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红外物理－高等学校－ 教材 著

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• 红外物理
• 红外技术
• 传感器
• 探测器
• 热成像
• 光谱学
• 光学
• 物理学
• 电子工程
• 应用物理

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121222726

版次：01

商品编码：11477102

包装：平装

丛书名： 工业和信息化部“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2014-05-01

用纸：胶版纸

页数：328

正文语种：中文

内容简介

本书是编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，本书将理工融合的思想融入其中，内容充实、重点突出、通俗易懂、便于教学。
本书内容共分12章，按理论到技术的顺序系统介绍红外辐射的基本概念、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、红外热成像的性能评价、红外偏振成像原理与技术、红外仿真技术、红外图像处理技术与红外图像融合技术等内容。本书配套电子课件和习题参考答案。

作者简介

杨风暴，博士，教授，博士生导师，现任理学院党总支书记。1991年太原机械学院理学系物理专业本科毕业留校工作至今，2003年获中北大学测试计量技术及仪器专业工学博士学位，2007年北京理工大学光学工程博士后流动站出站。2007年8月~2008年8月美国纽约州立大学石溪分校高级访问学者。

目录

目 录

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 14
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 20
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 28
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 30
2．4．3 立体角投影定理 31
2．4．4 Sumpner定理 32
2．4．5 角系数互换性关系 32
2．5 朗伯体的辐射量计算 35
小结 42
习题 42
参考文献 44
第3章 热辐射的基本规律 45
引言 45
3．1 物体发光类型 45
3．2 基尔霍夫定律 46
3．3 普朗克辐射定律 48
3．4 维恩位移定律 55
3．5 斯蒂芬-玻尔兹曼定律 57
3．6 黑体辐射的计算 58
3．7 辐射效率和辐射对比度 60
3．8 发射率 63
3．8．1 发射率的定义 63
3．8．2 物体发射率的变化规律 65
3．8．3 热辐射体的分类 66
小结 67
习题 68
参考文献 68
第4章 红外辐射源 70
引言 70
4．1 腔体辐射理论 70
4．1．1 Gouffé理论 70
4．1．2 Devos 理论 76
4．2 黑体型辐射源 83
4．3 实用红外辐射源 85
4．3．1 电热固体辐射源 86
4．3．2 气体放电辐射源 88
4．4 红外激光器 92
4．4．1 激光的特性 92
4．4．2 常用激光器 93
4．5 自然景物光辐射 94
4．5．1 太阳光辐射 94
4．5．2 月亮光辐射 96
4．5．3 天空背景光辐射 97
4．5．4 地物光辐射 99
4．5．5 海洋背景光辐射 101
4．6 人工目标的红外辐射 103
4．6．1 火箭的红外辐射 103
4．6．2 飞机的红外辐射 104
4．6．3 坦克的红外辐射 108
4．2．4 火炮的红外辐射 110
4．6．5 红外诱饵的辐射 111
4．6．6 人体的红外辐射 111
小结 112
习题 112
参考文献 112
第5章 红外辐射的测量 113
引言 113
5．1 常见的红外辐射测量仪器 113
5．1．1 单色仪 113
5．1．2 光谱辐射计 115
5．1．3 红外分光光度计 117
5．1．4 傅里叶变换红外光谱仪 119
5．1．5 多通道光谱仪 121
5．2 基本辐射量的测量 122
5．2．1 辐射亮度的测量 122
5．2．2 辐射强度的测量 123
5．2．3 总辐射通量的测量 123
5．3 红外发射率的测量 125
5．3．1 半球全发射率的测量 126
5．3．2 法向光谱发射率的测量 128
5．4 红外反射比的测量 131
5．4．1 反射比 132
5．4．2 积分球反射计 134
5．5 红外吸收比和透射比的测量 138
5．6 红外辐射测温 139
小结 142
习题 142
参考文献 143
