紅外成像的案例
紅外成像與微光成像的區別
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射的紅外輻射來實現觀察的紅外技術，它根據目標與背景或目標各部分之間的溫差或熱輻射差來發現目標。其裝備為熱成像儀。現階段監控攝像機裝備的都是主動紅外系統，對被動紅外系統的應用還較少。
微光成像技術優點
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境下作戰。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境影響。如怕強光，具有暈光現象。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 【紅外仿真】艦船尾跡和海面紅外仿真成像
引 言
隨著紅外探測技術的快速發展，在農業、醫療、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，紅外技術快速發展，逐漸引進至軍事應用，在多次軍事行動中表現突出。目前，美國研發的設備最高分辨率可達到 0.001 ℃。
由于艦船熱尾流所處環境比較復雜，需要考慮各種影響因素，采集大量的實驗數據，但時刻變化的環境很難實現在某一特定環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。坐標系統示意圖如圖 2 所示。
圖 2 紅外成像模擬仿真坐標系統成像原理示意圖
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熱尾流目標的成像仿真過程。
展開 紅外成像雜散光干擾強？OAS軟件深度解析破局
紅外雜散光案例分析
簡介
在紅外成像系統的設計中，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，并為結構優化提供數據支撐，助力提升系統實用可靠性。
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境紅外入射場景；光源半孔徑設為 15mm，與系統入射光瞳匹配；能量分布采用 300K 黑體輻射模型，貼合常溫環境背景，確保模擬場景的真實性。
模型構建
創建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，通過布爾運算實現精準裝配。透鏡暫未鍍膜，鏡筒內壁未做遮光處理，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，可視化功能為優化提供方向。經優化，雜散光占比明顯下降，成像對比度提升。充分驗證了 OAS 在紅外系統設計中的實用性，為安防、遙感、醫療紅外設備研發提供可靠支撐。
展開 紅外物鏡設計難點突破？OAS 軟件仿真實現高性能成像
性能優化
通過 OAS 專項功能針對性解決紅外物鏡傳統設計痛點：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化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等分析工具，優化透鏡面形參數與紅外光學材料組合，實現色差、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、鏡筒內壁散射及紅外熱輻射等干擾源，優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；針對環境適應性弱問題，通過 OAS 光機熱耦合仿真，迭代優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化功能，成功突破傳統紅外物鏡的設計瓶頸，實現了高分辨率、強環境適應性的紅外物鏡方案設計。相較于傳統設計流程，OAS 的跨尺度仿真能力大幅縮短了研發周期，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，助力紅外成像系統在各領域的技術迭代與應用拓展。
展開 
紅外系統雜散光難管控？OAS精準助力高質量成像
OAS 光學軟件 | 紅外冷反射案例分析
01前言
在紅外光學系統中，冷反射現象是影響成像質量的關鍵因素之一。當系統內部低溫表面反射紅外輻射并干擾探測器正常接收信號時，會產生雜散光，導致圖像出現偽影、對比度下降等問題，嚴重影響紅外熱成像系統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、數據分析及優化設計等多個環節。
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化。
03冷反射現象的形成機理
冷反射效應源于制冷型紅外系統中探測器與外殼之間的巨大溫差。在紅外熱成像系統中，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象，被稱為“冷反射”現象。
