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鏡頭焦距、探測(cè)器性能以及大氣環(huán)境影響紅外熱成像儀探測(cè)的距離

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鏡頭焦距、 探測(cè)器 性能以及大氣環(huán)境影響紅外熱成像儀探測(cè)的距離

探測(cè)器性能
     ◆鏡頭焦距是從理論上決定了紅外熱像儀的探測(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 320的像元尺寸是38μm,Photon 640的像元尺寸為25μm,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(huà),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(huà),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1.4~1.7,也就是口徑可做得特別小。

大氣環(huán)境
     ◆雖然熱輻射對(duì)大氣的穿透能力比可見(jiàn)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

鏡頭焦距
 

     ◆決定紅外熱像儀的探測(cè)距離*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(kāi)的角度,也就是系統(tǒng)所能分辨的*小角度,一般由像元尺寸(d)與焦距(f)的比值得出,即IFOV=d/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38μm,配100mm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(kāi)的角度為2.3mrad,目標(biāo)所成的像占用2.3/0.38=6個(gè)像素。根據(jù)約翰遜準(zhǔn)則可知,達(dá)到識(shí)別水平。