01
可见光、中波和长波的光谱分析
在上图光谱图中(下图透过率图来自网络)，热像仪有两个重要波段：3.0-5m(MWIR)和8-14m(LWIR)。5-8m波段被水汽对大气的光谱吸收阻挡，所以很少用于成像。配有非制冷传感器的热像仪设计用于波长在7至14微米之间的长波红外(LWIR)波段。在这个波段，地面目标发射的红外能量最多，所以非制冷探测很容易。装有冷却探测器(传感器被冷却到低温)的热像仪对场景温度的微小温差最敏感，通常设计为在中波红外波段(MWIR)或长波(LWIR)成像。
红外线在大气中穿透较好的波段，通常称为“大气窗口”。红外热成像探测技术利用了所谓的“大气窗口”。短波窗口在1~5um之间，长波窗口在8 ~ 1 ~ 5um之间。
02
专业解读：雾对红外热像仪性能的影响
雾的分类：
国际民用航空组织(ICAO)是一个常用的分类。根据系统，雾可分为四类：
一级：视距1220m二级：视距610m三级：视距305m三级：视距92m。
雾天大气能见度下降的原因是雾粒子对自然或人工照明的吸收和散射。吸收和散射的量取决于雾粒子的微观物理结构，也称为气溶胶。
雾对红外热像仪性能的影响：
热像仪是根据物体发出热辐射的差异来产生图像的。红外信号从目标到摄像机的距离越远，沿途丢失的信号就越多。这意味着需要考虑衰减系数，即入射辐射与透过屏蔽材料的辐射之比。潮湿的空气是红外辐射的“屏障”。由于湿度水平的增加，夏季月份的大气衰减通常高于冬季月份。一般来说，冬天晴朗的天空和良好的天气条件，用热像仪比夏天看得更远。
不同雾模型中可见光、中波和长波透过率的比较
大气传输模型-雾
不同大气窗口的能见度可以通过大气光谱在不同范围的透射率进行简单的定性比较。
CAT I可视距离：1220米
在可见光波段(0.4-0.75 m)，透过率明显低于两种红外窗口。在这些条件下，无论使用长波探测器还是中波探测器，热像仪都会比肉眼看得更远。
当我们在模式中将能见度降低到有辐射雾的CAT II条件时，它预测只有LWIR(8-12微米)波段比可见光波段好，中波红外热像仪不会比肉眼看得更远。
最后，在能见度低于300 m的Cat III条件下(图3)，用热像仪能看到的距离和肉眼能看到的距离没有显著差异。
下表比较了雾中肉眼(视觉)、MWIR相机和LWIR相机的探测距离(单位为千米)，假设目标与背景的温差为10，探测阈值为0.15。
专业分析
使用长波红外热像仪，绝对湿度低，最佳状态出现在冬季。在MWIR波段，在夏季或热带气候常见的高温条件下，探测范围最好。
红外的所有探测范围都明显优于一类雾的可视范围。对于二类雾，装有LWIR探测器的热像仪的结果是可见光的4倍。
在Cat IIIa和Cat IIIc的雾中，肉眼能看到的距离和摄像头几乎没有区别，因为大气是限制因素。在所有光谱波段(可见光、MWIR和LWIR)，辐射都无法穿透这种浓雾。
在所有研究案例中，与MWIR波段相比，LWIR成像仪实现了更高的雾穿透度。对于二类光纤陀螺，LWIR波段的测距性能比MWIR波段提高了近4倍。然而，热s
根据这些模型，在第一类和第二类雾中，热红外波段比可见光波段提供更好的测距性能。因此，热红外热像仪非常适合帮助用户看穿这些类型的雾。这些模型还表明，热成像相机可以用作飞机的着陆辅助设备，或者作为运输和汽车行业驾驶员视觉增强系统的一部分。
此外，在所有研究案例中，与MWIR波段相比，LWIR成像仪实现了更高程度的雾穿透。对于类光纤陀螺，与MWIR波段相比，长波红外光谱波段的测距性能提高了约4倍。然而，必须考虑传感器的热灵敏度和目标特性，以获得适合任何给定应用的最佳系统。
MWIR辐射受到大气污染物和污染气体的不利影响(这可能会增加大气吸收和/或增加路径中的辐射水平，这两者都会降低目标图像的对比度)，而LWIR受影响要小得多。下雨会显著降低目标的对比度(由于大气散射和一般屏蔽的增加)，而LWIR和MWIR在下雨的情况下表现相似。由于降雨，红外系统的性能退化对距离非常敏感，在100-500米范围内急剧下降。
就像“用热成像相机能看多远”这个问题很难给出一个简单的答案一样，同样也无法说雾天或雨天距离会短多少。这不仅取决于大气条件和雾的类型，还取决于所用的红外热像仪和目标的特性(目标和背景的大小、温差等。).
03
红外热像仪与可见光相机相比的优势
现状：虽然满足各种透雾元素的透雾相机在一定程度上得到了用户的认可，但是高清透雾相机的出现很大程度上还是得益于透雾高清电动镜头、光学滤镜以及优秀的算法。可见光透雾处理集成了多种图像算法，但这种基于图像恢复的技术的致命缺陷是在雾严重时无法恢复丢失的信息，这是由其成像原理决定的。即使图像恢复算法再先进，也无法改进。在雾天，以可见光为首的监控安防系统，如果不满足透雾的所有要素，就会束手无策，无能为力。
普通可见光相机的工作波长在380-780纳米之间，远小于2.5微米。物体反射的可见光被pm2.5阻挡，无法到达相机，往往导致可见光相机在雾霾天气无法使用。因此，如何解决雾霾造成的低能见度问题成为当今关注的焦点。而8- 14um波长的红外热像仪不需要任何光学和电子透雾模型和算法，甚至青出于蓝而胜于蓝，可以有效避免气候环境带来的干扰。尤其是在雾天可见光相机的可视范围受到严重影响的情况下，红外热像仪依然可以保证很好的监控效果，基本不受雾霾影响，完美解决雾霾造成的能见度低的问题。
雾天红外热像仪与可见光相机成像效果比较
通过对比可以发现，在雾霾天气中，可见光没有穿透功能，而红外热成像具有烟、雾、霾的穿透能力。
审核编辑：李倩
标签：雾热像仪大气