第6章 红外辐射的大气传输 144
引言 144
6．1 大气的基本组成 144
6．1．1 大气层的结构 144
6．1．2 大气的组成 145
6．1．3 大气模式 149
6．2 辐射在大气中传输的光学现象 150
6．2．1 大气的折射 150
6．2．2 大气消光及大气窗口 151
6．2．3 大气的其他光学现象 153
6．3 大气吸收与散射的计算 154
6．3．1 大气的吸收 154
6．3．2 大气的散射 160
6．3．3 大气透过率 167
6．4 大气消光对成像系统性能
的影响 169
6．5 大气传输计算软件MODTRAN 170
小结 175
习题 175
参考文献 176
第7章 红外热成像技术 177
引言 177
7．1 红外热成像技术的发展 177
7．1．1 红外热成像的基本过程 178
7．1．2 红外热成像技术的发展过程 178
7．2 红外热成像系统的构成 178
7．2．1 红外热成像系统的诞生
及发展 179
7．2．2 红外热成像系统的类型
及结构 179
7．2．3 红外热成像系统的通用组件 181
7．2．4 红外热成像系统的基本参数 182
7．3 光学系统和扫描器 183
7．3．1 光学系统 183
7．3．2 扫描器 185
7．4 探测器和探测器电路 185
7．4．1 红外探测器的发展与分类 186
7．4．2 光子红外探测器 187
7．4．3 热红外探测器 188
7．4．4 红外探测器的性能参数 191
7．4．5 探测器电路 193
7．5 数字化 194
7．6 图像处理 195
7．6．1 增益/电平归一化 195
7．6．2 图像格式化 195
7．6．3 伽马校正 195
7．7 图像重建与图像显示 196
小结 196
习题 197
参考文献 197
第8章 红外热成像系统的性能评价 198
引言 198
8．1 红外热成像系统的主要性能指标
及其测量 198
8．1．1 噪声等效温差（NETD） 199
8．1．2 调制传递函数（MTF） 201
8．1．3 最小可分辨温差（MRTD） 203
8．1．4 最小可探测温差（MDTD） 204
8．1．5 MRTD和MDTD的测量 205
8．2 红外热成像系统的作用距离
估算 206
8．2．1 扩展源目标的视距估计模型 206
8．2．2 视距估算的修正因素 206
8．3 热成像系统的特性参数测试
平台 208
8．3．1 红外热成像系统的特性参数
测试平台 208
8．3．2 红外热成像系统的特性参数
测试 209
小结 210
习题 210
参考文献 211
第9章 红外偏振成像的原理与技术 212
引言 212
9．1 光的偏振 212
9．2 红外偏振成像的原理 214
9．2．1 偏振光的产生 214
9．2．2 偏振光的描述 217
9．2．3 红外偏振成像方式 221
9．3 目标与背景的红外偏振特性 223
9．3．1 自然目标的偏振特性 223
9．3．2 人工目标的偏振特性 226
9．3．3 背景的偏振特性 227
9．4 红外偏振成像与光强成像
的对比 229
9．4．1 大气传输差异特性分析 229
9．4．2 成像响应差异特性分析 230
小结 232
习题 232
参考文献 232
第10章 红外仿真技术 234
引言 234
10．1 仿真技术的基本概念 234
10．1．1 仿真与仿真技术 234
10．1．2 仿真模型与仿真实验 235
10．1．3 仿真工具与仿真方法 235
10．2 红外仿真的基本方法 236
10．2．1 数学仿真 236
10．2．2 半实物仿真 237
10．3 红外地表仿真 238
10．3．1 地表红外辐射建模 238
10．3．2 地表红外场景可视化 240
10．3．3 实验结果及分析 243
10．4 基于JRM软件系统的红外
场景仿真 245
10．4．1 JRM介绍 245
10．4．2 仿真案例 253
小结 255
习题 255
参考文献 256
第11章 红外图像处理技术 257
引言 257
11．1 红外图像的特点 257
11．2 红外图像的非均匀性校正 257
11．2．1 红外图像的非均匀性产生
机理 257
11．2．2 红外图像的非均匀性校正
方法 259
11．3 盲元检测与补偿 265
11．3．1 盲元检测 265
11．3．2 盲元补偿 266
11．4 红外图像的增强 266
11．4．1 红外图像直方图 266
11．4．2 直方图均衡 268
11．4．3 自适应分段线性变换 269
11．4．4 离散小波变换红外图像增强
方法 270
11．4．5 图像增强实验 271
11．5 红外图像的降噪 273
11．5．1 红外图像的常见噪声模型 273
11．5．2 红外图像降噪的基本方法 275
11．5．3 基于阈上随机共振的红外图像
降噪方法 277
小结 279
习题 279
参考文献 280
















