紅外成像
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2023-04-19
紅外成像的實例教程
微光成像技術
微光夜視技術又稱像增強技術，是通過帶像增強管的夜視鏡，對夜天光照亮的微弱目標像進行增強，以供觀察的光電成像技術。微光技術是光電高新技術中的重要組成部分。在微光夜視產(chǎn)品中，圖像增強器是核心器件，利用圖像增強器將夜空中微弱的自然光，如月光、星光、大氣灰光增強幾百倍、幾萬倍達到使人眼能夠進行遠距離觀察的程度。黃綠光是人眼最敏感的波長，因此，這種顏色的熒光屏常常被應用到增像器上。我們在電影電視里看特種部隊進行夜視成像時，夜視鏡頭里的圖景呈現(xiàn)黃綠色就是因為這個原因。
紅外成像技術
紅外夜視技術分為主動紅外夜視技術和被動紅外夜視技術。主動紅外夜視技術是通過主動照射并利用目標反射紅外源的紅外光來實施觀察的夜視技術，對應裝備為主動紅外夜視儀。被動紅外夜視技術是借助于目標自身發(fā)射的紅外輻射來實現(xiàn)觀察的紅外技術，它根據(jù)目標與背景或目標各部分之間的溫差或熱輻射差來發(fā)現(xiàn)目標。其裝備為熱成像儀。現(xiàn)階段監(jiān)控攝像機裝備的都是主動紅外系統(tǒng)，對被動紅外系統(tǒng)的應用還較少。
微光成像技術優(yōu)點
微光成像技術之所以被各國軍隊大量應用在夜視上，是因為它的全面性。該技術相比紅外技術，不需要紅外燈發(fā)射紅外線、不需要被觀測物體必須有熱量。從而很好的適應軍隊在不同環(huán)境下作戰(zhàn)。選擇紅外成像技術，第一得考慮紅外燈的損耗和維護，第二要考慮被觀測物體是否自身含有熱量。而微光成像技術不需要考慮這么多，只需借助自然光即可達成夜視效果。同時，微光夜視儀圖像清晰、體積小、重量輕、價格低、使用和維修方便、不易被電子偵察和干擾，應用范圍廣，這些也是紅外夜視成像不可比擬的。
微光成像技術的缺點
微光成像技術的缺點在于易受周邊環(huán)境影響。如怕強光，具有暈光現(xiàn)象。在遇到強光的時候夜視儀無法進行觀測，觀測者會感到眩暈。
展開 引 言
隨著紅外探測技術的快速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事領域都得到廣泛的應用。在 19 世紀中葉，紅外探測技術開始應用于天文學研究，到 20 世紀開始，紅外技術快速發(fā)展，逐漸引進至軍事應用，在多次軍事行動中表現(xiàn)突出。目前，美國研發(fā)的設備最高分辨率可達到 0.001 ℃。
由于艦船熱尾流所處環(huán)境比較復雜，需要考慮各種影響因素，采集大量的實驗數(shù)據(jù)，但時刻變化的環(huán)境很難實現(xiàn)在某一特定環(huán)境背景下進行多次實驗。因此，本文研究了粗糙海面紅外傳輸特性，建立紅外輻射傳輸模型，模擬仿真粗糙海面及潛艇尾跡高度場分布，綜合考慮輻射傳輸過程中多種影響因素，最終模擬出不同海洋背景及不同探測高度的紅外輻射亮度分布。
海面尾跡成像
潛艇尾跡
潛艇在航行中會對海面造成一定影響，形成一條范圍廣并且很難消去的尾跡，艦船的尾跡主要由海表尾跡、湍流尾跡和內(nèi)波 3 種組成，其中海表尾跡可以最為直觀地被觀測到。本文利用 Kelvin尾跡模型模擬海面尾跡，該模型是目前尾跡模型中相對比較成熟的模型，將尾跡簡化為分歧波和橫斷波 2 類波組成，尾跡呈 V 字形展開，屬于重力波的一種，尾跡結構如圖 1 所示。
圖 1 Kelvin 尾跡波形特征
紅外成像映射模型
在針對某海域成像時為了圖像更加真實立體，需要建立仿真坐標系，并且需要進行坐標轉換。坐標系統(tǒng)示意圖如圖 2 所示。
圖 2 紅外成像模擬仿真坐標系統(tǒng)成像原理示意圖
熱尾流紅外成像仿真計算
如圖 3 所示，本文采用建模仿真的方法，基于尾流區(qū)海平面散度和高度特征，結合三維坐標變換和投影映射方法實現(xiàn)熱尾流目標的成像仿真過程。
展開 紅外雜散光案例分析
簡介
在紅外成像系統(tǒng)的設計中，雜散光始終是制約成像質量的核心問題。紅外波段的雜散光易源于光學元件反射、機械結構漫反射及遮光設計缺陷，直接導致成像對比度下降、信噪比降低，甚至出現(xiàn)偽影，影響目標識別精度。本案例基于 OAS 光學軟件，針對某緊湊型紅外成像系統(tǒng)開展雜散光模擬與分析，旨在定位關鍵干擾源、量化其影響，并為結構優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，助力提升系統(tǒng)實用可靠性。
