紅外攝像機(jī)是對(duì)紅外光敏感的攝像機(jī)。適用于不同光譜區(qū)域的相機(jī)可供選擇，它們?cè)谛阅埽ɡ鐖D像分辨率、響應(yīng)度和幀速率）和應(yīng)用領(lǐng)域方面存在很大差異。在以下部分中，我們將區(qū)分近紅外攝像機(jī)和中波或長(zhǎng)波紅外攝像機(jī)。 @PV3G
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大多數(shù)紅外熱像儀都具有二維圖像傳感器（有時(shí)稱(chēng)為焦平面陣列），它通過(guò)某些電子接口（例如 USB、Camera Link 或 LAN 類(lèi)型）傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。然而，一些特殊相機(jī)具有線傳感器，即只有一維圖像傳感器；這些通常用于對(duì)移動(dòng)物體進(jìn)行連續(xù)成像，例如在生產(chǎn)線和激光掃描儀中。 2E0oLl[
紅外相機(jī)可能對(duì)可見(jiàn)光和紫外光敏感，也可能不敏感。通常，它們包括一個(gè)僅傳輸紅外光的濾光器，從而避免對(duì)不需要的波長(zhǎng)敏感。 iN 1_ T
彩色圖像不一定表示光譜信息! ''}2JJU{
通常，紅外相機(jī)不提供光譜信息，而僅提供其像素的強(qiáng)度值。例如，這與照相機(jī)形成對(duì)比。當(dāng)顯示來(lái)自紅外攝像機(jī)的彩色圖像時(shí)，這些圖像通常包含偽顏色，僅對(duì)強(qiáng)度值進(jìn)行編碼。然而，還有用于多光譜成像或高光譜成像的紅外相機(jī)，它們通常需要更復(fù)雜的設(shè)置，例如色散光學(xué)器件和線掃描儀。 as"@E > a
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近紅外相機(jī) 0E#?H0<OeG
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用于可見(jiàn)光的常見(jiàn) CCD 和 CMOS 圖像傳感器基于硅，它們對(duì) 1000 nm 至 1100 nm 之間的光學(xué)波長(zhǎng)具有一定的靈敏度，但受到硅帶隙能量的限制。雖然這已經(jīng)是紅外線，但真正的紅外相機(jī)通常包含基于砷化銦鎵 (InGaAs) 的傳感器芯片，它大致在 900 nm 至 1700 nm 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)提供良好的響應(yīng)度。與硅基傳感器相比，它們的價(jià)格要高得多，并且通常提供較低的分辨率——通常在水平和垂直方向上只有幾百個(gè)像素，即總體遠(yuǎn)低于一百萬(wàn)像素。 ;0-R"c)-
由于InGaAs的帶隙能量較小，只有在低溫下才能實(shí)現(xiàn)暗電流和噪聲方面的最佳性能；因此，諸如傳感器芯片等通常配備有熱電（Peltier）冷卻器。不幸的是，這大大增加了電力消耗，并且外殼通常需要在散熱方面進(jìn)行優(yōu)化，例如使用散熱片。 $pa uPEe
所需的成像光學(xué)器件與可見(jiàn)光相機(jī)的光學(xué)器件沒(méi)有太大區(qū)別，因?yàn)椴浑y找到在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有高透射率的光學(xué)玻璃。本質(zhì)上，只需要合適的減反射涂層和消色差透鏡。 '^(qlCI
近紅外相機(jī)通常用于檢查目的。例如，它們用于檢查半導(dǎo)體晶圓、太陽(yáng)能電池和各種其他工業(yè)產(chǎn)品，也用于小麥和水果等農(nóng)產(chǎn)品的檢查。激光束分析儀是另一個(gè)例子。 q ^6l`JJ
近紅外攝像機(jī)還可以與一些紅外照明結(jié)合提供夜視功能。僅使用不可見(jiàn)照明光進(jìn)行監(jiān)視對(duì)于監(jiān)視目的可能是有益的，盡管這可能相對(duì)容易被檢測(cè)到。只要足夠長(zhǎng)的曝光時(shí)間是可以接受的，此類(lèi)相機(jī)就可以在相當(dāng)?shù)偷募t外光水平下工作。 V`}u:t7 r
對(duì)于室溫或低于室溫的熱成像，近紅外光譜范圍不適合；為此，需要中紅外相機(jī)（見(jiàn)下文），它可以記錄較低能量的光子。 =m 6<H
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中波和長(zhǎng)波紅外相機(jī) 1cD
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中紅外相機(jī)主要用于熱成像（熱成像）應(yīng)用，它可以響應(yīng)與熱輻射相關(guān)的更長(zhǎng)的光學(xué)波長(zhǎng)（有時(shí)遠(yuǎn)超過(guò) 10 μm）。例如，這樣就可以獲取建筑物的溫度圖，以便識(shí)別熱損失過(guò)多的位置；即使在熱排放量相當(dāng)?shù)偷亩緶囟鹊陀?0°C 的情況下，它也必須工作。除了被動(dòng)紅外監(jiān)視和熱追蹤導(dǎo)彈等軍事應(yīng)用之外，還有一系列其他應(yīng)用，例如涉及醫(yī)療診斷、無(wú)損檢測(cè)、火災(zāi)探測(cè)、基于衛(wèi)星的天氣剖面監(jiān)測(cè)、空氣污染監(jiān)測(cè)和森林砍伐測(cè)繪。 ]xPy-j6C
