红外物理与技术(第2版)

理工融合，提供配套电子课件和习题参考答案，工业和信息化部“十二五”规划教材，第五届兵工高校优秀教材一等奖。

本书是作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。本书融入理工融合的思想，内容充实、重点突出、通俗易懂、便于教学。本书共11章，主要内容包括绪论、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、红外偏振成像的原理与技术、红外仿真技术、红外图像处理技术、红外图像融合技术。本书提供配套的电子课件和习题参考答案。本书可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、信息与通信工程、测绘科学与技术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。

杨风暴，教授，中北大学信息与通信工程学院院长。中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会常务理事，中国航空学会信息融合分会常务委员，中国光学学会光电专委会委员。长期讲授红外物理与技术、信息融合等课程。

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13
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21
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29
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31
2.4.3 立体角投影定理32
2.4.4 森普纳（Sumpner）定理32
2.4.5 角系数互换性关系33
2.4.6 塔尔伯特定律35
2.5 朗伯体的辐射量计算36
小结43
习题43
参考文献45
第3章 热辐射的基本规律46
引言46
3.1 物体发光类型46
3.2 基尔霍夫定律47
3.3 普朗克辐射定律49
3.4 维恩位移定律56
3.5 斯蒂芬-玻尔兹曼定律58
3.6 黑体辐射的计算59
3.7 辐射效率和辐射对比度64
3.8 发射率67
3.8.1 发射率的定义67
3.8.2 物体发射率的变化规律69
3.8.3 热辐射体的分类70
小结71
习题71
参考文献73
第4章 红外辐射源74
引言74
4.1 腔体辐射理论74
4.1.1 哥福（Gouffé）理论74
4.1.2 德法斯（Devos）理论80
4.2 黑体型辐射源87
4.3 实用红外辐射源90
4.3.1 电热固体辐射源90
4.3.2 气体放电辐射源93
4.4 红外激光器96
4.4.1 激光的特性96
4.4.2 常用的红外激光器97
4.5 自然景物光辐射98
4.5.1 太阳光辐射98
4.5.2 月亮光辐射101
4.5.3 天空背景光辐射101
4.5.4 地物光辐射103
4.5.5 海洋光辐射106
4.6 人工目标的红外辐射108
4.6.1 火箭的红外辐射108
4.6.2 飞机的红外辐射109
4.6.3 坦克的红外辐射113
4.6.4 火炮的红外辐射115
4.6.5 红外诱饵的辐射116
4.6.6 人体的红外辐射116
小结117
习题117
参考文献118
第5章 红外辐射的测量119
引言119
5.1 常用的红外辐射测量仪器119
5.1.1 单色仪119
5.1.2 红外光谱辐射计121
5.1.3 红外分光光度计123
5.1.4 傅里叶变换红外光谱仪125
5.1.5 多通道光谱仪127
5.2 基本辐射量的测量128
5.2.1 辐射亮度的测量128
5.2.2 辐射强度的测量129
5.2.3 总辐射通量的测量129
5.3 红外发射率的测量131
5.3.1 半球全发射率的测量132
5.3.2 法向光谱发射率的测量134
5.4 红外反射比的测量137
5.4.1 反射比138
5.4.2 积分球反射计140
5.5 红外吸收比和透射比的测量144
5.6 红外辐射测温145
小结148
习题148
参考文献149
第6章 红外辐射的大气传输150
引言150
6.1 大气的基本组成150
6.1.1 大气层的构成150
6.1.2 大气的组成151
6.1.3 大气模式154
6.2 辐射在大气中传输的光学现象155
