紅外熱成像約翰遜準(zhǔn)則[精制研究]

1、紅外熱像儀探測(cè)距離_約翰遜準(zhǔn)則德圖儀器小編在前面已經(jīng)給大家做了近百篇紅外熱像儀技術(shù)文章，相信大家也對(duì)紅外熱像儀知識(shí)有所了解，今天，再給大家介紹下紅外熱像儀探測(cè)距離及約翰遜準(zhǔn)則，希望能加深大家對(duì)紅外熱像儀的認(rèn)知。紅外熱像儀探測(cè)距離：在自然界中一切溫度高于絕對(duì)零度(-273.16攝氏度)的物體都不斷地輻射著紅外線，這種現(xiàn)象稱為熱輻射。紅外線是一種人眼不可見的光波，無(wú)論白天黑夜，物體都會(huì)輻射紅外線。紅外熱像儀就是把這些人眼不可見的熱輻射轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷臒嵯駡D。由于紅外熱像儀只是被動(dòng)地接收目標(biāo)的熱輻射，因此具有隱蔽性好等特點(diǎn)。被動(dòng)式紅外熱像儀一般工作在35m和814m這兩個(gè)波段，相對(duì)于可見光和近紅外而

2、言，其波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，穿透雨、雪、霧、煙塵等能力強(qiáng)，因此在國(guó)防、警用、安防等領(lǐng)域紅外熱像儀是一個(gè)非常有效的設(shè)備。但用戶購(gòu)買熱像儀常常會(huì)問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：熱像儀能看多遠(yuǎn)。這是一個(gè)特別重要的問(wèn)題，但又是很難說(shuō)清楚的問(wèn)題。比如說(shuō)，我們熱像儀能看到146106公里外的太陽(yáng)，但不能說(shuō)熱像儀的探測(cè)距離能達(dá)到146106公里。但這探測(cè)距離又是必須說(shuō)清楚的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榭蛻糍I熱像儀是用來(lái)探測(cè)、監(jiān)控目標(biāo)的。約翰遜準(zhǔn)則：探測(cè)距離是一個(gè)主觀因素和客觀因素綜合作用的結(jié)果。主觀因素跟觀察者的視覺心理、經(jīng)驗(yàn)等因素有關(guān)。要回答“熱像儀能看多遠(yuǎn)”，必須先弄清楚“什么叫看清楚”，如探測(cè)一個(gè)目標(biāo)，甲認(rèn)為看清楚了，但乙可能就認(rèn)為沒看清楚，因

3、此必須有一個(gè)客觀統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外在這方面做了大量的工作，約翰遜根據(jù)實(shí)驗(yàn)把目標(biāo)的探測(cè)問(wèn)題與等效條紋探測(cè)聯(lián)系起來(lái)。許多研究表明，有可能在不考慮目標(biāo)本質(zhì)和圖像缺陷的情況下，用目標(biāo)等效條紋的分辨力來(lái)確定紅外熱像儀成像系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別能力，這就是約翰遜準(zhǔn)則。目標(biāo)的等效條紋是一組黑白間隔相等的條紋圖案，其總高度為目標(biāo)的臨界尺寸，條紋長(zhǎng)度為目標(biāo)為垂直于臨界尺寸方向的橫跨目標(biāo)的尺寸。等效條紋圖案的分辨力為目標(biāo)臨界尺寸中所包含的可分辨的條紋數(shù)，也就是目標(biāo)在探測(cè)器上成的像占的像素?cái)?shù)。目標(biāo)探測(cè)可分為探測(cè)(發(fā)現(xiàn))、識(shí)別和辨認(rèn)三個(gè)等級(jí)。探測(cè)探測(cè)定義為：在視場(chǎng)內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)。這時(shí)目標(biāo)所成的像在臨界尺寸方向上必須占到1

