紅外線攝影的基本原理

1、紅外線攝影的基本原理紅外線攝影的基本原理紅外線的發(fā)現(xiàn)紅外線的發(fā)現(xiàn)早在1672年人們就發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)光(俗稱(chēng)白光)是由各種顏色的光復(fù)合而成，隨后牛頓做出了單色光在性質(zhì)上比白光更簡(jiǎn)單的著名結(jié)論。無(wú)論是當(dāng)時(shí)還是現(xiàn)在，我們都可以利用分光棱鏡把太陽(yáng)光分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等單色光，這也是很多光電試驗(yàn)中合成白光的原理。1800年英國(guó)物理學(xué)家赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來(lái)研究各單色光時(shí)發(fā)現(xiàn)了紅外線，并且把光譜中看得見(jiàn)的那部分波稱(chēng)為“光”(可見(jiàn)光)，而人眼看

2、不到的波則稱(chēng)為“線”，并習(xí)慣地命名為紅外線。顯然這樣來(lái)對(duì)紅外線進(jìn)行定義是不科學(xué)的，爾后科學(xué)家的研究表明，紅外線這種電磁波在實(shí)際應(yīng)用中可劃分為以下三個(gè)波段:近紅外：波長(zhǎng)為0.77～3.0μm、中紅外：波長(zhǎng)為3.0～30μm、遠(yuǎn)紅外：波長(zhǎng)為30～1000μm。通常情況下的紅外線攝影可以感應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍為770～1000nm。紅外線成像設(shè)備的特殊之處就是能探測(cè)這種物體表面所輻射的不為人眼所見(jiàn)的紅外線，它所反映的是物體表面的紅外輻射場(chǎng)，即溫

3、度場(chǎng)，幫助我們看到肉眼觀察不到的事物，從另一種角度來(lái)觀察我們所熟悉的事物。紅外線成像的原理和黑體的紅外輻射規(guī)律紅外線成像的原理和黑體的紅外輻射規(guī)律所謂黑體，簡(jiǎn)單地講就是在任何情況下對(duì)一切波長(zhǎng)的入射輻射吸收率都等于1的物體，也就是說(shuō)完全吸收。作為自然界中實(shí)際存在的任何物體對(duì)不同波長(zhǎng)的入射輻射都有一定的反射(吸收率不等于1)，所以黑體只是人們抽象出來(lái)的一種理想化的物體模型。但黑體熱輻紅外線濾鏡在這個(gè)過(guò)程中起到的作用類(lèi)似于帶通濾波器的作用，讓

4、所需要波長(zhǎng)的紅外線通過(guò)，而將其它波長(zhǎng)的光線阻斷。紅外線攝影的感光器件(傳統(tǒng)膠片和CCDCMOS)在傳統(tǒng)攝影中，目前我們生產(chǎn)的黑白、彩色增感類(lèi)材料可以滿足絕大多數(shù)普通攝影的要求，并且對(duì)于某些特殊的用途，比如紅外線攝影，則可以通過(guò)增加膠片乳劑的波長(zhǎng)敏感度來(lái)增加它對(duì)于紅外線的感光度，滿足人們的需求。紅外增感染料在20世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)，直到20世紀(jì)30年代才得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，紅外增感染料所能夠賦予的感光度已經(jīng)被提高到了1200nm的光譜區(qū)域。但

5、是在波長(zhǎng)大約為1200nm時(shí)，雖然也可以實(shí)現(xiàn)材料增感，但是其輻射可以被水吸收，已經(jīng)失去了實(shí)際使用意義，這使得記錄波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光譜在傳統(tǒng)膠片領(lǐng)域成為一件比較困難的事情，因此為數(shù)碼相機(jī)的感光器件CCDCMOS在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了機(jī)會(huì)。使用數(shù)碼相機(jī)的CCD(光電耦合器)CMOS作為感光元器件進(jìn)行紅外線攝影與傳統(tǒng)紅外線攝影最大不同的是，CCDCMOS自身具備了400～1200nm的感光能力，涵蓋了紅外線的基本波長(zhǎng)光譜。只是在一般的狀況下由于可見(jiàn)

6、光的光量遠(yuǎn)大于紅外光，因而使用數(shù)碼相機(jī)拍攝時(shí)并不能看出紅外線效應(yīng)，另一個(gè)原因則是許多數(shù)碼相機(jī)的鏡頭都裝有紅外線消除濾鏡(IRcutfilter)，過(guò)濾了大部分紅外線。但是紅外線消除濾鏡的好壞和數(shù)碼相機(jī)所采用CCDCMOS感光器件對(duì)紅外線的靈敏程度才是決定數(shù)碼相機(jī)是否具備紅外線攝影能力的重要因素，為此我們可以使用一般家用電器的紅外線遙控器對(duì)著數(shù)碼相機(jī)鏡頭，并按下遙控器按鍵，同時(shí)從相機(jī)的LCD或EVF(電子取景器)中觀察是否能看到明亮光點(diǎn)的

7、方法來(lái)判斷您的數(shù)碼相機(jī)是否具備紅外線攝影的能力。影響紅外線攝影的潛在因素影響紅外線攝影的潛在因素紅外線攝影可能會(huì)受到很多外部條件制約和影響，其中最主要的包括：1.拍攝題材的材料性質(zhì)的影響：不同性質(zhì)的材料因?qū)椛涞奈栈蚍瓷湫愿鳟?，因此它們的紅外線發(fā)射性能也不盡相同，對(duì)于紅外線的敏感程度也不同。2.表面狀態(tài)的影響：任何實(shí)際物體表面都不是絕對(duì)光滑的，總會(huì)表現(xiàn)為不同的表面粗糙度。因此，這種不同的表面形態(tài)將對(duì)紅外線反射率造成影響，從而影響發(fā)射率

8、的數(shù)值。這種影響的大小同時(shí)取決于材料的種類(lèi)。3.溫度影響：溫度對(duì)不同性質(zhì)物體的影響是不同的，很難做出定量的分析，只有在拍攝過(guò)程中積累經(jīng)驗(yàn)。4.物體之間的輻射傳遞的影響：物體對(duì)于給定的入射輻射必然存在著吸收、反射，而當(dāng)達(dá)到熱平衡后，其吸收的輻射能必然轉(zhuǎn)化為向外發(fā)射的輻射能。因此，我們?cè)谂臄z時(shí)，要注意熱輻射源的方向和時(shí)間，使其它物體的影響降到最小。5.大氣衰減的影響：大氣對(duì)物體的輻射有吸收、散射、折射等物理過(guò)程，對(duì)物體的輻射強(qiáng)度會(huì)有衰減作用