红外与微光技术

红外与微光技术

1.红外技术的简介

红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。通常人们将其划分为近、点击此处添加图片说明中、远红外三部分。近红外指波长为0.75～3.0微米；中红外指波长为3.0～20微米；远红外则指波长为20～1000微米。在光谱学中，波段的划分方法尚不统一，也有人将0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的"窗口"区，即1～3微米、3～5微米和8～13微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。

红外应用产品种类繁多，应用广泛。红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。本文选择了红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的产品领域做介绍。红外技术的发展前景十分的广阔，在军用和民用领域都有着极其广阔的应用。按应用领域可分为：安防领域、消防领域、电力领域、企业制程控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感领域等。

2.红外技术的基本原理

红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。红外线可分为：近红外线（700~2000nm）、中红外线（3000~5000nm）、远红外线（8000~14000nm）。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。

红外线穿透云雾能力比可见光强，利用红外线可以观测低空水蒸气含量进行天气预报；晴天可利用红外线观测大气CO⒉含量，估计温室效应，亦可观测大气污染的情况。

红外线具有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。俗称红外光。生物体中的偶极子和自由电荷在电磁场的作用下，有按电磁场方向排列的趋势。在此过程中，引发分子、原子无规则运动加剧而产生热，当红外辐射有足够强度时即超过了生物体的散热能力，就会使被照射机体局部温度升高，这就是红外线的热效应。

红外热效应是设计和制作热敏型红外探测器的物理基础。在生活中，利用红外热效应的有红外线高温杀菌、红外线治疗等。

红外线检测物体表面温度分布的变化如图1：

图1 红外线检测物体表面温度分布的变化

从图中可知，热流注入是均匀的，因此对无缺陷的物体，正面和背面的温度场分布基本上是均匀的。

如果物体内部存在缺陷，在缺陷处温度分布将发生变化，对于隔热性的缺陷，正面检测时，缺陷处因热量堆积呈“热点”，背面检测时缺陷处则是低温点；而对于导热性的缺陷，正面检测时，缺陷处的温度是低温点，背面检测到缺陷处的温度是“热点”。

可见，采用红外检测技术，可以形象的检测出材料表层与浅层缺陷和范围。

3.红外技术的典型应用

3.1军用领域

红外技术可用于对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外成像的精确制导；武器平台的驾驶、导航；探测隐身武器系统；光电对抗等。在美、英、法、德、日、以色列等发达国家的军队中，红外热像仪已配置在陆、空、海军等各个军种中，例如海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7具红外热像仪。

与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用相对较少，其市场需求量相当巨大。

3.2民用领域

红外测温、红外成像已在工业、交通、电力、石化、农业、医学、遥感、安全监控与防范和科学研究等民用领域广泛应用，成为自动控制、在线监测、非接触测量、设备故障诊断、资源勘查、遥感测量、环境污染监测分析、人体医学影像检查等重要方法。

系统级产品种类和量产规模的不断扩大导致了红外器件成本的降低，这个发展趋势不但促进了这项技术在民用领域能够不断地探寻更多的应用用途，同时又拉动了这项技术本身所牵引的基础行业的发展。

民用领域的红外热像仪市场极有可能呈现出爆发性增长，未来全球民用潜在需求市场高达上千亿美元。

3.3安防领域

从2006 年至今，全球视频监控市场年增长速度达到70%左右，预计到2010 年，全球视频监控市场规模将达到近60亿美元。中国视频监控市场，2006年规模达18亿元，预计2010年将达到近70亿元。

随着商业和民用安防监控实际需求的不断增长、部署监控系统性价比的不断提升，以及“国家应急体系”、“平安建设”、“科技强警”等重大工程项目在全国不断推进，我国视频监控市场将持续升温，并不断创造出更多的市场需求和机会。

北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的举办和世界社会安全形势的多变，对各种危险性的预防也提出了越来越高的要求，具有全天时准全天候的红外监视显得更加突出。

非制冷红外探测器的出现和市场价格的可接收性，红外报警已从近红外主动照射成像报警、点源红外探测报警快速向红外凝视焦平面成像发展。

红外成像、红外/可见光融合的智能视频监控报警系统将获得快速发展，并将广泛运用到海边防、银行、机场、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门，以及交通、工业、仓储、港口码头、物联网和森林防火等行业市场。

到2009年，全国约有300万个监控摄像头用于城市监控与报警系统。未来按三十分之一配置红外热像仪，市场规模即达10万只，平均每台按5万元计算（目前售价约为10万元），市场需求总量达到50亿元。红外安防已经开始成为安防领域的又一热门产业！

3.4消防领域

消防领域是世界上发达国家红外热像仪最大的民用市场。据统计，目前全球有大约500万消防人员，如果每辆消防车辆配备一台热像仪，市场总量将达到20万台。

据我国公安部消防局装备处的统计资料，目前我国消防车保有量约为 2.3万辆，按照公安部、国家发展和改革委员会、建设部修订的《城市消防站建设标准》要求，到2009年，每个消防站的消防车配置将由3.2辆增加到5辆，全国消防车总量因此将达到近3.6万辆。

我国消防车中配备红外热像仪的还很少，如果每台消防车配备一台红外热像仪，平均每台按10万元计算（目前售价约为15万元），全球消防领域的市场需求总量达到200亿元，我国将达到36亿元。

电力领域作为最成熟、最有效的电力在线检测手段，红外热像仪可以大大提高供电设备运行的可靠性，大大降低了设备的检修时间。

虽然电力行业是目前我国民用红外热像仪应用最多的行业，但仅限于广东、

浙江、江苏、山东等沿海经济发达地区，而且目前这些发达地区的拥有量也仅为需求量的20%。

据统计，我国电力行业红外热像仪的总需求量约为2.5万台，以平均每台售价6万元（目前售价约为10万元）计算，市场需求总额约为15亿元。

3.5企业制程控制领域

目前，我国制造业共有约130多万家企业，这些制造业如果利用红外热像仪做制程控制，则能大大提高企业的产品品质，如制造业中10%的大型企业配备红外热像仪，按每家企业配备一台红外热像仪来计算，则市场需求总量将达到13万台，以每台售价10万元计算，则市场需求额可达130亿元。

3.6医疗领域

红外技术的医学应用主要包括人体温度检测、疾病临床诊断、疾病治疗与保健三个领域。红外测温检测在非典、流感期间发挥了重要作用；医用红外热成像技术是对结构成像技术（B超、CT、核磁共振）是一个很好的补充，许多以往结构成像技术不能表现或晚于机能表现的异常信息，却能通过红外热成像技术表达。据文献报道，在发现肿瘤方面，它比CT、核磁早6～12个月。它又是疼痛及软组织损伤的唯一可查仪器。

目前，医用红外热成像技术正在生物信息、无创检测、亚健康评估、肿瘤预测、中医诊断客观化、人体异常信息的无创监测（包括SARS疫情监测）等重大前沿领域得到广泛的应用。各种红外理疗仪已经逐步进入了人们的家庭。