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個數量級，這使得系統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境的影像，形成冷像。
展開 盤點全球新一代紅外制導近距空空導彈
R-73空空導彈
與R-73導彈配套的SURA頭盔瞄準具
與AIM-9X配套的JHMCS頭盔瞄準具
AIM-9R的紅外成像引導頭
現代紅外成像空空導彈使用的引導技術與AIM-9B相比已經發生了翻天覆地的變化，凝視焦平面陣列取代了早期“響尾蛇”上的非制冷鉛硫化物（PbS）紅外傳感器，具有了真正的全向攻擊能力。頭盔瞄準具或頭盔顯示器系統能更好利用成像導彈的大離軸角瞄準能力，同時各國也在研究在導彈上集成數據鏈，以便在隱身戰斗機上實現彈艙內發射后鎖定。目前這代紅外成像空空導彈的過載能力普遍超過60g。
與上一代紅外引導頭相比，紅外成像導引頭的目標探測距離提高了一倍以上。除了抗紅外干擾能力大幅增強外，紅外成像引導頭還允許飛行員選擇瞄準敵機的薄弱位置實施攻擊，比如座艙。
AIM-9X的成像引導頭和紅外成像
中國的進步
在2016年的珠海航展中，最大新聞無疑是殲-20隱身戰斗機的首秀，接下來可能就算洛陽空空導彈研究所PL-10E紅外成像近距空空導彈的露面了。這種先進的導彈在2016年進入中國空軍服役，其編號后綴中的“E”并不表示出口型，可能是為了區別之前的PL-10半主動雷達制導空空導彈，后者是以“紅旗61”防空導彈為基礎研制的空空導彈，但由于性能差，定型后沒有投產，被仿制意大利“阿斯派德”的PL-11取代。
2016年PL-10E導彈的服役標志著中國進入了紅外成像導彈俱樂部。PL-10的氣動布局接近IRIS-T，彈體中部具有四片長弦彈翼，但全動尾翼的尺寸更大，并且采用蝶形翼面（控制翼面的翼尖弦長寬于翼根），能降低阻力并在飛行末端增強導彈的機動性，蝶形翼面后緣頂部還有一個小缺口。此外，PL-10E在引導頭后面還分布著4片小邊條。
展開 解析現代戰機的自衛系統
我國空軍在各類軍用飛機諸如：轟6K、殲-11/15/16系列、殲-10B/C和各型高新特種機上廣泛裝備的SE-2型導彈逼近告警系統也是這類紫外成像體制。
（在我國空軍各類戰機上廣泛裝備的SE-2型紫外成像MAWS。）
不過相比其優點，紫外MAWS的缺點也同樣明顯。因為其探測手段主要依靠來襲導彈火箭發動機工作所產生的尾焰與羽煙的強紫外輻射信號，所以一旦來襲導彈的發動機停止工作（一般的空空或地空導彈的火箭發動機也不可能一直保持在工作狀態，主流的單室雙推力火箭發動機工作時間從數秒到數十秒不等），這樣就意味著其紫外輻射信號的驟降。這種時候紫外MAWS就無法進行有效的告警了。也正是因為這類缺乏全時段的告警能力的缺陷，近年來紫外MAWS開始被功能更強大的紅外MAWS所慢慢替代。
紅外體制MAWS:功能強大、未來趨勢
紅外體制MAWS作為光學告警領域的另一個重要組成部分，雖然因為早年紅外告警技術不成熟的原因，諸如點源型MAWS告警能力差強人意，光機掃描成像式MAWS設備龐大對安裝平臺要求苛刻，且掃描刷新率不足等因素影響，相比紫外MAWS，紅外MAWS并沒有得到比較廣泛的裝備。不過近年來隨著紅外領域技術的成熟，特別是關鍵性的紅外焦平面成像技術的出現和成熟，各型紅外成像體制的MAWS開始如雨后春筍般的出現并裝備在各類三代半甚至四代機平臺上。
（安裝在陣風戰斗機垂尾上的紅外成像型MAWS光學窗口及告警成像效果。）
作為探測手段主要依靠來襲導彈上尾焰或氣動加熱所產生的紅外輻射信號進行告警的MAWS，紅外MAWS相比紫外MAWS有著更優秀的全時段告警能力，且得益于高靈敏度的紅外成像陣列，其瞬時視場、目標識別及對來襲導彈的航路預測等與自衛對策系統息息相關的能力都明顯強于紫外MAWS。
展開 唐本忠院士團隊：聚集誘導發光新突破，首次在非人靈長類動物實現1.5厘米深腋動脈血管近紅外二區熒光成像
圖3 隨機選取一只食蟹猴在靜脈注射AIE探針35天后主要器官的HE染色成像結果。
最后，研究了AIE探針在食蟹猴體內的近紅外二區熒光成像性能。靜脈注射AIE探針后，高清晰地觀察到了食蟹猴前肢、前臂內側、頭皮的血管脈絡，分辨率高達0.4 mm；腋窩皮下注射AIE探針，成功地觀測到食蟹猴的腋窩淋巴結。在此基礎上，挑選一根食蟹猴手臂深動脈血管，通過超聲多普勒成像確定了該血管位于皮下1.5 cm處。實驗結果發現：通過近紅外二區AIE探針可以清晰地觀測到深部靜脈血管，這是首次在靈長類動物上實現厘米級深部血管的近紅外二區熒光成像，對推動二區熒光成像的臨床應用研究具有重要意義。
圖4 AIE探針用于食蟹猴血管和淋巴結的NIR-II熒光成像
未來展望
本文報道了AIE探針在非靈長類動物體內的急性毒性和成像應用，對推動AIE探針的生物醫學應用和臨床轉化研究具有重要意義。
展開 故障診斷新趨勢
不知道樓上的在現場使用過紅外成像儀沒有?
