《无人机任务载荷》无人机相关专业全套教学课件

无人机任务载荷

全套可编辑PPT课件绪论项目1认识可见光相机项目2认识红外热成像仪项目3认识光谱相机项目4认识激光雷达项目5认识光电吊舱项目6认识合成孔径雷达项目7认识气体检测类任务载荷项目8认识通信中继载荷绪论章节导航0.1任务载荷的功能0.2任务载荷的分类0.3任务载荷的基本组成0.4任务载荷的特点任务载荷的功能0.1无人机自面世以来，就被赋予了执行各类任务的使命。军用无人机民用无人机用于执行特定任务的机载设备和装置统称任务载荷，又称有效载荷。电力巡检农业植保应急救援物流配送等任务侦察打击电子对抗等任务执行任务均高度依赖于搭载在其自身上的专用设备和装置0.1

任务载荷的功能任务载荷是无人机用于执行任务的核心装置和设备。0.1

任务载荷的功能任务载荷功能：（1）信息采集与感知（2）数据处理与传输（3）主动影响环境或目标（4）平台支持与任务保障决定无人机应用场景和任务属性0.1

任务载荷的功能（1）信息采集与感知无人机任务载荷的核心功能定义：任务载荷可获取环境信息、识别目标状态并监测自身姿态，从而为任务决策提供关键数据支撑。举例在无人机执行侦察、巡检任务时，可见光相机可用于监视目标景物；在无人机执行测绘勘探任务时，激光雷达可用于获取三维点云数据；在无人机执行环境监测任务时，气体检测类任务载荷可用于检测相关气体的浓度。0.1

任务载荷的功能（2）数据处理与传输定义：任务载荷可对采集的数据进行实时压缩、融合、分析（如目标检测、分类、跟踪），并将处理结果或高价值数据通过通信链路传回地面站。0.1

任务载荷的功能（3）主动影响环境或目标定义：任务载荷可通过执行特定的任务，直接改变环境状态或对目标施加物理、化学、生物等形式的影响。举例取水灭火喷洒药物投放害虫天敌……0.1

任务载荷的功能（4）平台支持与任务保障具有该功能的任务载荷可为无人机平台或其他任务组件提供支持，通常不直接作用于终极任务目标，而是为整个无人机系统的高效、可靠、安全运行提供关键支撑。举例导航与定位通信中继气象监测……无人机任务载荷的“后勤保障”功能任务载荷的分类0.20.2

任务载荷的分类按应用领域分类军用任务载荷、民用任务载荷。按功能分类感知型任务载荷、操作型任务载荷。0.2

任务载荷的分类1．按应用领域分类1）军用任务载荷应用：侦察监视、通信保障、电子对抗、靶标模拟、武器弹药投送……2）民用任务载荷应用：公共安全与应急救援、农业和林业植保、地理测绘与工程测量、能源与基础设施巡检、环境与生态保护、物流与运输、科研与教育……0.2

任务载荷的分类2．按功能分类1）感知型任务载荷主要用于获取和处理目标景物或外部环境的信息，是目前应用较广泛的一种任务载荷。主要类型：（1）光电类任务载荷（2）雷达类任务载荷（3）气体检测类任务载荷0.2

任务载荷的分类2．按功能分类1）感知型任务载荷作用：通过光电传感器探测目标景物，实现对目标景物的成像或探测，从而获取目标景物视频、图像、位置信息及其他特征参数。分类（按工作波段不同）（1）光电类任务载荷光电类任务载荷可见光任务载荷红外热成像任务载荷工作波段通常为400～760nm工作波段通常为0.7～14μm常见光电类任务载荷：……可见光相机红外热成像仪光谱相机激光雷达0.2

任务载荷的分类2．按功能分类1）感知型任务载荷（1）光电类任务载荷小贴士光电传感器是指利用光电转化原理，将被测量的变化转换成可用输出信号的传感器。0.2

任务载荷的分类2．按功能分类1）感知型任务载荷作用：通过雷达设备主动发射微波波束或毫米波段的电磁波，并接收目标景物反射的回波信号，从而实现对目标景物的探测、定位、成像或跟踪。（2）雷达类任务载荷常见雷达类任务载荷：……合成孔径雷达地面移动目标指示雷达毫米波雷达0.2

任务载荷的分类2．按功能分类1）感知型任务载荷小贴士虽然激光雷达的名称中含有“雷达”两字，但由于激光雷达采用的是光学波段的电磁波，因此激光雷达不属于雷达类任务载荷，而属于光电类任务载荷。（2）雷达类任务载荷0.2

任务载荷的分类2．按功能分类1）感知型任务载荷作用：检测外部环境中气体的化学成分、浓度等信息。（3）气体检测类任务载荷常见气体检测类任务载荷：……半导体气体检测仪电化学气体检测仪0.2

任务载荷的分类2．按功能分类2）操作型任务载荷主要用于对目标景物或外部环境进行操作或影响。主要类型：（1）投放类任务载荷（2）触发类任务载荷（3）采集类任务载荷0.2

任务载荷的分类2．按功能分类2）操作型任务载荷作用：通过空投、抛撒、发射、释放等方式，从无人机平台向目标区域投放物品。（1）投放类任务载荷常见投放类任务载荷：……物资投送装置物资投送装置气体释放设备0.2

任务载荷的分类2．按功能分类2）操作型任务载荷作用：触发其他设备或对目标物体产生特定效果。（2）触发类任务载荷常见触发类任务载荷：……冲击波发生器电子对抗干扰机引爆装置0.2

任务载荷的分类2．按功能分类2）操作型任务载荷作用：收集环境中或目标物体上的气体、液体、颗粒物、固体等。（3）采集类任务载荷常见采集类任务载荷：……气体采集器颗粒物采集器固体采集器液体采集器任务载荷的基本组成0.30.3

任务载荷的基本组成

任务载荷的主要组成（1）传感器（2）处理单元（3）通信单元（4）存储单元（5）机械结构（6）电气单元0.3

任务载荷的基本组成小贴士某些光电类传感器又称为探测器，如红外探测器。（1）传感器传感器是任务载荷获取外部信息的重要工具。作用：采集各类目标、环境的物理或化学信息，并将其转换为可处理的电信号。（2）处理单元作用：对传感器反馈的信号进行初步分析、滤波、压缩或格式转换等预处理工作，使其转换为数据以便于后期传输、存储和进一步处理。（3）通信单元作用：将信号处理后生成的数据及时传输至控制站或其他终端设备。特点：抗干扰、低延迟与高带宽等➡以确保数据传输的可靠性与时效性。0.3

任务载荷的基本组成（4）存储单元作用：暂存或长期保存任务载荷采集的数据及处理结果。特点：高容量、抗振等➡以便在恶劣环境下的稳定记录信息。（5）机械结构作用：为整个任务载荷提供物理支撑与安装接口。特点：采用轻质、高强度的材料制成，具备良好的气动外形与防护性能➡以保障任务载荷在无人机飞行中的稳定性与安全性。（6）电气单元组成：电源管理模块、配电系统及各组成部分间的电气连接部件。作用：任务载荷提供稳定可靠的电能，并管理电压、电流及功耗➡以确保任务载荷各组成部分协调运行。任务载荷的特点0.40.4

任务载荷的特点（1）任务针对性强（2）体积小、质量小（7）具有实时性与高可靠性（4）采用模块化结构与通用化设计（3）功耗低、效率高（6）集成度与智能化水平高（5）环境适应性强（8）具有多传感器信息融合能力任务载荷的特点：0.4

