红外成像概述
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：
近红外线（NIR, IR-A DIN）：波长在 0.75 － 1.4 微⽶，以⽔的吸收来定义，由于在⼆氧化硅玻璃中的低衰减率，通常使⽤在光纤通信中。在这个区域的波长对影像的增强⾮常敏锐。例如，包括夜视设备，像是夜视镜。
短波长红外线（SWIR, IR-B DIN）：1.4 － 3 微⽶，⽔的吸收在 1,450 nm显著的增加。1,530 ⾄ 1,560 nm是主导远距离通信的主要光谱区域。
中波长红外线（MWIR, IR-C DIN）：也称为中红外线：波长在 3 － 8 微⽶。被动式的红外线追热导向导
弹技术在设计上就是使⽤ 3－ 5 微⽶波段的⼤⽓窗⼝来⼯作，对飞机红外线标识的归航，通常是针对飞机引擎排放的⽻流。 长波长红外线（LWIR, IR-C DIN）：8 － 15 微⽶。这是”热成像”的区域，在这个波段的感测器不需要其他的光或外部热源，例如太阳、⽉球或红外灯，就可以获得完整的热排放量的被动影像。前视性红外线（FLIR）系统使⽤这个区域的频谱。，有时也会被归类为”远红外线”
远红外线（FIR）：50 － 1,000 微⽶（参见远红外线激光）。
燃煤烤箱
NIR和SWIR有时被称为 “反射红外线” ，⽽MWIR和LWIR有时被称为”热红外线”，这是基于⿊体辐射曲线的特性，典型
的’热’物体，像是排⽓管，同样的物体通常在MW的波段会⽐在LW波段下来得更为明亮。
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：
1. 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）
缘114
2. 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。
3. 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）
4. 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）
5. 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
沼气储气罐
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：
1. 近红外线底⽚：以波长700nm～900nm的近红外线为主要感应范围，利⽤加⼊特殊染料的乳剂产⽣光化学反应，使此⼀波域的光变化顶到子宫肚子涨
转为化学变化形成影像。
2. 近红外线电⼦感光材料：以波长 700nm～2,000nm 的近红外线为主要感应范围，它是利⽤以硅为主的化合物晶体产⽣光电反应，形成
电⼦影像。
3. 中、远红外线热像感应材料：以波长 3,000nm～14,000nm 的中红外线及远红外线为主要感应范围，利⽤特殊的感应器及冷却技术，形
成电⼦影像。
一体式三格化粪池
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：红外校正算法；
红外图像DDE（细节增强算法）；
红外图像的融合算法；
红外⽬标跟踪算法等。
红外成像系统的构成：
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。
2.1 红外图像的特点
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：
1. 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
1. 红外成像普遍存在噪声⼤、图像对⽐度低、信噪⽐低、边缘不清晰、视觉效果模糊、灰度范围窄的现象。
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：
1. 被动⼯作、抗⼲扰性较强、全天候⼯作特性等；
2. 局部特征稳定。
诸如：⾓点、边缘、直线、纹理等特征。
Reference：
365t[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。
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