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本书是编者根据多年的教学经验和科研实践，按照新形势下教材改革的精神，结合红外物理与技术发展现状编写而成的，本书将理工融合的思想融入其中，内容充实、重点突出、通俗易懂、便于教学。本书内容共分12章，按理论到技术的顺序系统介绍红外辐射的基本概念、辐射度量基础、热辐射的基本规律、红外辐射源、红外辐射的测量、红外辐射的大气传输、红外热成像技术、红外热成像的性能评价、红外偏振成像原理与技术、红外仿真技术、红外图像处理技术与红外图像融合技术等内容。本书配套电子课件和习题参考答案。

目    录
 
第1章  绪论	1
引言	1
1.1  红外辐射的基本概念	1
1.1.1  电磁辐射	1
1.1.2  红外辐射	3
1.1.3  红外辐射的特点	4
1.2  红外物理与红外技术	5
1.3  红外技术的应用	6
1.3.1  红外技术的发展	6
1.3.2  红外技术在军事领域的应用	7
1.3.3  红外技术在国民经济领域
      的应用	9
小结	13
习题	13
参考文献	14
第2章  辐射度量基础	15
引言	15
2.1  辐射量	15
2.1.1  基本辐射量	15
2.1.2  光谱辐射量	19
2.1.3  光子辐射量	20
2.2  光度量	22
2.2.1  光视效能与光视效率	22
2.2.2  基本光度量	25
2.3  朗伯辐射体	28
2.3.1  朗伯余弦定律	28
2.3.2  朗伯辐射体的特征	29
2.4  朗伯辐射度量中的基本规律	30
2.4.1  距离平方反比定律	30
2.4.2  互易定理	30
2.4.3  立体角投影定理	31
2.4.4  Sumpner定理	32
2.4.5  角系数互换性关系	32
2.5  朗伯体的辐射量计算	35
小结	42
习题	42
参考文献	44
第3章  热辐射的基本规律	45
引言	45
3.1  物体发光类型	45
3.2  基尔霍夫定律	46
3.3  普朗克辐射定律	48
3.4  维恩位移定律	55
3.5  斯蒂芬-玻尔兹曼定律	57
3.6  黑体辐射的计算	58
3.7  辐射效率和辐射对比度	60
3.8  发射率	63
3.8.1  发射率的定义	63
3.8.2  物体发射率的变化规律	65
3.8.3  热辐射体的分类	66
小结	67
习题	68
参考文献	68
第4章  红外辐射源	70
引言	70
4.1  腔体辐射理论	70
4.1.1  Gouffé理论	70
4.1.2  Devos 理论	76
4.2  黑体型辐射源	83
4.3  实用红外辐射源	85
4.3.1  电热固体辐射源	86
4.3.2  气体放电辐射源	88
4.4  红外激光器	92
4.4.1  激光的特性	92
4.4.2  常用激光器	93
4.5  自然景物光辐射	94
4.5.1  太阳光辐射	94
4.5.2  月亮光辐射	96
4.5.3  天空背景光辐射	97
4.5.4  地物光辐射	99
4.5.5  海洋背景光辐射	101
4.6  人工目标的红外辐射	103
4.6.1  火箭的红外辐射	103
4.6.2  飞机的红外辐射	104
4.6.3  坦克的红外辐射	108
4.2.4  火炮的红外辐射	110
4.6.5  红外诱饵的辐射	111
4.6.6  人体的红外辐射	111
小结	112
习题	112
参考文献	112
第5章  红外辐射的测量	113
引言	113
5.1  常见的红外辐射测量仪器	113
5.1.1  单色仪	113
5.1.2  光谱辐射计	115
5.1.3  红外分光光度计	117
5.1.4  傅里叶变换红外光谱仪	119
5.1.5  多通道光谱仪	121
5.2  基本辐射量的测量	122
5.2.1  辐射亮度的测量	122
5.2.2  辐射强度的测量	123
5.2.3  总辐射通量的测量	123
5.3  红外发射率的测量	125
5.3.1  半球全发射率的测量	126
5.3.2  法向光谱发射率的测量	128
5.4  红外反射比的测量	131
5.4.1  反射比	132
5.4.2  积分球反射计	134
5.5  红外吸收比和透射比的测量	138
5.6  红外辐射测温	139
小结	142
习题	142
参考文献	143
第6章  红外辐射的大气传输	144
引言	144
6.1  大气的基本组成	144
6.1.1  大气层的结构	144
6.1.2  大气的组成	145
6.1.3  大气模式	149
6.2  辐射在大气中传输的光学现象	150
6.2.1  大气的折射	150
6.2.2  大气消光及大气窗口	151
6.2.3  大气的其他光学现象	153
6.3  大气吸收与散射的计算	154
6.3.1  大气的吸收	154