我国医用红外热像仪的研制起步较晚，1991年才开始研制医用红外，由于技术和市场的原因，销售量一直较小，目前在使用的医用红外热像仪产品大约有200台，北京协和医院、军区总医院、309医院、304医院、721医院、电力总医院、北京医院等均有此类设备，据报道，目前全国各大医院均已建立了红外医疗中心，80%的中小型医院成立了红外医疗科室，国内医疗界对红外医疗设备的需求大大增加。

3.7建筑领域

2006年11月1日，中国工程建设标准化协会批准实施《红外热像法检测建筑外墙饰面层脱粘结缺陷技术规程》，对红外热像仪在建筑行业的应用进行了规

范。目前，我国建筑企业约为10万家，如果每家配备1台红外热像仪，则市场需求总量可达10万台，以平均每台售价5万元计算，市场需求额可达50亿元。

3.8遥感领域

红外遥感仪器获取地物目标的红外波段辐射数据，经过信号或信息处理可以获得地球环境的信息。在地球资源探查、气象预报、防灾减灾、抗灾搜救等方面具有重要的应用价值和广阔的应用空间。

有星载、机载、浮空器等众多遥感平台。

4.红外技术的发展趋势

红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。但人们对她的研究仍然延续，时不时出现的新发明新应用，带给我们惊讶与感叹，人类对这座宝藏的开发还远远不够，红外产业还有广阔的扩张空间！

4.1红外技术的发展及主要应用领域

4.1.1军用领域

在美、英、法、德、日、以色列等发达国家的军队中，红外热像仪已配置在陆、空、海军等各个军种中，例如海湾战争中平均每个美国士兵配备1.7具红外热像仪。

与发达国家相比，目前我国军队中红外热像仪的应用相对较少，其市场需求量相当巨大。

4.1.2民用领域

红外测温、红外成像已在工业、交通、电力、石化、农业、医学、遥感、安全监控与防范和科学研究等民用领域广泛应用，成为自动控制、在线监测、非接触测量、设备故障诊断、资源勘查、遥感测量、环境污染监测分析、人体医学影像检查等重要方法。

系统级产品种类和量产规模的不断扩大导致了红外器件成本的降低，这个发

展趋势不但促进了这项技术在民用领域能够不断地探寻更多的应用用途，同时又拉动了这项技术本身所牵引的基础行业的发展。

民用领域的红外热像仪市场极有可能呈现出爆发性增长，未来全球民用潜在需求市场高达上千亿美元。

4.2红外技术产业的主要领域方向

按产品和技术类别可分为：红外传感器、红外成像器、红外材料、光学元件、制冷器、前放、专用信号读出处理电路、图像处理、系统设计、系统检测、仿真与试验等；

按应用领域可分为：安防领域、消防领域、电力领域、企业制程控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感领域等。

4.2.1安防领域

随着商业和民用安防监控实际需求的不断增长、部署监控系统性价比的不断提升，以及“国家应急体系”、“平安建设”、“科技强警”等重大工程项目在全国不断推进，我国视频监控市场将持续升温，并不断创造出更多的市场需求和机会。

北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的举办和世界社会安全形势的多变，对各种危险性的预防也提出了越来越高的要求，具有全天时准全天候的红外监视显得更加突出。

非制冷红外探测器的出现和市场价格的可接收性，红外报警已从近红外主动照射成像报警、点源红外探测报警快速向红外凝视焦平面成像发展。

红外成像、红外可见光融合的智能视频监控报警系统将获得快速发展，并将广泛运用到海边防、银行、机场、油库、军械库、图书文献库、文物部门、监狱等重要部门，以及交通、工业、仓储、港口码头、物联网和森林防火等行业市场。

4.2.2消防领域

我国消防车中配备红外热像仪的还很少，如果每台消防车配备一台红外热像仪，平均每台按10万元计算（目前售价约为15万元），全球消防领域的市场需求总量达到200亿元，我国将达到36亿元。

电力领域

作为最成熟、最有效的电力在线检测手段，红外热像仪可以大大提高供电设备运行的可靠性，大大降低了设备的检修时间。

虽然电力行业是目前我国民用红外热像仪应用最多的行业，但仅限于广东、浙江、江苏、山东等沿海经济发达地区，而且目前这些发达地区的拥有量也仅为需求量的20%。

据统计，我国电力行业红外热像仪的总需求量约为2.5万台，以平均每台售价6万元（目前售价约为10万元）计算，市场需求总额约为15亿元。

4.2.3企业制程控制领域

目前，我国制造业共有约130多万家企业，这些制造业如果利用红外热像仪做制程控制，则能大大提高企业的产品品质，如制造业中10%的大型企业配备红外热像仪，按每家企业配备一台红外热像仪来计算，则市场需求总量将达到13万台，以每台售价10万元计算，则市场需求额可达130亿元。

4.2.4医疗领域

红外技术的医学应用主要包括人体温度检测、疾病临床诊断、疾病治疗与保健三个领域。

红外测温检测在非典、流感期间发挥了重要作用；医用红外热成像技术是对结构成像技术（B超、CT、核磁共振）是一个很好的补充，许多以往结构成像技术不能表现或晚于机能表现的异常信息，却能通过红外热成像技术表达。据文献报道，在发现肿瘤方面，它比CT、核磁早6～12个月。它又是疼痛及软组织损伤的唯一可查仪器。

目前，医用红外热成像技术正在生物信息、无创检测、亚健康评估、肿瘤预测、中医诊断客观化、人体异常信息的无创监测（包括SARS疫情监测）等重大前沿领域得到广泛的应用。

各种红外理疗仪已经逐步进入了人们的家庭。

我国医用红外热像仪的研制起步较晚，1991年才开始研制医用红外，由

于技术和市场的原因，销售量一直较小，目前在使用的医用红外热像仪产品大约有200台，北京协和医院、军区总医院、309医院、304医院、721医院、电力总医院、北京医院等均有此类设备，据报道，目前全国各大医院均已建立了红外医疗中心，80%的中小型医院成立了红外医疗科室，国内医疗界对红外医疗设备的需求大大增加。

4.2.5建筑领域

2006年11月1日，中国工程建设标准化协会批准实施《红外热像法检测建筑外墙饰面层脱粘结缺陷技术规程》，对红外热像仪在建筑行业的应用进行了规范。目前，我国建筑企业约为10万家，如果每家配备1台红外热像仪，则市场需求总量可达10万台，以平均每台售价5万元计算，市场需求额可达50亿元。

4.2.6遥感领域

红外遥感仪器获取地物目标的红外波段辐射数据，经过信号或信息处理可以获得地球环境的信息。在地球资源探查、气象预报、防灾减灾、抗灾搜救等方面具有重要的应用价值和广阔的应用空间。有星载、机载、浮空器等众多遥感平台。

4.3第三部分国内外红外产业的现状与发展趋势

4.3.1军用领域

红外技术已广泛应用于陆、海、空各军兵种，其中红外成像精确制导是各国红外技术应用的主流方向之一。红外成像制导技术是由美国人从60年代初开始研创。有资料统计，在过去的20年里，世界范围内多次的局部战争和有限军事冲突中，被导弹击中的飞机中有90%是被红外制导导弹击落的, 有85%的地面和海上目标是被有红外制导能力的武器系统所击中。

