，灰尘和污垢会增加放射率。 由于排气管和消音器的温度高，其放射能比车辆的其他地方高好几倍。29、目标和环境红外图像、30、空中目标热红外辐射、飞机、导弹、火箭和卫星等是重要的红外辐射源。 发动机壳体、尾喷嘴辐射、尾炎(排出的燃烧废气)辐射和高速飞行时的表皮辐射。 不同型号的飞机，辐射强度和分布有很大差异。31、发动机箱温度低(80100)，放射率低(0.20.45 )。 废气(CO2，H2O)C粒子，连续的放射光谱。 排气管温度在靠近集气管的部分为650800，在靠近排气口的部分为250350，表面放射率为0.80.9。 螺旋桨飞机的红外线放射的特征是，废气和发动机箱的放射约占3545%，剩下的部分是排气管的放射。32，尾喷嘴的有效放射率约为0.9，放射温度等于废气温度(400700)。 尾炎放射与废气的温度和数量有关，4.4m的光谱放射亮度约为2.8m，约为3倍。 喷气式飞机的红外线辐射的特征是，在无力燃烧时，尾喷嘴的辐射远大于尾火焰辐射，而在有力燃烧时，尾火焰将成为主要辐射源。33、飞行速度超过1.5马赫时，由于冲压效应，进入发动机压缩机的空气压力和温度随飞行速度急剧增加，因此尾焰温度随着排气喷嘴的压力增加而下降，高速飞行时尾焰温度和辐射亮度下降。 例如，在速度达到3.5的马赫中，即使有加压燃烧的尾焰，也比热尾喷嘴的辐射小。34、飞行速度大时，飞机表皮温度高。 当F-104A飞机在马赫2.0飞行时，表皮温度达到122。 X-2飞机在马赫3飞行时，表皮温度达到333。随着飞行速度的增加，皮肤辐射在飞机总辐射中的比例增加。 35、飞行速度一般远远超过音速，所以是一种功率更强的红外线辐射源。 辐射主要来自发动机排气喷嘴，相当于1940K温度和=0.9的灰体辐射。 另外，发动机放出的高温羽状烟柱的辐射、大气中的空气动力加热和宇宙飞行中的太阳辐射引起的壳体辐射，也是明显的红外线辐射的特征。 火箭和导弹的红外辐射特征，36，导弹预警卫星在发射辅助区间(发动机炎红外特征非常明显)，上升，惯性飞行区间：不太明显。 没有火焰，特征不清楚。 大气中的高速飞行：与大气强烈摩擦，红外特征明显。 飞出大气：没有大气摩擦，特征减弱。 再入大气层：37，天空背景热红外线辐射，大气散射太阳光。 波长小于23m。 大气层本身的热辐射。 波长超过34m。 70100km的上空受到过氧化氢离子的辐射。 行星和星星的放射能。 第一项只存在于白天，之后，三项存在于白天和夜晚。 各项受气象条件、地面环境温度及观测方向等因素的影响。 38、太阳是接近6000K黑体的巨大辐射源，辐射峰值波长为0.48m。 太阳放射度为1353Wm-2，其中红外区域为692.6Wm-2，占太阳常数的51.2%。 大气散射后，构成不到3m地区的重要天空背景放射。39、白天，地球表面辐射反射和散射太阳光线和地球自身的热辐射的组合。 夜间，以地面的热辐射为主。 地球相当于280K的灰体，地面热辐射的峰值波长约为10m。 地面背景的热红外线辐射，40，2 .红外线辐射在大气中传播，红外线辐射在大气中传播时，大气的吸收和散射大气分子的散射模糊，雨、雾、雪、云等质点产生的散射大气的辐射：大气和地面目标不同的温度大气的折射：弯曲和密度不均匀性大气的闪烁：密度、温度等起伏， 41典型的大气透过光谱图，大气窗，地表辐射平均温度290K，720K-发动机，动力设施和气体等热源，42，3 .红外线热像仪，用相机拍摄的照片电视相机拍摄的电视图像，用探测器测定对象本身和背景之间的红外线差，并不同与目标可见光图像不同，目标热图像不是人眼看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，即红外线热图像是表示人眼不能直接看到目标的表面温度分布的热图像。 光、红外线、火星、43、热图像特征、人类发展可分为三个阶段。 第一阶段：人类通过制作工具，扩大体力活动的能力。 