红外物理与技术

目 录

第1章 绪论 1

引言 1

1．1 红外辐射的基本概念 1

1．1．1 电磁辐射 1

1．1．2 红外辐射 3

1．1．3 红外辐射的特点 4

1．2 红外物理与红外技术 5

1．3 红外技术的应用 6

1．3．1 红外技术的发展 6

1．3．2 红外技术在军事领域的应用 7

1．3．3 红外技术在国民经济领域

的应用 9

小结 13

习题 13

参考文献 14

第2章 辐射度量基础 15

引言 15

2．1 辐射量 15

2．1．1 基本辐射量 15

2．1．2 光谱辐射量 19

2．1．3 光子辐射量 20

2．2 光度量 22

2．2．1 光视效能与光视效率 22

2．2．2 基本光度量 25

2．3 朗伯辐射体 28

2．3．1 朗伯余弦定律 28

2．3．2 朗伯辐射体的特征 29

2．4 朗伯辐射度量中的基本规律 30

2．4．1 距离平方反比定律 30

2．4．2 互易定理 30

2．4．3 立体角投影定理 31

2．4．4 Sumpner定理 32

2．4．5 角系数互换性关系 32

2．5 朗伯体的辐射量计算 35

小结 42

习题 42

参考文献 44

第3章 热辐射的基本规律 45

引言 45

3．1 物体发光类型 45

3．2 基尔霍夫定律 46

3．3 普朗克辐射定律 48

3．4 维恩位移定律 55

3．5 斯蒂芬-玻尔兹曼定律 57

3．6 黑体辐射的计算 58

3．7 辐射效率和辐射对比度 60

3．8 发射率 63

3．8．1 发射率的定义 63

3．8．2 物体发射率的变化规律 65

3．8．3 热辐射体的分类 66

小结 67

习题 68

参考文献 68

第4章 红外辐射源 70

引言 70

4．1 腔体辐射理论 70

4．1．1 Gouffé理论 70

4．1．2 Devos 理论 76

4．2 黑体型辐射源 83

4．3 实用红外辐射源 85

4．3．1 电热固体辐射源 86

4．3．2 气体放电辐射源 88

4．4 红外激光器 92

4．4．1 激光的特性 92

4．4．2 常用激光器 93

4．5 自然景物光辐射 94

4．5．1 太阳光辐射 94

4．5．2 月亮光辐射 96

4．5．3 天空背景光辐射 97

4．5．4 地物光辐射 99

4．5．5 海洋背景光辐射 101

4．6 人工目标的红外辐射 103

4．6．1 火箭的红外辐射 103

4．6．2 飞机的红外辐射 104

4．6．3 坦克的红外辐射 108

4．2．4 火炮的红外辐射 110

4．6．5 红外诱饵的辐射 111

4．6．6 人体的红外辐射 111

小结 112

习题 112

参考文献 112

第5章 红外辐射的测量 113

引言 113

5．1 常见的红外辐射测量仪器 113

5．1．1 单色仪 113

5．1．2 光谱辐射计 115

5．1．3 红外分光光度计 117

5．1．4 傅里叶变换红外光谱仪 119

5．1．5 多通道光谱仪 121

5．2 基本辐射量的测量 122

5．2．1 辐射亮度的测量 122

5．2．2 辐射强度的测量 123

5．2．3 总辐射通量的测量 123

5．3 红外发射率的测量 125

5．3．1 半球全发射率的测量 126

5．3．2 法向光谱发射率的测量 128

5．4 红外反射比的测量 131

5．4．1 反射比 132

5．4．2 积分球反射计 134

5．5 红外吸收比和透射比的测量 138

5．6 红外辐射测温 139

小结 142

习题 142

参考文献 143

第6章 红外辐射的大气传输 144

引言 144

6．1 大气的基本组成 144

6．1．1 大气层的结构 144

6．1．2 大气的组成 145

6．1．3 大气模式 149

6．2 辐射在大气中传输的光学现象 150

6．2．1 大气的折射 150

6．2．2 大气消光及大气窗口 151

6．2．3 大气的其他光学现象 153

6．3 大气吸收与散射的计算 154

6．3．1 大气的吸收 154

6．3．2 大气的散射 160

6．3．3 大气透过率 167

6．4 大气消光对成像系统性能

的影响 169

6．5 大气传输计算软件MODTRAN 170

小结 175

习题 175

参考文献 176

第7章 红外热成像技术 177

引言 177

7．1 红外热成像技术的发展 177

7．1．1 红外热成像的基本过程 178

7．1．2 红外热成像技术的发展过程 178

7．2 红外热成像系统的构成 178

7．2．1 红外热成像系统的诞生

及发展 179

7．2．2 红外热成像系统的类型

及结构 179

7．2．3 红外热成像系统的通用组件 181

7．2．4 红外热成像系统的基本参数 182

7．3 光学系统和扫描器 183

7．3．1 光学系统 183

7．3．2 扫描器 185

7．4 探测器和探测器电路 185