红外制导技术的扩展应用领域相当宽广，大量装备的还有阵地型、机载型、舰载型和星载型制导火控系统和预告警系统。这些地面系统由于基本不受体积、重量、造型和时效性的严格限制，又有人工参与进行维护和参数的现场设置。

在欧、美发达国家，非消耗性红外成像制导（指挥、预警和火控）系统的列装率较高，几乎军用（警用）舰船上、飞机上、战车上和重要的地面阵地都装备

了大量的红外成像设备，并发挥了相当重要的作用。

4.3.2民用领域

根据美国Maxtech International 发布的红外市场报告， 2006年全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，几年来，全球民用红外热像仪市场需求年均增长率已超过了15%，预计2010 年全球民用红外热像仪市场供给将达到28亿美元。全球民用红外热像仪市场的供给和需求趋势

由于红外技术具有很高的军用和民用价值，近年来国外主要厂家纷纷在核心器件及系统产品的产业化进程中加大投入和研发的力度。

5.微光技术的简介

微光学技术是90年代发展起来的光电学科前沿技术,是光电技术列阵化、微型化、智能化的主要发展方向。微光学技术已经在光通讯、光开关、光扫描、光互连中得到应用。微光学（micro-optiCS）是20世纪90年代的产物，其中包括微米尺度的光学表面微结构，其在日本称为微小光学。微小光学是广义上的微光学，不是物理意义上的微光学。自从微电子学的微细加工技术发展以来，在光学这个学科上就产生了微光学这个前沿学科分支。因此，微光学是一个知识密集、前沿和技术先进的新的光学学科分支，被誉为光学新技术，代表着光学领域的科学前沿。

微光学是一门属于多门前沿学科交叉领域的新兴科学，是光学与微电子学和其他科学相互渗透、交叉而形成的前沿学科。光学仪器的微型化及微系统工程的开发迫切要求系统结构及光学元件的微型化，从而推动了微光学的发展，而电子技术又为微光学的发展创造了条件。微光学借助于微电子工业技术的最新研究成果，是国际上最前沿研究方向之一，并具有广泛的应用前途。

6.微光技术的基本原理

二元光学是80 年代后期形成并迅速发展的一门新兴表面微结构光学。首先由美国MIT 的林肯实验室主任W B Veldkamp 于1987 年提出。二元光学是用大规模集成电路工艺方法来制造的衍射光学。常规衍射光学元件由于衍射效率低

( ≤70 %) ,工艺因素不易控制(湿处理,再现等) ,成像质量欠佳,因而主要发展二元光学。

图2 二元光学原理

二元光学的原理如图 2 所示。首先用要求的波面经计算机设计成三维位相微结构,这种微结构其光的衍射形式可用多项式来逼近一个任意波面形状:

———像差优化系数。当多项式取到10 阶式中λ———入射光波长;a

nm

以上,就可以决定像差优化系数a

,如果要考虑偏振等特性,必须采用矢量理论

nm

计算Ф( x , y ) 。目前国内外已有多种光学软件,例如Code V , ZeMax , OSLD 等可以应用。当波面Ф( x , y) 用2π来量化,这就是Fresnel 波带板。当量化

用一个模函数:N = 2m。式中m 是二元量化水平,代表二元的掩模数。

当m = 1 (相位深度为π) ,即一个量化水平,称衍射光学。这种衍射光学一般是指全息光学元件,衍射效率η≈40 %。

7.微光技术的典型应用

微光技术在医学上有重要作用。微光学电子机械系统集微传感器、微执行器、电子电路和微光学元件于一体，同时执行光学、电学和机械功能，是微电子机械系统与集成光学的有机结合，是微电子机械系统在微光学领域的应用，是微电子机械系统大有希望的发展方向。

微光学元件具有体积小、重量轻、设计灵活可实现阵列化和易大批量复制等优点已成功地应用到各个领域中，如SurgiLas德国全球专利微光学治疗仪就是对微光学的灵活运用，在静脉曲张治疗方面具有划时代的意义，唯一遗憾的是此技术只被少数机构掌握，而SurgiLas德国全球专利微光学治疗仪也仅仅在少数综合能力强、医务人员技术强硬的医疗机构引进。

8.微光技术的发展趋势

信息光电子产业已成为经济发展中最引人注目、最有活力的产业之一。研究新型的、具有自主知识产权的信息光学技术，对于发展我国的信息光电子产业具有重要意义。微光学器件及应用是信息光电子产业中一个重要的发展方向。微电子的快速进步，以及飞秒激光的迅速进展，为新的信息光电子技术提供了发展空间，是目前重要的前沿学科方向之一。

信息光电子产业化的发展需要原创性的理论做指导并发展新的技术。微光学技术利用先进的微电子工艺技术，为新型光学元件的发展提供了技术基础。我们课题组最近在光栅自成像的理论、微光学元件、以及在飞秒技术中的应用等方面取得了如下进展：

（1）光栅自成像效应中的简单规律。主要是泰伯效应中的对称性、和领域差分规则传播规律。

(2)蚀微光学元件。深刻蚀光学元件的最大优点是衍射效率高，同时使用友

好，不怕潮解，易清洗。传统的精密光栅极易受潮损坏，所镀的膜层也容易损坏。深刻蚀光栅最大的难点在加工工艺。我们经过长期的探索，对深刻蚀石英光栅的高密度等离体加工工艺进行了研究，加工出了670线／毫米，深度达2.5微米的高密度光栅，在通信波段1550纳米下的实测效率为89%（理论效率97%）。深刻蚀微光学元件作为高效率的衍射光学元件，具有重要的应用前景，是微光学元件的一个发展方向。

（3）采用达曼光栅的飞秒测量技术。自反射式达曼光栅飞秒测量技术开发以来，我国科学家搭建了相应的实验装置，测量了实验室目前可以得到的飞秒激光器的最短脉冲11飞秒，还测量了77飞秒的简单脉冲，以及在1000飞秒内的多个脉冲。实验结果的误差很小，证明了反射式达曼光栅测量飞秒技术的可行性。本装置的优点是结构简单，成本低，容易对准，有实用价值。达曼光栅的制造和光刻工艺兼容，可以大规模低成本制造。同时采用闪耀光栅可以进一步提高光的效率。

（4）超分辨技术激光通信、激光加工等许多场合均需要高精度的波面测量，这一直是个难题，特别对于1%波长精度的激光波面，要求光学元件有极高的加工精度，加工难度大，价格高。利用消零点位相板技术对于波面的敏感性，提出了一种新颖的高精度激光波面的判断技术，激光波面的微小变化将导致零级谱点光强度的增加。该技术具有成本低、性能稳定的优点，对于高精度激光波面的测量有重要意义。

