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第1章 绪论1

1.1 热成像技术概述1

1.1.1 热成像技术解决的基本问题2

1.1.2 夜视技术的分类3

1.1.3 热成像技术的作用与地位3

1.1.4 热成像技术的军事应用4

1.1.5 热成像技术在国民经济领域的应用6

1.2 红外探测器与热成像技术的关系7

1.3 热成像技术的划代问题8

1.3.1 美国9

1.3.2 英国10

1.3.3 法国11

1.3.4 第二代热成像和红外焦平面探测器技术总结12

1.3.5 作者的观点14

1.4 红外成像阵列与系统的分类15

1.5 制冷红外成像阵列与系统的历史和发展16

1.6 非制冷红外成像阵列与系统的历史和发展18

1.7 红外探测器的发展趋势19

第2章 红外物理基础21

2.1 红外辐射及辐射源21

2.1.1 太阳辐射22

2.1.3 大气热辐射23

2.1.4 人工黑体23

2.1.2 地球红外辐射23

2.1.5 能斯特灯26

2.1.6 硅碳棒26

2.1.7 半导体发光二极管27

2.1.8 半导体二极管激光器27

2.1.9 光纤激光器28

2.1.10 同步辐射28

2.1.11 自由电子激光器29

2.1.12 人体热辐射30

2.2 红外辐射的基本理论30

2.2.1 基本概念和名词30

2.2.3 基尔霍夫定律32

2.2.2 透射、反射、吸收定律32

2.2.4 普朗克定律33

2.2.5 维恩定律35

2.2.6 斯特藩-玻尔兹曼定律35

2.2.7 红外辐射源的光谱辐射效率35

2.2.8 目标与背景的辐射对比度36

2.2.9 光谱微分出射率（热导数）37

2.2.10 维恩定律与效率公式、对比度公式讨论37

2.2.11 实际物体的红外辐射39

2.3 红外辐射的大气传播特性40

2.3.1 地球的大气层结构40

2.3.2 地球的大气成分42

2.4.1 标准大气模型43

2.4 地球大气与红外辐射相互作用43

2.4.2 地球大气对红外辐射的消光44

2.4.3 地球大气对红外辐射的吸收45

2.4.4 地球大气对红外辐射的散射47

2.4.5 影响红外辐射传播的气象条件49

第3章 非制冷型红外焦平面阵列原理55

3.1 热绝缘结构的重要性55

3.2 主要热探测机理58

3.2.1 电阻测辐射热计58

3.2.2 热电探测器和铁电测辐射热计60

3.2.3 温差电探测器62

3.3.1 温度波动噪声限制64

3.3 重要限制64

3.3.2 背景波动噪声限制65

3.4 讨论68

第4章 单片硅微测辐射热计焦平面阵列70

4.1 引言70

4.2 微测辐射热计的响应率71

4.2.1 微测辐射热计的基本工作单元72

4.2.2 微测辐射热计材料的电阻变化73

4.2.3 微测辐射热计热平衡方程76

4.2.4 热平衡方程的解77

4.3 微测辐射热计的噪声86

4.3.1 微测辐射热计的电阻噪声86

4.3.2 偏置电阻的噪声88

4.3.4 辐射噪声89

4.3.3 热导噪声89

4.3.5 整个电噪声90

4.3.6 前置放大器噪声92

4.4 微测辐射热计信噪比93

4.4.1 噪声等效功率（NEP）93

4.4.2 噪声等效温差（NETD）93

4.4.3 探测率94

4.4.4 与理想辐射热计的比较95

4.4.5 Johnson噪声近似97

4.5 微测辐射热计阵列的电子读出电路97

4.6.1 微测辐射热计的结构设计和制作100

4.6 微测辐射热计的结构设计、制备以及封装100

4.6.2 封装103

第5章 混合铁电-热电测辐射热计阵列105

5.1 引言105

5.2 热电探测器原理105

5.2.1 热电和铁电材料105

5.2.2 工作模式116

5.2.3 信号与噪声119

5.3 实际考虑及设计126

5.3.1 铁电材料的选择126

5.3.2 热隔离127

5.3.3 调制传递函数（MTF）128

5.3.4 读出电路129

5.3.5 系统电子学130

