紅外熱成像約翰遜準(zhǔn)則

1、紅外熱像儀探測距離約翰遜準(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，相信大家也對紅外熱像儀知識有所了解， 今天，再給大家介紹下紅外熱像儀探測距離及約翰遜準(zhǔn)則，希望能加深大家對紅外熱像儀的認(rèn)知。紅外熱像儀探測距離：在自然界中一切溫度高于絕對零度攝氏度）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，無論白天黑夜，物體都會輻射紅外線。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地接收目標(biāo)的熱輻射，因此具有隱蔽性好等特點(diǎn)。被動式紅外熱像儀一般工作在3- 5dm和8-14 m這兩個波段，相對于可見光和近紅外而言，其

2、波長比較長，穿透雨、雪、霧、煙塵等能力強(qiáng)，因此在國防、警用、安防等領(lǐng)域紅 外熱像儀是一個非常有效的設(shè)備。但用戶購買熱像儀常常會問一個問題：熱像儀能看多遠(yuǎn)。 這是一個特別重要的問題，但又是很難說清楚的問題。比如說，我們熱像儀能看到146X 106公里外的太陽，但不能說熱像儀的探測距離能達(dá)到 146X106公里。但這探測距離又是必須說清楚的一個問題，因?yàn)榭蛻糍I 熱像儀是用來探測、監(jiān)控目標(biāo)的。約翰遜準(zhǔn)則：探測距離是一個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”，如探測一個目標(biāo)， 甲認(rèn)為看清楚了，但乙可能就認(rèn)為沒

3、看清楚，因此必須有一個客觀統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。國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)的探測問題與等效條紋探測聯(lián)系起來。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確定紅外熱像儀成像系統(tǒng)對目標(biāo)的識別能力，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)在探測器上成的像占的像素?cái)?shù)。目標(biāo)探測可分為探測（發(fā)現(xiàn)）、識別和辨認(rèn)三個等級。探測探測定義為：在視場內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個目標(biāo)。 這時目標(biāo)所成的像在臨界尺寸方

4、向上必須占到個像素 以上。識別識別定義為：可將目標(biāo)分類，即可識別出目標(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、探測器性能等因素決定的。三、決定探測距離的因素1、鏡頭焦距決定熱像儀的探測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

5、像素。通常這是用空間分辨率（ IFOV）來表示，它表示 每個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IFOV = d/fo每個目標(biāo)在焦平面所成的像占幾個像素，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， 其探測距離更遠(yuǎn)。 但另一方面，焦距越大，視場角越小，同時成本也更高。這里舉個例子。熱

6、像儀焦平面的像元尺寸為38 m,配100mm焦距鏡頭，則空間分辨率IFOV為。觀察1公里遠(yuǎn)的大小為的目標(biāo)，則目標(biāo)所張開的角度為，目標(biāo)所成的像占用=6個像素。根據(jù)約翰遜準(zhǔn)則可知，達(dá)到識別水平。2、探測器性能鏡頭焦距是從理論上決定了熱像儀的探測距離，在實(shí)際應(yīng)用中起著重要作用的另一因素是 探測器性能。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，探測器性能則決定圖像質(zhì)量，如模糊程度，信噪比等。探測器性能可從像元尺寸、熱靈敏度、信號處理等方面來 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，其探測距離越大。一 個典型例子是，F(xiàn)LIR非制冷熱像儀的 Photon 320的像元

7、尺寸是38 m, Photon 640的像元 尺寸為25m,如果都配100mm鏡頭，觀察的目標(biāo)，按照約翰遜準(zhǔn)則，其識別距離分別為 1公里、公里。探測器的熱靈敏度和信號處理決定了圖像的清晰度。如果探測器的熱靈敏度和信號處理能力不好的話，則所成的像只是一個模糊的熱像，也就無法識別。因此，一些探測器的熱靈敏度不高的話，則采取加大鏡頭口徑的方法來提高圖像效果，這不但增加了成本，而且也增加了使用上的不方便。美國 FLIR的Photon系列，使用的鏡頭 F數(shù)一般可降低到，也就是 口徑可做得特別小。 3、大氣環(huán)境 雖然熱輻射對大氣的穿透能力比可見光強(qiáng)，但大氣吸收、散射等對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距離。綜上所述，一個熱像儀能“看多遠(yuǎn)”是一個很難說清楚的問題，它受到幾個方面的影響， 它是探測器、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