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第十四次课

第五章热成像系统

5.1概述

热成像系统系指接收面辐射源发出的红外辐射，并将其转换成可见光图

像的装置。热成像技术的发展综合了红外探测器件、光学设计、扫描技术、

信息处理等学科的进步成果。可以说，热成像技术是当代红外技术最高水平

的集中体现。热成像系统的应用研究在整个红外应用研究方面目前几乎处于

主导地位，它在军事、工业、地质勘探、环境保护、交通管理、医疗等方面

获得了相当广泛的应用。

5.1.1热成像系统的发展历史

热成像作为红外技术的一个新领域，出现于本世纪20年代末，其开拓

性的工作是M.Czerny等人在1929年的研究成果——蒸发式热象仪：当红外

热图投射到涂有挥发性液体的簿膜上时，液体产生正比于吸收能量的挥发。

在日光照射下则可看到干涉条纹。这种热象仪由于对比度、灵敏度及响应速

度都很低，没有大的实用价值。30年代初，出现了采用银－氧－铯光发射

表面的红外变象管。这种变象管在一端接收红外热图，在另一端显示可见光

图像。随后的10年间，经改进后的这种成像仪用作夜视镜及夜间瞄准具在

美国普遍装备了部队。与此同时，研制出一种磷光表面的红外显示器。该装

置是根据红外辐射投射到磷光表面时，该表面受激产生可见光的机理。但此

种装置灵敏度和分辨率较差。这一时期的红外成像装置均是直接显示方式，

在应用上受到限制。40年代，热成像的研究出现了两种不同的途径；一种

是发展具有分立探测器的光机扫描系统，另一种是发展诸如红外光导摄象管

一类的非光机扫描成象器件。1952年，美国陆军制成了第一台光机扫描的

作者何国经

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慢帧速热像仪，所成的象被记录在照象胶片上，属非实时装置。50年代期

间，随着快速时间响应探测器件(如Insb)的出现．实时快帧速热像仪应运而

生。相继研制出了几种实时的光机扫描热象仪。60年代以后，是热成像技

术飞速发展的时期。据统计，1960年至1974年问，仅美国就研制出了50

余种快速光机扫描热成像系统。1970年前后，美国、前苏联及一些西方国

家相继在若干种类的军用飞机上安装丁红外前视装置。民用方面，热象仪已

广泛地应用于医疗诊断、油、气管道监测、电力设备监视、金属、冶金工业

测温等。60年代中期，出现了用热释电材料代替摄像管中光电导靶面而制

成的热释电摄像管。随后，这种摄像管不断得到改进，使此类摄像仪的性能

逐步提高，至今也已得到了较普遍的应用。70年代中期以后，红外CCD成

像器件的出现，对热成像技术产生了巨大的影响，导致了新一代小体积、高

性能、低功耗、无光机扫描及电子束扫描的红外热成像系统的出现。

从技术和工艺上讲，红外成像系统经历了两个重要阶段：

第一代红外成像系统。研制工作始于七十年代初期，它采用点元红外探

测器或线列红外探测器，利用光机扫描机构实现二维成像。信号处理电路主

要采用模拟信号处理技术。其中最具代表性的产品是美国的通用组件红外成

像系统和英国以SPRITE探测器为核心的红外成像系统。

第二代红外成像系统。研制工作开始于八十年代中期，包括采用时间延

迟积分技术（TDI）的4n扫描型红外成像系统和凝视型红外成像系统。4n

扫描型红外成像系统的主流产品主要采用288×4和24.×4的探测器阵列。

凝视型红外成像系统，取消了光机扫描机构，整个系统的空间分辨率、灵敏

度都大大提高。探测器的材料从传统的锑化铟（InSb）、硅化铂（PtSi）和碲

镉汞（HgCdTe）向III-V族元素发展；探测器阵列的大小从最初的64×64

元向512×512元、1024×1024元甚至更高元素发展；信号处理电路采用了

必威体育精装版的数字信号和数字图像处理技术（如自动增益、非均匀性校正、直方图

作者何国经

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均衡等），信号处理的能力和容量成数量级的增长。图像的显示不再局限于

CRT，采用了多种平板显示技术。

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