任务载荷的特点（1）任务针对性强任务载荷通常根据任务的需求专门定制，操作人员需要根据任务的类型和场景选择相应类型和性能指标的任务载荷。（2）体积小、质量小受限于无人机的起飞重量和空间，任务载荷通常具有小型化、轻量化等特点，以适应无人机的承载能力和气动布局。0.4

任务载荷的特点（3）功耗低、效率高为延长续航时间，任务载荷通常具有功耗低的特点，而且能在有限能源下保持较高的工作性能。（4）采用模块化结构与通用化设计任务载荷通常采用模块化结构，以便快速更换、升级和维护。同时兼容多种无人机平台，以提高使用灵活性。0.4

任务载荷的特点（5）环境适应性强任务载荷能在复杂工作条件下稳定工作，具备良好的抗振、防尘、防水、抗干扰能力。（6）集成度与智能化水平高任务载荷常集成传感器、处理单元、通信单元于一体，具备一定的自主工作能力。高/低温、高湿、强风、电磁干扰等图像识别、目标跟踪、信号处理等0.4

任务载荷的特点（7）具有实时性与高可靠性在执行任务时，任务载荷能实时采集信息、处理信号和传输数据，并能长时间保持可靠运行。（8）具有多传感器信息融合能力任务载荷可通过智能算法融合多种传感器采集的信息，来提升无人机系统在环境感知、场景理解和自主决策等方面的综合能力。感谢观看无人机任务载荷

绪论项目1认识可见光相机项目2认识红外热成像仪项目3认识光谱相机项目4认识激光雷达项目5认识光电吊舱项目6认识合成孔径雷达项目7认识气体检测类任务载荷项目8认识通信中继载荷认识可见光相机项目1可见光相机是最常见的光电类任务载荷之一。它起源于20世纪末，随着航拍技术逐步成熟，如今已广泛应用于军事侦察、安防监控、电力巡检、灾害评估、地理信息采集、影视航拍等场合，成为提升无人机系统感知能力、作业效率和作业精度的重要工具。本项目首先介绍可见光相机的基础知识，然后介绍可见光相机的装调方法和典型应用。项目导读学习目标知识目标技能目标素质目标了解可见光相机的组成。掌握可见光相机的工作原理和性能指标。掌握可见光相机的装调方法。了解可见光相机的典型应用。培养同心协力、协作共赢的团队精神。树立技能成才、技能报国的理想信念。能够根据任务需求选择可见光相机。能够装调可见光相机。在一次户外踏青活动中，小张对身旁的美景赞叹不已，突然他注意到有一位同学正在操控无人机进行航拍。小张非常好奇，凑近一看，便被遥控器显示屏上的清晰画面所折服。项目引入这台无人机使用的是哪种拍摄设备？图像好清晰啊！我这台无人机使用的是高分辨率可见光相机，是我自己安装的。小张闻后，便准备购置一台无人机，并为其装调可见光相机，以便下次出游时航拍使用。下面，让我们同小张一起安装可见光相机吧。项目引入项目准备1）学生分组全班学生以

3～5

人为一组进行分组。各组选出组长并进行任务分工，然后将小组成员及分工情况填入表中。班级

组号

指导教师

小组成员姓名学号小组分工组长

组员

小组概况及分工项目准备2）工作计划各小组制订工作计划并展开讨论，确定最终的工作计划，将其填入表中。小组成员学号小组分工

最终的工作计划项目准备3）设备和工具各小组根据最终的工作计划，将实施所需的设备和工具填入表中。实施所需的设备和工具序号名称规格与型号单位数量备注

项目准备4）个人防护及设备安全情况检查各小组按表检查个人防护及设备安全情况，检查内容合格的在“□”上打“√”，不合格的按要求进行整改，整改合格后在“□”上打“√”。个人防护及设备安全情况检查检查项目检查内容个人防护

情况□按规定穿实训服、工作鞋，戴防护手套□按规定佩戴护目镜及其他防护装备设备安全

情况□无人机机身、可见光相机、云台无裂纹、变形等缺陷□无人机电源已关闭，电池无鼓包、漏液或破损□可见光相机的电源线和数据线无破损、过度弯折和挤压现象□操作台干净，操作工具摆放整齐，工位采光良好章节导航1.1可见光相机的基础知识1.2可见光相机的装调方法1.3可见光相机的典型应用可见光相机的基础知识1.1可见光相机的基础知识可见光相机是一种通过镜头和图像传感器将目标的可见光影像记录于存储单元（如存储卡、磁盘等）中的光电类任务载荷，其成像具有纹理清晰、分辨率高、色彩还原度高等特点，能够准确呈现目标的形状、轮廓及色彩信息。1.1.1

可见光相机的组成可见光相机的外形

可见光相机一般通过云台搭载于无人机上。可见光相机的组成光学系统、图像传感器、图像数据处理电路等。1.1.1

可见光相机的组成小贴士云台定义：能使可见光相机或其他光电类任务载荷在水平和垂直方向上转动或调整角度，以便对准目标景物的装置。它可确保可见光相机或其他光电类任务载荷拍摄的稳定性和灵活性。1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……定义：可见光相机中用于捕捉、引导目标景物发出的可见光，并将其聚焦到图像传感器上的装置。1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统镜头由多个透镜组合而成，是光学系统的核心组成部分。这些透镜能够将来自目标景物的可见光聚集到图像传感器上，使图像传感器获取完整、准确的可见光信息。镜头的类型和质量直接决定了可见光相机成像的清晰度和逼真程度。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……定焦镜头变焦镜头短焦镜头标准镜头长焦镜头按焦距是否可变短焦镜头8mm焦距的镜头视场角接近180°，可达到“鱼眼”效果。短焦镜头焦距较短（通常为8mm、15mm、24mm、35mm），视场角较大，能获取较广阔景物的影像，适合大型地形地貌航拍等任务。1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……定焦镜头变焦镜头短焦镜头标准镜头长焦镜头按焦距是否可变标准镜头标准镜头焦距介于广角镜头和长焦镜头之间（通常为50mm左右），视场角接近人眼的视场角，成像自然真实，适合精细测绘、常规地面航拍等任务。长焦镜头长焦镜头焦距较长（通常在70mm以上），视场角较窄，景深浅，适合远距离监测特定目标、边境巡逻等任务。1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统定义：安装在可见光相机中、孔径大小可调节的圆形光阑，用于调节景深和进入可见光相机内的光量。光圈的大小（有效孔径）表示方法：镜头焦距f与光圈数之比。光圈数越小，光圈就越大，景深就越浅，背景也就越虚化。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……不同大小的光圈1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统小贴士景深是指在图像传感器感光平面上能获得清晰的影像时，所对应的物平面轴向深度，即在镜头对焦后，景物能够清晰成像的远近距离范围。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统定义：由玻璃镜片及其表面上的镀膜组成的功能镜片。通常位于可见光相机镜头的前端，用于对不同波段的光进行选择性吸收。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统UV

镜偏振镜ND镜常见的滤光镜UV

镜它还可以防止镜头刮伤和磕碰；在拍摄高原、雪地等景物时，也可提高影像的清晰度。UV

镜是一种用于过滤紫外线（波长通常小于

400

nm）的滤光镜。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统UV

镜偏振镜ND镜常见的滤光镜偏振镜偏振镜是一种用于过滤特定方向偏振光的滤光镜。它的主要作用是消除或减弱反光，提升影像的色彩饱和度和对比度。偏振镜分为线性偏振镜和圆偏振镜两种。其中，圆偏振镜在可见光相机中较为常见。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统UV

