紅外熱成像儀
一、紅外熱像儀的基本原理
溫度高于度（－273℃）的物質(zhì)斷地輻射著即熱輻射，而熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度和材料特性相關(guān)。
紅外熱像儀通過(guò)探測(cè)目標(biāo)物體的紅外熱輻射，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像，其器件和技術(shù)主要為焦平面探測(cè)器、后續(xù)電路、圖像處理軟件等三部分：
焦平面探測(cè)器用于感知目標(biāo)物體的溫度分布，并轉(zhuǎn)換為微弱的電信號(hào)；
后續(xù)電路將微弱的電信號(hào)進(jìn)行電子學(xué)放大和邏輯處理，從而能夠清晰地采集到目標(biāo)物體溫度分布情況；
圖像處理軟件則對(duì)上述放大后的輸出電信號(hào)進(jìn)行處理，呈現(xiàn)為目標(biāo)物體溫度分布的可見光像。
紅外焦平面陣列：
焦平面探測(cè)器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無(wú)限遠(yuǎn)處發(fā)射的經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測(cè)器將接受到光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行積分放大、采樣保持，通過(guò)輸出緩沖和多路傳輸系統(tǒng)，終送達(dá)系統(tǒng)形成圖像。
2、紅外焦平面陣列分類
?。?）根據(jù)制冷方式劃分
根據(jù)制冷方式，紅外焦平面陣列可分為制冷型和非制冷型。
制冷型紅外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起動(dòng)節(jié)流致冷器集成體和杜瓦瓶/斯特林循環(huán)致冷器集成體［5］。由于背景溫度與探測(cè)溫度之間的對(duì)比度將決定探測(cè)器的理想分辨率，所以為了探測(cè)儀的就須大幅度的降低背景溫度。當(dāng)前制冷型的探測(cè)器其探測(cè)率～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探測(cè)器為～109cmHz1/2W-1，相差為兩個(gè)數(shù)量級(jí)。不如此，它們的其他性能也有很大的差別，前者的響應(yīng)速度是微秒級(jí)而后者是毫秒級(jí)。
?。?）依照光輻射與物質(zhì)相互作用原理劃分
依此條件，紅外探測(cè)器可分為光子探測(cè)器與熱探測(cè)器兩大類。
光子探測(cè)器是基于光子與物質(zhì)相互作用所引起的光電效應(yīng)為原理的一類探測(cè)器，包括光電子發(fā)射探測(cè)器和半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其特點(diǎn)是探測(cè)靈敏度高、響應(yīng)速度快、對(duì)波長(zhǎng)的探測(cè)選擇性敏感，但光子探測(cè)器一般工作在較低的環(huán)境溫度下，需要致冷器件。
熱探測(cè)器是基于光輻射作用的熱效應(yīng)原理的一類探測(cè)器，包括利用溫差電效應(yīng)制成的測(cè)輻射熱電偶或熱電堆，利用物體體電阻對(duì)溫度的敏感性制成的測(cè)輻射熱敏電阻探測(cè)器和以熱電晶體的熱釋電效應(yīng)為根據(jù)的熱釋電探測(cè)器。這類探測(cè)器的共同特點(diǎn)是：無(wú)選擇性探測(cè)（對(duì)波長(zhǎng)光輻射有大致相同的探測(cè)靈敏度），但它們多數(shù)工作在室溫條件下［6］。
（3）按照結(jié)構(gòu)形式劃分
紅外焦平面陣列器件由紅外探測(cè)器陣列部分和讀出電路部分組成。因此，按照結(jié)構(gòu)形式分類，紅外焦平面陣列可分為單片式和混成式兩種［7］。
其中，單片式集成在一個(gè)硅襯底上，即讀出電路和探測(cè)器都使用相同的材料，如圖 1所示。混成式是指紅外探測(cè)器和讀出電路分別選用兩種材料，如紅外探測(cè)器使用 HgCdTe，讀出電路使用 Si.混成式主要分為倒裝式（圖 2（a））和 Z平面式（圖 2（b））兩種。
?。?）按成像方式劃分
紅外焦平面陣列分為掃描型和凝視型兩種，
其區(qū)別在于掃描型一般采用時(shí)間延遲積分（TDI）技術(shù)，采用串行方式對(duì)電信號(hào)進(jìn)行讀??；凝視型式則利用了二維形成一張圖像，無(wú)需延遲積分，采用并行方式對(duì)電信號(hào)進(jìn)行讀取。凝視型成像速度比掃描型成像速度快，但是其需要的成本高，電路也很復(fù)雜。
?。?）根據(jù)波長(zhǎng)劃分
由于運(yùn)用衛(wèi)星及其它空間工具，通過(guò)大氣層對(duì)地球表面目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，只有穿過(guò)大氣層的才會(huì)被探測(cè)到。人們發(fā)現(xiàn)了三個(gè)重要的大氣窗口：1mm～3mm的短波紅外、3mm～5mm的中波紅外、8mm～14mm的長(zhǎng)波紅外，由此產(chǎn)生三種不同波長(zhǎng)的探測(cè)器。
3、讀出電路
讀出電路是紅外焦平面陣列當(dāng)中的十分重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于周圍物體的黑體輻射，被測(cè)物體的輻射信號(hào)相當(dāng)微小，電流大小為納安或者是皮安級(jí)，要把這么小的信號(hào)讀出可不是一件容易的事，尤其這種小信號(hào)很易受到其它噪聲的干擾，因此，選擇和設(shè)計(jì)電路就成為重要的方面。
