序言

紅外線是電磁波譜的一個部分，這一波段位于可見光和微波之間。早在1800年，英國天文學家赫胥爾為尋找觀察太陽時保護自己眼睛的方法就發(fā)現(xiàn)了這一“不可見光線”。但是，紅外技術(shù)取得迅速發(fā)展還是在二次大戰(zhàn)期間和戰(zhàn)后的幾十年，推動技術(shù)發(fā)展的原因主要是由于軍事上的迫切需要和航天工程的蓬勃開展。

紅外系統(tǒng)是用于紅外輻射探測的儀器。根據(jù)普朗克輻射定理，凡是絕對溫度大于零度的物體都能輻射電磁能，物體的輻射強度與溫度及表面的輻射能力有關(guān)，輻射的光譜分布也與物體溫度密切相關(guān)。在電磁波譜中，我們把人眼可直接感知的0.4～0.75微米波段稱為可見光波段，而把波長從0.75至1000微米的電磁波稱為紅外波段，紅外波段的短波端與可見光紅光相鄰，長波端與微波相接�？梢姽廨椛渲饕獊碜愿邷剌椛湓�，如太陽、高溫燃燒氣體、灼熱金屬等，而任何低溫、室溫或加熱后的物體都有紅外輻射。

通常情況下，紅外儀器總被認為是一種無源、被動式的探測儀器，因為它主要探測來自被測物體自身的紅外輻射。例如：紅外輻射計、熱像儀、搜索跟蹤設備等就不需要像雷達系統(tǒng)那樣的大功率輻射源，紅外儀器可對物體自身熱輻射進行非接觸式的檢測，從中反演出物體溫度或輻射功率、能量等。由于，具有全天時、隱蔽性好、不易為敵方干擾，適合軍事應用。

但是，并非所有的紅外儀器都是無源的。因為，除物體自身熱輻射外，自然或人工輻射源與物質(zhì)相互作用也能產(chǎn)生電磁輻射。電磁輻射與物體的相互作用可以表現(xiàn)為反射、吸收、透射、偏振、熒光等多種形式，利用不同作用機理，可研制出門類眾多的紅外儀器。如利用物體反射、吸收電磁輻射時的光譜特征，可測量分析物體的顏色、水份、和材料組分等。這一類探測儀器是需要輻射源的。

習慣上，我們都是根據(jù)儀器自身是否帶輻射源來劃分被動式或主動式探測儀器。儀器的命名也有所不同，如我們把被動式的輻射測量設備稱之為輻射計，如紅外輻射計、微波輻射計。而主動式的輻射探測設備相應地稱為紅外雷達、微波雷達。本課程主要介紹被動式的紅外光電探測系統(tǒng)。

紅外系統(tǒng)的信息流程通常包含輻射產(chǎn)生、傳輸、采集、光電轉(zhuǎn)換、信號處理等環(huán)節(jié)。紅外光、可見光本質(zhì)上都是電磁波，波段相鄰，紅外儀器與可見光儀器的工作原理、信息流程幾乎相同，主要元部件（如光學系統(tǒng)、探測器）雖有差異，但其作用機理、設計方法相似之處甚多，許多遙感儀器也經(jīng)常集成了可見光通道和紅外探測通道。由此，紅外光電系統(tǒng)課程重點講授紅外技術(shù)，但許多內(nèi)容對可見光系統(tǒng)也是適用的。

紅外系統(tǒng)技術(shù)涉及紅外物理、紅外光學、紅外探測器、信號檢測與處理等多個技術(shù)領(lǐng)域，是一門工程性很強的綜合性學科�？梢杂幂椛洹⒐庾V、空間、時間等特性來描述一個紅外系統(tǒng)的性能。具體表現(xiàn)為：

輻射特性：系統(tǒng)探測靈敏度、信號動態(tài)范圍；

光譜特性：波段、光譜分辨率；

空間特性：探測視場、瞬時視場（空間分辨率）；

時間特性：掃描速率、掃描效率、電子帶寬、數(shù)據(jù)率等；

紅外系統(tǒng)的綜合性能受到光學結(jié)構(gòu)、探測器、掃描方式等多種因素的限制，而且各種特性相互制約，例如系統(tǒng)的光譜、空間、時間性能會限制系統(tǒng)的輻射能量。高空間分辨率、高光譜分辨率的快速掃描輻射計，不可能獲得較高的系統(tǒng)信噪比。因此，設計紅外系統(tǒng)必須從應用需求出發(fā)，合理設計系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)綜合性能得以優(yōu)化。

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