镜偏振镜ND镜常见的滤光镜ND镜ND

镜是一种非选择性滤光镜，能通过灰色玻璃（或涂层）均匀减弱所有波长光线的强度，而不改变光的颜色。ND

镜能通过减少进入镜头的光量来防止影像曝光过度，从而使可见光相机在强光环境下仍可以采用大光圈进行拍摄。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统快门是一种用于控制可见光相机曝光时间的装置。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……快门的开启时间决定图像传感器受光线作用的时间影响影像的明暗程度和可见光相机在拍摄运动目标时捕捉瞬时影像的能力1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……由机械部件（通常是两个金属帘幕）来控制光线的进入，适合需要长时间曝光的拍摄由电信号直接控制光线的进入，不依赖任何机械部件，适用于高速连拍和无声拍摄电子快门机械快门小贴士曝光时间的单位为秒（s），常用省去单位的分数表示，如

1、1/2、1/4、1/8、1/15、1/30、1/60、1/125、1/250、1/500等。1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统定义：光学系统中用于调整镜头组与图像传感器之间距离的装置。可通过移动透镜，使来自远近距离不同被摄景物的可见光照射在图像传感器上，最终形成清晰的影像。光学系统的组成镜头光圈滤光镜快门对焦机构……__________由多个透镜组合而成，是光学系统的核心组成部分。镜头1.1.1

可见光相机的组成1．光学系统小贴士除上述组成部分外，可见光相机内还集成了防抖系统。防抖系统主要用于在拍摄景物时防止因镜头抖动而出现影像失真。通过物理机制来抑制镜头抖动基于软件算法，通过对齐帧间图像来消除镜头抖动对影像清晰度的影响电子防抖系统光学防抖系统防抖系统1.1.1

可见光相机的组成2．图像传感器图像传感器是一种可将光信号转化为电信号的传感器，是可见光相机实现成像的核心部件。工作原理：基于半导体材料的光电效应工作的。1.1.1

可见光相机的组成2．图像传感器工作原理当可见光照射到图像传感器的像素上时，像素内的光敏二极管便会释放与光强成正比的电荷1这些微弱的电荷被像素阵列收集，并通过图像传感器内部的电路放大为模拟信号2模拟信号通过模数转换器转换为数字信号，形成原始数据31.1.1

可见光相机的组成2．图像传感器图像传感器类型特点电荷耦合器件（chargecoupleddevice，CCD）传感器成像质量好、分辨率高、色彩还原度高等互补金属氧化物半导体（complementarymetaloxidesemiconductor，CMOS）传感器成本低、功耗低、集成度高等CCD传感器CMOS传感器1.1.1

可见光相机的组成2．图像传感器小贴士像素又称像元，是指图像传感器上能单独感光的物理单元。模数转换器可将图像传感器产生的模拟信号转换为数字信号，从而使可见光相机的图像数据处理电路能够存储、传输和处理这些信息。1.1.1

可见光相机的组成3．图像数据处理电路图像数据处理电路用于对图像传感器输出的原始图像数据进行一系列算法运算和处理。小贴士图像数据处理电路中通常包含：处理单元通信单元存储单元电气单元……举例线性纠正、噪点去除、坏点修补、颜色插值、白平衡校正、曝光补偿等。可见光相机是一种通过镜头和_________________将来自目标景物的可见光记录于_____________中的光电类任务载荷。图像传感器存储单元1.1.1

可见光相机的组成3．图像数据处理电路同学们，你还记得图像传感器的工作原理是什么吗？可见光相机的成像过程1.1.2

可见光相机的工作原理该过程由可见光相机各组成部分协同工作，从而实现对目标景物的拍摄与影像输出。经大气传播后进入投射传输存储聚焦光线并对光线强度进行调节光信号转化为原始数据对原始数据进行处理1．推扫式相机的工作原理2．框幅式相机的工作原理1.1.2

可见光相机的工作原理在上述成像过程中，可见光相机可采用两种不同的成像方式，分别为推扫式和框幅式，采用这两种成像方式的可见光相机分别称为推扫式相机和框幅式相机。推扫式相机是一种通过线阵

CCD

传感器扫描成像的可见光相机，其线阵

CCD

传感器的像素呈直线排列，该直线与无人机的飞行方向垂直。工作时：将地面目标景物的影像投射为垂直于无人机飞行方向的扫描线在无人机向前飞行的过程中连续记录扫描线将这些扫描线拼接成一幅完整的影像1．推扫式相机的工作原理2．框幅式相机的工作原理1.1.2

可见光相机的工作原理由于每条扫描线的曝光时间较短，因此推扫式相机能够有效减少沿无人机飞行方向上的运动模糊，在无人机高速航拍测绘任务中具有显著优势。小贴士运动模糊是指在无人机航拍过程中，因可见光相机和目标景物之间的相对运动过快，光线在图像传感器上投射出轨迹而使最终影像中目标景物边缘被拉伸或失去锐度的现象。1．推扫式相机的工作原理2．框幅式相机的工作原理框幅式相机是一种采用面阵

CCD

传感器或

CMOS

传感器，在单次曝光过程中能同步捕获整个视场角范围内目标景物可见光的可见光相机。1.1.2

可见光相机的工作原理像素以二维阵列排布，所有像素在同一时刻感光，并通过电荷逐行转移的方式输出图像信号，具有灵敏度高、噪声低、成像一致性好等优点像素同样以二维阵列排布，但每个像素通常集成独立的放大器和读出电路，支持并行读取与区域访问，在功耗、读出速度、系统集成度、帧率等方面具有显著优势，同时可提供更灵活的成像控制能力1．推扫式相机的工作原理2．框幅式相机的工作原理框幅式相机是一种采用面阵

CCD

传感器或

CMOS

传感器，在单次曝光过程中能同步捕获整个视场角范围内目标景物可见光的可见光相机。1.1.2

可见光相机的工作原理凭借成像直观、数据处理简便等优势，框幅式相机被广泛应用于无人机航空摄影测量、地形测绘等任务中。小贴士1.1.2

可见光相机的工作原理可见光相机低空相机中高空相机高空相机用于在低空进行影像拍摄的可见光相机。通常搭载在消费级或中型工业级无人机上，广泛应用于城市巡检、公共设施管理等用于在中高空进行影像拍摄的可见光相机，广泛应用于区域监测、资源调查、大范围测绘等用于在高空进行影像拍摄的可见光相机。通常搭载在大型固定翼无人机上，广泛应用于大范围应急响应、环境监测等随堂检测简述可见光相机的组成1.1.3

可见光相机的性能指标可见光相机的性能指标光学性能指标传感器性能指标系统性能指标1.1.3

可见光相机的性能指标1．光学性能指标光学性能指标主要包括1）光谱波长范围2）焦距3）视场角4）杂散光5）畸变按波长的不同，电磁波谱可划分为不同的范围。可见光相机：光谱波长范围通常为400～700nm➡以更好地匹配人眼视觉并避免红外线干扰。可见光的光谱波长范围为380～780nm，在这个光谱波长范围之外的电磁波（如紫外线、红外线）人眼无法识别。在可见光的光谱波长范围内：紫光波长最短、能量最大红光波长最长、能量最小➡1.1.3

可见光相机的性能指标1．光学性能指标光学性能指标主要包括1）光谱波长范围2）焦距3）视场角4）杂散光5）畸变焦距：主点到焦点之间的距离。主点：透镜主平面与光轴的交点焦点：平行于光轴的光线经透镜或光学系统后与光轴的交点1.1.3