一、紅外熱像儀的基本原理
溫度高于度（－273℃）的物質(zhì)斷地輻射著即熱輻射，而熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度和材料特性相關(guān)。
紅外熱像儀通過(guò)探測(cè)目標(biāo)物體的紅外熱輻射，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像，其器件和技術(shù)主要為焦平面探測(cè)器、后續(xù)電路、圖像處理軟件等三部分：
焦平面探測(cè)器用于感知目標(biāo)物體的溫度分布，并轉(zhuǎn)換為微弱的電信號(hào)；
后續(xù)電路將微弱的電信號(hào)進(jìn)行電子學(xué)放大和邏輯處理，從而能夠清晰地采集到目標(biāo)物體溫度分布情況；
圖像處理軟件則對(duì)上述放大后的輸出電信號(hào)進(jìn)行處理，呈現(xiàn)為目標(biāo)物體溫度分布的可見光像。
紅外焦平面陣列：
焦平面探測(cè)器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無(wú)限遠(yuǎn)處發(fā)射的經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測(cè)器將接受到光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行積分放大、采樣保持，通過(guò)輸出緩沖和多路傳輸系統(tǒng)，終送達(dá)系統(tǒng)形成圖像。
2、紅外焦平面陣列分類
?。?）根據(jù)制冷方式劃分
根據(jù)制冷方式，紅外焦平面陣列可分為制冷型和非制冷型。
制冷型紅外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起動(dòng)節(jié)流致冷器集成體和杜瓦瓶/斯特林循環(huán)致冷器集成體［5］。由于背景溫度與探測(cè)溫度之間的對(duì)比度將決定探測(cè)器的理想分辨率，所以為了探測(cè)儀的就須大幅度的降低背景溫度。當(dāng)前制冷型的探測(cè)器其探測(cè)率～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探測(cè)器為～109cmHz1/2W-1，相差為兩個(gè)數(shù)量級(jí)。不如此，它們的其他性能也有很大的差別，前者的響應(yīng)速度是微秒級(jí)而后者是毫秒級(jí)。
?。?）依照光輻射與物質(zhì)相互作用原理劃分
依此條件，紅外探測(cè)器可分為光子探測(cè)器與熱探測(cè)器兩大類。
光子探測(cè)器是基于光子與物質(zhì)相互作用所引起的光電效應(yīng)為原理的一類探測(cè)器，包括光電子發(fā)射探測(cè)器和半導(dǎo)體光電探測(cè)器，其特點(diǎn)是探測(cè)靈敏度高、響應(yīng)速度快、對(duì)波長(zhǎng)的探測(cè)選擇性敏感，但光子探測(cè)器一般工作在較低的環(huán)境溫度下，需要致冷器件。
熱探測(cè)器是基于光輻射作用的熱效應(yīng)原理的一類探測(cè)器，包括利用溫差電效應(yīng)制成的測(cè)輻射熱電偶或熱電堆，利用物體體電阻對(duì)溫度的敏感性制成的測(cè)輻射熱敏電阻探測(cè)器和以熱電晶體的熱釋電效應(yīng)為根據(jù)的熱釋電探測(cè)器。這類探測(cè)器的共同特點(diǎn)是：無(wú)選擇性探測(cè)（對(duì)波長(zhǎng)光輻射有大致相同的探測(cè)靈敏度），但它們多數(shù)工作在室溫條件下［6］。
（3）按照結(jié)構(gòu)形式劃分
紅外焦平面陣列器件由紅外探測(cè)器陣列部分和讀出電路部分組成。因此，按照結(jié)構(gòu)形式分類，紅外焦平面陣列可分為單片式和混成式兩種［7］。
其中，單片式集成在一個(gè)硅襯底上，即讀出電路和探測(cè)器都使用相同的材料，如圖 1所示。混成式是指紅外探測(cè)器和讀出電路分別選用兩種材料，如紅外探測(cè)器使用 HgCdTe，讀出電路使用 Si.混成式主要分為倒裝式（圖 2（a））和 Z平面式（圖 2（b））兩種。
?。?）按成像方式劃分
紅外焦平面陣列分為掃描型和凝視型兩種，
其區(qū)別在于掃描型一般采用時(shí)間延遲積分（TDI）技術(shù)，采用串行方式對(duì)電信號(hào)進(jìn)行讀??；凝視型式則利用了二維形成一張圖像，無(wú)需延遲積分，采用并行方式對(duì)電信號(hào)進(jìn)行讀取。凝視型成像速度比掃描型成像速度快，但是其需要的成本高，電路也很復(fù)雜。
?。?）根據(jù)波長(zhǎng)劃分
由于運(yùn)用衛(wèi)星及其它空間工具，通過(guò)大氣層對(duì)地球表面目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，只有穿過(guò)大氣層的才會(huì)被探測(cè)到。人們發(fā)現(xiàn)了三個(gè)重要的大氣窗口：1mm～3mm的短波紅外、3mm～5mm的中波紅外、8mm～14mm的長(zhǎng)波紅外，由此產(chǎn)生三種不同波長(zhǎng)的探測(cè)器。
3、讀出電路
讀出電路是紅外焦平面陣列當(dāng)中的十分重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于周圍物體的黑體輻射，被測(cè)物體的輻射信號(hào)相當(dāng)微小，電流大小為納安或者是皮安級(jí)，要把這么小的信號(hào)讀出可不是一件容易的事，尤其這種小信號(hào)很易受到其它噪聲的干擾，因此，選擇和設(shè)計(jì)電路就成為重要的方面。