（5）纳米光学技术首次采用近场光学扫描技术对高密度光栅的自成像进行研究，发现光栅的缺陷将导致自成像的变形，因此，该技术可以无损地检测高密度光栅的质量。高密度光栅表面形貌的传统测量方法是采用扫描电镜技术，但需要破坏光栅。高密度光栅价格昂贵。我们研究的这种技术对高密度光栅的质量判断是一种有意义的辅助检测技术，利用这种技术，目前已经在高密度光栅的近场偏振效应方面发现了新的光学现象。

以上方向体现了微光学技术的内在进步和发展趋势，微光学在飞秒技术领域的应用有其独特的优越性，纳米光学近场扫描技术会产生许多新的成果。这说明微光学技术是一项有实用价值的技术，其研究具有重要意义。

红外图像与可见光图像融合笔记

红外图像与可见光图像融合 ——笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对 IHS 变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行 IHS 变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的 I 分量与已增强的红外图像进行 2 层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和 IHS 逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统 IHS 变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信息明显不如可见光图像。

2010激光原理技术与应用 习题解答

习题I 1、He-Ne 激光器m μλ63.0≈，其谱线半宽度m μλ12 10-≈?，问λλ/?为多少？要使其相干长度达到1000m ，它的单色性λλ/?应是多少？ 解：63.01012 -=?λλ λλδτ?= ==2 1v c c L c 相干 = = ?相干 L λ λ λ 2、He-Ne 激光器腔长L=250mm ，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率η=1，已知Ne 原子m μλ6328.0=处谱线的MHz F 1500=?ν，问腔内有多少个纵模振荡？光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽ν?约为多少？ 解：MHz Hz L c v q 60010625 210328 10=?=??==?η

5 .2=??q F v v s c R L c 8 10 1017.410 3)98.01(25)1(-?=??-=-=τ MHz Hz L c R v c c 24104.2)1(21 7=?=-≈=πτδ 3、设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率90.0=γ，求在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 解：MHz Hz nL c v q 150105.1100 210328 10=?=??==? 10 150 1500==??q v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 4、已知CO 2激光器的波长m μλ60.10=处 光谱线宽度MHz F 150=?ν，问腔长L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率η=1）。

解：L c v v F q η2=?=?， F v c L ?=2 5、Nd 3 —YAG 激光器的m μ06.1波长处光 谱线宽度MHz F 5 1095.1?=?ν，当腔长为10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 解：MHz L c v q 3 10105.110 21032?=??==?η 130 =??q F v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 6、某激光器波长m μλ7.0=，其高斯光束束腰光斑半径mm 5.00=ω。 ①求距束腰10cm 、20cm 、100cm 时， 光斑半径)(z ω和波阵面曲率半径)(z R 各为多少？ ②根据题意，画出高斯光束参数分布图。

夜视技术中的微光成像和红外热成像技术比较

夜视技术中的微光成像和红外热成像技术比较 夜视技术中的微光成像和红外热成像技术比较 1引言始于20世纪60年代的微光夜视技术靠夜里自然光照明景物，以被动方式工作，自身隐蔽性好，在军事、安全、交通等领域得到广泛的应用。近年来，微光夜视技术得到迅速发展，在第一代、第二代、第三代的基础上，第四代技术应运而生。始于20世纪50年代的红外热成像技术也走过了三代的历程，它以接收景物自身各部分辐射的红外线来进行探测，与微光成像技术相比，具有穿透烟尘能力强、可识别伪目标、可昼夜工作等特点。可以说，微光成像技术和红外热成像技术已经成为夜视技术的二大砥柱。2微光夜视技术及其发展2.1第一代微光夜视技术20世纪60 年代初，在多碱光阴极(Sb-Na-K-Cs)、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。其一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，增益可达5x104～105倍。第一代微光夜视技术属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产；技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统要求有球面物(像)面之间的矛盾，成像质量明显提高。其缺点是怕强光，有晕光现象。2.2第二代微光夜视技术第二代微光夜视器件的主要特色是微通道板电子倍增器(MCP)的发明并将其引入单级微光管中。装有1个MCP的一级微光管可达到104—105亮度增益，从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第一代微光管；同时，MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻

的连续打拿级，因此，在恒定工作电压下，有强电流输入时，有恒定输出电流的自饱和效应，此效应正好克服了微光管的晕光现象；加之它的体积更小、重量更轻，所以，第二代微光夜视仪是目前国内微光夜视装备的主体。2.3第三代微光夜视技术第三代微光夜视器件的主要特色是将透射式GaAs光阴极和带Al2O3，离子壁垒膜的MCP引入近贴微光管中。与第二代微光器件相比，第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍，达到800μA/Im～2600μA/Im，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑(10-4lx)夜晚的目标视距延伸了50％-100％。第三代微光器件的工艺基础是超高真空、NEA表面激活，双近贴、双铟封、表面物理、表面化学和长寿命、高增益MCP技术等，又为发展第四代微光管和长波红外光阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。图1所示是用三代微光夜视仪在同样条件下分别获取的图像，从图中可明显看出第三代要优于第二代，而第二代又远远优于第一代。 2.4微光夜视技术的发展趋势微光夜视器件的研究方向是致力于提高已有的几代产品的性能，降低成本，扩大装备；进一步延伸新一代产品的红外响应和提高器件的灵敏度。2.4.1超二代微光夜视技术超二代微光管采用与第三代微光近贴管结构大体相同的技术，主要技术特点是将高灵敏度的多碱光电阴极引入到第二代微光管中，并借用第三代微光MCP、管结构、集成电源以及结晶学、半导体本体特性等机理和工艺研究成果，其成像质量大幅度提高，由于工艺相对简单，价格相对较低，因而成为目前的主流产品。2.4.2第四代徽光夜视技术近来，微光管的设计者从MCP中去除

微光和红外图像假彩色融合与处理算法研究

南京理工大学 硕士学位论文 微光和红外图像假彩色融合与处理算法研究 姓名：蔡炜涛 申请学位级别：硕士 专业：光学工程 指导教师：柏连发 20030301

砸Ｉ论义微光和红外幽像假彩色融合‘ｊ处理算往研究 摘要 本文在分析微光图像和红外图像特征的基础上，结合色度学和实时性考虑，探索研究了微光和红外图像假彩色融合与预处理的理论算法。在夜视图像预处理技术方面，主要研究实现了图像配准、非均匀校正、图像增强等算法，并创新性地提出了红外图像基于全局的非均匀校正算法，验证并发展了等差数列直方图均衡图像增强方法。在夜视图像融合技术方面，提出了微光图像和红外图像假彩色融合的改进算法，并探索研究出一系列衍生算法。软件仿真与实际试验表明，其融合效果优于原始的算法。 关键词：预处理，假彩色，融合，非均匀校正，图像增强