第二阶段：通过提高判断能力，寻求事物的理解和判断的标准；第三阶段：人类近年来，通过增强获取输入信息的能力，扩大感觉范围，增加新的感觉，使我们的大脑能够接受更多的信息，在这个阶段，红外线技术的发展已经成为人类的大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但35微米和814微米的热红外线是透明的。 因此，这两个频带被称为热红外线的“大气窗”。 如何利用大气的窗户？ 完全无光的夜晚，能清晰观察前方情况的热红外线图像技术提供了军事先进的夜视装置，在飞机、舰艇和坦克上设置了24小时前视系统。 物体的热辐射能量的大小与物体表面的温度直接相关。 对物体进行了无接触温度测量和热状态分析，为工业生产、能源节约、环境保护等提供了重要的检查手段和诊断工具。.45，作用：红外线发射可见光图像信息，视觉范围扩大到中、远红外线区域。 热像仪的结构和工作原理，原理：图像反映了目标和周围环境的热辐射(温度)差异，利用热对比度图像。 军事目标一般比周围的环境温度高，是热成像的最高观察对象。 与红外夜视、微视不同，46、热像类型，机器扫描型红外热像焦点平面凝视型红外热像热电型红外热像，47，优点：可以扣除背景。 缺点：结构复杂，成本高。 机器扫描型红外线热像仪，48，热传感器，如热敏电阻，电偶，热电传感器，吸收红外线辐射后，使传感器的温度上升，引起与温度相关的物理参数的变化。 光子检测器通过光子与物质内部电子的相互作用，产生电子能量状态的变化，完成光电转换。 分为光导型和光伏型，分别利用半导体的光导效应和光伏效应。 目前主要利用光子检测器，其响应灵敏度和响应速度优于热检测器。 红外线检测器、49、红外线检测器一般需要低温冷冻，降低噪声，提高信噪比。 冷冻系统利用相变原理进行冷冻。 例如，液体空气、液氮(77K )、固体甲烷、固体氩和干冰等。 辐射热交换引起的冷却主要用于宇宙飞船。50、利用焦耳-汤姆森效应，高压气体的温度低于其自身的转换温度，在小孔膨胀时，气体温度就下降。 工作介质需要高纯度气体。 单人间冷却到77K，两班达30公里。 体积小，重量轻，没有运动部件，机械噪音小，使用方便。 51、温差电冷，把n型和p型半导体配对的话，会产生非常显着的珀尔帖效应，配对的一方发热，另一方变冷。 一次冷冻能得到约60K的温度差，三次冷冻下降到195K的温度，六次冷冻下降到170K，八次冷冻下降到145K。 由于冷冻温度不低，冷冻量少，所以一般用于冷冻温度不低的硫化铅、硒化铅等检测器。52、热成像产生灰度(黑白)图像，物体表面温度越高(或放射率越大)，像素的灰度越小(白)。 为了便于观察，在进行了模拟彩色处理后，物体的高温部的图像呈红、黄、白，低温部呈蓝、绿、黑。 引起图像显示、图像差异的原因有多种：物体间的温度(实际温度)差物体间的红外线放射率差大气损失差，53，军用车辆的可见光和红外线图像的比较，54，55，56，57，4热图像技术的发展概况，红外线热像仪的发展历史，1930年左右，出现了温度记录仪。 40年代，发展了机器扫描和红外线相机的技术。 1956年，美开发了第一个长波面视红外线系统XA-1。 1965年，德克萨斯仪表公司和保险丝飞机公司分别开发并行扫描和串行扫描前视红外系统，大量应用于美空、海军。 58、美开发了许多机载前视红外线系统，用于越南战场。 70年代后期，热像仪取得了突破性的进展，第一代产品被大量生产和使用。 现在正在推进为了降低成本的组成部分化。 80年代初，开发了第二代热像仪，技术成熟了。 我国在70年代初开发了热电器件，并量产了热像仪。 59、热像仪的作用距离除了机器本身的性能之外，还与目标的类型和性质有关。 4.1观察红外热像技术的发展水平，天空：能够跟踪2030公里的飞机。 水面侦察：能发现1520公里外的舰艇。 在地面观察中，常见的识别距离为每人1000米/人，2000米/车。60、空中侦察时，在1500米的高度可以发现地面上的单兵活动，在20公里处探测地面上的人和车，通