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发信人: dragon (猎鹰), 信区: Green
标  题: 热成像技术发展动向与前景 
发信站: 紫 丁 香 (Sat Oct  9 18:45:11 1999), 转信

热成像技术发展动向与前景
红外探测在军事上应用可以追溯到本世纪初, 确切地说是第一次世界大战时期，但只是
在本世纪后半叶, 它才被应用于不需要携带光源来照明目标的被动式传感。60年代, 技
术上的突破导致研制和生产了将热辐射变换为可见光的热像仪, 70年代，热成像技术达
到了能切实可行地应用于战争的完善水平。目前虽有些人认为热成像及有关技术已没有
多少发展余地，但事实并非如此。
分析人员通过考察热成像领域的发展动向，对热成像的发展作出的预测是：目前很难产
生类似于60年代那样规模的根本性革新, 未来最可能的情况是不断改进现有技术。这些
改进会不断为用户提供改善的系统性能, 包括灵敏度和热图像质量以及效用。基础材料
科学和微电子技术取得的新进展会大大减小系统体积、重量和功耗，从而提高其轻便性
。
开发新型材料生长技术
目前的许多研究工作可由英国防务评估与研究局的工作加以概括。该局正在深入研究锑
化铟半导体材料。
众所周知, 锑化铟用作热敏感材料已有50年的历史了, 但它实际上只限于热成像, 对其
研究一直没有超出这一范围。因此, 这种应用的狭窄性导致了对锑化铟开发不足, 不过
, 这一明显的疏漏目前正迅速加以弥补。英国评估与研究局新近发明了一种单晶锑化铟
生长技术，并开发了新的用途。其成果之一就是研制了工作在室温下的新型热像仪部件
和子系统, 包括红外探测器和可用于热像仪处理的高速晶体管，从而有望实现室温成像
。
锑化铟与许多红外敏感材料一样，通常需要制冷至低温才能充分发挥其探测功能。制冷
要求对于热成像系统而言一直是一个制约因素，并从后勤方面限制了系统的应用。以最
常用的气体制冷法为例，使用气体制冷技术就意味着贮气瓶必不可少, 而对用户而言贮
气瓶是一个麻烦。进而言之, 还需要在野外对贮气瓶进行再次充气的装置。在战场条件
下，再次充气装置，无论是大容量的气体供应器还是空气压缩机和提纯系统,并不是总能
得到的, 尤其是在小规模部队远离支援梯队的情况下。使用压缩气瓶的另一个缺陷是它
们可能会带来意想不到的危害, 比如贮气瓶遭受子弹或破片打击时可能导致爆炸而带来
危害。所以，研制不需要制冷的系统具有多方面的好处。
单晶锑化铟晶体管的突出优点是具有极高的电子迁移速度，达到了在砷化镓中所允许的
速度的五倍。而砷化镓则有比目前广泛应用的硅半导体材料快三至四倍左右的电子迁移
速度。通常认为，高速电子迁移主要与开发高速计算机有关, 但实际上它有更广泛的应
用, 尤其是在专用处理器领域，比如在热像仪中, 处理速度和功率就非常重要。另外，
电子若能轻易地穿过半导体, 还意味着可降低所要求的电功率, 导致生产出更轻、更小
的器件和电池装置，因此可直接提高系统轻便性。
更具现实意义的是, 英国防务评估与研究局发明的这一晶体生长技术具备可大批量生产
的优点,能以相对低廉的成本大量制造探测器阵列。从技术角度看,该晶体生长法有可能
生产出具有高度专用性和精确性的探测器元件。
改进系统性能
英国防务评估与研究局目前可生产面积小于0.24厘米×0.24厘米的320×256像元探测器
阵列，并计划制造单片尺寸在30平方微米左右的1000×1000像元阵列，预计投入使用时
可大大提高图像的分辨率。这意味着热图像具有更高的锐度和清晰度,更易于识别目标。
另外，由于采用了基于锑化铟的新器件，其温度灵敏度有显著提高, 目前达到了0.01K的
数量级（热像仪制造商要求系统应能分辨小于0.1K的温差）。这类改进对军方用户意义
重大。温度灵敏度提高，使图像清晰度大大提高,可分辨出以前无法分辨的细节，使对目
标的识别达到更高的水平。
目前看来, 将来有可能在远得多的距离上识别单兵，甚至可以分辨他们所携带的武器与
装备的类型, 同时,将有可能判断出入侵和敌对部队, 不论他们自认为藏得有多隐蔽。这
会减小火力误伤友军的自相残杀的几率。即使在存在战场烟雾、能见度很差的条件下, 
且无论是白天还是夜晚, 错误识别的几率会大大减小。
这些成果也将为飞行员提供类似的好处，使之可以通过前视红外系统来区分敌机和友机
。另外, 用于红外导弹寻的器的凝视阵列, 将能更好地发现和识别目标；在地面和海面
环境下使用的红外搜索与跟踪系统，将更容易探测因空气摩擦生热而暴露其存在的入侵
导弹。
微电子技术的贡献
在探测器阵列尺寸和功率要求方面的研究与开发工作已取得了显著的进展。与此同时, 
在微电路领域也在产生研究成果。这些成果不会对热成像产生直接和立竿见影的影响,但
有助于人们发现能加以利用的处理技术,并可揭示整个电子领域的研究将如何继续以及未
来将是什么样子。
许多早期的热像仪均利用机械技术来顺序扫描探测器阵列元件，扫描这些阵列的发光二
极管。人们把相当多的精力投到了利用通用机械来节省空间、重量、功耗和成本上，也
一直在设想电子处理技术能提供更精巧的解决方法, 从而降低尺寸、重量、功耗要求, 
尤其是成本。
这种设想正在缓慢但实实在在地变为现实。新型电子使能技术的出现将导致比现有系统
更轻、更小且功耗要求更低的热成像系统问世。可以预测, 即使使能技术进展步伐不大
,将多项不同的技术结合在一起也会使系统水平发生飞跃。这在热成像领域有先例可循。
目前服役的系统中, 有许多与70年代引入的通用组件原则有关。那时, 一些生产国的采
办部门看到各种不同的技术取得了进展, 于是决定从中选出最好的技术, 鼓动制造商研
制通用装置,以不同结合方式与装配系统结合在一起, 用于特殊用途。正是这一方法导致
了热成像部件和子系统的大规模生产和系统的广泛应用。

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         ------没有比人更高的山，
                   没有比脚更长的路。

※ 来源:．紫 丁 香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: 202.118.244.81]