删、Ｊ。论义撇光和红外图像假彩色融台与处理算法掰ｆ究 ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＩＤｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．ｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆａｎａｌｙｓｉｓｏｎｌｏｗ．１ｅｖｅｌ－ｌｉｇｈｔ（ＬＬＬ）ａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄ（ＩＲ）ｉｍａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒａｎｄａｌｓｏｔａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｏｆｃｈｒｏｍａｔｉｃｓａｎｄｒｅａｌ—ｔｉｍｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｆａｌｓｅｃｏｌｏｒｆｕｓｉｏｎａｎｄｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｎＬＬＬａｎｄＩＲｉｍａｇｅｓａｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｉｎｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｎｎｉｇｈｔｖｉｓｉｏｎｉｍａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｓｉｍａｇｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｉｍａｇｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔａｒｅｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄ．Ａｎｉｎｎｏｖａｔｏｒｙａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｆｕｌｌ．．ｓｃａｌｅｎｏｎ．．ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｎＩＲｉｍａｇｅｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄａｎａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｌｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎｈｉｓｔｏｇｒａｍｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｔｈｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｉｍａｇｅｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｆｕｓｉｏｎｏｎｎｉｇｈｔｖｉｓｉｏｎｉｍａｇｅｓ，ｒｅｆｏｒｍａｔｉｖｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｆａｌｓｅｃｏｌｏｒｆｕｓｉｏｎｏｎＬＬＬａｎｄＩＲｉｍａｇｅｓａｎｄａｓｅｒｉｅｓｏｆｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，Ｔｈｏｕｇｈｔｓｏｆｔｗａｒｅｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｆｕｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓａｒｅｍｏｒｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｈａｎｔｈｏｓｅ ｏｒｉｇｉｎａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ， Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ．ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｆａｌｓｅｃｏｌｏｒ，ｆｕｓｉｏｎ，ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｉｍａｇｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ

微纳光学加工及应用

微纳光学加工及应用 孙奇 一、微纳光学结构 光是一种电磁波，是由同相相互垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动而形成的，其传播方向垂直于电场与磁场所构成的平面，电磁波能有效的传递能量和动量[1]。从低频到高频，电磁波可以分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线和γ射线等，人眼可见波长在380nm至780nm之间，如图1所示。 (a ) (b ) 图1. (a) 电磁波传播方式 (b) 电磁波按频率分段图（图片来自网络） 传统光学只研究可见光与物质的相互作用，而现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。随着微加工技术的日臻成熟，电磁波在微纳结构中的传播，散射和吸收等性质开始逐渐被人们研究。1987年，Yabnolovich和John 首次提出了光子晶

体的概念[2, 3]；1998年，Ebbesen等人发现在打了周期性亚波长纳米空洞的厚金属膜上存在着超强的光投射峰，这一发现激起了对金属周期结构中表面等离激元的研究热潮[4]。从1987年至今，各领域对光学微纳结构的研究一直在迅猛发展。1.1光子晶体 从固体物理的概念中可以得知，当电子在周期性的势场中运动时，由于电子受到周期性势场的布拉格散射的作用形成了电子的能带结构，同时电子的能带与能带之间在一定的晶格条件下将存在带隙。在带隙能量范围内的电子其传播是被禁止的。运动的电子实际上也是一种物质波。无论何种波动形式，只要其受到相应周期性的调制，都将有类似于电子的能带结构同样也都可能出现禁止相应频率传播的带隙。 微纳光学结构技术是指通过在材料中引入微纳光学结构，实现新型光学功能器件。1987年，Yabnolovitch和 John在讨论如何抑制原子的自发辐射和光子局域的问题时，把电子的能带概念拓展到光学中，提出了光子晶体的概念。光子晶体就是规律性的三维微结构，其周期远小于波长，形成光子禁带，通过引入局部缺陷，控制光的传播与分束。同样的，固体物理晶格中的许多概念都可以类似的运用到光子晶体中，诸如倒格矢空间、布里渊区、色散关系、Bloch函数、Van Hove奇点等物理概念。由于周期性，对光子也可以定义有效质量。不过需要指出的是，光子晶体与固体晶格有相似处，也有本质的区别。如光子服从的是麦克斯韦方程，电子则服从薛定谔方程；光子是矢量波而电子是标量波；电子是自旋为1/2的费米子，而光子是自旋为1的波色子，等等。 根据空间的周期性分布的不同，光子晶体可以分为一维、二维和三维光子晶体，如图2所示。一维光子晶体的材料一般在一个方向上进行周期排列，例如传统的多层薄膜结构；二维光子晶体表现为材料在平面上进行周期性排列；三维光子

激光对射技术原理及应用分析.

激光对射技术原理及应用分析 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统。 不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其“踪影”。 同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。 众所周知,安全防范技术现在的发展方向是将视频监控、周界报警、入侵探测、门禁控制等独立的安防子系统集成整合,形成一个多功能、全天候、动态的综合安全管理系统。 而周界报警作为安防系统的第一道防线,作用十分重要,已从过去被动的报警探测,发展为今天的威慑阻挡加报警。 且随着安防技术的发展和安防市场的成熟,以及政策法规的进一步完善,数字化、集成化、网络化将是它发展的必然趋势。 周界报警系统是在防护的边界利用如泄漏、激光、电子围栏等技术形成一道或可见或不可见的“防护墙”。 当有越墙行为发生时,相应防区的探测器即会发出报警信号,并送至控制中心的报警控制主机,发出声光警示的同时显示报警位置。 还可联动周界模拟电子屏,甚至联动摄像监控系统、门禁系统、强电照明系统等。 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统,不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其 “踪影”,同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。

本文将对激光对射、张力式电子围栏、泄漏电缆、振动电缆四种最常用的周界防范技术进行分析,借此一窥周界防范报警系统技术的发展踪迹。 激光对射工作原理 三安古德激光对射探测器由收、发两部分组成。 激光发射器向安装在几米甚至于几百米远的接收器发射激光线,其射束有单束、双束,甚至多束。 当相应的三安古德激光射束被遮断时,接收器即发出报警信号。 接收器由光学透镜、激光光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。 其工作原理是接收器能收到激光射束为正常状态,而当发生入侵时,发射器发射的激光射束被遮挡,即光电管接收不到激光光。 从而输出相应的报警电信号,并经整形放大后输出开关量报警信号。该报警信号可被报警控制器接收,并去联动执行机构启动其它的报警设备,如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。系统组成 激光周界防越报警系统通常由前端探测系统、现场报警系统、传输系统、中心控制系统、联动系统以及电源系统六部分组成。 1、前端探测系统由激光探测器及其相关附件组成,其对周界围墙或护栏进行防护,检测周界入侵行为,并输出报警信号。 2、现场报警系统由现场报警器及联动装置组成,在探测器检测到入侵行为时,即启动现场报警设备,对非法入侵行为进行威慑。