6.2.1 大气的折射155
6.2.2 大气消光及大气窗口157
6.2.3 大气的其他光学现象159
6.3 大气吸收与散射的计算159
6.3.1 大气的吸收159
6.3.2 大气的散射165
6.3.3 大气透过率172
6.4 大气消光对成像系统性能的影响174
6.5 红外大气传输模型175
6.5.1 雾天气条件下的红外辐射能175
6.5.2 红外辐射大气衰减模型176
6.5.3 路径辐射模型178
6.6 大气传输计算软件MODTRAN179
6.6.1 MODTRAN的组成180
6.6.2 MODTRAN的运行模式182
小结184
习题184
参考文献185
第7章 红外热成像技术186
引言186
7.1 红外热成像系统186
7.1.1 红外热成像原理及结构186
7.1.2 红外热成像系统的类型188
7.1.3 红外热成像系统的基本参数189
7.2 光学系统与扫描器191
7.2.1 光学系统191
7.2.2 扫描器193
7.3 红外探测器194
7.3.1 红外探测器的类型194
7.3.2 红外探测器的发展195
7.3.3 红外探测器的品质因数197
7.3.4 红外光子探测器200
7.3.5 红外热探测器201
7.4 红外热成像后处理技术203
7.4.1 增益/电平归一化203
7.4.2 伽马校正204
7.5 红外热成像系统的性能 指标及测量205
7.5.1 噪声等效温差205
7.5.2 调制传递函数207
7.5.3 最小可分辨温差210
7.5.4 最小可探测温差212
小结212
习题213
参考文献213
第8章 红外偏振成像的原理与技术215
引言215
8.1 光的偏振215
8.2 红外偏振成像的原理217
8.2.1 偏振光的产生217
8.2.2 偏振光的描述221
8.2.3 红外偏振成像方式224
8.3 目标与背景的偏振特性228
8.3.1 自然目标的偏振特性228
8.3.2 人工目标的偏振特性231
8.3.3 背景的偏振特性232
8.4 红外偏振成像与光强成像的对比233
8.4.1 大气传输差异特性分析233
8.4.2 成像响应差异特性分析235
小结237
习题237
参考文献238
第9章 红外仿真技术240
引言240
9.1 仿真技术的基本概念240
9.1.1 仿真及其分类240
9.1.2 仿真技术的作用和实现过程242
9.2 红外仿真的基本方法243
9.2.1 数学仿真244
9.2.2 半实物仿真245
9.3 红外地表仿真246
9.3.1 地表红外辐射建模246
9.3.2 地表红外场景可视化248
9.3.3 实验结果及分析251
9.4 基于JRM软件系统的红外场景仿真253
9.4.1 JRM软件介绍253
9.4.2 仿真案例260
小结262
习题262
参考文献263
第10章 红外图像处理技术264
引言264
10.1 红外图像的特点264
10.2 红外图像的非均匀性校正264
10.2.1 红外图像的非均匀性产生机理264
10.2.2 红外图像的非均匀性校正算法266
10.3 盲元检测与补偿272
10.3.1 盲元检测272
10.3.2 盲元补偿273
10.4 红外图像的增强273
10.4.1 红外图像直方图273
10.4.2 直方图均衡化275
10.4.3 自适应分段线性变换276
10.4.4 离散小波变换红外图像增强方法277
10.4.5 Retinex红外图像增强方法278
10.4.6 图像增强实验279
10.5 红外图像的降噪281
10.5.1 红外图像的常见噪声模型281
10.5.2 红外图像降噪的基本方法283
10.5.3 基于阈上随机共振的红外图像降噪方法287
小结289
习题289
参考文献290
第11章 红外图像融合技术292
引言292
11.1 图像融合的基本概念292
11.1.1 图像融合的概念与层次292
11.1.2 图像融合效果的评价295
11.1.3 常用图像融合方法分析300
11.1.4 图像融合的应用302
11.2 可见光图像与红外图像的 融合303
11.3 红外多波段图像的融合305
11.3.1 红外多波段图像的融合305
11.3.2 红外中波细分波段图像的融合312
11.3.3 红外短波、长波图像的融合319
11.3.4 红外多波段伪彩色融合321
11.4 红外偏振图像与红外光强图像的融合324
小结329
习题329
参考文献330