我的感覺是一找就準, 特別是它的溫度梯度分析軟件包, 太厲害了!當然目前沒有振動軟件那么好,但我們要看到的是趨勢.
回復3
紅外成像儀和紅外點溫儀我都用過，我還研究過現場設備實際的紅外發射率。3年前我就做過一篇演示向其他人人介紹紅外熱成像的應用。
實際問題是我不能因為這臺設備溫度高就說它可能存在軸承故障。
但如果你在振動頻譜上發現軸承故障頻率，那你至少有50%的把握說可能存在軸承故障。
很多設備溫度很高，其實只是通風冷卻不好，如果因此判斷該設備存在故障，就是不對的。
展開 Nature子刊：北大彭海琳等在芯片材料方面獲重要進展！
最近，他們與合作者發現由Bi2O2Se制備成的原型光電探測器件具有很寬的光譜響應(從可見光到1700 nm短波紅外區)，并同時具有很高的靈敏度(在近紅外二區1200nm處靈敏度高達~65A/W)。 而利用飛秒激光器組建的超快光電流動態掃描顯示Bi2O2Se光電探測器具有約1皮秒（10-12秒）的本征超快光電流響應時間。加之，該化合物由交替堆疊的Bi2O2和Se層組成，晶體中氧的存在，使其在空氣中具有極佳的穩定性，完全可暴露于空氣中存放數月且保持穩定。
他們還展示了利用單一Bi2O2Se光電探測器，通過在成像平面上掃描，實現了室溫下高分辨率紅外成像。由于其二維材料屬性，這種光電探測器可制備在柔性基底上，并在1%應力范圍內保持正常工作。另外，他們展示出多個Bi2O2Se光電探測器陣列可協同成像，從而具備多像素掃描成像的潛力。由于Bi2O2Se具有與硅基讀出電路集成的潛力，并且制備工藝簡單，具有大規模生產的可能性，其為高靈敏度、高速度、低成本、可室溫工作的柔性紅外光電探測和成像開辟了新路徑。
超快高敏二維Bi2O2Se紅外探測器芯片材料示意圖及其近紅外成像展示
該研究成果以“ultrafast and highly sensitive infrared photodetectors based on two-dimensional oxyselenide crystals”為題發表于2018年8月17日的《自然-通訊》（Nature Communications）（DOI: 10.1038/s41467-018-05874-2）上。彭海琳教授和北京大學物理學院劉開輝研究員為該工作的共同通訊作者。文章的并列作者為尹建波博士、談振軍、洪浩及吳金雄博士。
展開 VirtualLab Unity應用：折衍混合紅外物鏡
案例說明
折衍混合紅外物鏡在軍用監視、航天/無人機紅外遙感、工業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優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）更魯棒等優勢。在本案例中，將通過設計一個典型的折衍混合紅外物鏡，演示在 VLU中的光學設計流程，包括初始系統生成、像質分析、評價函數定義、優化。
油浸式電力變壓器故障診斷技術
（二）紅外成像檢測技術
紅外成像檢測技術是利用紅外測溫儀、紅外熱像儀和紅外熱電視等設備，在不接觸電氣設備和不影響電氣設備正常運行的情況下，對其絕緣故障進行診斷的方法。比如對導體連接不良的檢測，由于變壓器與外部載流導體連接不良或松動，會使電阻增大引起局部過熱，利用紅外成像檢測時出現以故障點為中心的熱像；當變壓器的潛油泵出現過熱故障時，紅外成像檢測會在油泵相連的外置出現一個明顯的熱區。
（三）超聲波檢測
超聲波檢測方法是通過超聲波技術采集局部放電、故障放電時的聲波，并將聲波轉換為電信號，然后通過對電信號的分析來對故障進行分析。其優點在于能夠快速對故障發生位置進行定位，并有效避免電磁干擾的影響，其缺點是放電源和超聲波探頭之間互相作用是非常復雜的，致使超聲信號傳播發生失真。因此，超聲波檢測技術通常用于故障輔助診斷。
展開 超級紅外感知：讓你的世界多一種顏色
由于大部分有機化合物的特征振動峰都位于紅外(IR)波段，因此，光譜分辨的紅外成像是遠程化學鑒定中當之無愧的核心技術，在化學、生物、礦物學、環境科學等領域均有著巨大的應用價值。
