红外成像技术解析
红外成像概述
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： 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：
2 红外成像
由第一节可知，我们所见到的红外图像，其实是通过目标场景的热辐射获得完整的热排放量的被动影像。而常见的民用安防类“红外机芯”成像系统，主要是长波红外（参考公司：IRay/广微...）。需要注意的是，中波红外一般不拿来做视频成像，进几年其结合偏振则可以实现极好的效果。
因为长波的能量较弱，以及国产的焦平面的性能指标（国外进口的B、C类探测器）较低，进而产生了一系列红外机芯图像处理算法诸如：
红外成像系统的构成：
Created with Raphaël 2.1.2
红外（热）辐射 光学镜头结构 焦平面-[热信号->电信号] ADC-[模拟信号->数字信号] FPGA(DSP)-[图像处理算法] DAC-[数字信号->模拟信号] 视频显示 输出视频
红外焦平面探测器的发展极大丰富了红外成像技术的内容，包括扫描/凝视/微扫描红外成像、中波/长波/短波红外成像、制冷/非制冷红外成像等。这里看一张红外探测器（机芯的发展图），如下：
从器件结构可以发现，第四代的红外焦平面在第三代结构之上已经开始整合偏振结构。其关键点变为：像元级光场聚焦，光学滤波与偏振选择。
我们再看一下经典的焦平面结构，如下图所示。上面橙色部分为焦平面，下面为读出电路(ROIC: ReadOut IC)，两边为桥腿结构。
红外热成像系统因其成像波长较长，导致了红外图像存在噪声大、对比度低、非均匀性大、空间分辨力差等缺陷，为克服这些缺陷，自红外热成像技术诞生之初，红外探测器材料、制造工艺和成像电子学组件的研究便成为三大热点研究方向[1][红外图像处理技术现状及发展趋势]。
缺点：
红外成像受非均匀性及无效像元的影响，实际温度分辨率不高，；如下表所示，针对这个问题，我们使用非均匀性校正处理
对红外图像进行增强是解决上述难题的有效方法之一。常见的直方图均衡、平台直方图、反锐化掩膜（UM）等。
优点：
被动工作、抗干扰性较强、全天候工作特性等；局部特征稳定。诸如：角点、边缘、直线、纹理等特征。
Reference：
[1] 红外图像处理技术现状及发展趋势; [2] Book：红外图像处理、分析与融合； [3] 红外成像技术中的 9 个问题。 123
相关知识
红外热成像技术在农业中的应用
【NIR-II近红外二区成像】NIR-II近红外二区成像-花菁类染料生物成像
红外热成像技术在植物病害检测中的应用
结构定制半花菁染料及其短波红外活体成像
光谱成像技术应用于植物病害早期检测
多光谱荧光成像+AI技术，揭秘气候变化下西兰花的“健康密码”
基于可见/近红外高光谱成像技术的梨树叶部病害识别研究
多光谱成像系统波段分析的技术原理及应用
基于多光谱成像技术诊断植物病虫害
近红外荧光成像研究灰树花多糖的胃肠代谢特征与机制
网址: 红外成像技术解析 https://m.huajiangbk.com/newsview1923496.html
| 上一篇: 经常看到这种红色的花，在阳光照射 |
下一篇: 红外避障模块介绍 |
