1、光電圖像處理 （九）光電成像系統(tǒng)03電子工程學院光電子技術(shù)系10/11/20221光電圖像處理電子工程學院光電子技術(shù)系10/10/20221夜視技術(shù)是研究在夜間或微弱照度下，光學圖像信息的攝取、波段轉(zhuǎn)換、增強、處理、傳輸、貯存和顯示的技術(shù)。在人類所獲得的各種信息中通過視覺系統(tǒng)獲得的信息約占7580。由于視覺系統(tǒng)的局限性和缺陷，限制了人類獲得微弱、精細和高速圖像信息和不可見光圖像的可能性。10/11/20222夜視技術(shù)是研究在夜間或微弱照度下，光學10/10/20222人眼的局限性和缺陷如下：1. 響應(yīng)波長的限制；2. 響應(yīng)輻射能的限制；3. 空間分辨力的限制；4. 對比度（灰度）分辨力限制；5

2、. 時間分辨力的限制。10/11/20223人眼的局限性和缺陷如下：10/10/20223夜視技術(shù)分為兩大類：1. 紅外熱成像技術(shù)：將人眼看不見的目標和場景自身紅外熱輻射形成的溫度圖像轉(zhuǎn)換、增強、處理和顯示為適合人眼觀察的可見光圖像的技術(shù)。2. 微光夜視技術(shù)：在夜晚光或微弱照度條件下，將人眼看不見的目標和場景的反射光形成的灰度圖像轉(zhuǎn)換、增強、處理和顯示為適合人眼觀察的可見光圖像的技術(shù)。10/11/20224夜視技術(shù)分為兩大類：10/10/20224主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用10/11/20225主要內(nèi)容一

3、、引言10/10/20225主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用10/11/20226主要內(nèi)容一、引言10/10/20226一、引言地面10米望遠鏡用7種波長觀測的彗木碰撞后的紅外圖像SL-9彗核C碰撞前后的木星紅外圖像天文觀測1.1 紅外線的應(yīng)用10/11/20227一、引言地面10米望遠鏡用7種波長觀測的彗木碰撞后的紅外圖像一、引言紅外望遠鏡紅外攝像機（英軍押解伊戰(zhàn)俘）軍事觀察10/11/20228一、引言紅外望遠鏡紅外攝像機（英軍押解伊戰(zhàn)俘）軍事觀察10/一、引言紅外云圖氣象預(yù)測10/11/20229一、引言

4、紅外云圖氣象預(yù)測10/10/20229一、引言紅外感應(yīng)開關(guān)紅外測溫儀溫度感應(yīng)10/11/202210一、引言紅外感應(yīng)開關(guān)紅外測溫儀溫度感應(yīng)10/10/20221一、引言醫(yī)學成像10/11/202211一、引言醫(yī)學成像10/10/202211一、引言1.2 紅外線的歷史 1835年，安培宣告了光和熱射線的同一性。 1800年，赫胥耳利用太陽光譜色散實驗發(fā)現(xiàn)了紅外光。通常取可見光譜中紅光末端為780nm，比它長的光就是紅外光，或稱為熱射線。10/11/202212一、引言1.2 紅外線的歷史 1835年，安培宣告了光和熱射一、引言 1870年，蘭利制成了面積只有針孔那樣大小的探測器，并用凹面反射光

5、柵、巖鹽及氟化物棱鏡來提高測量色散的能力，這為紅外應(yīng)用的重要方面航空攝影奠定了基礎(chǔ)。1880年，“紅外”一詞出現(xiàn)在阿貝尼的文 章中（最早）。 1888年，麥洛尼用比較靈敏的熱電堆改進了赫胥耳的探測和測量方法，為紅外技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。10/11/202213一、引言 1870年，蘭利制成了面積只有針孔那樣大小的探測器一、引言 1904年，開始采用近紅外進行攝影。 1929年，柯勒發(fā)明了銀氧銫（Ag-O-Cs）光陰極，開創(chuàng)了紅外成像器件的先河。 二十世紀30年代中期，荷蘭、德國、美國各自獨立研制成紅外變像管，紅外夜視系統(tǒng)應(yīng)用于實戰(zhàn)。 1952年，美國陸軍制成第一臺熱像記錄儀。10/11/202214

6、一、引言 1904年，開始采用近紅外進行攝影。 1929年，主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用10/11/202215主要內(nèi)容一、引言10/10/202215二、紅外輻射的基本概念2.1 紅外輻射紅外輻射是一種電磁波：近紅外（0.783.0um）中紅外（3.020um）遠紅外（20100um）10/11/202216二、紅外輻射的基本概念2.1 紅外輻射紅外輻射是一種電磁波：二、紅外輻射的基本概念紅外輻射普遍存在于自然界：紅外輻射的倍頻程比可見光寬: 任何溫度高于絕對零度的物體（人體、冰、雪等）都在不停地發(fā)射紅外