第12章 红外图像融合技术 281
引言 281
12．1 图像融合的基本概念 281
12．1．1 图像融合的概念与层次 281
12．1．2 图像融合效果的评价 284
12．1．3 常用图像融合方法分析 289
12．1．4 图像融合的应用 291
12．2 可见光与红外图像的融合 292
12．3 红外多波段图像的融合 294
12．3．1 红外多波段图像的融合 294
12．3．2 红外中波细分波段图像
的融合 301
12．3．3 红外短、长波段图像
的融合 308
12．3．4 红外多波段伪彩色融合 310
12．4 红外偏振与红外光强图像
的融合 312
小结 317
习题 317
参考文献 318

前言/序言

好的，这是一本关于现代材料科学与工程的图书简介，字数约1500字。 --- 现代材料科学与工程 内容简介 本书系统阐述了现代材料科学与工程的核心概念、基础理论、制备工艺以及前沿应用，旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的知识体系。随着人类社会对高性能、多功能材料需求的不断增长，材料科学已成为支撑高端制造、能源、信息技术和生命科学等领域发展的基石。本书紧密结合当前工业界和学术界的研究热点，力求在理论深度和工程实践之间架起坚实的桥梁。 第一部分：材料科学基础与结构表征 本书的开篇部分聚焦于材料科学的基石——原子结构、晶体学和微观结构。我们深入探讨了晶体缺陷理论，解释了位错、晶界等结构如何决定材料的宏观力学性能。特别强调了缺陷工程在调控材料性能中的关键作用。 在材料的表征技术方面，本书详细介绍了现代分析手段。我们不仅涵盖了X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析，还对扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的最新发展进行了详尽的论述，包括高角度环形暗场成像（HAADF-STEM）和能量色散X射线谱（EDS）的应用，使读者能够精准地理解材料的微观形貌与成分分布。此外，还介绍了原子力显微镜（AFM）在纳米尺度表面形貌与力学性能测量中的独特优势。 第二部分：结构材料的演化与设计 本部分深入研究了金属、陶瓷和高分子三大传统结构材料体系的最新进展。 金属材料方面，重点放在了先进高强度钢、轻质合金（如铝锂合金、镁合金和钛合金）的精密制造与性能优化。详细剖析了通过热机械过程（TMP）控制晶粒尺寸、析出相分布和织构，以实现超高比强度和抗疲劳性能的科学方法。本书特别关注了增材制造（3D打印）技术对金属结构件微观结构和性能带来的颠覆性影响，包括熔池对凝固组织的影响及随后的热影响区处理。 陶瓷材料的讨论超越了传统的耐火材料，转向了结构陶瓷（如碳化硅、氮化硅）和功能陶瓷（如铁电、压电陶瓷）的设计。我们探讨了纳米粉体制备技术（如溶胶-凝胶法、化学气相沉积法）如何提高陶瓷的断裂韧性与可靠性。对陶瓷基复合材料（CMC）的界面设计与断裂机制进行了深入分析，这是航空航天领域下一代热端部件的关键。 高分子材料部分，涵盖了从基础的聚合物合成方法到高性能热塑性塑料和热固性树脂的最新研究。重点突出了聚合物的结构-性能关系，如分子量分布、拓扑结构对粘弹性的影响。同时，我们对生物可降解聚合物、自修复高分子网络以及液晶聚合物的独特取向行为进行了详细阐述。 第三部分：功能材料与前沿交叉领域 现代材料学的核心竞争力在于功能材料的开发，本部分将重点介绍支撑信息、能源和环境技术发展的关键材料。 能源材料：详尽分析了锂离子电池、固态电池及下一代储能技术（如钠离子、镁离子电池）中电极材料（正极、负极、电解质）的设计原理、界面稳定性问题及循环寿命的提升策略。在光伏领域，本书对钙钛矿太阳能电池的效率突破、稳定性挑战及其商业化前景进行了前瞻性分析，并对比了传统硅基电池的优势。此外，热电材料（用于余热回收）和燃料电池催化剂材料的性能调控机制也包含在内。 信息与电子材料：本章节深入探讨了半导体材料的掺杂、缺陷控制与异质结构建技术。对先进的化合物半导体（如GaN, SiC）在功率电子和高频器件中的应用进行了详细论述。此外，对磁性材料（如巨磁阻材料MRAM、斯音特电子材料）和光学材料（如光纤、非线性光学晶体）的物理机制和工程化应用进行了阐述。 智能与响应性材料：本书专题介绍了一类具有环境响应能力的材料，包括形状记忆合金（SMA）、磁致伸缩材料和智能涂层。重点分析了驱动机制（如磁场、温度、电场）如何转化为宏观形变或功能输出，以及它们在软体机器人、精密传感器中的应用潜力。 第四部分：材料的加工、模拟与服役行为 材料的性能最终取决于其加工过程和服役环境。本部分聚焦于先进的制造技术和材料的长期可靠性评估。 先进制造技术：除了在金属部分提及的增材制造外，本书还深入探讨了薄膜沉积技术（PVD, CVD）在制备高精度功能涂层中的应用，以及超塑性成形（SPF）和精密铸造在复杂结构件制造中的优势。 计算材料学与模拟：强调了多尺度模拟方法在材料设计中的不可替代性。从第一性原理（DFT）计算原子级别反应，到分子动力学（MD）模拟微观动力学过程，再到有限元分析（FEA）预测宏观性能，本书展示了如何利用计算工具加速新材料的研发周期。 材料的失效分析：全面覆盖了材料在实际服役中可能遇到的各种失效模式，包括疲劳、蠕变、腐蚀和辐照损伤。详细分析了腐蚀机理（如电化学腐蚀、应力腐蚀开裂），并介绍了先进的防护涂层技术和腐蚀监测方法，旨在提高关键基础设施的服役寿命和安全性。 --- 《现代材料科学与工程》力求成为材料科学、化学工程、机械工程及电子信息工程等专业学生和研究人员的权威参考书。它不仅是一本知识的汇编，更是一本指导如何从原子尺度理解、设计、制造并最终优化工程材料的实用手册。通过对基础理论的扎实把握和对前沿技术的敏锐捕捉，本书旨在培养读者解决复杂工程问题的能力，推动材料科学向更高效、更可持续的方向发展。

