红外成像技术与应用.docVIP

红外成像技术及应用 1.红外成像的意义和背景 白天，人眼能看到自然界中的景物，因为眼睛接收到景物表面反射太阳的直射光，或是散射光。夜晚，虽然没有太阳照明，但在多数夜间，仍有月光、星光或大气辉光存在，自然界中的景物表面仍然要反射这些微弱的光线，于是人眼还是能模糊地看到近处的景物的轮廓。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。TM，波长响应范围是7.5~13μm，它采用的是非制冷焦平面成像的方式，重量只有0.7kg。另外，我国研制的红外滤光片的性能较好，其中，国晶辉红外光学科技有限公司研制的ZnSCCD，透射波段为0.4~14μm，有效地解决了其它光线对红外成像器件的干扰。 3.红外成像技术的几个应用实例 （1）汽车红外夜视系统：通用(GM)公司在其生产的凯迪拉克帝威(DeVille)2000型轿车上采用了夜视技术，成为第一家采用这种安全技术的汽车制造商。红外成像系统是由雷希恩公司制造的。在汽车前格栅的后面安装有一个起摄影像机作用的传感器，实际上是用来探测前面物体热量的。热能被集中到一个可以通过各种红外线波长的探测器，由探测器的众多红外线敏感元件所吸收。每一个敏感元件都是一个与温度有关的电容器，其电容大小随所接收的红外线的多少而变化。这种电容的适合人的眼睛，还可以把屏幕上下调整到适合不同司机的最佳位置。该夜视系统可以使司机探测到前照灯照明范围以外的路况，增加了驾驶的安全性。但这种夜视设备属于红外热成像系统，这种成像技术的性质决定了司机看到的画面像是一张颗粒很多的黑白照片的底片，而且这底片是时刻在变化着。继GM率先在凯迪拉克帝威(DeVille)车上装置夜视系统(Night Vision)之后，全球第五大汽车制造商克莱斯勒(DAIMLERCHRYSLER)公司也开始开发一种以红外线为探测工具的主动性夜视系统，借此系统驾驶者在夜间的视野将可由目前一般远光灯的130尺的距离拓展到500尺。目前，克莱斯勒已经将该夜视系统送往德国进行测试，初期将由大型车辆先行装配，未来将会搭载在奔驰及克莱斯勒品牌下的高级车型上。美国美洲虎公司也应用红外技术制成了供汽车司机在夜间行驶用的夜视系统。该系统中的红外传感器依靠感知记录物体间温度不同来区分它们。物体可以是汽车、人、动物、道路，甚至可以是远处的山和云团。它的成像系统非常敏感，可以区分前方物体间十分之一的摄氏度温差，在屏幕上显示出深暗不同的非常清晰的图像，这样就可以及早发现前方车辆，从而避免相撞； （2）热红外人脸识别系统：人脸识别技术利用计算机对人脸 图像进行分析 ,从中提取有效 的识别信息 ,实现个 人身份 的鉴别 到 目前为止 ,人们研究的重点主要集 中在可视图 像人脸识别领域 ,已研究了大量的算法 ,在一定的条件下 ,达到较好的识别效果 但在某些如光照条件变化 、人脸表情或姿态变化 、化妆 、照片欺诈等条件下 ,可视图像人脸识别效果会变差 近年来 ,热红外成像人脸识别技术逐渐受到人们重视 热红外人脸 图像是由人脸组织与结构如血管和血管分布等的红外辐射决定的 ,它们如同指纹一样与人的基因结构有关 ,具有唯一性 ,且不受光照条件等因素的影响 而人脸皮肤的热辐射系数与周围景物的热辐射系数有明显区别 ,所以易与周 围的景物区分开来 因此 ,热红外成像人脸识别具有抗干扰性强 、不受可见光源影响 、防伪装 、防欺诈等优点 ,在很大程度上弥补可视图像人脸识别技术的不足 可视 图像与热红外 图像人脸识别技术的融合 ,将大大提高人脸识别技术的实用性； （3）红外成像制导技术：红外成像制导系统所要探测的 目标(飞机、导弹 、坦克、车辆)其发射的热辐射效率大大高出天空背景的热辐射效率。因此,红外成像制导系统可以根据目标和背景之间不同的热辐射效率,利用红外探测器描绘出一幅如同电视图像一样清晰可见的温差图像,从而实现对 目标的识别 、捕捉 、测定 、跟踪。红外成像制导是通过红外导引头的摄像部件摄取被分成有限象素的两维图像,经过数字转换为数字图像,然后利用图形识别和图像处理技术进行背景抑制,目标图像增强、目标提取和识别特征工作,自动跟踪 目标,同时制导导弹攻击 目标。