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目前，新型熱成像儀主要采用非制冷焦平面陣列技術(shù)，集成數(shù)萬甚至數(shù)十萬個(gè)信號放大器，將芯片放置在光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，并在沒有光機(jī)掃描系統(tǒng)的情況下獲得目標(biāo)的全景圖像，從而大大提高了靈敏度和熱分辨率，進(jìn)一步提高了目標(biāo)的探測范圍和識(shí)別能力。

1991年海灣戰(zhàn)爭成為展示高科技武器先進(jìn)技術(shù)的平臺(tái)。在這些新技術(shù)中，紅外熱成像技術(shù)是最輝煌的高新技術(shù)之一。紅外熱成像技術(shù)。它是利用各種探測器接收物體發(fā)出的紅外輻射，然后對光電信息進(jìn)行處理，最后以數(shù)字、信號、圖像等形式顯示出來，對各種物體進(jìn)行探測、觀測和研究的綜合技術(shù)，涉及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、器件物理、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，材料制備、微加工、信號處理與顯示、包裝與組裝等，以及在黑暗或密云中探測對方目標(biāo)、探測偽裝目標(biāo)和高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等軍事應(yīng)用，該技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、消防、考古、交通、地質(zhì)、公安偵察等民用領(lǐng)域，如果該技術(shù)廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域，智能監(jiān)控是計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用。它可以對視頻圖像中的物體進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控、識(shí)別、跟蹤和分析。國外智能視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力來自于對特殊監(jiān)控場所的監(jiān)控需求?！?·11”事件后，出于反恐、國家安全、社會(huì)穩(wěn)定等方面的需要，智能視頻監(jiān)控預(yù)警技術(shù)逐漸成為世界上最受關(guān)注的前沿研究領(lǐng)域。特別是在一些特殊的應(yīng)用場合，如惡劣天氣下的24小時(shí)全天候監(jiān)控、邊界和周界入侵自動(dòng)報(bào)警、火災(zāi)隱患自動(dòng)識(shí)別、廢棄行李和包裹探測、尋找贓物、尋找掩埋尸體等。

一、紅外熱像儀的工作原理

1672年，牛頓用分光棱鏡將太陽光轉(zhuǎn)換成40；白光&41；它可以分解成紅、橙、黃、綠、綠、藍(lán)、紫等單色光；白光&41；它是各種顏色的光的組合。1800年，英國物理學(xué)家F.W.赫胥黎從熱的角度研究各種色光時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)放在紅光帶外的溫度計(jì)的溫度指示值比其他色光要高。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，所謂熱量最大的高溫區(qū)總是在光帶邊緣的紅燈外。于是他宣布：除了可見光外，太陽輻射中還有一條看不見的“熱線”。這條看不見的“熱線”位于紅燈外，即所謂的紅外線。這種紅外線又稱紅外線輻射，指波長為0.78~1000μ M。波長為0.78-1.5μ M的部分稱為近紅外，波長為1.5～10μ M的部分稱為中紅外，波長為10-1000μ M的那部分叫做遠(yuǎn)紅外。波長為2.0-1000μ M、 紅外輻射又稱熱紅外，是自然界中最廣泛的電磁輻射。它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置介于無線電波和可見光之間。這種紅外輻射是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境中都會(huì)產(chǎn)生自身分子和原子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不斷輻射出熱紅外能量。分子和原子的運(yùn)動(dòng)越劇烈，輻射能量就越大；相反，輻射能量較小。

在自然界中，所有物體都會(huì)輻射紅外，因此利用探測器測量目標(biāo)本身與背景之間的紅外差異，可以得到不同的紅外圖像，稱為熱圖像。同一目標(biāo)的熱像與可見光的熱像不同。人眼看到的不是可見光圖像，而是目標(biāo)表面溫度分布的圖像。也就是說，可以說，人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布，而是成為人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱像。紅外熱成像技術(shù)是一種被動(dòng)式紅外夜視技術(shù)。它的原理是基于自然界的溫度高于絕對零度40-273的事實(shí)℃&＃41; 同時(shí)，紅外輻射包含了物體的特征信息，為利用紅外技術(shù)區(qū)分各種被測物體的溫度場和熱分布場提供了客觀依據(jù)。利用這一特性，通過光電紅外探測器將物體加熱部分輻射的功率信號轉(zhuǎn)換為電信號，成像器件可以逐個(gè)模擬物體表面溫度的空間分布。最后，通過系統(tǒng)處理形成熱圖像視頻信號，并傳輸?shù)斤@示屏上，得到與物體表面熱分布相對應(yīng)的熱圖像，紅外熱圖像。

