紅外物理與技術

第1章 緒論 1
引言 1
1.1 紅外輻射的基本概念 1
1.1.1 電磁輻射 1
1.1.2 紅外輻射 3
1.1.3 紅外輻射的特點 4
1.2 紅外物理與紅外技術 5
1.3 紅外技術的應用 6
1.3.1 紅外技術的發展 6
1.3.2 紅外技術在軍事領域的應用 7
1.3.3 紅外技術在國民經濟領域
的應用 9
小結 13
習題 13
參考文獻 14

第2章 輻射度量基礎 15
引言 15
2.1 輻射量 15
2.1.1 基本輻射量 15
2.1.2 光譜輻射量 19
2.1.3 光子輻射量 20
2.2 光度量 22
2.2.1 光視效能與光視效率 22
2.2.2 基本光度量 25
2.3 朗伯輻射體 28
2.3.1 朗伯余弦定律 28
2.3.2 朗伯輻射體的特征 29
2.4 朗伯輻射度量中的基本規律 30
2.4.1 距離平方反比定律 30
2.4.2 互易定理 30
2.4.3 立體角投影定理 31
2.4.4 Sumpner定理 32
2.4.5 角系數互換性關系 32
2.5 朗伯體的輻射量計算 35
小結 42
習題 42
參考文獻 44

第3章 熱輻射的基本規律 45
引言 45
3.1 物體發光類型 45
3.2 基爾霍夫定律 46
3.3 普朗克輻射定律 48
3.4 維恩位移定律 55
3.5 斯蒂芬-玻爾茲曼定律 57
3.6 黑體輻射的計算 58
3.7 輻射效率和輻射對比度 60
3.8 發射率 63
3.8.1 發射率的定義 63
3.8.2 物體發射率的變化規律 65
3.8.3 熱輻射體的分類 66
小結 67
習題 68
參考文獻 68

第4章 紅外輻射源 70
引言 70
4.1 腔體輻射理論 70
4.1.1 Gouffé理論 70
4.1.2 Devos 理論 76
4.2 黑體型輻射源 83
4.3 實用紅外輻射源 85
4.3.1 電熱固體輻射源 86
4.3.2 氣體放電輻射源 88
4.4 紅外激光器 92
4.4.1 激光的特性 92
4.4.2 常用激光器 93
4.5 自然景物光輻射 94
4.5.1 太陽光輻射 94
4.5.2 月亮光輻射 96
4.5.3 天空背景光輻射 97
4.5.4 地物光輻射 99
4.5.5 海洋背景光輻射 101
4.6 人工目標的紅外輻射 103
4.6.1 火箭的紅外輻射 103
4.6.2 飛機的紅外輻射 104
4.6.3 坦克的紅外輻射 108
4.2.4 火炮的紅外輻射 110
4.6.5 紅外誘餌的輻射 111
4.6.6 人體的紅外輻射 111
小結 112
習題 112
參考文獻 112

第5章 紅外輻射的測量 113
引言 113
5.1 常見的紅外輻射測量儀器 113
5.1.1 單色儀 113
5.1.2 光譜輻射計 115
5.1.3 紅外分光光度計 117
5.1.4 傅里葉變換紅外光譜儀 119
5.1.5 多通道光譜儀 121
5.2 基本輻射量的測量 122
5.2.1 輻射亮度的測量 122
5.2.2 輻射強度的測量 123
5.2.3 總輻射通量的測量 123
5.3 紅外發射率的測量 125
5.3.1 半球全發射率的測量 126
5.3.2 法向光譜發射率的測量 128
5.4 紅外反射比的測量 131
5.4.1 反射比 132
5.4.2 積分球反射計 134
5.5 紅外吸收比和透射比的測量 138
5.6 紅外輻射測溫 139
小結 142
習題 142
參考文獻 143

第6章 紅外輻射的大氣傳輸 144
引言 144
6.1 大氣的基本組成 144
6.1.1 大氣層的結構 144
6.1.2 大氣的組成 145
6.1.3 大氣模式 149
6.2 輻射在大氣中傳輸的光學現象 150
6.2.1 大氣的折射 150
6.2.2 大氣消光及大氣窗口 151
6.2.3 大氣的其他光學現象 153
6.3 大氣吸收與散射的計算 154
6.3.1 大氣的吸收 154
6.3.2 大氣的散射 160
6.3.3 大氣透過率 167
6.4 大氣消光對成像系統性能的影響 169
6.5 大氣傳輸計算軟件MODTRAN 170
小結 175
習題 175
參考文獻 176