7、輻射。倍頻程：若使每一頻帶的上限頻率比下限頻率高一倍，即頻率之比為2，這樣劃分的每一個頻程稱為1倍頻程，簡稱倍頻程。可見光：0.380.78um，一個倍頻程紅外線：0.781000um，商為1282210，10個倍頻程10/11/202217二、紅外輻射的基本概念紅外輻射普遍存在于自然界：紅外輻射的倍二、紅外輻射的基本概念 一般物體的紅外輻射率和吸收率都小于1，并且其輻射和吸收能力都與表面溫度和波長有關(guān)。 黑體的紅外輻射率和吸收率為1（客觀世界不存在），其意義體現(xiàn)在為衡量自然物體的紅外輻射和吸收能力建立一個標準。 黑體假想的全部吸收和輻射紅外電磁波的理想體，其紅外吸收和輻射能力與溫度無關(guān)。10

8、/11/202218二、紅外輻射的基本概念 一般物體的紅外輻射率和吸收率都二、紅外輻射的基本概念 在理論和工程實踐中，常用物體的比輻射率定量描述物體輻射和吸收紅外電磁波的能力；（1）即物體的實際紅外輻射與同溫度下黑體紅外輻射之比值，顯然，物體的比輻射率都小于1。人體為0.9810/11/202219二、紅外輻射的基本概念 在理論和工程實踐中，常用物體的二、紅外輻射的基本概念10/11/202220二、紅外輻射的基本概念10/10/202220二、紅外輻射的基本概念2.2 紅外輻射的三個規(guī)律 同溫度物體的紅外發(fā)射能力正比于其紅外吸收能力；紅外平衡狀態(tài)時，物體吸收的紅外能量恒等于它所發(fā)射的紅外能量

9、。 基爾霍夫定律推論：性能好的反射體或透明體，必然是性能差的輻射體。基爾霍夫：1824188710/11/202221二、紅外輻射的基本概念2.2 紅外輻射的三個規(guī)律 二、紅外輻射的基本概念 物體輻射的紅外能量密度W與其自身的熱力學溫度T的4次方成正比，并與它表面的比輻射率成正比： 斯蒂芬玻耳茲曼定律（1879，1884）（2）可見，物體的溫度越高，紅外輻射能量越多。正常人體的紅外輻射功率大致為1kW。10/11/202222二、紅外輻射的基本概念 物體輻射的紅外能量密度W與其自二、紅外輻射的基本概念 物體的紅外輻射能量密度大小，隨波長（頻率）不同而變化。與輻射能量密度最大峰值相對應(yīng)的波長為峰

10、值波長，維恩通過大量實驗得出了峰值波長和物體熱力學溫度之間的關(guān)系：（3） 維恩位移定律的單位是m，T是物體的絕對溫度，單位是K。10/11/202223二、紅外輻射的基本概念 物體的紅外輻射能量密度大二、紅外輻射的基本概念紅外輻射能量密度曲線溫度波長物體名稱溫度/K太陽110000.26融化的鐵18031.61融化的銅11732.47融化的蠟3368.62人體3059.50地球大氣3009.66冰27310.6液態(tài)氮77.237.53常見物體的峰值波長隨著物體溫度的上升，峰值波長將變短。10/11/202224二、紅外輻射的基本概念紅外輻射能量密度曲線溫度波長物體名稱溫二、紅外輻射的基本概念

11、紅外輻射的大氣窗口 紅外輻射在大氣中傳輸時，不同波長的紅外輻射，有著不同的吸收和衰減；12.5m35 m814 m10/11/202225二、紅外輻射的基本概念 紅外輻射的大氣窗口 紅外輻射二、紅外輻射的基本概念 紅外光學材料可以分為晶體材料、玻璃材料和塑性材料三種，每種材料都對某些波長范圍的紅外有較高的透過率。 紅外輻射的介質(zhì)傳輸特性 許多對可見光透明的介質(zhì)，對紅外輻射卻是不透明的。通常把可以透過紅外輻射的介質(zhì)稱為紅外光學材料。10/11/202226二、紅外輻射的基本概念 紅外光學材料可以分為晶體材料、二、紅外輻射的基本概念幾種紅外光學材料的透過率 最常見高溫性能穩(wěn)定單晶鍺：1.820um