微光夜视仪原理

文章简介 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。 文章详细内容 微光夜视仪原理 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。 微光夜视仪是根据光电效应的物理学原理制作而成的。光子进入夜视仪后打在金属板上，产生光电子。这些电子又通过一个安放在光屏前的薄盘片，盘片上有数百万个微通道（即数百万个像素），电子进入微通道后实现电子倍增，最后投射到荧光屏上成像。 因微光夜视仪是利用夜天光进行工作，属被动方式工作，因此能较好的隐藏自己，对从事特殊工作的部门，如军事、刑侦、辑毒、辑私、夜晚监控、保卫的应用等、它都是最合适的。 一、微光夜视仪的发展趋势 现已发展了三代、第一代为三级级联式微光夜视仪（由3个0代光电管串联组成）。第二代为微通道板式微光夜视仪，第三代为|||-V族负电子亲和势光电阴极像增强器微光夜视仪。在第二代向第三代过度时发展了一种超二代的光电管称二代加，其技术性能仅次于三代产品。微光夜视仪如细分类那么就是0代、1代、2代、2代加、3代、共五个档次。微光夜视仪发展到今天，技术上已比较成熟且成像质量好，造价低、因此在今后相当一段时期里，它们仍然是世界夜视装备一主要装备。二代加和三代产品具有体积小，重量轻、图像清晰、功能全、实用等特点。是军队、公安、武警、海关、石油行业、新闻采访、旅游、水产养殖、大自然爱好者、及其它行业夜晚工作不可缺少的装备。 但是由于其核心部件微光像增强器属高科技产品，工艺特别复杂、成本高、价格相对较高。但从性能价格比看，还是相当好的。 二、微光夜视仪的主要参数指标夜视仪指标其实都不是很重要，特别是厂家标称的最远观测距离，一般都误差很大，没有任何的参考价值。指标部分也就看看倍率和口很径。 厂家给出的数据很多是一种理论值。夜视仪的观测距离受到黑暗程度，天气质量（如雾，雨等）的严重影响。同时夜视仪的观测距离分为微光观测距离和全黑观测距离。其中全黑观测距离需要红外发射器的辅助光源配合，所以会受到红外发射器发射距离的远近的影响。 夜视仪的观测距离最为主要受到夜视仪的增像管代数的影响。 <1>. 微光观测距离

☆红外图像融合

?图像识别? 文章编号：1005-0086（2000）05-0537-03 红外图像融合! 张加友，王江安1 （军事交通学院基础部，天津300161；1.海军工程大学兵器工程系，湖北武汉430033） 摘要：研究了利用拉普拉斯金字塔技术，对可见光电视和红外图像融合过程中，各个相关层的像素点值 的选取规则的不同对融合结果的影响，对比实验证明，对不同的红外图像结构，需应用不同的对应点值 的选取规则。 关键词：图像融合；图像处理；红外图像；拉普拉斯金字塔 中图分类号：TN911.73文献标识码：A Infrared Image Fusion ZHANG Jia-you，WANG Jiang-an （Miiitary Traffic Institute，Tianjin300161，China） Abstract：Photoeiectric tracking apparatus is powerfui defense eguipment on navai ship.Two important sensors were used：TV sensor and8~14!m IR sensor.It was freguentiy desirabie to combine the two images into a merged image. In this paper，the technoiogy of fusion IR images and TV images with Lapiacian Pyramid was studied.The seiecting ruie of the node vaiue from the coupie pyramid iayer was studied too.And the difference between merged the daui-IR im- ages and merged the TV and IR images was discussed. Key words：image fusion；image processing；IR image；Lapiacian Pyramid 1引言 空中运动目标的识别是空中预警系统的重要组成部分。在舰船空中预警系统中，光电跟踪仪具有重要的地位。它由可见光电视图像、激光测距、红外热像和红外跟踪点源等4个传感器组成。红外跟踪点源可以全天候红外跟踪，激光测距可准确测量目标的方位和距离；切换开关切换到电视通道，显示目标的可见光电视图像；切换开关切换到红外热像通道，显示目标的红外热图像。这样，系统可全天候工作。但在工作环境气候不佳时，如在多云情况，目标在云层穿越，在系统的两个通道切换过程中，常因切换过程长，使目标显示困难。解决问题有效办法是利用图像融合技术［1］。图像融合技术可将2幅图像有效的合成1幅图像，还能在1幅图像中显示2幅被融合图像的图像信息。将2幅图像对应的象素简单相加，会使图像信噪比降低［2］，图像出现拼接的痕 迹。图1（a）、（b）所示，为256X256像素灰度图像s!2和s!4；图1（d） 所示 图1图像简单相加与拉普拉斯图像融合 Fig.1Images pixels simply plus and Laplacian pyramid images fusion 光电子?激光第11卷第5期2000年10月 JOURNAL OF OPTOELECTRONICS?LASER Voi.11No.5Oct.2000 !收稿日期：2000-01-04修订日期：2000-05-17

红外图像与可见光图像融合笔记

红外图像与可见光图像融合 笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对IHS变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行IHS变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的I分量与已增强的红外图像进 行2层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和IHS逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统IHS变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不 能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信 息明显不如可见光图像。

微光与红外成像技术 教学课件 ppt 作者 邸旭 微光与红外成像技术(1)

第一章夜视技术概论 1.1 引言 在我们生活的世界中，光不只是生命赖以繁衍生息的主要能源，也是人类认识客观世界的重要信息源。人类通过自身的眼、耳、鼻、舌、身（触觉）去认识自然界，其中，通过人眼视觉给出的图像信息所占的比例最大。曾有人做过统计，在人类获得的信息中由视觉获取的信息占60%，由听觉获取的信息占20%，触觉占15%，味觉占3%，嗅觉占2%。而在当今飞速发展的信息时代，利用电视、互联网、卫星通信等光电技术手段，使得视觉信息在人类认识世界的过程中所起的作用早已超过90%。可以想像，如果没有光，没有各种先进的光电技术手段，人类就不会有今天这种绚烂多彩、盛况空前的文明。

但应该注意到，现今光电技术中所论述的光，就其物理本质而言，包括了从高能粒子（α、β、γ射线）、X射线、紫外线、可见光、红外线，以至短波、中波和长波的无线电波等所构成的整个波谱的电磁辐射。产生或反射这些电磁波以供人眼观察的景物信息的光谱、强度、速度以及时空分布会千差万别，很显然，单靠人的裸眼，无法直接感知上述全部光信息。这是因为尽管人眼结构精巧、功能齐全是任何其他单一光学或光电仪器所无法比拟的，然而就整体而言，人眼却天生地具有有限的空间、时间、光谱和能量的分辨能力。为了克服人眼的上述缺陷，人类先后发明了各种光学和光电仪器。例如，我国古代天文学家利用简单的“窥管”，斩除四周杂散光，改善了观察星体的视觉分辨率；望远镜、显微镜的发明，又把人眼的视野扩展到了遥远的星空和物质的微观世界。科学技术的飞速发展创造了近代的高度文明，给人类提供了更为有效、动态范围更宽和光谱适应性更强的各类光电观察、瞄准、显示仪器，如各种激光、微光、红外仪器。