可见光相机的性能指标1．光学性能指标光学性能指标主要包括1）光谱波长范围2）焦距3）视场角4）杂散光5）畸变焦距是光学系统中用于衡量光的聚集或发散程度的指标。焦距长短与成像范围的大小成正比：焦距越长，成像范围就越大焦距越短，成像范围就越小1.1.3

可见光相机的性能指标1．光学性能指标光学性能指标主要包括1）光谱波长范围2）焦距3）视场角4）杂散光5）畸变定义：又称视场，以镜头的主点为顶点，以来自目标景物的可见光可通过镜头的最大范围边界为两条边所构成的夹角，其大小决定了可见光相机的视野范围。当无人机沿着某个方向飞行时，可见光相机的镜头必须具备足够大的视场角。视场角与焦距长短成反比：视场角越小，焦距就越长，视野范围也就越小，此时可见光相机能清晰地拍摄较远的目标景物视场角越大，焦距就越短，视野范围也就越大，此时可见光相机无法清晰地拍摄较远的目标景物（a）大视场角下的焦距（b）小视场角下的焦距1.1.3

可见光相机的性能指标1．光学性能指标光学性能指标主要包括1）光谱波长范围2）焦距3）视场角4）杂散光5）畸变定义：可见光相机中的像面（过像点并垂直于光轴的平面）接收到的从视场角外漏入或来自视场角内光源的非成像光线。杂散光由光学或结构部件表面的杂乱散射所致，可能会产生伪影、颜色失真，影响拍摄效果并掩蔽目标或环境细节，降低图像质量，造成对比度的降低和信噪比的减小，从而影响成像质量。1.1.3

可见光相机的性能指标1．光学性能指标光学性能指标主要包括1）光谱波长范围2）焦距3）视场角4）杂散光5）畸变定义：可见光相机对直线进行成像时产生的偏离现象，这种现象会导致图像放大率在整个视场角范围内不能保持相等，进而引起形变、产生像差（即实际像高与理想像高之差）。在实际应用中，畸变常用畸变率来表示，即像差占理想像高的百分率。按图像变形方式的不同：（a）正常物体（b）桶形畸变（c）桶形畸变畸变桶形畸变枕形畸变畸变率为负值，在短焦镜头成像中较为常见畸变率为正值，在长焦镜头成像中较为常见1.1.3

可见光相机的性能指标2．传感器性能指标传感器性能指标主要包括1）有效像素数2）帧频/行频3）最低照度4）动态范围5）信噪比定义：图像传感器从镜头上所能接收到的光信号，能被可见光相机最终输出为图像数据所反映的像素数。当可见光相机以相同大小的视场角成像时，通常有效像素数越多，图像所能呈现的细节就越丰富，分辨率也就越高。面阵图像传感器的有效像素数用水平有效像素数与垂直有效像素数的乘积表示，如

76805×580。线阵图像传感器的有效像素数通常用“K”表示，如1K（有效像素数为1024）、2K（有效像素数为2048）等。1.1.3

可见光相机的性能指标2．传感器性能指标传感器性能指标主要包括1）有效像素数2）帧频/行频3）最低照度4）动态范围5）信噪比小贴士轻量级无人机可见光相机的有效像素数通常为

40003000，可满足基本测绘任务和航拍的需求消费级无人机可见光相机的有效像素数通常为

51843888，能够平衡图像清晰度和数据处理量高精度测绘无人机可见光相机的有效像素数通常为60004000，可满足三维建模和大比例尺地图的制作需求1.1.3

可见光相机的性能指标2．传感器性能指标传感器性能指标主要包括1）有效像素数2）帧频/行频3）最低照度4）动态范围5）信噪比定义：图像传感器采集图像数据的频率，是图像传感器的重要性能指标之一。面阵图像传感器通常采用帧频，常用单位为

fps，如

30fps

表示图像传感器每秒能捕获或显示

30

帧图像数据线阵图像传感器通常采用行频，常用单位为

kHz，如1kHz

表示图像传感器每秒能捕获或显示1000行图像数据1.1.3

可见光相机的性能指标2．传感器性能指标传感器性能指标主要包括1）有效像素数2）帧频/行频3）最低照度4）动态范围5）信噪比定义：图像传感器输出的信号幅值低到某一规定值时的目标光亮度值。常用单位：瓦特（W）、勒克斯（lx）。最低照度是衡量可见光相机在较暗环境下成像性能的重要指标，表示的是图像传感器能感知的最低对地辐射功率。因此，最低照度越小，可见光相机在较暗环境下的成像能力也就越强。目前，行业内尚未对最低照度建立统一的测量标准，不同厂商在标注该指标时往往存在差异。1.1.3

可见光相机的性能指标2．传感器性能指标传感器性能指标主要包括1）有效像素数2）帧频/行频3）最低照度4）动态范围5）信噪比动态范围定义：图像传感器感应元件的势阱中可存储的最大电荷量和由噪声决定的最小电荷量之比，可用于衡量可见光相机在高亮度差异场景下记录明暗细节的能力。图像传感器的动态范围是一个固定值，不随外部条件的变化而改变。小贴士势阱是指对于粒子在势能场中的运动，当势能函数在空间有限范围内呈现最小值区域时的束缚结构。1.1.3

可见光相机的性能指标2．传感器性能指标传感器性能指标主要包括1）有效像素数2）帧频/行频3）最低照度4）动态范围5）信噪比信噪比定义：信号功率与噪声功率的比值。单位：分贝（dB）。信噪比是衡量图像传感器信号质量的核心指标之一，信噪比越大，图像传感器的信号质量就越好。点击播放可见光相机的传感器性能指标包括（）。A．有效像素数 B．最低照度C．动态范围 D．以上都是D1.1.3

可见光相机的性能指标3．系统性能指标系统性能指标主要包括1）分辨率2）地面收容宽度3）重叠度定义：可见光相机重现目标景物细节的能力。包括：（1）视觉分辨率：通过可见光相机在显示器或照片上重现的测试图中，黑白相间的线条刚好被人眼分辨的空间频率。由于光晕（伪信号）的影响，可见光相机可重现的空间频率通常低于测试图中相应区域的空间频率。（2）极限分辨率：对特定的分辨测试图测得的分辨率，用测试图线宽数每像高表示。（3）空间频率响应：由可见光相机测量所得的响应幅值，通常用相对于输入信号空间频率的函数表示。1.1.3

可见光相机的性能指标3．系统性能指标系统性能指标主要包括1）分辨率2）地面收容宽度3）重叠度定义：可见光相机拍摄的地面区域在垂直于飞行航线方向的宽度。地面收容宽度与可见光相机视场角的大小和无人机相对于地面的飞行高度有关：可见光相机的视场角越大，地面收容宽度就越大无人机相对于地面的飞行高度越高，地面收容宽度就越大1.1.3

可见光相机的性能指标3．系统性能指标系统性能指标主要包括1）分辨率2）地面收容宽度3）重叠度定义：相邻影像重叠的部分与整个影像尺寸之比，通常用百分率表示。重叠度航向重叠度旁向重叠度沿飞行方向，相邻影像重叠的长度与整个影像的长度之比在垂直于飞行方向上，相邻影像重叠的长度与整个影像长度之比1.1.3