12、；單晶硅：11um以內(nèi)；多晶硫化鋅：114um；多晶氟化鎂：35um10/11/202227二、紅外輻射的基本概念幾種紅外光學材料的透過率 主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用10/11/202228主要內(nèi)容一、引言10/10/202228三、主動式紅外成像系統(tǒng)紅外成像系統(tǒng)被動式紅外成像系統(tǒng)（紅外熱像儀）利用物體自然發(fā)射的紅外輻射主動式紅外成像系統(tǒng)（紅外夜視儀）利用不同物體對紅外輻射的不同反射核心：如何將紅外圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽鈭D像？10/11/202229三、主動式紅外成像系統(tǒng)紅外成像系統(tǒng)被動式紅外成像系統(tǒng)（紅外熱三

13、、主動式紅外成像系統(tǒng)裝有紅外夜視儀的步槍紅外夜視圖像10/11/202230三、主動式紅外成像系統(tǒng)裝有紅外夜視儀的步槍紅外夜視圖像10/三、主動式紅外成像系統(tǒng) 主動式紅外成像系統(tǒng)自身帶有紅外光源，是根據(jù)被成像物體對紅外光源的不同反射率，以紅外變像管作為光電成像器件的紅外成像系統(tǒng)。優(yōu)點：成像清晰、對比度高、不受環(huán)境光源影響；3.1 主動式紅外成像系統(tǒng)缺點：易暴露，不利于軍事應(yīng)用。10/11/202231三、主動式紅外成像系統(tǒng) 主動式紅外成像系統(tǒng)自身帶有三、主動式紅外成像系統(tǒng)主動式紅外成像系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主動式紅外成像系統(tǒng)紅外探照燈紅外輻射光源紅外變像管光譜轉(zhuǎn)換電子成像亮度增強高壓電源變像管電源光學

14、系統(tǒng) 物鏡組 目鏡組10/11/202232三、主動式紅外成像系統(tǒng)主動式紅外成像系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主動式紅外主動式紅外成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10/11/202233主動式紅外成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10/10/202233三、主動式紅外成像系統(tǒng)3. 2 光學系統(tǒng)物鏡組：把目標成像于變像管的光陰極面上；目鏡組：把變像管熒光屏上的像放大，便于 人眼觀察；與常規(guī)光學儀器不同，變像管將物鏡組和目鏡組隔開，使得光學系統(tǒng)的入瞳和出瞳不存在物象共軛關(guān)系！漸暈系數(shù)越大越好，像面照度均勻。10/11/202234三、主動式紅外成像系統(tǒng)3. 2 光學系統(tǒng)物鏡組：把目標成像三、主動式紅外成像系統(tǒng) 紅外變像管是主動式紅外成像系統(tǒng)的核心，是一種

15、高真空圖像轉(zhuǎn)換器件，完成從近紅外圖像到可見光圖像的轉(zhuǎn)換并增強圖像。3. 3 紅外變像管 從結(jié)構(gòu)材料上分，紅外變像管可以分為金屬結(jié)構(gòu)型和玻璃結(jié)構(gòu)型； 從工作方法上分，可以分為連續(xù)工作方式和選通工作方式。10/11/202235三、主動式紅外成像系統(tǒng) 紅外變像管是主動式紅外成像系三、主動式紅外成像系統(tǒng)紅外變像管結(jié)構(gòu)光學纖維陰極外筒電子軌跡陽極錐電極紅外光陰極電子光學系統(tǒng)熒光屏主動式紅外成像系統(tǒng)的工作波長范圍取決于紅外變像管的光陰極響應(yīng)譜區(qū)，一般為0.761.2um近紅外光。10/11/202236三、主動式紅外成像系統(tǒng)紅外變像管結(jié)構(gòu)光學纖維陰極外筒電子軌跡三、主動式紅外成像系統(tǒng)紅外變像管的工作過程

16、近紅外輻射光陰極面 通常變像管的光陰極采用對近紅外敏感（0.81.2um）的銀氧銫光敏層，電子光學部分相當于一個靜電聚焦系統(tǒng)。電子流圖像電子光學系統(tǒng)熒光屏可見光圖像高能電子10/11/202237三、主動式紅外成像系統(tǒng)紅外變像管的工作過程近紅外輻射光陰極面三、主動式紅外成像系統(tǒng)大氣后向散射現(xiàn)象：紅外探照燈向目標發(fā)出的紅外光束通過大氣時，其中一部分散射后向輻射進入觀察系統(tǒng)。引入了圖像的背景噪聲，降低了圖像對比度和清晰度。如何減小大氣后向散射影響？選通技術(shù) 通過發(fā)射脈沖時序配合，使變像管在接收觀察目標反射回來的紅外輻射時工作。10/11/202238三、主動式紅外成像系統(tǒng)大氣后向散射現(xiàn)象：紅外探照

