一、紅外成像技術的概念及其發展

        人類的眼睛只對波長為400-700nm的可見光敏感，黑夜因缺少這種可見光而成為歷來軍事行動的重要屏障，是歷來軍事行動的最佳發動時段。也是技術是“客服黑暗、控制黑夜”的利器。紅外熱成像技術一種接收目標景物自身熱輻射的被動成像技術，無論白天黑夜，都可以獲得景物熱圖像。紅外成像技術作為一種最主要的夜視技術，首先在軍事行動中得到了廣泛的應用，繼而也逐漸在工業、科研等應用中得到廣泛推廣。

       地球上所有物體都輻射紅外線，特別是運動目標，都要消耗能源，是一種溫度較高的熱輻射體，他們在0.8-14um波長范圍內有比較強的輻射。

       在0.8-14um這個波長范圍，劃分為三個大氣窗口，1~3um、3~5um和8~12um。在這三個波段范圍內，大氣對輻射有很好的傳輸特性，而在這些波段之間，大氣對紅外輻射幾乎是不透明的。一般來說，1~3um主要用在高溫目標和天文探測方面，近期也用在夜視觀測。8~14um大氣窗口適用于觀察地面目標，而3~5um窗口適合在高溫高濕地區，探測較遠的空中目標。

       紅外技術的起源可以追溯到200年前的英國天文學家赫謝爾紅外線的發現，直到二戰末期，紅外技術才開始走向實際應用。紅外成像技術的發展以紅外探測器的發展為主要標志，到目前為止，紅外成像技術經歷了三個階段的發展：

        第一階段：采用光機掃描成像方式，紅外探測器的元數在200元內或者采用SPRITE器件；

        第二階段：采用較大規模的焦平面器件，像元數一般在320*256、288*4等量級；

        第三階段：采用焦平面探測器的像元在640*480、1K*1K規模，探測器具有高速、高分辨、雙波段復合等特點；

        第四階段：未來紅外成像將會采用SOC傳感器，器件本身帶有多種信號處理功能，具有可變分辨率和可變響應波段等功能。

二、紅外成像探測器的特性參數

        紅外探測器是紅外成像系統中最為重要的組成部分，探測器的性能直接決定了紅外成像系統優劣。紅外探測器的性能主要由如下幾個關鍵參數決定：

        1）響應率

探測器在單位入射光功率作用下輸出的信號電壓（電流）稱為響應率；

        2）光譜響應

       探測器在單位光功率的單色光照射下所得到的輸出電壓、電流側位探測器的單色光譜響應率，他們隨波長的變化稱為探測器的光譜響應。

        3）噪聲等效溫差

當探測器輸出信號電壓的有效值等于噪聲均方根電壓時，所能探測的溫度差，稱為探測器的噪聲等效溫差。

        4）探測器的響應時間

在階躍輸入光功率的條件下，探測器輸出電流達到輸出穩態值的63%所用的時間稱為探測器的響應時間。

        5）其他參數

        除上述參數外，還有一些參數也直接影響探測器的性能和使用。如探測器工作溫度、均勻性和盲元率。

三、紅外成像探測器的分類及特性

        紅外輻射對物體的各種效應都可以用來制造紅外探測器，但真正有實用價值的探測器主要是熱探測器和光子探測器兩大類。

        熱探測器在接收紅外輻射后，溫度升高而產生電信號。它經過升溫的中間過程，因此響應時間都比較長。另一方面，由于是加熱過程，熱探測器對入射輻射的各種波長基本上都有相同的響應率，因此也稱為“無選擇性紅外探測器”。其探測率通常比光子探測器低。響應時間一般為毫秒量級。熱探測器可分為測輻射熱計、溫差電偶、氣動探測器和熱電探測器。

        光子探測器在接收到入射紅外輻射后，入射光子與材料發生光電效應，產生自由載流子并由電路讀出，這個過程要比加熱物體快得多。因此光子探測器的響應時間比熱探測器短得多，一般為微妙量級。光子探測器只能對某一波段響應，其光譜響應曲線都有一個長波限，因此這種探測器通常也稱為“選擇性探測器”。

        最長用的紅外光子探測是利用內光子效應，這類探測器按其原理可分為光電導探測器、光伏探測器、光電磁探測器和量子阱探測器；按響應波長可以分為近紅外（0.7~1.0um）探測器、短波紅外（1~3um）探測器、中波紅外（3~5um）探測器、長波紅外（8~14）探測器、甚長波紅外（14~30um）探測器和遠紅外（30~1000um）探測器。

        目前性能較好的實用型面陣紅外探測器主要產品如下：

        短波紅外：InGaAs光伏探測器、MCT光伏探測器；

        中波紅外：MCT光伏探測器、InSb光伏探測器、GaAs/GaInAs量子型探測器

        長波紅外：MCT光伏探測器、GaAs/GaInAs量子型探測器、VOx、非晶硅微測輻射熱計陣列。