6.3.2  大气的散射	160
6.3.3  大气透过率	167
6.4  大气消光对成像系统性能
     的影响	169
6.5  大气传输计算软件MODTRAN	170
小结	175
习题	175
参考文献	176
第7章  红外热成像技术	177
引言	177
7.1  红外热成像技术的发展	177
7.1.1  红外热成像的基本过程	178
7.1.2  红外热成像技术的发展过程	178
7.2  红外热成像系统的构成	178
7.2.1  红外热成像系统的诞生
      及发展	179
7.2.2  红外热成像系统的类型
      及结构	179
7.2.3  红外热成像系统的通用组件	181
7.2.4  红外热成像系统的基本参数	182
7.3  光学系统和扫描器	183
7.3.1  光学系统	183
7.3.2  扫描器	185
7.4  探测器和探测器电路	185
7.4.1  红外探测器的发展与分类	186
7.4.2  光子红外探测器	187
7.4.3  热红外探测器	188
7.4.4  红外探测器的性能参数	191
7.4.5  探测器电路	193
7.5  数字化	194
7.6  图像处理	195
7.6.1  增益/电平归一化	195
7.6.2  图像格式化	195
7.6.3  伽马校正	195
7.7  图像重建与图像显示	196
小结	196
习题	197
参考文献	197
第8章  红外热成像系统的性能评价	198
引言	198
8.1  红外热成像系统的主要性能指标
     及其测量	198
8.1.1  噪声等效温差（NETD）	199
8.1.2  调制传递函数（MTF）	201
8.1.3  最小可分辨温差（MRTD）	203
8.1.4  最小可探测温差（MDTD）	204
8.1.5  MRTD和MDTD的测量	205
8.2  红外热成像系统的作用距离
     估算	206
8.2.1  扩展源目标的视距估计模型	206
8.2.2  视距估算的修正因素	206
8.3  热成像系统的特性参数测试
     平台	208
8.3.1  红外热成像系统的特性参数
     测试平台	208
8.3.2  红外热成像系统的特性参数
     测试	209
小结	210
习题	210
参考文献	211
第9章  红外偏振成像的原理与技术	212
引言	212
9.1  光的偏振	212
9.2  红外偏振成像的原理	214
9.2.1  偏振光的产生	214
9.2.2  偏振光的描述	217
9.2.3  红外偏振成像方式	221
9.3  目标与背景的红外偏振特性	223
9.3.1  自然目标的偏振特性	223
9.3.2  人工目标的偏振特性	226
9.3.3  背景的偏振特性	227
9.4  红外偏振成像与光强成像
     的对比	229
9.4.1  大气传输差异特性分析	229
9.4.2  成像响应差异特性分析	230
小结	232
习题	232
参考文献	232
第10章  红外仿真技术	234
引言	234
10.1  仿真技术的基本概念	234
10.1.1  仿真与仿真技术	234
10.1.2  仿真模型与仿真实验	235
10.1.3  仿真工具与仿真方法	235
10.2  红外仿真的基本方法	236
10.2.1  数学仿真	236
10.2.2  半实物仿真	237
10.3  红外地表仿真	238
10.3.1  地表红外辐射建模	238
10.3.2  地表红外场景可视化	240
10.3.3  实验结果及分析	243
10.4  基于JRM软件系统的红外
      场景仿真	245
10.4.1  JRM介绍	245
10.4.2  仿真案例	253
小结	255
习题	255
参考文献	256
第11章  红外图像处理技术	257
引言	257
11.1  红外图像的特点	257
11.2  红外图像的非均匀性校正	257
11.2.1  红外图像的非均匀性产生
       机理	257
11.2.2  红外图像的非均匀性校正
       方法	259
11.3  盲元检测与补偿	265
11.3.1  盲元检测	265
11.3.2  盲元补偿	266
11.4  红外图像的增强	266
11.4.1  红外图像直方图	266
11.4.2  直方图均衡	268
11.4.3  自适应分段线性变换	269
11.4.4  离散小波变换红外图像增强
       方法	270
11.4.5  图像增强实验	271
11.5  红外图像的降噪	273
11.5.1  红外图像的常见噪声模型	273
11.5.2  红外图像降噪的基本方法	275
11.5.3  基于阈上随机共振的红外图像
       降噪方法	277
小结	279
习题	279
参考文献	280
