可见光相机的性能指标随着科技的发展，无人机任务载荷技术已取得了突破性成就，其应用场景已从影像拍摄发展至涵盖高分辨率遥感成像、多光谱探测、激光雷达测绘、通信中继、精准农业作业、深海探测等多类任务场景的集成与协同作业。如今，无人机任务载荷已成为现代科学研究和工程作业的“移动实验室”。无人机任务载荷技术的发展不仅展示了高精尖制造的实力，更体现了跨学科协同创新的力量。面对这样一片充满挑战和机遇的技术蓝海，广大青年作为未来科技的中坚力量，更应将个人的技能成长与国家的科技需求紧密结合。只有通过不断的学习与实践，将所学技能转化为解决实际问题的能力，才能用技术改变生活、用智慧服务国家，从而在未来的无人机任务载荷产业浪潮中脱颖而出。载梦飞翔可见光相机的装调方法1.21.2可见光相机的装调方法可见光相机的装调包括的环节安装前检查硬件安装开机调试1.2.1

安装前检查在为无人机安装可见光相机前，应进行以下检查。（2）检查镜头模块，确保镜头模块已卡紧。（1）检查可见光相机的所有部件，确保所有部件齐全、完好。1.2.2

硬件安装可见光相机硬件安装的步骤如下。（2）对齐云台接口：将可见光相机移至无人机下方，使它们在云台接口上的标记对齐。（1）拆卸云台接口防护盖：按住无人机云台接口防护盖的解锁按键，拆卸无人机云台接口上的防护盖，然后用同样的方法拆卸可见光相机云台接口上的防护盖。（3）固定云台：将可见光相机云台接口垂直嵌入无人机云台接口，然后旋转可见光相机云台接口至锁定位置（此时通常会听到轻微的卡入声），确保云台连接牢固。1.2.2

硬件安装可见光相机硬件安装的步骤如下。（4）安装无人机电池：为无人机安装电池，确保电池锁扣旋至卡口位。小贴士在安装硬件前，应确保无人机电池已拆卸，以免在安装过程中无人机意外启动。在为无人机安装电池前，应检查电池的电量，确保电池电量充足。（5）连接电源线和数据线：将可见光相机的电源线和数据线连接到无人机机身相应的接口上。1.2.3

开机调试可见光相机开机调试的步骤如下。（2）连接控制软件：启动控制软件，确保控制软件与无人机和可见光相机连接成功。（1）开机自检：开启遥控器和无人机的电源，此时设备将开始自检。待设备自检完成后查看自检结果，确保设备自检无异常。（3）检查无人机的状态：通过控制软件检查无人机动力系统、航电系统、视觉系统等的状态。1.2.3

开机调试可见光相机开机调试的步骤如下。（5）检查成像效果：进行手动拍摄测试，检查可见光相机能否正常拍摄照片或视频，查看影像是否清晰，有无模糊、色彩偏差等问题。（4）设置可见光相机的参数：在控制软件中查看可见光相机的参数，并根据拍摄需求进行设置。1.2.3

开机调试小贴士在装调可见光相机时，应注意以下事项。（1）务必遵循设备说明书中的操作规范，避免因操作不当而损坏设备。（2）若遇到调试问题，如可见光相机无法连接、拍摄异常等，可尝试重新插拔可见光相机的电源线和数据线，或通过联系设备厂商获取帮助。（3）若可见光相机具有变焦功能，则应测试其在变焦范围内能否平滑变焦、正常工作。若可见光相机支持自动对焦，则应测试其在不同距离和场景下的对焦准确性。可见光相机的典型应用1.31.3

可见光相机的典型应用无人机搭载可见光相机应用地理测绘与三维制图目标识别与侦察农林植保与监测1.3.1

地理测绘与三维制图无人机搭载可见光相机进行地理测绘地理测绘与三维制图中，可见光相机是无人机的“眼睛”它可以拍摄具有高分辨率的地表影像，捕捉地形起伏、道路网络和建筑外观，并通过重叠航拍图像和精准的测量算法，生成高精度三维点云、数字高程模型和正射像片，从而为城市规划、土地资源管理、灾害评估等提供真实、立体的地理数据基础。可见光相机是无人机的“侦察员”1.3.2

目标识别与侦察无人机搭载可见光相机进行车辆识别它能够实时传输高清影像，并结合

AI

算法对影像中的目标进行智能识别、分类和追踪。无论是边境监控、人员搜寻还是特定车辆或设施的识别，可见光相机都能快速获取关键视觉信息，显著扩大侦察范围并减小地面视角盲区，从而提升监控精准度和整体响应效率。可见光相机是无人机的“巡检员”1.3.3

农林植保与监测无人机搭载可见光相机进行农林植保它通过拍摄农田或森林，可实时监测植被覆盖度、叶面积指数、植物生长健康状况等。结合图像识别技术，人们能够及时发现病虫害、干旱或养分不足的迹象，以精准进行喷药或施肥。可见光相机与植保无人机相结合，可实现农林植保作业从监测到处置的闭环管理，从而大幅提升生产效率。1.3.3

农林植保与监测无人机搭载可见光相机进行农林植保集思广益请查阅有关资料并讨论：可见光相机在无人机领域还有其他哪些应用？实践操作——安装可见光相机（1）检查可见光相机的所有部件是否齐全、完好（2）检查镜头模块是否卡紧（3）拆卸云台接口防护盖（4）对齐云台接口（5）固定云台（6）安装无人机电池（7）连接电源线和数据线（8）开机自检操作步骤实践操作——安装可见光相机（1）检查可见光相机的所有部件是否齐全、完好，如图所示。检查可见光相机的所有部件是否齐全、完好实践操作——安装可见光相机（2）检查镜头模块是否卡紧，如图所示。检查镜头模块是否卡紧实践操作——安装可见光相机（3）拆卸云台接口防护盖，如图所示。（a）拆卸无人机云台接口上的防护盖（b）拆卸可见光相机云台接口上的防护盖实践操作——安装可见光相机（4）对齐云台接口，如图所示。对齐云台接口（5）固定云台，如图所示。固定云台实践操作——安装可见光相机（6）安装无人机电池，如图所示。安装无人机电池（7）连接电源线和数据线。经检查，该可见光相机电源线和数据线集成在云台中，已通过云台接口与无人机连接，无须单独连接。实践操作——安装可见光相机（8）开机自检，如图所示。开启遥控器和无人机的电源，查看自检结果，结果显示设备自检无异常。（a）开启遥控器的电源（b）开启无人机的电源（c）查看自检结果学习成果评价指导教师对学生的实际学习成果进行评价，学生配合指导教师共同完成表。学习成果评价表班级