特別感興趣的光譜區(qū)域是大約 3 至 5 μm（中波紅外窗口，MWIR）和 8 至 12 μm（長(zhǎng)波窗口，LWIR）的大氣窗口。這里，大氣透射率相對(duì)較高，而在其他波長(zhǎng)區(qū)域則存在較強(qiáng)的紅外吸收。 DJ` xCs!R
對(duì)于如此長(zhǎng)的波長(zhǎng)，需要特殊的紅外光學(xué)器件。不幸的是，這大大增加了長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外相機(jī)的成本。這種光學(xué)器件的成像性能通常也不是很好，但這可能并不重要，因?yàn)樗璧膱D像傳感器的分辨率無(wú)論如何都是相當(dāng)適中的。 d?aZk-|c
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冷卻紅外光電探測(cè)器 2:&L|;
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如此長(zhǎng)的波長(zhǎng)（對(duì)應(yīng)于非常低的光子能量）的半導(dǎo)體光電探測(cè)器必須具有非常小的帶隙能量。合適的材料例如是碲化汞鎘（HgCdTe，MCT）（甚至遠(yuǎn)超過(guò)10μm也適用）和銻化銦（InSb，高達(dá)約5.5μm）。同樣，還有基于量子阱紅外光電探測(cè)器（QWIP）的焦平面陣列。小帶隙能量也使得它們對(duì)傳感器本身內(nèi)的熱激發(fā)非常敏感。因此，此類(lèi)紅外探測(cè)器在運(yùn)行過(guò)程中通常需要強(qiáng)烈冷卻——通常冷卻至 100 開(kāi)爾文甚至遠(yuǎn)低于 100 開(kāi)爾文。 cC 9haxW
使用斯特林冷卻器可以相對(duì)容易地冷卻到 100 K 左右，斯特林冷卻器本質(zhì)上是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。打開(kāi)設(shè)備后可能需要幾分鐘才能達(dá)到所需的工作溫度。冷卻的探測(cè)器必須與環(huán)境良好隔離，也是為了防止冰沉積，并且通常放置在真空密封的盒子中。當(dāng)然，與僅具有珀耳帖冷卻器的相機(jī)相比，該裝置體積更大且更昂貴。 Gm=e;X;r
它們的技術(shù)采用紅外光學(xué)、特殊的長(zhǎng)波長(zhǎng)圖像傳感器和冷卻裝置，使得冷卻紅外攝像機(jī)相當(dāng)昂貴，但它們的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于非冷卻探測(cè)器，如下一節(jié)所述。沉重的重量、電力消耗和準(zhǔn)備時(shí)間當(dāng)然是實(shí)際的缺點(diǎn)。 LeYI<a@n@$
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熱探測(cè)器 t c{Qd&"(
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許多長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外熱像儀不包含基于內(nèi)部光效應(yīng)的半導(dǎo)體探測(cè)器，而是一種熱探測(cè)器，它對(duì)由于吸收入射紅外光而引起的溫度升高做出響應(yīng)。此類(lèi)熱探測(cè)器可以基于不同的技術(shù)： FY
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人們經(jīng)常使用非常小的測(cè)輻射熱計(jì)陣列（微測(cè)輻射熱計(jì)），可以在傳感器芯片上實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的像素（例如 160 × 120、320 × 240、640 × 480 或 1024 × 768）。作為傳感元件，每個(gè)像素都包含一個(gè)薄的紅外吸收板，例如由非晶硅 (aSi) 或氧化釩制成，該板懸掛在帶有兩個(gè)電極的芯片上方（板和芯片之間有一個(gè)小氣隙）。然后可以測(cè)量板的與溫度相關(guān)的電阻，該電阻隨著溫度的升高而減小。請(qǐng)注意，如果沒(méi)有傳入的紅外光，板的溫度將趨向于基板溫度，而外部輻射將升高溫度。因此，如果基材溫度不保持恒定，則必須根據(jù)基材溫度來(lái)校正讀數(shù)。板下方的金屬鏡可用于背反射未吸收的紅外光，同時(shí)減少來(lái)自基板的熱輻射。 ]3uj~la
有一些熱釋電材料，例如鉭酸鋰，可以響應(yīng)溫度梯度而產(chǎn)生小電壓。該溫度梯度是由入射輻射加熱造成的；產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到某個(gè)基底，溫度梯度與入射強(qiáng)度成正比。這種探測(cè)器是交流耦合的，即它們只能用于監(jiān)測(cè)變化，而不能用于恒定溫度。 | k]fY*z(
此類(lèi)檢測(cè)器仍可在一定程度上被冷卻以改善其噪聲性能，但從根本上來(lái)說(shuō)不需要這種冷卻。通常，它們是溫度穩(wěn)定的，即操作溫度保持恒定，通常使用小型珀耳帖冷卻器，但溫度不是特別低。 dte- 2?%~j