17、燈向目標發(fā)出三、主動式紅外成像系統(tǒng)探照燈：短脈沖紅外激光紅外變像管：加選通電極10/11/202239三、主動式紅外成像系統(tǒng)探照燈：短脈沖紅外激光紅外變像管：加選精確測量目標與觀察者之間的距離探測距離為1220米時的選通時序圖脈沖光源照明輸出后向散射輻射目標反射輻射選通脈沖8微秒減少大氣后向散射對紅外圖像對比度和清晰度的影響10/11/202240精確測量目標與觀察者之間的距離探測距離為1220米時的選通時三、主動式紅外成像系統(tǒng)3.4 紅外探照燈光源拋物面反射鏡紅外濾光片燈座紅外光源可以是電熱光源（白熾燈）；氣體放電光源（高壓氙燈）；半導(dǎo)體光源（砷化鎵發(fā)光二極管）；激光光源。10/11/202

18、241三、主動式紅外成像系統(tǒng)3.4 紅外探照燈光源拋物面反射鏡紅三、主動式紅外成像系統(tǒng) 體積要小，重量輕，壽命長，工作可靠。對紅外探照燈的技術(shù)要求： 紅外探照燈的輻射光譜要與變像管光陰極的光譜響應(yīng)有效匹配，在匹配的光譜范圍內(nèi)有高的輻射效率； 探照燈的照射范圍與儀器的視場角基本吻合； 紅光暴露距離要短，結(jié)構(gòu)上要容易調(diào)焦，濾光片和光源更換方便；10/11/202242三、主動式紅外成像系統(tǒng) 體積要小，重量輕，壽命長，工作可靠三、主動式紅外成像系統(tǒng)3.5 直流高壓電源 高壓電源提供紅外變像管進行圖像增強的能量，一般為1.22.9萬伏。對高壓電源的技術(shù)要求： 輸出穩(wěn)定直流高壓； 在高、低溫環(huán)境下能保證

19、系統(tǒng)正常工作； 防潮、防震、體積小、重量輕、耗電省。10/11/202243三、主動式紅外成像系統(tǒng)3.5 直流高壓電源 高壓三、主動式紅外成像系統(tǒng)主動式紅外成像系統(tǒng)的特點： 能夠區(qū)分軍事目標和自然景物，識別偽裝；典型目標的反射曲線可見光譜區(qū)近紅外光譜區(qū)10/11/202244三、主動式紅外成像系統(tǒng)主動式紅外成像系統(tǒng)的特點： 能夠區(qū)分三、主動式紅外成像系統(tǒng) 由于系統(tǒng)“主動照明”，工作時不受環(huán)境照明影響，可以在“全黑”條件下工作。 近紅外輻射比可見光受大氣散射影響小，較易通過大氣層（惡劣天氣除外）；10/11/202245三、主動式紅外成像系統(tǒng) 由于系統(tǒng)“主動照明”，工作時不受環(huán)主要內(nèi)容一、引言二

20、、紅外輻射的基本概念三、主動式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用10/11/202246主要內(nèi)容一、引言10/10/202246四、紅外熱成像系統(tǒng) 熱圖像再現(xiàn)了景物各部分溫度和輻射發(fā)射率的差異，能夠顯示出景物的特征。紅外熱成像系統(tǒng)是被動式成像系統(tǒng)。 自然界中，溫度高于絕對零度的一切物體，總是在不斷地發(fā)射紅外輻射。收集并探測這些輻射能，就可以形成與景物溫度分布相對應(yīng)的熱圖像。10/11/202247四、紅外熱成像系統(tǒng) 熱圖像再現(xiàn)了景物各部分溫度和輻射四、紅外熱成像系統(tǒng)ThermoVision A20-V高品質(zhì)紅外熱像儀10/11/202248四、紅外熱成像系統(tǒng)T

21、hermoVision A20-V高品四、紅外熱成像系統(tǒng)樹林中人的熱圖像小圖是可見光圖像大圖是熱圖像10/11/202249四、紅外熱成像系統(tǒng)樹林中人的熱圖像小圖是可見光圖像10/10四、紅外熱成像系統(tǒng)紅外熱成像系統(tǒng)光機掃描型非掃描型圖像質(zhì)量好結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高結(jié)構(gòu)簡單圖像質(zhì)量逐漸提高10/11/202250四、紅外熱成像系統(tǒng)紅外熱成像系統(tǒng)光機掃描型非掃描型圖像質(zhì)量好四、紅外熱成像系統(tǒng)4.1 光機掃描型紅外熱成像系統(tǒng)光學系統(tǒng)部分紅外探測與致冷部分電子信號處理系統(tǒng)部分顯示系統(tǒng)部分10/11/202251四、紅外熱成像系統(tǒng)4.1 光機掃描型紅外熱成像系統(tǒng)光學系統(tǒng)部四、紅外熱成像系統(tǒng)匯聚光束光譜濾波光電