非制冷焦平面紅外熱成像系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)、光譜濾波器、，紅外探測器陣列、輸入電路、讀出電路、視頻圖像處理、視頻信號形成、定時(shí)脈沖同步控制電路、監(jiān)視器等。

系統(tǒng)的工作原理是光學(xué)系統(tǒng)接收被測目標(biāo)的紅外輻射，紅外輻射能量分布圖通過光譜濾波反映在焦平面上紅外探測器陣列的每個(gè)光敏元件上。探測器將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號，探測器偏置和前置放大器的輸入電路輸出所需的放大信號，注入讀出電路進(jìn)行復(fù)用。高密度多功能CMOS多路復(fù)用器的讀出電路可以對密集線陣和面陣紅外焦平面陣列進(jìn)行信號集成、傳輸、處理和掃描輸出，并進(jìn)行aD轉(zhuǎn)換，送入微機(jī)進(jìn)行視頻圖像處理。由于被測物體各部位紅外輻射的熱像分布信號非常微弱，缺乏可見光圖像的水平感和立體感，因此需要對圖像的亮度和對比度進(jìn)行控制，進(jìn)行實(shí)際校正和偽彩色渲染。將處理后的信號發(fā)送到視頻信號形成部進(jìn)行Da轉(zhuǎn)換，形成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號。紅外焦平面陣列的性能不僅與探測器的量子效率、光譜響應(yīng)、噪聲譜和均勻性等性能有關(guān)，還與探測器探測信號的輸出性能有關(guān)，如電荷存儲(chǔ)等，輸入電路的均勻性、線性度、噪聲譜和注入效率、讀出電路的電荷轉(zhuǎn)移效率、電荷處理能力和串?dāng)_。

FPA有四種類型：單片、準(zhǔn)單片、平面混合和z混合。單片焦平面陣列（FPA）是一種在同一芯片上同時(shí)包含探測器和信號處理電路的Si器件；探測器和讀出電路分別制作，然后安裝在同一基板上。兩部分用焊絲焊接連接；在平面混合型中，使用銦柱將檢測器陣列前面的每個(gè)檢測器與復(fù)用器一一對準(zhǔn)；在Z型混合模式下，許多集成電路芯片被一個(gè)接一個(gè)地堆疊起來，形成一個(gè)三維的電路堆疊結(jié)構(gòu)。平面混合法和z混合法的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)用器直接與檢測器混合，因此具有封裝密度高、工作效率快、簡化了總體設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。由于信號處理是在焦平面陣列中進(jìn)行的，因此減少了引線的數(shù)量，并且減小了光學(xué)孔徑和光譜帶寬。

二、紅外熱像儀技術(shù)的發(fā)展

　　從赫胥爾1800年發(fā)現(xiàn)了紅外線后，開辟了人類應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。　二次世界大戰(zhàn)中，德國人用紅外變像管，研制出了主動(dòng)式夜視儀和紅外通信設(shè)備，為紅外技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　二次世界大戰(zhàn)后，美國德克薩斯儀器公司(TI)在1964年首次開發(fā)研制成功第一代用于軍事領(lǐng)域的紅外成像裝置，稱之為紅外尋視系統(tǒng)(FLIR)。它是利用光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)對被測目標(biāo)的紅外輻射掃描，由光子探測器接收兩維紅外輻射，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及處理，最后形成熱圖像視頻信號，并在熒屏上顯示。

　　六十年代中期，瑞典AGA公司和瑞典國家電力局，在紅外尋視裝置的基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有溫度測量功能的熱紅外成像裝置。這種第二代紅外成像裝置，通常稱為熱像儀。