通過非線性晶體將紅外光轉換為可見光，再借助廉價、高性能硅檢測器進行檢測，即可實現非線性上轉換成像。相比于廣泛使用但造價高昂、響應速度慢、空間分辨率低、靈敏度差且需要額外制冷的熱傳感成像技術而言，這種上轉換成像技術具有很大的優勢。然而，非線性光學的相位匹配問題嚴重限制了上轉換技術的頻譜帶寬，往往需要復雜的串行采集才能覆蓋較寬的頻譜。
本文提出了一種基于絕熱頻率轉換的中紅外上轉換成像方案，采用低成本、高靈敏度的可見CMOS傳感器實現了中紅外多色成像，輻射波段范圍從2微米到4微米，全程無需調整轉換晶體的相位匹配條件。
圖2 多光譜物體中紅外成像
(a)目前應用最廣泛的熱成像，所得到的圖像是在光譜帶寬上集成的，因此缺乏顏色區分；(b)基于絕熱頻率轉換的上轉換成像，可同時對多個紅外波長成像，且成本低、靈敏度高、速度快。
圖源：Laser Photonics Rev. 2020, 14, 2000040，Fig.1
絕熱頻率轉換成像
本工作中，研究人員設計了絕熱和頻轉換晶體(ASFG)，可以消除激發光（1030 nm）與中紅外信號（2~4微米）之間的相位不匹配。將此晶體用于如圖3所示的成像系統中，即可將2~4微米的波長轉換到690~820納米之間，實現超寬譜帶范圍的上轉換成像。整個裝置采用波長為1030 nm，重復速率為2MHz的超快脈沖激光作為激發源，通過可調諧光參量發生器激發紅外發光以及絕熱和頻轉換過程。
圖3.
展開 VirtualLab Unity應用：折衍混合紅外物鏡
應用場景
折衍混合紅外物鏡在軍用監視、航天/無人機紅外遙感、工業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優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）更魯棒等優勢。在本案例中，將通過設計一個典型的折衍混合紅外物鏡，演示在 VLU中的光學設計流程，包括初始系統生成、像質分析、評價函數定義、優化。
案例說明
設計結果
設計結果如下，像質，系統規格、額外系統限制以及加工要求均滿足預期設計目標。
優化后系統的3D光線追跡視圖
初始系統生成
評價函數定義
優化
展開 油浸式電力變壓器故障診斷技術
（二）紅外成像檢測技術
紅外成像檢測技術是利用紅外測溫儀、紅外熱像儀和紅外熱電視等設備，在不接觸電氣設備和不影響電氣設備正常運行的情況下，對其絕緣故障進行診斷的方法。比如對導體連接不良的檢測，由于變壓器與外部載流導體連接不良或松動，會使電阻增大引起局部過熱，利用紅外成像檢測時出現以故障點為中心的熱像；當變壓器的潛油泵出現過熱故障時，紅外成像檢測會在油泵相連的外置出現一個明顯的熱區。
（三）超聲波檢測
超聲波檢測方法是通過超聲波技術采集局部放電、故障放電時的聲波，并將聲波轉換為電信號，然后通過對電信號的分析來對故障進行分析。其優點在于能夠快速對故障發生位置進行定位，并有效避免電磁干擾的影響，其缺點是放電源和超聲波探頭之間互相作用是非常復雜的，致使超聲信號傳播發生失真。因此，超聲波檢測技術通常用于故障輔助診斷。
（四）電阻檢測法
電阻檢測法多用于電力變壓器繞組和絕緣電阻的故障檢測，它能夠檢測繞組匝間短路、分接開關接觸、繞組斷股、接頭接觸不良等故障，也可以對各相繞組直流電阻的平衡、調壓開關檔位的正確與否做出判斷，還可以對變壓器絕緣整體受潮、劣化和絕緣貫穿性缺陷等進行靈敏反應。
（五）RIV檢測法
RIV檢測法是針對局部放電會產生無線電干擾的現象而使用的。通常采用無線電電壓干擾儀對局部放電產生的無線電控制或無線電通訊干擾的檢測，來判斷故障情況。另外，還可以通過接收線圈來接受局部放電發出的電波，根據不同的測試對象情況，來決定選頻放大器的中心頻率。
（六）脈沖電流檢測法
脈沖電流檢測法的原理是將測量阻抗接入到測量回路中，檢測局部放電引起的脈沖電流信號，取得局部放電次數、放電相位以及放電量等基本信息，從而有效地判斷出局部放電故障情況。
展開 