22、轉(zhuǎn)換電視光柵10/11/202252四、紅外熱成像系統(tǒng)匯聚光束光譜濾波光電轉(zhuǎn)換電視光柵10/10四、紅外熱成像系統(tǒng)4.2 光學系統(tǒng) 聚光光學系統(tǒng)接收目標或景物輻射，聚焦于探測器掃描光學系統(tǒng)產(chǎn)生掃描光柵，使分立探測元件能夠獲取大范圍景物圖像 光機掃描型熱成像系統(tǒng)以瞬時視場為單位，用光機掃描方法來覆蓋總視場。10/11/202253四、紅外熱成像系統(tǒng)4.2 光學系統(tǒng) 聚光光學系統(tǒng)接收目標四、紅外熱成像系統(tǒng)通光孔徑和相對孔徑大，工作波段寬，像差校正困難。 折反式：主鏡與次鏡均采用球面鏡，加入補償透鏡校正像差紅外光學系統(tǒng)的特點物鏡系統(tǒng) 反射式：光能損失小、不產(chǎn)生色差，但是視場小、體積大，有次鏡遮擋；

23、折射式：結(jié)構(gòu)簡單，裝校方便，可以滿足大視場和大孔徑成像的要求；10/11/202254四、紅外熱成像系統(tǒng)通光孔徑和相對孔徑大，工作波段寬，像差校正四、紅外熱成像系統(tǒng)輔助光學系統(tǒng) 場鏡 指加在像平面或像平面附近的透鏡，用來擴大視場，使探測器接收的輻照均勻； 光錐利用圓錐的高反射率聚光，縮小探測器尺寸； 中繼光學系統(tǒng)便于探測器件的結(jié)構(gòu)安排； 前置望遠系統(tǒng) 減小光學掃描器件的尺寸。10/11/202255四、紅外熱成像系統(tǒng)輔助光學系統(tǒng) 場鏡 指加在像平面或四、紅外熱成像系統(tǒng)掃描系統(tǒng) 平行光束掃描（物方掃描） 掃描器在聚光系統(tǒng)之前，掃描鏡尺寸大，掃描速度慢，像差校正簡單，對聚光光學系統(tǒng)要求不高； 會聚

24、光束掃描（像方掃描） 掃描器安置在聚光光學系統(tǒng)和探測器之間，對像方光束進行掃描。尺寸小，掃描速度高。對聚光光學系統(tǒng)有較高要求。10/11/202256四、紅外熱成像系統(tǒng)掃描系統(tǒng) 平行光束掃描（物方掃描） 掃描方案 反射鏡鼓行掃描、擺鏡場掃描反射鏡鼓行掃描、折射鏡場掃描適于小視場單元器件掃描用，不適合高速掃描用掃描效率高，像差校正有難度10/11/202257掃描方案 反射鏡鼓行掃描、擺鏡場掃描反射鏡鼓行掃描、折射四、紅外熱成像系統(tǒng)4.3 多元探測器熱成像系統(tǒng) 將多元探測器按不同方式排列起來分解景物，可以改進每幀、每分辨單元的信噪比，提高系統(tǒng)的性能?；緮z像方式 并聯(lián)掃描攝像方式 串聯(lián)掃描攝像方

25、式10/11/202258四、紅外熱成像系統(tǒng)4.3 多元探測器熱成像系統(tǒng) 將多四、紅外熱成像系統(tǒng)優(yōu)點：系統(tǒng)靈敏度高，對探測器速度要求不高；缺點：探測器數(shù)量多，電路和材料工藝復(fù)雜。并聯(lián)掃描攝像方式10/11/202259四、紅外熱成像系統(tǒng)優(yōu)點：系統(tǒng)靈敏度高，對探測器速度要求不高；四、紅外熱成像系統(tǒng)串聯(lián)掃描攝像方式優(yōu)點：探測器性能均勻，圖像缺陷少，信噪比提高 倍，信號處理容易，不需要掃描變換就可以得到標準視頻信號；缺點：對探測器速度要求高。 10/11/202260四、紅外熱成像系統(tǒng)串聯(lián)掃描攝像方式優(yōu)點：探測器性能均勻，圖像四、紅外熱成像系統(tǒng)4.4 紅外探測器（核心器件） 紅外探測器是紅外輻射能的