4、.5個(gè)像素以上。識(shí)別識(shí)別定義為：可將目標(biāo)分類，即可識(shí)別出目標(biāo)是坦克、卡車或者人等。這是目標(biāo)所成的像在臨界尺寸方向上必須占到6個(gè)像素以上。辨認(rèn)辨認(rèn)的定義為：可區(qū)分開目標(biāo)的型號(hào)及其它特征，如分辨出敵我。這是目標(biāo)所成的像在臨界尺寸方向上必須占到12個(gè)像素以上。以上都是在概率50%，也就是剛好能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，以及目標(biāo)與背景的對(duì)比度為1的條件下所得到的數(shù)據(jù)，從上面的約翰遜準(zhǔn)則可以看出，一套熱像儀能看多遠(yuǎn)，是由目標(biāo)尺寸、鏡頭焦距、探測(cè)器性能等因素決定的。三、決定探測(cè)距離的因素 1、鏡頭焦距 決定熱像儀的探測(cè)距離的最重要的因素就是鏡頭焦距。鏡頭焦距直接決定了目標(biāo)所成的像的大小，也就是在焦平面上占幾個(gè)像素。通常這

5、是用空間分辨率（IFOV）來(lái)表示，它表示每個(gè)像素在物空間所張開的角度，也就是系統(tǒng)所能分辨的最小角度，一般由像元尺寸（d）與焦距（f）的比值得出，即IFOVd/f。 每個(gè)目標(biāo)在焦平面所成的像占幾個(gè)像素，可由目標(biāo)尺寸、目標(biāo)與熱像儀的距離、空間分辨率（IFOV）計(jì)算得出。目標(biāo)尺寸（D）和目標(biāo)與熱像儀的距離（L）的比值為目標(biāo)的張角，再與IFOV相除得到像占用像素點(diǎn)的數(shù)量，即n(D/L)/IFOV=(Df)/(Ld)。從中可以看到，焦距越大，目標(biāo)像所占用的像素點(diǎn)越多，根據(jù)約翰遜準(zhǔn)則可知，其探測(cè)距離更遠(yuǎn)。但另一方面，焦距越大，視場(chǎng)角越小，同時(shí)成本也更高。 這里舉個(gè)例子。熱像儀焦平面的像元尺寸為38m，配1

6、00mm焦距鏡頭，則空間分辨率IFOV為0.38mrad。觀察1公里遠(yuǎn)的大小為2.3m的目標(biāo)，則目標(biāo)所張開的角度為2.3mrad，目標(biāo)所成的像占用2.3/0.386個(gè)像素。根據(jù)約翰遜準(zhǔn)則可知，達(dá)到識(shí)別水平。 2、探測(cè)器性能 鏡頭焦距是從理論上決定了熱像儀的探測(cè)距離，在實(shí)際應(yīng)用中起著重要作用的另一因素是探測(cè)器性能。鏡頭焦距只是決定了所成像的大小，占用像素點(diǎn)的數(shù)量，探測(cè)器性能則決定圖像質(zhì)量，如模糊程度，信噪比等。探測(cè)器性能可從像元尺寸、熱靈敏度、信號(hào)處理等方面來(lái)分析。 像元尺寸越小，則空間分辨率（IFOV）越小，從前面的討論可看出，其探測(cè)距離越大。一個(gè)典型例子是，F(xiàn)LIR非制冷熱像儀的Photon

7、 320的像元尺寸是38m，Photon 640的像元尺寸為25m，如果都配100mm鏡頭，觀察2.3m的目標(biāo)，按照約翰遜準(zhǔn)則，其識(shí)別距離分別為1公里、1.5公里。 探測(cè)器的熱靈敏度和信號(hào)處理決定了圖像的清晰度。如果探測(cè)器的熱靈敏度和信號(hào)處理能力不好的話，則所成的像只是一個(gè)模糊的熱像，也就無(wú)法識(shí)別。因此，一些探測(cè)器的熱靈敏度不高的話，則采取加大鏡頭口徑的方法來(lái)提高圖像效果，這不但增加了成本，而且也增加了使用上的不方便。美國(guó)FLIR的Photon系列，使用的鏡頭F數(shù)一般可降低到1.41.7，也就是口徑可做得特別小。 3、大氣環(huán)境 雖然熱輻射對(duì)大氣的穿透能力比可見光強(qiáng)，但大氣吸收、散射等對(duì)熱像儀成像還是有一定的影響，特別是大霧和大雨的天氣環(huán)境，從而影響到了熱像儀的探測(cè)距離。 綜上所述，一個(gè)熱像儀能“看多遠(yuǎn)”是一個(gè)很難說(shuō)清楚的問(wèn)題，它受到幾個(gè)方面的影響，它是探測(cè)器、鏡頭、目標(biāo)、大氣環(huán)境等客觀因素及人的主觀因素共同影響的結(jié)果。 下圖是FLIR的非制