案例設置與操作
光源配置
采用 8-14μm 中波紅外平行光源，模擬遠距離目標輻射或環(huán)境紅外入射場景；光源半孔徑設為 15mm，與系統(tǒng)入射光瞳匹配；能量分布采用 300K 黑體輻射模型，貼合常溫環(huán)境背景，確保模擬場景的真實性。
模型構建
創(chuàng)建2片鍺材料紅外平凸透鏡，表面粗糙度 0.02μm。使用初始遮光罩、鋁合金鏡筒，通過布爾運算實現(xiàn)精準裝配。透鏡暫未鍍膜，鏡筒內(nèi)壁未做遮光處理，暴露潛在雜散光風險。
探測器設置
選用紅外輻射探測器，采樣分辨率 512×512 像素；子光線代數(shù)設為 3，提升雜散光捕捉靈敏度；勾選 “雜散光路徑記錄” 與 “反向追跡” 功能，便于溯源干擾源頭。
遮陽板的三維追跡圖
總結
本案例借助 OAS 實現(xiàn)了紅外雜散光的精準分析：光機一體化建模確保幾何精度，反向追跡高效鎖定干擾源，可視化功能為優(yōu)化提供方向。經(jīng)優(yōu)化，雜散光占比明顯下降，成像對比度提升。充分驗證了 OAS 在紅外系統(tǒng)設計中的實用性，為安防、遙感、醫(yī)療紅外設備研發(fā)提供可靠支撐。
展開 性能優(yōu)化
通過 OAS 專項功能針對性解決紅外物鏡傳統(tǒng)設計痛點：針對紅外波段像差校正難題，啟用軟件像差自動校正與多配置優(yōu)化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等分析工具，優(yōu)化透鏡面形參數(shù)與紅外光學材料組合，實現(xiàn)色差、球差的精準抑制，邊緣視場成像清晰度顯著提升；
針對紅外雜散光干擾問題，利用 OAS 雜散光分析模塊，識別透鏡表面反射、鏡筒內(nèi)壁散射及紅外熱輻射等干擾源，優(yōu)化遮光結構設計并增設消雜光涂層，大幅降低雜散光對成像的影響；針對環(huán)境適應性弱問題，通過 OAS 光機熱耦合仿真，迭代優(yōu)化透鏡與鏡筒的材料匹配及結構設計，有效抵消溫度變化帶來的結構變形，保障全溫域下的成像穩(wěn)定性。
紅外物鏡
惠更斯PSF
點列圖
波像差圖
總結
本案例通過 OAS 光學軟件的光機熱一體化建模、多目標像差校正與雜散光優(yōu)化功能，成功突破傳統(tǒng)紅外物鏡的設計瓶頸，實現(xiàn)了高分辨率、強環(huán)境適應性的紅外物鏡方案設計。相較于傳統(tǒng)設計流程，OAS 的跨尺度仿真能力大幅縮短了研發(fā)周期，降低了原型制作與測試成本，驗證了方案的可靠性與實用性。該方案為紅外物鏡的性能升級與場景化應用提供了高效、精準的技術支撐，助力紅外成像系統(tǒng)在各領域的技術迭代與應用拓展。
展開 OAS 光學軟件 | 紅外冷反射案例分析
01前言
在紅外光學系統(tǒng)中，冷反射現(xiàn)象是影響成像質量的關鍵因素之一。當系統(tǒng)內(nèi)部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產(chǎn)生雜散光，導致圖像出現(xiàn)偽影、對比度下降等問題，嚴重影響紅外熱成像系統(tǒng)的探測精度與可靠性。
因此，有效分析和抑制紅外冷反射，對提升紅外光學系統(tǒng)性能至關重要。OAS 光學軟件憑借其強大的光學仿真與分析功能，為解決此類問題提供了高效的技術手段。
02案例描述
在制冷型紅外熱成像系統(tǒng)中，冷反射抑制面臨兩大核心難點：一是如何準確識別和量化各光學表面對冷反射的貢獻程度；二是在保證關鍵性能指標的前提下，對冷反射進行有效抑制。
針對這一難點，本文提出一種基于 OAS 光學軟件的紅外冷反射全鏈路分析方案：系統(tǒng)以長波紅外熱成像鏡頭為研究對象，涵蓋模型構建、光源精確配置、光線追跡、數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化設計等多個環(huán)節(jié)。
方案的核心在于利用 OAS 軟件的非序列光線追跡技術，建立從光源到探測器的全鏈路仿真模型，精準鎖定冷反射的主要貢獻面，進而對相關光學表面進行針對性優(yōu)化。