评分☆☆☆☆☆

我最近买了一本叫“红外物理与技术”的书，我一直对红外热成像在工业领域的应用特别感兴趣，比如用于检测电力设备的过热点，及时发现潜在的故障，避免更大的损失。我还想了解一下，不同分辨率的红外热像仪在实际应用中的效果差异，以及如何通过图像处理软件来增强热成像的细节，提高检测的准确性。另外，我也对红外气体探测技术在环境保护方面的重要性抱有很大的期待，尤其是如何利用红外光谱技术来监测大气中的温室气体，或者检测工业排放中的有害气体。我希望书中能详细介绍不同气体对红外光的吸收特性，以及相关的探测仪器的设计原理和校准方法。然而，当我深入阅读这本“红外物理与技术”的书后，我发现它更多的是在讲解红外光谱的生成机理，比如不同物质的红外发射和吸收谱线，以及这些谱线与分子振动和转动之间的关系。书中充斥着大量的光谱曲线图和量子力学相关的解释，对于我这种更偏向于工程应用和实际操作经验的读者来说，这些理论知识显得过于深奥，缺乏一些具体的工业应用场景的描述，比如针对特定行业（如石油、化工、冶金）的红外检测方案，或者在复杂环境下进行红外测量的技术挑战和解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我之前看到有一本叫做“红外物理与技术”的书，我对红外通信技术在短距离无线数据传输中的应用充满了好奇。特别是像红外遥控器这样的技术，它背后是如何实现精确的信号编码和解码，以及如何克服环境中的干扰，保证通信的稳定性和可靠性。我还想了解一下，在更高带宽的应用场景下，比如红外数据传输速率的提升，以及如何设计更高效的红外收发模块，使得它能够在一定程度上替代传统的无线通信方式。我也对红外传感技术在智能家居中的普及很感兴趣，比如用于人体感应、障碍物检测，以及环境光感应等，这些看似简单的功能背后，究竟蕴含着怎样的红外技术原理和创新点。然而，当我拿到这本“红外物理与技术”的书后，我发现它更多的是在深入探讨红外辐射的量子力学基础，比如光子的概念，以及红外辐射与物质相互作用的微观机制。书中充满了复杂的物理公式和理论推导，对于我这种更想了解实际的红外通信协议、硬件设计和系统集成的读者来说，这本书的内容显得非常“务虚”，缺乏一些具体的技术实现细节，比如各种红外调制解调方式的对比分析，或者在实际产品中如何优化红外器件的性能和降低功耗。