姓名

日期

组号

学号

指导教师

项目名称认识可见光相机评价项目评价内容分值/分评分/分自评互评师评知识

（40%）了解可见光相机的组成8

掌握可见光相机的工作原理8

掌握可见光相机的性能指标8

掌握可见光相机的装调方法10

了解可见光相机的典型应用6

技能

（40%）能够根据任务需求选择可见光相机20

能够装调可见光相机20

学习成果评价评价项目评价内容分值/分评分/分自评互评师评素质

（20%）积极参加教学活动，主动学习、思考、讨论5

认真负责，按时完成学习、实践任务5

团结协作，与组员之间密切配合5

守正创新，自信自强5

合计100

总评自评（20%）+

互评（20%）+

师评（60%）=自我评价

指导教师评价（续表）感谢观看无人机任务载荷

绪论项目1认识可见光相机项目2认识红外热成像仪项目3认识光谱相机项目4认识激光雷达项目5认识光电吊舱项目6认识合成孔径雷达项目7认识气体检测类任务载荷项目8认识通信中继载荷认识红外热成像仪项目2项目导读红外热成像仪（infraredthermalimager）内部装有红外探测器，可探测目标景物发出的红外辐射，将不可见的红外辐射转化为可见的热像图。由于红外热成像过程不受光照、天气等环境因素的影响，因此红外热成像仪广泛用于工业巡检、灾害监测、应急救援等任务。本项目首先介绍红外热成像仪的基础知识，然后介绍红外热成像仪的装调方法和典型应用。学习目标知识目标技能目标素质目标了解红外热成像仪的分类和组成。掌握红外热成像仪的工作原理和性能指标。掌握红外热成像仪的装调方法。了解红外热成像仪的典型应用。弘扬一丝不苟、精益求精的工匠精神。激发自强不息、开拓创新的奋斗精神。能够根据任务需求选择红外热成像仪。能够装调红外热成像仪。在一次突如其来的森林火灾救援行动中，消防应急指挥中心下达了无人机侦察任务。无人机驾驶员刘工接到任务后，迅速在一架无人机上安装并调试了一台红外热成像仪，并操控这架无人机深入火场侦察。项目引入当红外热成像仪摄取的热像图传回地面站屏幕时，他发现其中有若干人形红斑，于是立即向消防应急指挥中心报告。发现被困人员，请求调度地面力量救援！得益于红外热成像仪的精准识别和定位，被困人员很快被找到并救出。项目引入看到红外热成像仪在此次任务中发挥的关键作用，一旁的小李决心学习红外热成像仪的调试方法，以便以后能像刘工那样执行应急救援任务。项目准备1）学生分组全班学生以

3～5

人为一组进行分组。各组选出组长并进行任务分工，然后将小组成员及分工情况填入表中。班级

组号

指导教师

小组成员姓名学号小组分工组长

组员

小组概况及分工项目准备2）工作计划各小组制订工作计划并展开讨论，确定最终的工作计划，将其填入表中。序号工作内容负责人

最终的工作计划项目准备3）设备和工具各小组根据最终的工作计划，将实施所需的设备和工具填入表中。实施所需的设备和工具序号名称规格与型号单位数量备注

项目准备4）个人防护及设备安全情况检查各小组按表检查个人防护及设备安全情况，检查内容合格的在“□”上打“√”，不合格的按要求进行整改，整改合格后在“□”上打“√”。个人防护及设备安全情况检查检查项目检查内容个人防护

情况□按规定穿实训服、工作鞋，戴防护手套□按规定佩戴护目镜及其他防护装备设备安全

情况□无人机机身、红外热成像仪、云台或专用支架无裂纹、变形等缺陷□无人机电源已关闭，电池无鼓包、漏液或破损□红外热成像仪的电源线和数据线无破损、过度弯折和挤压现象□操作台干净，操作工具摆放整齐，工位采光良好章节导航2.1红外热成像仪的基础知识2.2红外热成像仪的装调方法2.3红外热成像仪的典型应用红外热成像仪的基础知识2.12.1

红外热成像仪的基础知识红外热成像仪定义：又称红外成像仪，是一种利用红外热成像技术，将目标景物发出的红外辐射转化为热像图的光电类任务载荷。其中，热像图可显示物体表面温度的分布情况。红外热成像模组思考：同学们，你知道红外热成像仪是如何分类的吗？2.1.1

红外热成像仪的分类按有无光机扫描器，红外热成像仪可分为扫描型红外热成像仪和凝视型红外热成像仪两种。1．扫描型红外热成像仪2．凝视型红外热成像仪扫描型红外热成像仪采用线性阵列探测器通过光机扫描器对目标景物进行水平扫描和垂直扫描，将目标景物发出的红外辐射一行行记录下来并将其转化为电信号，最终生成完整的热像图。1．扫描型红外热成像仪2．凝视型红外热成像仪2.1.1

红外热成像仪的分类按有无光机扫描器，红外热成像仪可分为扫描型红外热成像仪和凝视型红外热成像仪两种。目前，在无人机任务载荷中较常用的红外热成像仪为凝视型红外热成像仪。若无特别说明，以下所指红外热成像仪均指凝视型红外热成像仪。凝视型红外热成像仪采用红外焦平面阵列探测器直接将整个目标景物发出的红外辐射记录下来，从而在一瞬间生成完整的热像图。1.红外光学系统2.红外焦平面阵列探测器3.图像数据处理电路2.1.2

红外热成像仪的组成红外光学系统的镜头组成红外光学系统的组成与可见光相机光学系统的组成相似，只是因工作波段的不同而在透镜的材料上有所区别。普通透镜无法透过中长波红外辐射（波长为3～12μm）红外光学系统的镜头需要使用含有锗（Ge）、硅（Si）或硫化锌（ZnS）等特殊材料的透镜，且这些透镜通常采用精密的研磨与抛光工艺制成非球面状，以减少像差。1.红外光学系统2.红外焦平面阵列探测器2.1.2

红外热成像仪的组成组成红外焦平面阵列探测器是红外热成像仪的核心组成部分。红外焦平面阵列探测器内部集成了红外焦平面阵列和模数转换器位于红外光学系统焦平面上，由若干带有读出电路的探测元件按矩阵排列组成的器件。3.图像数据处理电路1.红外光学系统2.红外焦平面阵列探测器3.图像数据处理电路2.1.2

红外热成像仪的组成组成工作原理通过红外焦平面阵列将目标景物发出的红外辐射转化为电信号1通过读出电路将电信号传输至模数转换器2模数转换器将这些电信号转换为数字信号，然后向图像数据处理电路输入原始数据31.红外光学系统2.红外焦平面阵列探测器3.图像数据处理电路2.1.2

红外热成像仪的组成组成图像数据处理电路主要用于处理红外焦平面阵列探测器输出的原始数据。工作原理对原始数据进行非均匀性校正1进行增强、去噪并对伪彩色进行编码21.红外光学系统2.红外焦平面阵列探测器3.图像数据处理电路2.1.2

红外热成像仪的组成组成小贴士红外热成像仪相较于传统的两点或多点校正：对原始数据进行非均匀性校正，能够提高温度映射的精度➡解决红外成像仪因元件差异导致的伪影问题。利用深度学习模型重建超分辨率图像并进行图像去噪，能够抑制随机噪声➡从而使低分辨率或受干扰的热像图更清晰。此外，结合轻量级网络的实时目标检测与跟踪算法，红外热成像仪还能够在热像图中快速定位并跟踪行人、车辆、动物等目标➡为复杂环境下的安防监控与救援行动提供有力的技术支撑。红外热成像仪主要由（）组成。A．红外光学系统 B．红外焦平面阵列探测器C．图像数据处理电路 D．以上都是D红外热成像仪的成像过程：2.1.3

红外热成像仪的工作原理目标景物因自身温度高于绝对零度而持续向外界发出红外辐射。聚焦传输存储红外辐射在大气中传播后由红外光学系统接收。将红外辐射转化为原始数据。对原始数据进行一系列处理。2.1.3

红外热成像仪的工作原理红外焦平面阵列探测器制冷型非制冷型制冷型和非制冷型的工作原理有什么不同呢？2.1.3

红外热成像仪的工作原理1．制冷型红外焦平面阵列探测器的工作原理制冷型红外焦平面阵列探测器的红外焦平面阵列在吸收红外辐射后会发生光电效应，探测元件中的电子运动状态会发生改变，从而使探测元件的某种电学参量发生变化。通过测量该电学参量的变化即可测出红外辐射的辐射通量。制冷型红外焦平面阵列探测器的响应信号通常较弱，且热激发产生的暗电流会形成噪声，从而限制探测灵敏度。需要配备制冷装置，通过降低工作温度来抑制噪声。制冷型红外焦平面阵列探测器的特点：噪声低、探测效率高、响应速度快等。2.1.3

