《微光与红外成像技术》

1. 绪论

图像就是用任何技术手段，将景物目标重现为二维画面或三维立体图的视觉信息。

微光泛指在夜间或在低照度下微弱的光或能量低到不能引起视觉的光。

2. 人眼视觉的基本理论

人眼的绝对视觉阈值在$10^{-9}lx$数量级

辐射的发射是一个不连续的分立过程，而辐射的光能量是由光子携带的。辐射的光子速率是瞬时变化的，这一瞬时和那一瞬时所辐射的光子数是不同的，就是说，光子发射随时间而起伏。通常所说的在单位时间内接收的光子数，只是这些随时间而起伏的光子数的平均值。瞬时值$n$统计平均值$N$的偏差称为“涨落”，用均方根偏差表示。由概率论可知按泊松分布的光子发射几率，其均方根涨落值等于$\sqrt{N}$ 。

3. 光辐射度量的基础

4. 热辐射定律及辐射源

5. 辐射在大气中的传输

图像探测器对目标的探测，是以大气作为辐射的传输媒介。而大气本身对辐射有吸收和散射等作用，将造成辐射能的衰减。

6. 主动红外成像系统

主动红外成像系统是用红外变像管作为光电转换器件，在工作时必须有红外辐射源照明场景的直视光电成像系统。缺点是自带光源容易暴露自己。

工作波段在0.76~1.2 $\mu m$的近红外光谱区

7. 直视微光成像系统

微光夜视成像系统的工作过程：由夜天空的自然微光照射目标，经目标反射的辐射进入光学系统的物镜，物镜把目标成像在位于其焦平面的像增强器的光阴极面上，像增强器对目标像进行光电转换。电子成像和亮度增强，并在荧光屏上显示目标的增强图像。

• 直视微光成像系统原理图

微光成像系统与主动红外成像系统相比最主要的优点是不用人工照明，而是靠夜天自然光照明景物，以被动方式工作，自身隐蔽性号。但由于系统工作时只靠夜天光照明而受自然照度和大气透明度影响大，并且景物之间反差小，图像平淡而层次不够分明。特别是在浓云和地面烟雾情况下，景物照度和对比度明显下降而影响观察效果。

8. 微光电视

视距是指在一定照度和某种环境条件下，系统能发现指定目标的距离。

• 变焦距摄像物镜
  

• 视距估算实例

9. 热成像系统

优势

• 不需要红外光源，全被动，24小时全天候工作
• 相比可见光具有更强的透过雾、霾、雨、雪的能力，作用距离2~4km
• 能透过伪装，探测出隐蔽的热目标，识别出热痕轮廓

各种红外探测器探测波段

• 长波红外（Long Wave Infrared, LWIR）：8~14$\mu m$
• 中波红外（Mid Wave Infrared, MWIR）：3~5$\mu m$
• 短波红外（Short Wave Infrared, SWIR）：0.8~1.7$\mu m$
• 近红外（Near Infrared, NIR）：0.75~1.1$\mu m$

10. 书籍介绍

本书以微光与红外成像系统为主线，阐述有关的理论基础和各类成像系统的基本原理、结构、性能分析和设计要点。全书共十章，内容包括：绪论、人眼视觉的基本理论，光辐射度量的基础，热辐射定律及辐射源，辐射在大气中的传输，主动红外成像系统，直视微光成像系统，微光电视，热成像系统和热成像系统性能评价及设计要点。

本书可作为高等学校光电技术、光电成像技术专业本科生教材，又可兼作光学仪器、光学检测与仪器等专业的选修课教学参考书。对从事红外技术、光电技术等方面的科技工作者也可作为参考。