前言大气窗口太阳光在穿过大气层时会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射而那些透射率高的波段称为大气窗口。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有微波波段、红外光波段远红外热红外中红外短波红外近红外、可见光波段、紫外波段一、为什么重点研究3-5μm中波、8-14μm长波红外红外探测器运用光电技术以被动的方式探测物体所发出的红外辐射突破人类视觉障碍能在完全黑暗的环境下探测到物体即使在有烟雾、粉尘的情况下也可实现探测且不需要光源照明因此可以全天候使用。核心就两点大气唯一可用的两大红外窗口加维恩位移定律刚好匹配常温和高温目标的辐射峰值二者互补覆盖绝大多数科研、工业、遥感场景佳洋光电的科研整机也正是围绕这两个波段开发。1、前提大气只放行这两个波段地球大气里水汽、二氧化碳、臭氧会吸收绝大部分红外波段只有3~5μm中波、8~14μm长波是透射率最高的红外大气窗口远距离探测时衰减最小其他红外波段基本被大气“吃掉”无法远距离成像观测及测温这是硬件选型的底层前提。2、物理规律温度不同辐射峰值刚好落在两个窗口根据维恩位移定律物体温度越高热辐射的峰值波长越短。维恩位移定律核心公式λ_max × T b-λ_max物体热辐射峰值波长单位μm-T物体热力学温度开尔文T摄氏温度273.15- b维恩位移常量2.898×10⁻³ m·K或 2898 µm·K亦可表示为 2.898×10⁶ nm·K简单理解物体温度越高辐射最强的波长就越短温度越低峰值波长越长。二、中波、长波红外相机的工作原理任何温度高于绝对零度(-273.15 °C) 的物体都会根据其温度发出红外能量热量物体发出的红外线能量被称为它的热特征。一般来说物体越热它发出的辐射就越多。热成像仪本质上是一种热传感器能够检测、捕捉到微小的温度差异它收集来自场景中物体的红外辐射并根据有关温差的信息创建像素、组成图像。由于物体很少与周边物体的温度完全相同因此热成像仪可以检测到它们的差异并且在热图像中形成鲜明的反差这就是红外热成像基本原理三、中波红外相机和长波红外相机的区别1.中波3~5μm高温目标专属300℃以上高温目标火焰、尾焰、高炉、等离子体、激光靶场辐射峰值偏移到3~5μm区间长波此时接收的信号很弱成像模糊中波信号最强、对比度最高。优势制冷型探测器信噪比极高抗太阳光干扰强穿透粉尘、烟气能力优于长波适合高温、恶劣工业环境远距离高空探测衰减更小。用途高温设备测温、抗干扰、烟气穿透、高温工业炉、等离子体实验、发动机尾焰检测、军工光电制导、科研激光实验、靶场实验、航天探测等对应佳洋光电的中波制冷红外整机。2. 长波8~14μm常温目标专属常温物体人体25℃、设备、建筑、地表20~50℃热辐射峰值就在9~11μm完美落在长波窗口内。优势非制冷探测器技术成熟、成本低温差灵敏度极高能分辨0.01℃微小温差雾天、烟尘环境穿透性更好。用途电力巡检、建筑漏热、设备常温故障诊断、夜间安防、地表温度遥感也是民用长波红外最主流波段。3、关键维度对比表四、中波、长波红外相机如何选择但具体什么时候用中波红外相机什么场景又适合长波红外相机这个问题困扰了很多人。下面就是两种红外相机的主要应用区别。目标温度是影响红外相机选择的主要因素之一不同温度物体的红外辐射在不同波段的能量密度具有显著差异。环境因素也是探测器选择的主要考量因素之一不同的波段的红外光谱具有不同的适用性。◼ 中波红外相机具有优越的穿透性能易于观测高温目标中波成像图一在潮湿或大气水分高的地区中波段的大气透射要优于长波段中波红外相机除适用于观察和跟踪一般的常温目标外更擅长观测高温物体和空中目标。◼ 长波红外相机适用于目标特性研究长波成像图二长波红外相机的积分时间相对于中波红外相机小一个数量级拍摄高速运动目标不易产生拖尾。长波红外在沙尘条件下穿透距离较其他波段更长。对于探测器距离要求较近的应用环境如红外安防监控系统、手持红外望远镜等探测距离在几十米到2km以内应该优先选择成本低、体积小、重量轻和功耗低的非制冷长波红外探测器。对于森林火灾等大面积高温目标的红外系统由于目标会产生大面积的强烈红外辐射完全覆盖了中波和长波波段即使使用非制冷长波红外探测器探测距离也可以到十几千米以上。总之对于具体的应用场景要综合考虑探测器材料、目标辐射、背景辐射和成本等多个影响选择合适波段的探测器。五、科研层面的研究价值1.遥感对地观测长波反演地表/海面温度中波监测林火、火山高温热点两个波段配合实现全场景地表监测2.基础物理实验中波适配高温等离子体、强激光瞬态信号采集长波用于常温材料热特性分析3.光电工程国产化两个窗口是红外机芯、镜头、探测器国产化的核心赛道也是国内科研光电企业佳洋光电等的核心研发方向4.军事与安防中波用于机载光电吊舱、远距离高温目标锁定长波用于单兵夜视、边境监控。六、“佳洋光电”推出的制冷型中波、长波以及非制冷长波的产品参数对比部分参数根据需要会有变动解释权在“佳洋光电”结束语我们一起学习阅读过程中更进一步