26、接收器，它通過光電變換作用，將接收的紅外輻射能量變?yōu)殡娦盘枺?jīng)過放大、處理，形成圖像。 熱探測器如熱敏電阻、熱電偶、熱釋電探測器等，是吸收紅外輻射，使敏感元件溫度上升，由此引起物理參數(shù)改變的探測器。10/11/202261四、紅外熱成像系統(tǒng)4.4 紅外探測器（核心器件） 四、紅外熱成像系統(tǒng) 光子探測器 光子探測器是通過光子與物質(zhì)內(nèi)部電子相互作用，產(chǎn)生電子能態(tài)變化而完成光電轉(zhuǎn)換的探測器。光子探測器在響應(yīng)靈敏度和響應(yīng)速度方面均優(yōu)于熱探測器，應(yīng)用廣泛。光導(dǎo)型半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加光伏型半導(dǎo)體PN結(jié)形成電子空穴對，產(chǎn)生電勢10/11/202262四、紅外熱成像系統(tǒng) 光子探測器 光子探測器是通過光子四、紅外熱

27、成像系統(tǒng) 探測器致冷要求不宜太高（小型化）。對紅外探測器的基本要求 探測率要高，提高系統(tǒng)的熱靈敏度； 工作波段與檢測目標的輻射光譜要適應(yīng)， 以便接收盡可能多的紅外輻射； 用于并掃的多元探測器，各單元探測器的 特性要均勻； 探測器響應(yīng)速度要快，以適應(yīng)快速掃描；10/11/202263四、紅外熱成像系統(tǒng) 探測器致冷要求不宜太高（小型化）。對紅四、紅外熱成像系統(tǒng)4.5 致冷器 致冷器的作用是降低紅外探測器的噪聲，使其在低溫狀態(tài)工作。由致冷劑變相吸收熱量而致冷B. 焦耳湯姆遜效應(yīng)致冷C. 輻射熱交換致冷D. 溫差電致冷A. 變相致冷高壓氣體節(jié)流循環(huán)致冷高溫物體輻射能量降溫利用直流電通過半導(dǎo)體電偶對的珀

28、爾帖效應(yīng)致冷10/11/202264四、紅外熱成像系統(tǒng)4.5 致冷器 致冷器的作用四、紅外熱成像系統(tǒng)顯示可以采用發(fā)光二極管和CRT。4.6 信號處理與顯示 信號處理與顯示的基本任務(wù)是形成與景物溫度分布相對應(yīng)的視頻信號，然后根據(jù)景物各單元對應(yīng)的視頻信號標出景物各部分的溫度，并顯示出景物的熱圖像。信號處理部分包括：前置放大、主放、自動增益控制、限制帶寬、檢波、鑒幅、多路傳輸和線性變換。10/11/202265四、紅外熱成像系統(tǒng)顯示可以采用發(fā)光二極管和CRT。4.6 主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用10/11/202

29、266主要內(nèi)容一、引言10/10/202266五、微光成像系統(tǒng) 微光成像系統(tǒng)是一種利用光增強技術(shù)的光電成像系統(tǒng)，可以在極低照度（10-5lx）下工作，應(yīng)用領(lǐng)域涉及軍事、天文、公安執(zhí)法、生物醫(yī)療等。 微光成像系統(tǒng)直視系統(tǒng)（微光夜視儀）間視系統(tǒng)（微光電視系統(tǒng)）10/11/202267五、微光成像系統(tǒng) 微光成像系統(tǒng)是一種利用光增強技術(shù)的五、微光成像系統(tǒng)5.1 微光夜視儀 夜空自然微光照射目標，經(jīng)目標反射的微光輻射進入光學系統(tǒng)物鏡，物鏡把目標成像于焦平面的像增強器光陰極面上，像增強器對目標像進行光電轉(zhuǎn)換、電子成像和亮度增強，顯示于熒光屏。工作原理 由于工作時只靠夜天光照明而受自然照度和大氣透明度影響大

30、，圖像平淡而層次不夠分明。10/11/202268五、微光成像系統(tǒng)5.1 微光夜視儀 夜空自然微五、微光成像系統(tǒng)直視微光夜視系統(tǒng)目標目鏡系統(tǒng)人眼像增強器高壓電源物鏡系統(tǒng)核心器件：把微弱的光圖像增強到足夠的亮度，以便人眼進行觀察不用人工照明是其最主要的優(yōu)點10/11/202269五、微光成像系統(tǒng)直視微光夜視系統(tǒng)目標目鏡系統(tǒng)人眼像增強器高壓五、微光成像系統(tǒng) 微光像增強器 圖像傳遞信噪比高 微光像增強器是一種電真空成像器件，主要由光陰極、電子光學系統(tǒng)和熒光屏組成。圖像增強包括三個環(huán)節(jié)：外光電效應(yīng)、加速聚焦、可見光（熒光）成像。技術(shù)要求 足夠的亮度增益； 低背景噪聲； 高響應(yīng)度 好的調(diào)制傳遞特性 響應(yīng)

