红外热像仪

红外热像仪

夜视技术的基本问题及分类
 在夜间观察遇到的最大难点是光强不足及对比度差，在夜视技术没出现之前或技术不发达时，单凭人眼是很难在夜间观察目标及环境的，因此，夜间也就成为非法活动如抢劫、恐怖活动。据统计,世界上47%的暴力犯罪案件发生在晚6点到早6点之间。原因很简单，在夜幕的笼罩下，罪犯分子易于隐蔽，易于接近受害者，犯罪场面也不容易被看见。夜间同样是军事活动的频繁发生时间，如夜间行军、劫营、伏击等，我军在抗战及解放战争期间就是以夜战出名。现代战争中，美国都是选择在夜间发动战争的，如伊拉克战争等，原因就是对方没有夜视技术，而美方装备有先进的夜视设备，进行一场不对等的战争。
 夜视技术可分为2大类：微光夜视、红外夜视。
 用于夜间观察的微光和红外夜视装置一般由信号接收、转换、处理和显示等部分组成。实现夜间观察不同的技术方案，都要在这四大部分上反映出来。
 解决夜间观察能见度不好的办法有：(1)尽可能多地接收光能量，例如使用大口径望远镜就可以提高人眼在黄昏和漆黑夜晚的观察能力：微光和热成像装置也有使用大口径的望远镜，如有的地面用热像仪口径达到245mm。(2)设法对光信号进行放大，不同的技术基础形成不同的技术路线。微光夜视就是利用像增强技术对光信号进行数以千倍的放大，以达到人眼可观察范围。(3)将光谱延伸到红外光谱波段，克服光强不足的困难。如在微光技术中，将光电阴极的光谱响应延伸到近红外区，可以获取目标表面反射的近红外光，得到更多的光能量，改善微光成像器件的成像质量。(4) 直接获取目标自身发射的热辐射信息，在中长波红外区观察目标的热图像，则实现了真正意义上的夜视。因为自然界的物体不管白天、黑夜都在辐射该光谱波段的热辐射。热像仪就是利用该原理来实现夜视，实现全天候观察。
 在微光图像增强器中，用光电阴极将微弱的可见光和近红外光图像转换成相应的电子密度图像，其光阴极是连续和均匀的一个薄膜。在热像仪中，用若干个分离探测元组成的探测器列阵将红外光转换成电信号。 
 微光成像器件的信号处理的特点：(1)信号并行处理；(2)信号在空域处理；(3)信号是电子数量；(4)信号是模拟量；(5)信号原位处理。在半导体、微电子技术还不发达时，电真空技术的这些特点占尽优势，成为夜视技术的主流。
 热像仪焦平面组件的信号处理的特点：(1)信号串行处理，(2)信号在时域处理，(3)信号是电脉冲电平值，(4)信号是数字量，(5)信号分离处理，便于进行复杂的图像处理以获得更多的信息。半导体、探测器材料、微电子、微电机等技术的进步，使采用采用焦平面技术的红外热像仪成为夜视技术的主流。
 微光图像增强器图像显示的特点：(1)采用CRT显示，(2)图像直接显示，(3)屏幕面积有限，有几至几十平方厘米，(4)只能单屏幕显示。
 热像仪图像显示的特点：(1)显示器件种类多，有CRT、LED列阵、液晶、等离子体等，应用灵活；(2)图像可直接、间接、混合显示，对系统的适应性好；(3)屏幕面积可大可小，从几平方厘米至几十平方米；(4)可多屏幕显示；(5)可在屏幕中加入其它信息，如直接显示温度信息等。
 按成像原理和制造技术，夜视技术可分为：
 1、微光夜视
 （1）微光图像增强器
 第一代    多碱金属阴极，级联管
 第二代    多碱金属阴极，微通道板
 第三代    负电子亲合势阴极
 （2）微光电视
 （3）低亮度电视
 2、红外夜视
 （1）主动红外夜视
 （2）被动红外热成像夜视
 A、非制冷型热像仪
 热释电摄像管  热释电靶            真空电子束扫描
 扫描型        多元线列探测器      并行扫描
 凝视型        热电偶FPA          电子学扫描
 热释电FPA          电子学扫描
 微测辐射热计FPA    电子学扫描
 B、制冷型热像仪
 第一代    多元线列探测器  串行扫描
 并行扫描
 带扫描
 小面阵探测器    串/并行扫描
 第二代    多元线列FPA    并行扫描
 多元4N FPA     串/并行扫描
 第三代    凝视型          电子学扫描
焦平面（FPA）红外热像仪的技术现状
 从上面的分析的技术特点来看，被动红外热成像夜视仪是夜视设备的主流，特别是红外热像仪技术已长足发展及成本大幅度降低的今天，现在军方主流的光电观瞄设备都是三光合一，即集成可见光、热像仪、激光测距机。目前，微光夜视主要是应用于某些特殊场合或者配合热像仪使用，主动红外由于易于暴露及探测距离不远的原因，现在主要运用于民用的低端领域。
 热像仪主要有两大类：制冷型热像仪及非制冷热像仪。
 
红外热像仪的发展趋势
 1、长波为主
 在军事应用上，战术目标多于战略目标，地面目标多于空中目标，室温目标多于高温目标，就民用而言，主要也是室温目标。这些基本的特点决定了热像仪发展将以长波为主。室温目标的长波红外的能量比中波红外的大一个数量级以上，因此工作在长波红外的热像仪性能会更高—些，但不排除根据某些特殊应用发展相应的其它波段的热像仪。
 2、 大面阵化
 获得与电视图像画质相当的热像，始终是热像仪发展的内在动力之一。
 现在国内装备的主流产品是320×240、384×288焦平面，目前正处于更换为640×480和768×576焦平面的转变时期。国外如美国、法国等已经研制出1024×1024的焦平面。今后，热像仪将向更大的焦平面发展，实现大面阵后才可更好地满足热像仪对视场、温度分辨率及空间分辨率的要求。
 3、多色化
 目前的热像仪都是单色热像仪，只能单独工作在中波（3～5μm）或者长波（8～12μm）。据报道，美国等已经研制出双色热像仪。今后的发展方向就是向多色发展，进一步提高热图像质量。
 4、低成本化
 热像仪的价格与性能同等重要。因为只有大量的装备热像仪，其高新技术的战场优势才能充分体现出来，而只有价格与市场购买力相适应时，才会打开热像仪广大的市场。
 随着非制冷热像仪技术的发展，其低成本优势越来越明显。目前，在民用领域及军用低端领域，基本上都采用了非制冷热像仪。