5.3.6 斩波器131

5.4 系统的实现136

第6章 单片热释电测辐射热计阵列139

6.1 引言139

6.2 探测器设计方法139

6.2.1 材料加工141

6.2.2 材料特性143

6.2.3 热隔离结构145

6.2.4 微机械加工传感器的制作流程设计145

6.2.5 集成电路147

6.3 工艺设计148

6.4 硅基底的集成热电探测器阵列149

6.4.1 像素结构149

6.4.2 电路处理150

6.4.3 硅基底的PbTiO3阵列的性能153

6.5 砷化镓基底的集成热电探测器155

6.6 小结156

第7章 热电型非制冷红外焦平面阵列158

7.1 热电堆红外探测器158

7.1.1 非制冷红外探测器机理158

7.1.3 塞贝克效应159

7.1.2 热电堆红外探测器设计方案比较159

7.1.4 不同的热电堆红外探测器161

7.2 128×128像素的热电堆红外焦平面阵列162

7.2.1 多晶硅热电堆红外探测器162

7.2.2 硅热电堆红外探测器的特性163

7.2.3 读出集成电路164

7.2.4 电荷耦合器件165

7.2.5 封装165

7.2.6 性能166

7.3 小结168

8.1 历史回顾169

第8章 热释电摄像管169

8.2 热释电摄像管的构成与特点170

8.2.1 热释电摄像管的基本结构170

8.2.2 热释电摄像管的图像入射方式171

8.2.3 视频信号的形成172

8.3 热释电摄像管的工作原理172

8.3.1 热释电效应及热释电材料172

8.3.2 热释电靶的单畴化176

8.3.3 热释电靶电荷图像的形成与读出177

8.4 热释电摄像管的性能分析180

第9章 隧道效应红外传感器183

9.1 引言183

9.2.1 传感器的热量模型184

9.2 传感器模型184

9.2.2 传感器的机械模型和电子模型186

9.2.3 噪声模型和相关考虑188

9.3 隧道效应传感器的背景191

9.3.1 隧道效应传感器和电容传感器的比较192

9.3.2 隧道效应传感器的设计考虑194

9.4 红外隧道效应传感器的设计和制备195

9.5 隧道效应传感器的工作过程200

9.6 红外传感器的工作和测试204

9.7 隧道效应红外传感器的展望208

9.8 结论209

10.1 引言210

第10章 石英微型谐振器阵列210

10.2 用作红外传感器的石英微型谐振器211

10.3 性能参数的计算212

10.4 石英温度计及其温度系数220

10.5 振荡器的噪声221

10.6 频率测量221

10.7 热隔离222

10.8 微谐振器的红外吸收223

10.9 微谐振器阵列的预期性能224

10.10 可生产性和其他一些要求226

10.11 小结227

11.1 非制冷热成像系统发展简介229

第11章 微测辐射热计非制冷红外热成像系统229

11.2 微测辐射热计非制冷红外热成像系统的基本组成230

11.3 UL 01 01 1型微测辐射热计230

11.4 UL 01 01 1型微测辐射热计的驱动电路231

11.4.1 驱动电路的性能参数要求232

11.4.2 驱动电路的设计233

11.5 TEC温控电路235

11.6 A/D数据转换电路236

11.7 基于DSP和FPGA实时图像信号处理237

11.8 非均匀校正处理算法238

11.8.1 概念238

11.8.2 温度定标校正算法239

11.8.3 高通滤波校正算法（THPFC）241

11.8.4 人工神经网络法（NNC）242

11.9 红外图像增强243

11.9.1 直方图243

11.9.2 自适应分段线性变换244

11.9.3 红外图像非均匀校正和图像增强的处理结果246

11.10 视频合成248

11.11 红外热成像系统的质量评价251

11.11.1 噪声等效温差251

11.11.2 最小可分辨温差252

11.11.3 调制传递函数（MTF）253

11.12 非制冷热成像系统的发展趋势254

参考文献255