31、速度快10/11/202270五、微光成像系統(tǒng) 微光像增強器 圖像傳遞信噪比高 五、微光成像系統(tǒng) 微光像增強器經(jīng)歷了三代微光器件的發(fā)展過程： 級聯(lián)式像增強器：體積大，防強光能力差； 帶微通道板的像增強器：信噪比低，探測距離有限； 半導(dǎo)體光陰極像增強器：體積小，靈敏度高，成本高10/11/202271五、微光成像系統(tǒng) 微光像增強器經(jīng)歷了三代微光器件五、微光成像系統(tǒng)5.2 微光電視系統(tǒng) 工作原理 微光攝像機將目標及其背景在夜天光輻照下的反射光亮度分布，通過電視掃描方法變成按時序分布的視頻信號，再通過控制器進行處理后，輸入監(jiān)視器進行顯示。微光電視攝像機傳輸通道接收顯示裝置組成部分10/11/2022

32、72五、微光成像系統(tǒng)5.2 微光電視系統(tǒng) 工作原理 微五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)框圖微光物鏡微光攝像管掃 描同 步放大電路發(fā) 射接收放大電路電視顯示掃 描同 步電光轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換光纜電纜10/11/202273五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)框圖微光物鏡微光攝像管掃 描同 五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)的特點（與肉眼或普通光學儀器相比） 入瞳直徑大，光子數(shù)可達人眼1000倍以上； 光陰極面面積比人眼視網(wǎng)膜大很多； 光陰極量子效率高； 利用數(shù)字圖像處理技術(shù)提高圖像質(zhì)量； 可在一幀時間內(nèi)積累信息，提高信噪比。10/11/202274五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)的特點 入瞳直徑大，光子數(shù)可達五、微光成像系

33、統(tǒng)微光電視系統(tǒng)與微光夜視系統(tǒng)相比： 可以實現(xiàn)圖像遠距離傳輸； 可以多人、多地點同時觀察； 便于錄像和遙控攝像； 可與光電自動控制系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成電視跟 蹤系統(tǒng)。10/11/202275五、微光成像系統(tǒng)微光電視系統(tǒng)與微光夜視系統(tǒng)相比： 可以實現(xiàn)主要內(nèi)容一、引言二、紅外輻射的基本概念三、主動式紅外成像系統(tǒng)四、紅外熱成像系統(tǒng)五、微光成像系統(tǒng)六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用10/11/202276主要內(nèi)容一、引言10/10/202276六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用 1933年，哥本哈根大學國家醫(yī)院的哈克塞森首先把紅外攝影技術(shù)用于皮膚病學的研究，此后人們就把這一方法廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學實踐。 醫(yī)學紅外攝影技術(shù)主要考慮三個方面：

34、 皮膚和皮下組織對紅外光的反射、散射和透射特性 能穿透機體紅外光源的光譜分布 能記錄紅外光的膠片和感光板的光譜響應(yīng)一、皮膚病學 紅外攝影首先用于醫(yī)學方面的是檢查皮膚疾病，它可以提供淺表痂皮下面愈合過程和皮下靜脈情況。10/11/202277六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用 1933年，哥本哈根大學國家六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用二、靜脈攝影 結(jié)合常規(guī)的攝影技術(shù)，紅外攝影方法可以顯示出靜脈曲張的特征性異常表現(xiàn)。它表現(xiàn)為在正常小腿上能見到比較細直的分枝，形成多邊形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在靜脈曲張病例中，常見到蜿蜒彎曲的分枝增粗成靜脈小島，它在紅外照片中清楚地顯示出來，而用普通攝影或肉限是看不出來的。三、血液循環(huán)的研究 利用

35、紅外照片來記錄腹部淺表靜脈的圖形和大小變化，可以研究血液運行狀況。10/11/202278六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用二、靜脈攝影三、血液循環(huán)的研究10/1六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用 由于血液中各種成分對紅外光的吸收作用不同，可作臨床疾病的更深入研究。 比如硝基苯胺中電會引起小腿血管郁滯，紅外照片可以清楚地顯示出來；腎上腺素對正常人和高血壓病人有影響，可以從指甲的紅外照片上反映出來；此外，紅外照片還可探索結(jié)核菌素和其它皮膚試驗的反應(yīng)。四、透照技術(shù) 采用黑白和彩色紅外透照技術(shù)檢查兒童頭顱疾病，不僅毫無痛苦，而且比腦室造影檢查安全。其中，彩色紅外透照方法特別有價值，因為它可以同時把可見光和紅外光的透射部分記