红外热成像仪的工作原理1．制冷型红外焦平面阵列探测器的工作原理常用的制冷型红外焦平面阵列探测器包括光电导探测器、光伏探测器等。工作原理：光电导探测器的红外焦平面阵列采用光电导体作为探测元件，该探测元件在吸收红外辐射后内部会产生电子-空穴对，从而使自身的电导率增大，电阻减小。通过外加偏置电压，将探测元件电阻的变化转化为电流或电压信号，即可将红外辐射转化为电信号。工作原理：光伏探测器的红外焦平面阵列采用PN结作为探测元件，该探测元件在吸收红外辐射后会在两端产生电势差，无须外加偏置电压即可将红外辐射转化为电信号。2.1.3

红外热成像仪的工作原理1．制冷型红外焦平面阵列探测器的工作原理小贴士由于制冷型红外焦平面阵列探测器需要复杂的制冷装置，在价格、体积、重量和可靠性方面都不具优势。在民用任务载荷中，红外焦平面阵列探测器基本上都是非制冷型的。在军用和科研领域中，制冷型红外焦平面阵列探测器因其高灵敏度和远距离探测能力而应用较多。2.1.3

红外热成像仪的工作原理2．非制冷型红外焦平面阵列探测器的工作原理非制冷型红外焦平面阵列探测器的红外焦平面阵列在吸收红外辐射后会产生热效应，进而引发探测元件的物理性质发生变化。通过测量这些变化即可测出红外辐射的辐射通量。非制冷型红外焦平面阵列探测器的特点：成本低、体积小、重量轻、功耗小、响应波段宽等。2.1.3

红外热成像仪的工作原理2．非制冷型红外焦平面阵列探测器的工作原理常用的非制冷型红外焦平面阵列探测器包括测辐射热计、热释电探测器等。工作原理：测辐射热计的红外焦平面阵列采用由氧化钒材料制成的探测元件，该探测元件在吸收红外辐射后温度会升高，电阻会随之发生变化。通过外部电路测量探测元件电阻的变化，即可将红外辐射转化为电信号。小贴士测辐射热计通常以氮化硅（Si3N4）作为支撑材料，氧化钒热敏电阻在它上面构建出微桥结构，在常温下即可正常工作，因此无须配置制冷装置。常见的测辐射热计有热敏电阻测辐射热计、金属薄膜测辐射热计、介质测辐射热计等。2.1.3

红外热成像仪的工作原理2．非制冷型红外焦平面阵列探测器的工作原理常用的非制冷型红外焦平面阵列探测器包括测辐射热计、热释电探测器等。工作原理：热释电探测器的红外焦平面阵列采用由热释电材料制成的探测元件，该探测元件在吸收红外辐射后内部晶体的极化强度会因温度变化而改变，使探测元件表面产生瞬时电荷分离。通过外部电路将探测元件表面的电荷变化转化为电流，即可将红外辐射转化为电信号。小贴士极化强度是介电体单位体积内的电偶极矩的总和，是用于表示电介质极化程度和方向的物理量。热释电探测器响应速度快，适用于高帧率成像系统。简述非制冷型红外热成像仪的工作原理2.1.4

红外热成像仪的性能指标红外热成像仪的性能指标光学性能指标探测器性能指标系统性能指标2.1.4

红外热成像仪的性能指标1．光学性能指标光学性能指标主要包括1）光谱波长范围2）焦距和视场角3）透过率……红外热成像仪的光谱波长范围：短波红外波段（光谱波段为

1.1～3μm）中波红外波段（光谱波段为3～5

μm）长波红外波段（光谱波段为8～13

μm）……1）光谱波长范围红外热成像仪的焦距和场视角与可见光相机的指标定义相同。2）焦距和视场角透过率用于描述介质或导光体的透光特性，是指该介质或导光体出射的光能量与投射到该介质或导光体上的总光能量的比值，通常用百分率或小数表示。透过率能体现光学元件透过光束的能力和传递光的效率。3）透过率2.1.4

红外热成像仪的性能指标2．探测器性能指标探测器性能指标主要包括1）帧频/行频2）最小可分辨温差3）动态范围4）信噪比……帧频是指红外焦平面阵列在1s时间内的信号输出帧数，单位为Hz。红外焦平面阵列帧频通常为25Hz、50Hz、100Hz

等。行频是指红外焦平面阵列在1s时间内的信号输出行数，单位为Hz。1）帧频/行频最小可分辨温差（minimumresolvabletemperaturedifference,MRTD）是指红外热成像仪能分辨的目标与背景的最小温差。MRTD可综合描述系统的空间分辨率和温度灵敏度，是目标空间频率的函数，与系统调制传递函数、噪声等效功率等因素有关。2）最小可分辨温差2.1.4

红外热成像仪的性能指标2．探测器性能指标探测器性能指标主要包括1）帧频/行频2）最小可分辨温差3）动态范围4）信噪比……动态范围是指红外焦平面阵列在均匀辐照条件下，饱和辐照功率与噪声等效功率的比值。3）动态范围红外热成像仪的信噪比是指信号功率与噪声功率的比值。其中，噪声主要包括光子散粒噪声、光子响应非均匀性噪声、暗电流噪声等。4）信噪比2.1.4

红外热成像仪的性能指标3．系统性能指标系统性能指标主要包括1）分辨率、地面收容宽度、重叠度2）噪声等效功率3）虚警率4）像素探测率……小贴士辐照是指在单位时间透射在单位面积上的辐射通量。辐照功率是指入射到一个像素上的总功率。红外热成像仪的分辨率、地面收容宽度、重叠度与可见光相机的指标定义相同。1）分辨率、地面收容宽度、重叠度噪声等效功率是指信噪比为1时，红外焦平面阵列接收的辐照功率。噪声等效功率是红外焦平面阵列平均噪声电压与平均响应率的比值，是评估红外热成像仪性能的关键参数之一。一般情况下，噪声等效功率越小，探测器灵敏度就越高，噪声等效温差就越低，测温精度越高和热像图质量也就越好。2）噪声等效功率2.1.4

红外热成像仪的性能指标3．系统性能指标系统性能指标主要包括1）分辨率、地面收容宽度、重叠度2）噪声等效功率3）虚警率4）像素探测率……虚警率是指在无目标情况下，红外热成像仪错误识别噪声或杂波为目标的频率，用于衡量红外热成像仪准确识别噪声的能力。3）虚警率像素探测率是指当1W辐照功率投射到单位面积的像素上，在1

Hz

带宽内获得的信噪比。4）像素探测率红外热成像仪的______________是指信号功率与噪声功率的比值。信噪比2.1.4

红外热成像仪的性能指标随着人工智能技术与传感技术的深度融合，我国红外热成像技术在红外探测、目标识别、热源追踪等技术领域实现了跨越式发展。从早期的单波段成像到如今的高灵敏度红外热成像，红外热成像仪的性能不断提升，展现了我国在光电集成领域的强大实力，也为我国开展极端环境探测提供了关键支撑。载梦飞翔红外热成像仪的装调方法2.22.2

红外热成像仪的装调方法红外热成像仪的装调包括的环节安装前检查硬件安装开机调试2.2.1

安装前检查在为无人机安装红外热成像仪前，应进行以下检查。（2）检查无人机电池，确保电池无损坏、电池电量充足。（1）检查红外热成像仪的所有部件，确保所有部件齐全、完好。2.2.2

硬件安装红外热成像仪硬件安装的步骤如下。（2）安装无人机电池：为无人机安装电池，确保电池锁扣旋至卡口位。（1）固定红外热成像仪。打开无人机的机臂和桨叶，通过云台或专用支架，将红外热成像仪安装在无人机上，确保云台或专用支架与无人机的连接牢固，避免在飞行过程中出现松动或脱落。2.2.2