第12章  红外图像融合技术	281
引言	281
12.1  图像融合的基本概念	281
12.1.1  图像融合的概念与层次	281
12.1.2  图像融合效果的评价	284
12.1.3  常用图像融合方法分析	289
12.1.4  图像融合的应用	291
12.2  可见光与红外图像的融合	292
12.3  红外多波段图像的融合	294
12.3.1  红外多波段图像的融合	294
12.3.2  红外中波细分波段图像
       的融合	301
12.3.3  红外短、长波段图像
       的融合	308
12.3.4  红外多波段伪彩色融合	310
12.4  红外偏振与红外光强图像
      的融合	312
小结	317
习题	317
参考文献	318

前    言
红外技术在国民经济、国防和科学研究中得到了广泛的应用，是现代光电子技术的重要组成部分，尤其是红外成像的不断发展和完善，使红外技术的应用得到空前普及。因而，许多高等学校在相关专业和学科的本科生、研究生培养中开设了红外物理与技术方面的课程，以适应国民经济建设对红外技术人才的需求。
红外物理以电磁波谱中的红外辐射为特定对象，研究红外辐射的产生、传输及探测过程的现象、机理、特征和规律等；红外技术以红外物理为基础，研究目标的红外辐射特点、探测与成像、信息处理及应用方法等。红外物理为红外技术的应用、发展提供了理论基础和实验数据；而随着红外技术的不断推广和应用，会出现许多新的物理问题和现象，从而驱动红外物理的研究深入。二者是紧密联系，相互促进的。为了让理科学生在掌握扎实的红外物理基本知识的同时，得到红外技术方面应用性能力的培养，让工科学生在学好红外技术应用知识的同时，进一步夯实红外物理的理论基础，满足理工融合型课程教学改革的需要，本书将红外物理、红外技术两大块内容有机整合起来，并加入该领域一些新的理论研究和技术发展成果，以利于人才全面素质的培养和提高。
本书共分12章，按照从理论到技术的顺序，具体内容安排是：第1章介绍红外辐射的基本概念、红外技术应用，第2章介绍辐射度量基础，第3章介绍热辐射的基本规律，第4章介绍红外辐射源以及常用的红外目标、背景的辐射特性，第5章介绍常用红外辐射的测量，第6章介绍红外辐射大气传输的衰减及透过率的计算，第7、8章分别介绍红外热成像技术、红外热成像系统的性能评价，第9章论述红外偏振成像原理与技术，第10章介绍红外仿真技术，第11、12章分别介绍红外图像处理技术、红外图像融合技术。
为了便于不同专业的教学，使用本书可按照不同的线程来组织教学内容。例如，物理类专业可选择第1章，第2.2～2.5节，第4.1～4.3节，第5、6章，第7.1节，第9.1～9.2节，第10.1节，第11.1节；光学类专业可选择第1、3、4章，第5.1～5.4节，第6章，第7.1～7.4节，第9、11章，第12.1节；信息类专业可选择第1、3章，第4.4～4.5节，第5.5节，第6、7、8章，第9.2～9.3节，第10、11、12章。也可以根据学时、专业特点、教学计划进行修改或采用其他线程进行教学。未选择的章节作为自学、选学内容，如物理类专业可选学第7.2节，第10.2～10.3节；光学类专业可选学第7.1～7.2节，第10.1节；信息类专业可选学第2.1～2.4节，第4.1～4.3节，第5.1～5.3节，供学生自主探究性学习。建议课堂讲授学时为40～60学时。
本书可以作为高等学校物理学、应用物理学、光电信息科学与工程、安全科学与技术、公安技术等专业的高年级本科生或光学工程、仪器科学与技术、兵器科学与技术、生物工程等学科硕士生的教材，也可供从事红外与夜视方面的工程技术和科学研究人员参考使用。教学中，可以根据教学对象和学时等具体情况对书中的内容进行删减和组合，也可以进行适当扩展。为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书配套电子课件和习题参考答案，请登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）注册下载。
本书由杨风暴教授主编，第7、8、10章、第11.5节由蔺素珍编写，第3、5、6章由王肖霞编写，第4章、第11.1～11.4节由王志社编写，第1、9、12章由杨风暴编写，第2章由李大威编写；吉琳娜博士、纪利娥、安富、李伟伟等硕士研究生参与了部分章节的编写工作。感谢英国University of Reading卫红博士为本书的编写提出的许多宝贵意见。
特别指出的是，本书编写过程中得到了广州飒特红外股份有限公司的支持，开展了产学结合的有益合作，在此对其表示深深的谢意。北京未尔锐创科技有限公司提供了红外仿真方面的技术资料，在此表示诚挚的感谢。
在编写过程中，除了参阅各章之后所列出的参考文献外，还在网络上查阅了的大量资料，在此对相关作者也表示谢意。
由于作者水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，欢迎大家批评指正。

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