36、錄下來，而且，在照片上顯示出重要的顏色差別。用這種方法可以將腦積水與更為嚴重的腦內(nèi)積水加以監(jiān)別。10/11/202279六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用 由于血液中各種成分對紅外光的吸收作用六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用五、肝病理學 紅外攝影對肝硬化的診斷有很大幫助，它可以把肝硬化與肝癌等區(qū)別出來。早期的肝硬化，沒有明顯的側(cè)支循環(huán)，而晚期的肝病中有非常清晰的分枝靜脈圖像，成為肝硬化病癥的特征。六、腫瘤的研究 應(yīng)用黑白和彩色紅外攝影技術(shù)常?？梢园l(fā)現(xiàn)腫瘤。生長在體表上或接近體表的早期惡性腫瘤，其周圍會有血管增多或異常條紋，表示了腫瘤血液的供給有不同程度的增加，這可作為確定有否惡性瘤的輔助手段。10/11/20228

37、0六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用五、肝病理學六、腫瘤的研究10/10/六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用七、牙科 牙齒的紅外照片，釉質(zhì)一艇比牙質(zhì)顯得陰暗，而齲齒前向的退化釉質(zhì)則相反，健康的門齒邊緣呈白色，在正常情況下隨著牙質(zhì)的增加光亮度也均勻增加，釉質(zhì)不均處的色調(diào)較淡。退化釉質(zhì)對紅外光有很高的反射率，并有中等的紅外發(fā)光強度。與牙齒有關(guān)的成份如磷灰石的反射率和發(fā)光強度都很低。八、眼科對紅外光的反射率隨眼睛色素的顏色而異。臨床實踐表明，用彩色紅外膠片進行眼科學研究是一個卓有成效的方法。在彩色紅外幻燈片上正常眼底呈現(xiàn)黃綠色，伴有棕紅色的靜脈和黃色的動脈。血管紋理在照片上呈紫灰色。10/11/202281六、紅外成像的醫(yī)

38、學應(yīng)用七、牙科八、眼科10/10/20228六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用 正常人體的溫度分布具有一定的穩(wěn)定性和對稱性。因此，人體溫度分布的某處改變（一般是由血流和代謝的改變引起），即表示該處疾患的產(chǎn)主和存在。 各種疾病所產(chǎn)生的局部新陳代謝的異?；钴S與減低與周圍組織溫差的紅外熱圖，為判斷疾病和療效觀察提供了較客觀的依據(jù)。紅外熱圖的一般診斷方法 統(tǒng)一的特定溫度條件下：20 對稱部位比較 全身綜合分析 生理解剖系統(tǒng)分析 結(jié)合主述、病史、查體、特殊檢查綜合判定 自身相比較、與他人相比較10/11/202282六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用 正常人體的溫度分布具有一定的穩(wěn)定性和六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用紅外熱圖的診斷標準

39、（20)診 斷表 現(xiàn)炎癥患部溫度比周圍正常組織增高0.50.7潰瘍患部溫度比周圍正常組織增高0.71.0癌變患部溫度比周圍正常組織增高1.0低溫區(qū)病變區(qū)域與正常相比溫差 -0.2高溫區(qū)病變區(qū)域與正常相比溫差 1.2常溫區(qū)雙鎖骨上、頭、下腰、后頸背部、手、雙液下、肘窩、雙髂腹股溝血管影像增粗、中斷、團狀（瘤）、扭曲（壓迫）、衛(wèi)星影像（惡性瘤）區(qū)形式片狀、條狀（強直性脊狀炎）、帶狀、次熱區(qū)、點狀、不規(guī)則（人體表淺血管和散熱多的部位一般會出現(xiàn)較正常高的熱區(qū)）10/11/202283六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用紅外熱圖的診斷標準（20)診 斷表六、紅外成像的醫(yī)學應(yīng)用紅外熱圖的診斷標準（20)診 斷表 現(xiàn)正常熱圖指人體組織雙側(cè)對比溫度基本相等，溫差小于0.2，血管影像清晰，雙側(cè)對稱。良性熱圖（低溫差熱圖）指患病處與對側(cè)差0.20.7之間，患側(cè)血管影像稍增粗, 但雙側(cè)對稱。異常熱圖（多樣性）指患病處與對側(cè)相應(yīng)部位正常組織相比較，溫差范圍在0.8 1.2之間，患