硬件安装红外热成像仪硬件安装的步骤如下。（4）连接电源线和数据线：将红外热成像仪的电源线连接到无人机上的电源接口，然后将红外热成像仪的数据线（如视频输出线、控制线等）连接到无人机上相应的接口。（3）安装遥控器：从遥控器背面取下摇杆，将其安装到遥控器上的相应位置，展开遥控器上的天线并将其旋至合适位置。2.2.3

开机调试红外热成像仪开机调试的步骤如下。（2）连接控制软件：启动控制软件，确保控制软件与无人机和红外热成像仪连接成功。（1）开启遥控器和无人机的电源：分别按下遥控器和无人机的电源键，观察设备的启动过程，确保设备能够正常启动，无异常报警或故障提示。（3）检查无人机的状态：通过控制软件检查无人机动力系统、航电系统、视觉系统等的状态。2.2.3

开机调试红外热成像仪开机调试的步骤如下。（4）设置红外热成像仪的参数：根据实际需求，设置红外热成像仪的参数，如测温模式、调色板、增益模式、焦距等。小贴士应用场景不同，红外热成像仪可能需要设置不同的参数。电力设备巡检➡设置较高的温度量程和灵敏度。搜索救援场景➡选择适合夜间观察的调色板。此外，部分红外热成像仪需要进行校准，以确保测温精度。校准方法通常包括辐射校准、温度量程校准等，具体校准步骤可参考设备的使用说明书。2.2.3

开机调试红外热成像仪开机调试的步骤如下。（5）检查成像效果：对红外热成像仪进行手动拍摄测试，观察拍摄效果，检查热像图是否清晰、温度显示是否准确。此时，可通过拍摄不同温度的目标物体，验证红外热成像仪的测温功能和图像质量。2.2.3

开机调试小贴士在装调红外热成像仪时，应注意以下事项。（1）务必遵循设备说明书中的操作规范，避免因操作不当而损坏设备。（2）红外热成像仪的镜头应避免对准强光源（如太阳、激光等），以免损坏镜头或影响测温精度。（3）测试过程中，应注意环境因素对红外热成像的影响，如温度、湿度、风速等，必要时进行环境补偿。（4）根据拍摄测试的结果，可对红外热成像仪的参数进行进一步调整和优化，以达到最佳的成像效果和测温精度。红外热成像仪的典型应用2.32.3

红外热成像仪的典型应用无人机搭载红外热成像仪应用消防救援与灾害监测基础设施与工业巡检农业与生态环境监测……2.3.1

消防救援与灾害监测无人机搭载红外热成像仪进行灾害监测在消防救援与灾害监测中红外热成像仪能在浓烟弥漫的火场环境下穿透烟幕，精准捕捉火焰的高温热点，为指挥中心实时提供火场的热像图。在地震、滑坡等灾害后的废墟中红外热成像仪可捕捉人体散发的热辐射，在夜间或在能见度极低的环境中识别和定位受困人员，大幅提升救援效率。2.3.2

基础设施与工业巡检无人机搭载红外热成像仪进行桥梁无损检测在基础设施与工业巡检中红外热成像仪能够快速扫描建筑物、输电线路、光伏电站、大型机械设备等，捕捉其中发热元件的异常温升，如变压器的热点、光伏板的热斑等。这种高效的非接触式巡检方式不仅大幅降低了人工高空作业的危险性，还便于提前发现设备的潜在故障，预防因元件过热导致的重大安全事故和经济损失。在农业与生态环境监测中红外热成像仪为精准农业管理和生态保护提供了重要的数据支撑。2.3.3

农业与生态环境监测无人机搭载红外热成像仪进行野生动物的活动轨迹监测通过检测植被的蒸腾散热量和水分含量的差异，快速识别出农田中的干旱区域或病虫害早期迹象，帮助人们精准灌溉和施药，提高作物产量和资源利用效率。农业管理在农业与生态环境监测中红外热成像仪为精准农业管理和生态保护提供了重要的数据支撑。2.3.3

农业与生态环境监测无人机搭载红外热成像仪进行野生动物的活动轨迹监测监测野生动物的分布和活动轨迹，评估植被的健康状态，为生态环境的监测与保护提供支持。生态保护集思广益请查阅有关资料并讨论：红外热成像仪在无人机领域还有其他哪些应用？项目总结认识红外热成像仪红外热成像仪的基础知识红外热成像仪的分类红外热成像仪的组成红外热成像仪的工作原理红外热成像仪的性能指标红外热成像仪的装调方法安装前检查硬件安装开机调试红外热成像仪的典型应用消防救援与灾害监测基础设施与工业巡检农业与生态环境监测实践操作——调试红外热成像仪操作步骤（1）检查无人机电池（2）安装无人机电池（3）安装遥控器（4）连接电源线和数据线（5）开启遥控器和无人机的电源（6）连接控制软件（7）检查无人机的状态（8）切换拍摄模式（9）设置测温模式（10）设置调色板（11）切换增益模式（12）设置焦距（13）检查成像效果实践操作——调试红外热成像仪（1）检查无人机电池。检查无人机电池（2）安装无人机电池。安装无人机电池实践操作——调试红外热成像仪（3）安装遥控器。（a）安装遥控器的摇杆（b）展开遥控器的天线（4）连接电源线和数据线。经检查，该红外热成像仪的电源线和数据线集成在专用支架中，已通过专用支架接口与无人机连接，无须单独连接。实践操作——调试红外热成像仪（5）开启遥控器和无人机的电源。（a）开启遥控器的电源（b）开启无人机的电源实践操作——调试红外热成像仪（6）连接控制软件。在遥控器屏幕的初始界面查看设备的连接情况。此时，初始界面的右侧显示载荷型号和无人机型号且右上角显示“正常”，这表示遥控器控制软件已与无人机和红外热成像仪连接成功。连接控制软件实践操作——调试红外热成像仪（7）检查无人机的状态。首先点击遥控器屏幕初始界面的“进入飞行界面”按钮，进入“飞前检查”界面。“飞前检查”界面然后点击该界面左上角的“健康管理”按钮，进入“健康管理系统”界面。在“健康管理系统”界面查看无人机各组成部分的状态，结果显示均正常。“健康管理系统”界面实践操作——调试红外热成像仪（8）切换拍摄模式。返回“飞前检查”界面并关闭该界面，进入图传界面。在图传界面的左侧点击“广角”“变焦”“红外”图标，即可在这三种拍摄模式间进行切换。将当前拍摄模式切换为“红外”。将当前拍摄模式切换为“红外”实践操作——调试红外热成像仪（9）设置测温模式。点击图传界面热像图中的任意一点，即可将当前测温模式设置为点测温。框选图传界面热像图中的某个区域，即可将当前测温模式设置为区域测温。（a）将当前测温模式设置为点测温（b）将当前测温模式设置为区域测温实践操作——调试红外热成像仪（10）设置调色板。点击图传界面右上方的调色板图标，在弹出的调色板面板中，分别在“颜色模式”选项卡和“温度显示范围”选项卡中设置成像的颜色模式和温度显示范围。（a）“颜色模式”选项卡（b）“温度显示范围”选项卡实践操作——调试红外热成像仪（11）切换增益模式。点击图传界面右上方的“模式”图标，根据场景需求将增益模式切换为高增益（-20～150）模式或低增益（0～500）模式。切换增益模式设置焦距（13）检查成像效