前言大气窗口太阳光在穿过大气层时会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射而那些透射率高的波段称为大气窗口。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有微波波段、红外光波段远红外热红外中红外短波红外近红外、可见光波段、紫外波段一、为什么重点研究3-5μm中波、8-14μm长波红外红外探测器运用光电技术以被动的方式探测物体所发出的红外辐射突破人类视觉障碍能在完全黑暗的环境下探测到物体即使在有烟雾、粉尘的情况下也可实现探测且不需要光源照明因此可以全天候使用。核心就两点大气唯一可用的两大红外窗口加维恩位移定律刚好匹配常温和高温目标的辐射峰值二者互补覆盖绝大多数科研、工业、遥感场景佳洋光电的科研整机也正是围绕这两个波段开发。1、前提大气只放行这两个波段地球大气里水汽、二氧化碳、臭氧会吸收绝大部分红外波段只有3~5μm中波、8~14μm长波是透射率最高的红外大气窗口远距离探测时衰减最小其他红外波段基本被大气“吃掉”无法远距离成像观测及测温这是硬件选型的底层前提。2、物理规律温度不同辐射峰值刚好落在两个窗口根据维恩位移定律物体温度越高热辐射的峰值波长越短。维恩位移定律核心公式λ_max × T b-λ_max物体热辐射峰值波长单位μm-T物体热力学温度开尔文T摄氏温度273.15- b维恩位移常量2.898×10⁻³ m·K或 2898 µm·K亦可表示为 2.898×10⁶ nm·K简单理解物体温度越高辐射最强的波长就越短温度越低峰值波长越长。二、中波、长波红外相机的工作原理任何温度高于绝对零度(-273.15 °C) 的物体都会根据其温度发出红外能量热量物体发出的红外线能量被称为它的热特征。一般来说物体越热它发出的辐射就越多。热成像仪本质上是一种热传感器能够检测、捕捉到微小的温度差异它收集来自场景中物体的红外辐射并根据有关温差的信息创建像素、组成图像。由于物体很少与周边物体的温度完全相同因此热成像仪可以检测到它们的差异并且在热图像中形成鲜明的反差这就是红外热成像基本原理三、中波红外相机和长波红外相机的区别1.中波3~5μm高温目标专属300℃以上高温目标火焰、尾焰、高炉、等离子体、激光靶场辐射峰值偏移到3~5μm区间长波此时接收的信号很弱成像模糊中波信号最强、对比度最高。优势制冷型探测器信噪比极高抗太阳光干扰强穿透粉尘、烟气能力优于长波适合高温、恶劣工业环境远距离高空探测衰减更小。用途高温设备测温、抗干扰、烟气穿透、高温工业炉、等离子体实验、发动机尾焰检测、军工光电制导、科研激光实验、靶场实验、航天探测等对应佳洋光电的中波制冷红外整机。2. 长波8~14μm常温目标专属常温物体人体25℃、设备、建筑、地表20~50℃热辐射峰值就在9~11μm完美落在长波窗口内。优势非制冷探测器技术成熟、成本低温差灵敏度极高能分辨0.01℃微小温差雾天、烟尘环境穿透性更好。用途电力巡检、建筑漏热、设备常温故障诊断、夜间安防、地表温度遥感也是民用长波红外最主流波段。3、关键维度对比表四、中波、长波红外相机如何选择但具体什么时候用中波红外相机什么场景又适合长波红外相机这个问题困扰了很多人。下面就是两种红外相机的主要应用区别。目标温度是影响红外相机选择的主要因素之一不同温度物体的红外辐射在不同波段的能量密度具有显著差异。环境因素也是探测器选择的主要考量因素之一不同的波段的红外光谱具有不同的适用性。◼ 中波红外相机具有优越的穿透性能易于观测高温目标中波成像图一在潮湿或大气水分高的地区中波段的大气透射要优于长波段中波红外相机除适用于观察和跟踪一般的常温目标外更擅长观测高温物体和空中目标。◼ 长波红外相机适用于目标特性研究长波成像图二长波红外相机的积分时间相对于中波红外相机小一个数量级拍摄高速运动目标不易产生拖尾。长波红外在沙尘条件下穿透距离较其他波段更长。对于探测器距离要求较近的应用环境如红外安防监控系统、手持红外望远镜等探测距离在几十米到2km以内应该优先选择成本低、体积小、重量轻和功耗低的非制冷长波红外探测器。对于森林火灾等大面积高温目标的红外系统由于目标会产生大面积的强烈红外辐射完全覆盖了中波和长波波段即使使用非制冷长波红外探测器探测距离也可以到十几千米以上。总之对于具体的应用场景要综合考虑探测器材料、目标辐射、背景辐射和成本等多个影响选择合适波段的探测器。五、科研层面的研究价值1.遥感对地观测长波反演地表/海面温度中波监测林火、火山高温热点两个波段配合实现全场景地表监测2.基础物理实验中波适配高温等离子体、强激光瞬态信号采集长波用于常温材料热特性分析3.光电工程国产化两个窗口是红外机芯、镜头、探测器国产化的核心赛道也是国内科研光电企业佳洋光电等的核心研发方向4.军事与安防中波用于机载光电吊舱、远距离高温目标锁定长波用于单兵夜视、边境监控。六、“佳洋光电”推出的制冷型中波、长波以及非制冷长波的产品参数对比部分参数根据需要会有变动解释权在“佳洋光电”结束语我们一起学习阅读过程中更进一步