红外与微光技术

红外与微光技术 1.红外技术的简介 红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。通常人们将其划分为近、点击此处添加图片说明中、远红外三部分。近红外指波长为0.75～3.0微米；中红外指波长为3.0～20微米；远红外则指波长为20～1000微米。在光谱学中，波段的划分方法尚不统一，也有人将0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的"窗口"区，即1～3微米、3～5微米和8～13微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。 红外应用产品种类繁多，应用广泛。红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。本文选择了红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的产品领域做介绍。红外技术的发展前景十分的广阔，在军用和民用领域都有着极其广阔的应用。按应用领域可分为：安防领域、消防领域、电力领域、企业制程控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感领域等。 2.红外技术的基本原理 红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。红外线可分为：近红外线（700~2000nm）、中红外线（3000~5000nm）、远红外线（8000~14000nm）。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。 红外线穿透云雾能力比可见光强，利用红外线可以观测低空水蒸气含量进行天气预报；晴天可利用红外线观测大气CO⒉含量，估计温室效应，亦可观测大气污染的情况。

基于视觉显著性的红外与可见光图像融合

第38卷第4期 2016年8月 光学仪器 OPTICAL INSTRUMENTS Vol. 38，No. 4 August,2016 文章编号：1005-5630(2016)04-0303-05 基于视觉显著性的红外与可见光图像融合 华玮平S赵巨岭S李梦S高秀敏〃 (1.杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018; 2.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093) 摘要：多波段图像融合可以有效综合各个波段图像中包含的特征信息。针对可见光和红外图 像，提出了一种结合红外图像视觉显著性提取的双波段图像融合方法，一方面旨在凸显红外图 像的目标信息，另一方面又尽可能的保留了可见光图像的丰富细节信息。首先，在局部窗口内 实现红外图像的显著性图提取，并通过窗口尺寸的变化形成多尺度的显著性图，并对这些显著 性图进行最大值的优选叠加，以获取能反映整幅红外图像各个尺寸目标的显著性图；其次，通过 结合显著性图与红外图实现显著性图的加权增强；最后，利用增强的红外显著性图进行双波段 图像的融合。通过两组对比实验，数据表明该方法给出的融合图像视觉效果好，运算速度快，客 观评价值优于对比的7种融合方法。 关键词：图像融合；红外图像增强；视觉显著性 中图分类号：TN 911. 73 文献标志码：A doi:10. 3969/j. issa 1005-5630. 2016. 04. 005 Dual-band image fusion for infrared and visible images based on image visual saliency HUA Weiping1, ZHAO Jufeng1, LI Meng1, GAO Xiumin1,2 (1. Electronics and Information College, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China； 2. School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093，China) Abstract： Dual-band image fusion is able to well synthesize the feature information from the different bands. To fuse visible and infrared images, in this paper, an infrared image visual saliency detection-based approach was proposed. This method aimed to highlight the target information from infrared image, meanwhile preserve abundant detail information from visible one as much as possible. Firstly, visual saliency map was extracted within a local window, and multiple window-based saliency maps could be obtained by changing the size of local window. And the final saliency map was generated by selecting maximum value, and this map could mirror all target information in the infrared image. Secondly，the saliency map was enhanced by combining infrared image and the previous saliency map. Finally, the enhanced saliency map was used for dual-band image fusion. Comparing with other seven methods, the 收稿日期：2015-10-13 基金项目：国家自然科学基金项目（61405052，61378035) 作者简介：华玮平(1994 )，男，本科生，主要从事光学成像等方面的研究。E-m ail:564810049@qq.c〇m 通信作者：赵巨峰(1985 )，男，讲师，主要从事光学成像、图像处理等方面的研究。E-m ail:daba〇zjf@https://www.wendangku.net/doc/2510073974.html,.C n

微光夜视仪阅读答案

微光夜视仪阅读答案 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。下面是的关于微光夜视仪阅读答案的相关资料，欢迎阅读！ 微光夜视仪 培暂 ①自古以来，人类就渴望有一双能透视黑夜的眼睛。微光夜视仪的出现，使人类的这一渴望成为现实。充分利用夜晚微弱的光线，使我们能像白天一样地观察，这是微光技术的突出特点。 ②在现代战争的新闻报道中。人们常常可以看到一幅幅黄绿色的反映夜间战场状况的影像，这些精彩的报道就得益于微光技术。事实上，不仅在新闻领域，且在军事、海洋勘探、水下救援、天文观察、公安监控、野生动物研究等等领域，微光技术也大显身手。机场、车站的行李检查设备，银行、医院和家庭等地方所有的昼夜保安，监视或监护系统中，也常常使用微光专业产品；大家所熟悉的电视类型的医用X射线透视检查系统，也应用了微光技术。 ③在夜暗环境中存在着少量的自然光，如月光、星光、大气辉光等，统统称为夜天光。因为它们和太阳光比起来十分微弱，所以又叫做夜微光。人眼视网膜的感光灵敏度不高，在微光条件下不能充分“曝光”。这是造成人们在夜暗环境中不能正常观察的一个原因。那么微光夜视技术是如何达到“化夜为昼”的呢？

④夜视技术是应用光电探测和成像器材，将肉眼不可视目标转换（增强）成可视影像的信息采集、处理和显示技术。微光夜视器材依靠夜天的微光照明，首先把目标的人眼看不见的光信号转换成电信号，然后再把电信号放大，并把电信号转换成人眼可见的光信号，这就是一切夜视器材实现夜间观察的共同途径。 ⑤在微光夜视器材中，图像增强器是核心器件，利用图像增强器将夜空中微弱的自然光，如月光、星光、大气辉光增强几百倍甚至数万倍，达到使人眼能够进行远距离观察的程度。黄绿光是人眼最敏感的波长。因此，这种颜色的荧光屏常常应用到增像器上，这也是新闻报道中黄绿色图像的由来。 ⑥微光技术大大拓展了我们人类的视觉领域。它能弥补人眼在空间、时间、能量和光谱方面分辨能力的不足，而且能以人眼的自然观察习惯显示图像，适合部队夜间行动和作战。所以它一出现便引起各国军界的关注，成为夜视技术领域发展的重点。 ⑦引领人们冲破黑暗的微光技术？在被预言为“光电世纪”的21世纪里，还将为人类作出更大的贡献。 （1）修改选文第⑤段中画线的句子，把修改后的句子写在下面。 ___________________________________________________________ __ （2）选文的说明对象是什么？

微纳光学与SPR技术

微纳光学与SPR技术 SC12009006 王启蒙 摘要：表面等离子体共振（Surface plasmon resonance，SPR），又称表面等离子体子共振，表面等离激元共振，是一种物理光学现象，有关仪器和应用技术已经成为物理学、化学和生物学研究的重要工具。 1 SPR简介 SPR是一种物理光学现象。当一束平面单色偏振光在一定的角度范围内照射到镀在玻璃表面的金属银或金的薄膜上发生全反射时，当入射光的波向量与金属膜内表面电子（称为等离子体）的振荡频率相匹配时，光线既被耦和进入金属膜，引起电子发生共振，即表面等离子体共振。 在金属中，价电子为整个晶体所共有，形成所谓费米电子气。价电子可在晶体中移动，而金属离子则被束缚于晶格位置上，但总的电子密度和离子密度是相同的，从整体来说金属是电中性的。人们把这种情况形象地称为“金属离子浸没于电子的海洋中”。这种情况和气体放电中的等离子体相似，因此可以把金属看作是一种电荷密度很高的低温（室温）等离子体，而气体放电中的等离子体是一种高温等离子体，电荷密度比金属中的低。此时光线提供的能量导致金属膜表面电子发生共振，电子吸收该能量使被反射光的强度达到最小，这种最小化发生时的入射光角度称为SPR角。SPR角是随金属表面的折射率的变化而变化，这一变化又和金属表面结合的生物分子的质量成正比。[1]