第7章 紅外熱成像技術 177
引言 177
7.1 紅外熱成像技術的發展 177
7.1.1 紅外熱成像的基本過程 178
7.1.2 紅外熱成像技術的發展過程 178
7.2 紅外熱成像系統的構成 178
7.2.1 紅外熱成像系統的誕生及發展 179
7.2.2 紅外熱成像系統的類型及結構 179
7.2.3 紅外熱成像系統的通用組件 181
7.2.4 紅外熱成像系統的基本參數 182
7.3 光學系統和掃描器 183
7.3.1 光學系統 183
7.3.2 掃描器 185
7.4 探測器和探測器電路 185
7.4.1 紅外探測器的發展與分類 186
7.4.2 光子紅外探測器 187
7.4.3 熱紅外探測器 188
7.4.4 紅外探測器的性能參數 191
7.4.5 探測器電路 193
7.5 數字化 194
7.6 圖像處理 195
7.6.1 增益/電平歸一化 195
7.6.2 圖像格式化 195
7.6.3 伽馬校正 195
7.7 圖像重建與圖像顯示 196
小結 196
習題 197
參考文獻 197

第8章 紅外熱成像系統的性能評價 198
引言 198
8.1 紅外熱成像系統的主要性能指標及其測量 198
8.1.1 噪聲等效溫差（NETD） 199
8.1.2 調制傳遞函數（MTF） 201
8.1.3 最小可分辨溫差（MRTD） 203
8.1.4 最小可探測溫差（MDTD） 204
8.1.5 MRTD和MDTD的測量 205
8.2 紅外熱成像系統的作用距離估算 206
8.2.1 擴展源目標的視距估計模型 206
8.2.2 視距估算的修正因素 206
8.3 熱成像系統的特性參數測試平台 208
8.3.1 紅外熱成像系統的特性參數測試平台 208
8.3.2 紅外熱成像系統的特性參數
測試 209
小結 210
習題 210
參考文獻 211

第9章 紅外偏振成像的原理與技術 212
引言 212
9.1 光的偏振 212
9.2 紅外偏振成像的原理 214
9.2.1 偏振光的產生 214
9.2.2 偏振光的描述 217
9.2.3 紅外偏振成像方式 221
9.3 目標與背景的紅外偏振特性 223
9.3.1 自然目標的偏振特性 223
9.3.2 人工目標的偏振特性 226
9.3.3 背景的偏振特性 227
9.4 紅外偏振成像與光強成像的對比 229
9.4.1 大氣傳輸差異特性分析 229
9.4.2 成像響應差異特性分析 230
小結 232
習題 232
參考文獻 232

第10章 紅外仿真技術 234
引言 234
10.1 仿真技術的基本概念 234
10.1.1 仿真與仿真技術 234
10.1.2 仿真模型與仿真實驗 235
10.1.3 仿真工具與仿真方法 235
10.2 紅外仿真的基本方法 236
10.2.1 數學仿真 236
10.2.2 半實物仿真 237
10.3 紅外地表仿真 238
10.3.1 地表紅外輻射建模 238
10.3.2 地表紅外場景可視化 240
10.3.3 實驗結果及分析 243
10.4 基於JRM軟件系統的紅外場景仿真 245
10.4.1 JRM介紹 245
10.4.2 仿真案例 253
小結 255
習題 255
參考文獻 256

第11章 紅外圖像處理技術 257
引言 257
11.1 紅外圖像的特點 257
11.2 紅外圖像的非均勻性校正 257
11.2.1 紅外圖像的非均勻性產生機理 257
11.2.2 紅外圖像的非均勻性校正方法 259
11.3 盲元檢測與補償 265
11.3.1 盲元檢測 265
11.3.2 盲元補償 266
11.4 紅外圖像的增強 266
11.4.1 紅外圖像直方圖 266
11.4.2 直方圖均衡 268
11.4.3 自適應分段線性變換 269
11.4.4 離散小波變換紅外圖像增強方法 270
11.4.5 圖像增強實驗 271
11.5 紅外圖像的降噪 273
11.5.1 紅外圖像的常見噪聲模型 273
11.5.2 紅外圖像降噪的基本方法 275
11.5.3 基於閾上隨機共振的紅外圖像
降噪方法 277
小結 279
習題 279
參考文獻 280

第12章 紅外圖像融合技術 281
引言 281
12.1 圖像融合的基本概念 281
12.1.1 圖像融合的概念與層次 281
12.1.2 圖像融合效果的評價 284
12.1.3 常用圖像融合方法分析 289
12.1.4 圖像融合的應用 291
12.2 可見光與紅外圖像的融合 292
12.3 紅外多波段圖像的融合 294
12.3.1 紅外多波段圖像的融合 294
12.3.2 紅外中波細分波段圖像的融合 301
12.3.3 紅外短、長波段圖像的融合 308
12.3.4 紅外多波段偽彩色融合 310
12.4 紅外偏振與紅外光強圖像的融合 312
小結 317
習題 317
參考文獻 318