　　七十年代，法國湯姆蓀公司又研制出，不需致冷的紅外熱電視產(chǎn)品。

1986年，瑞典研制出工業(yè)用的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，它無須液氮或高壓氣，而以熱電方式致冷，可用電池供電;1988年又推出全功能熱像儀，它將溫度的測量、修改、分析、圖像采集、存儲(chǔ)合于一體，重量小于7kg，使儀器的功能、精度和可靠性都得到了顯著的提高。

　　九十年代中期，美國FSI公司首先研制成功由軍用轉(zhuǎn)民用并商品化的新一代紅外熱像儀，它是屬焦平面陣列式結(jié)構(gòu)的一種凝視成像裝置，技術(shù)功能更加先進(jìn)，現(xiàn)場測溫時(shí)只需對準(zhǔn)目標(biāo)攝取圖像，并存儲(chǔ)到機(jī)內(nèi)的PC卡上。各種參數(shù)的設(shè)定，可回到室內(nèi)用軟件進(jìn)行修改和分析，最后直接得出檢測報(bào)告。由于取代了復(fù)雜的機(jī)械掃描，儀器重量已小于2kg，如同手持?jǐn)z像機(jī)一樣，單手即可操作使用。

　　隨著紅外焦平面陣列技術(shù)的迅速發(fā)展，美、英、法、德、以色列等西方發(fā)達(dá)國家都在競相研制和生產(chǎn)先進(jìn)的紅外焦平面陣列攝像儀，其中美國在紅外焦平面陣列傳感器的發(fā)展水平方面處于遙遙領(lǐng)先地位，其焦平面陣列規(guī)模已大達(dá)2048×2048元，已接近于可見光硅CCD攝像陣列的水平。日本在世界上最先實(shí)現(xiàn)了100萬像元集成度的單片式紅外焦平面陣列，在品種方面，從HgCdTe、InSb、GaAlAs/GaAs量子阱和PtSi到非致冷紅外焦平面陣列等種類產(chǎn)品推向市場，搶占商機(jī);法國、荷蘭、瑞典、英國、德國和意大利等在非致冷紅外熱攝像儀技術(shù)的發(fā)展方面，已顯出其處于前沿的競爭地位，如AGEMA公司的熱視570，AGEMA520和德國STNATLAS電子公司駕駛員視覺增強(qiáng)系統(tǒng)，都具有很高的水平和市場競爭實(shí)力。

　　七十年代，中國有關(guān)單位已經(jīng)開始對紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行研究。八十年代末，中國已經(jīng)研制成功了實(shí)時(shí)紅外成像樣機(jī)，其靈敏度、溫度分辨率都達(dá)到很高的水平。進(jìn)入九十年代，中國在紅外成像設(shè)備上使用低噪聲寬頻帶前置放大器，微型致冷器等關(guān)鍵技術(shù)方面有了發(fā)展，并且從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用。如用于部隊(duì)的便攜式野戰(zhàn)熱像儀，反坦克飛彈、防空雷達(dá)以及坦克、軍艦火炮等。

　　近幾年來，中國的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設(shè)備的先進(jìn)性也可同西方同步。如目前己能生產(chǎn)面積小于30μm2的1000×1000像素的探測器陣列，由于采用了基于銻化銦的新器件，目前己達(dá)到了分辨率小干0.01℃的溫差，使對目標(biāo)的識(shí)別達(dá)到更高的水平。

　　紅外熱成像儀，可以分為致冷型和非致冷型兩大類。紅外電視產(chǎn)品和非致冷焦平面熱成像儀是非致冷型產(chǎn)品，其他為致冷型紅外熱成像儀。

　　前一代的熱像儀主要由帶有掃描裝置的光學(xué)儀器和電子放大線路、顯示器等部件組成，已經(jīng)成功裝備部隊(duì)，并己用于夜間的地面觀察、空中偵查、水面保險(xiǎn)等方面。

目前，新的熱成像儀主要采用非致冷焦平面陣列技術(shù)，集成數(shù)萬個(gè)乃至數(shù)十萬個(gè)信號放大器，將芯片置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，無須光機(jī)掃描系統(tǒng)而取得目標(biāo)的全景圖像，從而大大提高了靈敏度和熱分辨率，并進(jìn)一步地提高目標(biāo)的探測距離和識(shí)別能力。

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