五十年代，为了解快速电子穿过金属箔时的能量损失，人们进行了大量的实验和理论工作。Pine和Bohm认为，其中能量损失的部分原因是激发了金属箔中电子的等离子体振动（Plasma oscillation），又称为等离子体子（plasmon）。Ritchie从理论上探讨了无限大纯净金属箔中由于等离子体振动而导致的电子能量损失，同时也考虑了有限大金属箔的情况，指出：不仅等离子体内部存在角频率为ωp的等离子体振动，而且在等离子体和真空的界面，还存在表面等离子体振动（Surface plasma oscillation）。Powell和Swan 用高能电子发射法测定了金属铝的特征电子能量损失，其实验结果可用Ritchie的理论来解释。[2]Stern和Ferrell将表面等离子体振动的量子称为表面等离子体子（Surface plasmon），研究了金属表面有覆盖物时的表面等离子体振动，发现金属表面很薄的氧化物层也会引起这种振动的明显改变。他们还预言：由于表面等离子体振动对表面涂层的敏感，那么通过选择合适的涂层，表面特征能量损失的值会在一定范围内发生变化。 除电子以外，用电磁波，如光波，也能激发表面等离子体振动。二十世纪初，Wood 首次描述了衍射光栅的反常衍射现象，这实际上就是由于光波激发了表面等离子体振动所致。[3]六十年代晚期，Kretschmann 和Otto采用棱镜耦合的全内反射方法，实现了用光波激发表面等离子体振动，为SPR技术的应用起了巨大的推动作用。他们的实验方法简单而巧妙，仍然是目前SPR装置上应用最为广泛的技术。

激光器技术的应用现状及发展趋势_百度文库讲解

激光器技术的应用现状及发展趋势 摘要 :简述了激光精密加工技术及其特点 ; 综述了激光精密加工的应用现状 ; 探讨了激光精密加工技术的发展趋势。激光加工技术在机械工业中的广泛应用, 促进了激光加工技术向工业化发展。为此, 介绍了几种应用较广泛的激光加工技术; 重点讨论了激光硬化和激光珩磨技术的应用和发展趋势。摘要由于在光通信光数据存储传感技术医学等领域的广泛应用近几年来光纤激光器发展十分迅速本文简要介绍了光纤激光器的工作原理及特性 , 并对目前多种光纤激光器作了较为详细的分类 ; 同时介绍了近几年国内外对于光纤激光器的研究方向及其目前的热点是高功率光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器和超短脉冲光纤激光器 ; 最后指出光纤激光器向高功率、多波长、窄线宽发展的趋势 . :结合河北工业大学光机电一体化研究室近几年对激光加工技术研究的初步成果, 对激光加工技术的特点, 激光加工技术在国内外的应用发展状况, 以及激光加工技术的发展趋势进行了简要介绍, 同时分析了我国激光加工产业面临的机遇与挑战,并提出了应采取的对策 前言 1 概述 激光加工是 20 世纪 60 年代初期兴起的一项新技术,此后逐步应用于机械、汽车、航空、电子等行业, 尤以机械行业的应用发展速度最快。在机械制造业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。 20 世纪 70 年代,美国进行了两大研究 :一是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接 ; 二是通用汽车公司进行的动力转向变速箱内表面的激光淬火。这两项研究推动了以后的机械制造业中的激光加工技术的发展。到了 20 世纪 80 年代后期, 激光加工的应用实例有所增加 , 其中增长最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。这 3 项技术目前已经发展成熟, 应用也很广泛。进入 20 世纪 90 年代后期, 激光珩磨技术的出现又将激光微细加工技术在机械加工中的应用翻开了崭新的一页。激光加工技术之所以得到如此广泛的应用, 是因为它与传统加工技术相比具有很多优点:一、是非接触加工, 没有机械力; 二、是可以加工高硬度、高熔点、极脆的难加工材料;三、是加工区小,热变形很小,

关于微光与红外的夜视前景分析

关于微光与红外的夜视前景分析 自其问世以来，所采用的技术不断发展，而每种技术所针对的问题也不尽相同，有的主要为了过滤白光，有的着眼于减少高频干扰的影响，还有的专门解决小动物活动造成的误报；还有的两种技术，正好强调了互为对立的两个方面，如脉冲计数技术和一步触发技术；有的两种技术应用原理相反，结果却殊途同归，如无线防盗系统中的扩频技术和超窄带技术。作为报警服务行业的施工维护和市场部门人员，应该对这些技术有一定的了解，从而根据使用环境，有针对性地制订设计和施工方案，达到量材使用，减少误报的目的。笔者根据近几年来国内实际安装较多的红外探测器型号，将其采用的技术初步归纳为以下一些类别。 20世纪60年代的微光夜视技术靠夜里自然光照明景物，以被动方式工作，自身隐蔽性好，在军事、安全、交通等领域得到广泛的应用。近年来，微光夜视技术得到迅速发展，在第一代、第二代、第三代的基础上，第四代技术应运而生。20世纪50年代的红外热成像技术也走过了三代的历程，它以接收景物自身各部分辐射的红外线来进行探测，与微光成像技术相比，具有穿透烟尘能力强、可识别伪目标、可昼夜工作等特点。可以说，微光成像技术和红外热成像技术已经成为夜视技术的二大主流。 1 微光夜视技术及其发展 1.1 第一代微光夜视技术 20世纪60年代初，在多碱光阴极（Sb-Na-K-Cs）、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。其一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，增益可达5x104～105倍。第一代微光夜视技术属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产；技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统要求有球面物（像）面之间的矛盾，成像质量明显提高。其缺点是怕强光，有晕光现象。 1.2 第二代微光夜视技术 第二代微光夜视器件的主要特色是微通道板电子倍增器（MCP）的发明并将其引入单级微光管中。装有1个MCP的一级微光管可达到104—105亮度增益，从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第一代微光管；同时，MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻的连续打拿级，因此，在恒定工作电压下，有强电流输入时，有恒定输出电流的自饱和效应，此效应正好克服了微光管的晕光现象；加之它的体积更小、重量更轻，所以，第二代微光夜视仪是目前国内微光夜视装备的主体。 1.3 第三代微光夜视技术 第三代微光夜视器件的主要特色是将透射式GaAs光阴极和带Al2O3，离子壁垒膜的MCP引入近贴微光管中。与第二代微光器件相比，第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍，达到800μA/Im～2600μA/Im，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑（10-4lx）夜晚的目标视距延伸了50％-100％。第三代微光器件的工艺基础是超高真空、NEA表面激活，双近贴、双铟封、表面物理、表面化学和长寿命、高增益MCP技术等，又为发展第四代微光管和长波红外光阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。 1.4 微光夜视技术的发展趋势