03冷反射現(xiàn)象的形成機理
冷反射效應源于制冷型紅外系統(tǒng)中探測器與外殼之間的巨大溫差。在紅外熱成像系統(tǒng)中，制冷探測器通過前面光學表面的反射，使探測器探測到自身的像，形成邊緣亮而中心暗的黑斑現(xiàn)象，被稱為“冷反射”現(xiàn)象。
其物理機制可歸納為：制冷型探測器的探測度較非制冷型高出1至2個數(shù)量級，這使得系統(tǒng)對微弱信號變化極為敏感。當光學鏡片的鍍膜抗反射性能不完善時，殘留的熱輻射從每個鏡片表面返回，部分殼體熱輻射也到達探測器，從而形成可辨別的對比度差異。
探測器除了接收正常成像的景物輻射外，還通過光學鏡片表面的微弱反射，接收到本身及周圍低溫腔冷環(huán)境的影像，形成冷像。
展開 
紅外成像的相關專題、標簽、搜索
紅外成像的最新內(nèi)容
較強的冷反射信號會直接淹沒目標信號，這是制冷型紅外成像系統(tǒng)特有的雜光效應。
04OAS軟件分析流程設置
? 模型構建
利用OAS軟件的精確建模功能，構建長波紅外熱成像鏡頭模型。該鏡頭的結構參數(shù)與表面特性是建模的基礎。
什么是CMOS圖像傳感器？2個月前
此外，業(yè)內(nèi)也還在努力提升近紅外（NIR）成像中的弱光敏感度和性能。
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CMOS圖像傳感器的設計2個月前
此外，業(yè)內(nèi)也還在努力提升近紅外（NIR）成像中的弱光敏感度和性能。
文章來源：Ansys光電大本營
威睛光學WJ系列光譜相機采用了新型CMOS圖像傳感器技術和先進的數(shù)據(jù)處理算法，擁有更高的光譜分辨率和空間分辨率，能夠捕捉到傳統(tǒng)相機難以企及的光譜信息。配有相應數(shù)據(jù)庫后，可同時兼顧圖像采集與光譜特征識別分析功能。
此外，業(yè)內(nèi)也還在努力提升近紅外（NIR）成像中的弱光敏感度和性能。
該方案為紅外物鏡的性能升級與場景化應用提供了高效、精準的技術支撐，助力紅外成像系統(tǒng)在各領域的技術迭代與應用拓展。
本案例基于 OAS 光學軟件，針對某緊湊型紅外成像系統(tǒng)開展雜散光模擬與分析，旨在定位關鍵干擾源、量化其影響，并為結構優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，助力提升系統(tǒng)實用可靠性。
案例說明
折衍混合紅外物鏡在軍用監(jiān)視、航天/無人機紅外遙感、工業(yè)熱成像與科學觀測等高精度紅外成像領域得到越來越廣泛的應用。憑借將衍射光學元件（DOE）與折射透鏡耦合的混合設計，該類鏡頭能夠在寬波段或多波段紅外成像條件下實現(xiàn)優(yōu)異的色差校正與像質控制，同時兼具重量小、結構簡化、對熱漂移（thermal shift）更魯棒等優(yōu)勢。
應用場景
折衍混合紅外物鏡在軍用監(jiān)視、航天/無人機紅外遙感、工業(yè)熱成像與科學觀測等高精度紅外成像領域得到越來越廣泛的應用。憑借將衍射光學元件（DOE）與折射透鏡耦合的混合設計，該類鏡頭能夠在寬波段或多波段紅外成像條件下實現(xiàn)優(yōu)異的色差校正與像質控制，同時兼具重量小、結構簡化、對熱漂移（thermal shift）更魯棒等優(yōu)勢。
紅外冷反射案例分析
簡介
在紅外光學系統(tǒng)中，冷反射現(xiàn)象是影響成像質量的關鍵因素之一。當系統(tǒng)內(nèi)部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產(chǎn)生雜散光，導致圖像出現(xiàn)偽影、對比度下降等問題，嚴重影響紅外熱成像系統(tǒng)的探測精度與可靠性。因此，有效分析和抑制紅外冷反射，對提升紅外光學系統(tǒng)性能至關重要。OAS 光學軟件憑借其強大的光學仿真與分析功能，為解決此類問題提供了高效的技術手段
（3）物理光照/材質真實感
- 支持真實 HDR 光照渲染；
- 模擬 IR/熱紅外成像特性；
- 加入模糊、噪聲、運動拖影、畸變等現(xiàn)實感知特性。
為了達到可用于實際訓練的效果，合成數(shù)據(jù)平臺需要在圖像質量、行為表現(xiàn)和傳感器建模等多個維度具備高保真能力，確保模型在部署后具備良好的泛化性能。
