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红外成像概述

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1 红外线
红外线(Infrared,简称IR)是波长介乎微波与可见光之间的电磁波,其波长在760奈米(nm)至1毫米(mm)之间,是波长比红光长的非可见光,对应频率约是在430 THz到300 GHz的范围内。室温下物体所发出的热辐射多都在此波段。
1.1 一般使用者的分类是:
近红外线(NIR, IR-A DIN):波长在 0.75 - 1.4 微米,以水的吸收来定义,由于在二氧化硅玻璃中的低衰减率,通常使用在光纤通信中。在这个区域的波长对影像的增强非常敏锐。例如,包括夜视设备,像是夜视镜。
短波长红外线(SWIR, IR-B DIN):1.4 - 3 微米,水的吸收在 1,450 nm显著的增加。1,530 至 1,560 nm是主导远距离通信的主要光谱区域。
中波长红外线(MWIR, IR-C DIN):也称为中红外线:波长在 3 - 8 微米。被动式的红外线追热导向导弹技术在设计上就是使用 3 - 5 微米波段的大气窗口来工作,对飞机红外线标识的归航,通常是针对飞机引擎排放的羽流。
长波长红外线(LWIR, IR-C DIN):8 - 15 微米。这是”热成像”的区域,在这个波段的感测器不需要其他的光或外部热源,例如太阳、月球或红外灯,就可以获得完整的热排放量的被动影像。前视性红外线(FLIR)系统使用这个区域的频谱。,有时也会被归类为”远红外线”
远红外线(FIR):50 - 1,000 微米(参见远红外线激光)。
NIR和SWIR有时被称为 “反射红外线” ,而MWIR和LWIR有时被称为”热红外线”,这是基于黑体辐射曲线的特性,典型的’热’物体,像是排气管,同样的物体通常在MW的波段会比在LW波段下来得更为明亮。
1.2 感测器回应分类方案
可以依不同感测器可侦测的范围来分类:
近红外线: 波长范围为 0.7 至 1.0 µm(由人眼无法侦测的范围到硅可响应的范围)
短波红外线:波长范围为 1.0 至 3.0 µm(由硅的截止频率到大气红外线窗口的截止频率),InGaAs范围可以到 1.8 µm,一些较不灵敏的铅盐也可侦测到此范围。
中波红外线:波长范围为 3.0 至 5.0 µm(由大气红外线窗口定义,也是锑化铟及HgCdTe可覆盖的范围,有时是硒化铅可覆盖的范围)
长波红外线:波长范围为 8.0 至 12.0 或是 7.0 至 14 µm(是HgCdTe及微测辐射热计可覆盖的范围)
远红外线(VLWIR):波长范围为 12.0 至 30 µm,是掺杂硅可覆盖的范围
1.3 红外线辐射源区分
红外线辐射源可区分为四部分:
白炽发光区(Actinic range):或称“光化反应区”,由白炽物体产生的射线,自可见光域到红外域。如灯泡(钨丝灯,TUNGSTEN FILAMENT LAMP),太阳。
热体辐射区(Hot-object range):由非白炽物体产生的热射线,如电熨斗及其它的电热器等,平均温度约在400℃左右。
发热传导区(Calorific range):由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。平均温度低于200℃,此区域又称为“非光化反应区”(Non-actinic)。
温体辐射区(Warm range):由人体、动物或地热等所产生的热射线,平均温度约为40℃左右。
站在照相与摄影技术的观点来看感光特性:光波的能量与感光材料的敏感度是造成感光最主要的因素。
波长愈长,能量愈弱,即红外线的能量要比可见光低,比紫外线更低。但是高能量波所必须面对的另一个难题就是:能量愈高穿透力愈强,无法形成反射波使感光材料撷取影像,例如X光,就必须在被照物体的背后取像。因此,摄影术就必须往长波长的方向——“近红外线”部分发展。
以造影为目标的近红外线摄影术,随着化学与电子科技的进展,演化出下列三个方向:
近红外线底片:以波长700nm~900nm的近红外线为主要感应范围,利用加入特殊染料的乳剂产生光化学反应,使此一波域的光变化转为化学变化形成影像。
近红外线电子感光材料:以波长 700nm~2,000nm 的近红外线为主要感应范围,它是利用以硅为主的化合物晶体产生光电反应,形成电子影像。
中、远红外线热像感应材料:以波长 3,000nm~14,000nm 的中红外线及远红外线为主要感应范围,利用特殊的感应器及冷却技术,形成电子影像。


1楼2022-04-19 09:56回复