评分☆☆☆☆☆

我之前听说市面上有一本叫做“红外物理与技术”的书，我一直对太空探索中的红外遥感技术非常着迷。特别是那种利用红外成像来探测遥远星球上的有机分子，或者研究星云的形成过程，这些都让我觉得非常神奇。我还想了解一下，究竟是什么样的红外探测器能够捕捉到那些微弱到几乎难以察觉的信号，它们的工作原理又是什么？另外，我也对红外光谱分析在材料科学中的应用很感兴趣，比如如何通过分析材料的红外吸收和发射光谱来判断其成分和结构，这在无损检测领域有着重要的价值。我特别希望能看到一些关于高精度红外光谱仪的设计和应用案例，以及它在研发新材料、优化生产工艺方面的具体体现。然而，当我拿到这本“红外物理与技术”的书后，我发现它更多地聚焦于红外辐射的基本理论，比如黑体辐射定律、普朗克公式等等，还有大量的公式推导和物理模型。虽然这些是理解红外现象的基础，但对于我这种想了解实际应用，特别是前沿科学探索方面内容的读者来说，这本书的内容似乎有些过于学术化，缺少了一些令人兴奋的科学发现和技术突破的描述，也鲜有关于如何将这些理论知识转化为实际科学研究成果的案例分析。

评分☆☆☆☆☆

我最近拿到一本名为“红外物理与技术”的书，我一直对红外技术在国防军事领域的应用感到非常神秘。特别是关于红外成像制导导弹的原理，比如如何利用目标发出的红外辐射来引导导弹飞行，以及如何对抗红外诱饵和干扰。我还想了解一下，在精确打击和战场侦察中，红外探测器是如何发挥关键作用的，比如在全天候作战条件下，红外系统能否提供清晰的战场态势感知。我也对红外隐身技术和反红外探测技术很感兴趣，研究如何降低装备的红外辐射特征，或者如何探测和识别敌方的红外信号。然而，当我翻开这本“红外物理与技术”的书，我发现它主要集中在红外辐射的物理学原理，比如不同波段红外光的特性，以及红外探测器的基本工作机制，比如热电效应、光电效应等。书中对于红外物理现象的描述非常详尽，但对于如何在军事领域将这些原理转化为实际应用，比如红外目标识别算法、红外对抗技术策略等，这方面的内容却显得比较零散和浅显，缺乏一些深入的分析和具体的案例说明，让我觉得这本书更像是一本基础物理教材，而不是一本专注于实际技术应用的指南。

评分☆☆☆☆☆

我最近入手了一本号称是“红外物理与技术”的书，拿到手的时候，确实被它厚实的篇幅和严谨的排版所震撼。我本来是想找点关于光电传感器的实际应用案例，尤其是在安防监控领域，比如夜视仪的原理和不同类型产品的性能对比。我还特别希望书中能详细介绍一下主动式和被动式红外探测的区别，以及各自的优缺点。另外，对于红外成像在医疗诊断中的前沿进展，比如早期疾病筛查和治疗效果评估，我也很感兴趣，想看看是否有相关的理论基础和技术突破的介绍。然而，当我翻开这本书，发现它更多的是从基础物理原理出发，深入剖析了红外光的产生、传播、吸收、反射等过程，并且花了大量的篇幅去讲解各种探测器的光谱响应、灵敏度、噪声等理论性能指标。虽然这些内容对于理解红外技术背后的原理至关重要，但对于我这个更偏向应用层面的读者来说，显得有些过于抽象和理论化了。我期待的是更直观、更贴近实际操作的知识，比如如何根据应用场景选择合适的红外传感器，不同环境条件下的信号处理技巧，以及相关的成像算法。可惜的是，这本书在这方面的内容相对比较有限，更多的是在为那些想要深入研究红外物理理论的专业人士打下坚实的基础。

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送货挺快，书也不错，很好

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老公工作辅助教材！ 正版书籍，不错。

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对学习有意，看着不错

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应该是正版，不错，下次再来

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书是不错的，但是物流太慢。最不爽的就是，这是单位购书，发票竟然没有明细，结果无法报销。咨询客服，就说书的发票都是这么开的。好吧，幸好只买了2本。所以如果是单位购书，如果报销需要明细不建议在京东购买。

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应该是正版，不错，下次再来

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非常好的一本书，能学到很多。

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好书～～～～～～～