7．4．1 红外探测器的发展与分类 186

7．4．2 光子红外探测器 187

7．4．3 热红外探测器 188

7．4．4 红外探测器的性能参数 191

7．4．5 探测器电路 193

7．5 数字化 194

7．6 图像处理 195

7．6．1 增益/电平归一化 195

7．6．2 图像格式化 195

7．6．3 伽马校正 195

7．7 图像重建与图像显示 196

小结 196

习题 197

参考文献 197

第8章 红外热成像系统的性能评价 198

引言 198

8．1 红外热成像系统的主要性能指标

及其测量 198

8．1．1 噪声等效温差（NETD） 199

8．1．2 调制传递函数（MTF） 201

8．1．3 最小可分辨温差（MRTD） 203

8．1．4 最小可探测温差（MDTD） 204

8．1．5 MRTD和MDTD的测量 205

8．2 红外热成像系统的作用距离

估算 206

8．2．1 扩展源目标的视距估计模型 206

8．2．2 视距估算的修正因素 206

8．3 热成像系统的特性参数测试

平台 208

8．3．1 红外热成像系统的特性参数

测试平台 208

8．3．2 红外热成像系统的特性参数

测试 209

小结 210

习题 210

参考文献 211

第9章 红外偏振成像的原理与技术 212

引言 212

9．1 光的偏振 212

9．2 红外偏振成像的原理 214

9．2．1 偏振光的产生 214

9．2．2 偏振光的描述 217

9．2．3 红外偏振成像方式 221

9．3 目标与背景的红外偏振特性 223

9．3．1 自然目标的偏振特性 223

9．3．2 人工目标的偏振特性 226

9．3．3 背景的偏振特性 227

9．4 红外偏振成像与光强成像

的对比 229

9．4．1 大气传输差异特性分析 229

9．4．2 成像响应差异特性分析 230

小结 232

习题 232

参考文献 232

第10章 红外仿真技术 234

引言 234

10．1 仿真技术的基本概念 234

10．1．1 仿真与仿真技术 234

10．1．2 仿真模型与仿真实验 235

10．1．3 仿真工具与仿真方法 235

10．2 红外仿真的基本方法 236

10．2．1 数学仿真 236

10．2．2 半实物仿真 237

10．3 红外地表仿真 238

10．3．1 地表红外辐射建模 238

10．3．2 地表红外场景可视化 240

10．3．3 实验结果及分析 243

10．4 基于JRM软件系统的红外

场景仿真 245

10．4．1 JRM介绍 245

10．4．2 仿真案例 253

小结 255

习题 255

参考文献 256

第11章 红外图像处理技术 257

引言 257

11．1 红外图像的特点 257

11．2 红外图像的非均匀性校正 257

11．2．1 红外图像的非均匀性产生

机理 257

11．2．2 红外图像的非均匀性校正

方法 259

11．3 盲元检测与补偿 265

11．3．1 盲元检测 265

11．3．2 盲元补偿 266

11．4 红外图像的增强 266

11．4．1 红外图像直方图 266

11．4．2 直方图均衡 268

11．4．3 自适应分段线性变换 269

11．4．4 离散小波变换红外图像增强

方法 270

11．4．5 图像增强实验 271

11．5 红外图像的降噪 273

11．5．1 红外图像的常见噪声模型 273

11．5．2 红外图像降噪的基本方法 275

11．5．3 基于阈上随机共振的红外图像

降噪方法 277

小结 279

习题 279

参考文献 280

第12章 红外图像融合技术 281

引言 281

12．1 图像融合的基本概念 281

12．1．1 图像融合的概念与层次 281

12．1．2 图像融合效果的评价 284

12．1．3 常用图像融合方法分析 289

12．1．4 图像融合的应用 291

12．2 可见光与红外图像的融合 292

12．3 红外多波段图像的融合 294

12．3．1 红外多波段图像的融合 294

12．3．2 红外中波细分波段图像

的融合 301

12．3．3 红外短、长波段图像

的融合 308

12．3．4 红外多波段伪彩色融合 310

12．4 红外偏振与红外光强图像

的融合 312

小结 317

习题 317

参考文献 318

本书是编者根据多年的教学经验和科研实践，按照新形势下教材改革的精神，结合红外物理与技术发展现状编写而成的，本书将理工融合的思想融入其中，内容充实、重点突出、通俗易懂、便于教学。
本书内容共分12章，按理论到技术的顺序系统介绍红外辐射的基本概念、辐射度量基础、热辐射的基本规律、红外辐射源、红外辐射的测量、红外辐射的大气传输、红外热成像技术、红外热成像的性能评价、红外偏振成像原理与技术、红外仿真技术、红外图像处理技术与红外图像融合技术等内容。本书配套电子课件和习题参考答案。