臺灣博碩士論文加值系統

摘要　　　　　　

短波紅外線(Short Wave InfraRed，SWIR)，它的波長是在0.9~1.7um，
在自然界中此波段的光譜對於人的眼睛是無法見到，就早期大部份軍事用途所開發的熱感測器都是在這個範圍。
由於熱感測器的偵測是不受天候條件的限制，而在於感測器本身對目標物的靈敏度，使我們更能夠得到準確的辨識能力。熱感測器的開發技術越來越精進，且在成本製作上大幅的降低，故紅外線的相關產品在生活上的應用也漸漸多元化，除了軍事用途外，舉凡製造工業、食品、醫療及量測、監控、開發等都是隨處可見，因此熱感測器現今著重在製程的開發與電路控制設計及對感測影像品質的要求亦是日益受到重視。
本論文以ㄧ維線性感測系統與二維平面陣列感測系統來進行研究，藉由熱感測器與待測目標的量測方式，對光學鏡頭的解析與分辨力以及對熱輻射溫度的感測能力，各別對熱感測系統的性能差異進行分析與評量。

ABSTRACT
Shortwave infrared (Short Wave InfraRed, SWIR), its wavelength is 0.9
~ 1.7um,the spectrum of this band in nature for the human eye can not seen, the heat sensor developed by the majority on the early military purposes in this range.
Since the detection of the thermal sensor is not subjected to the limitations of weather conditions,we can get the accurate identification,rather the sensitivity of the sensor itself the target, The development of the thermal sensor technology becomes more sophisticated, and the cost is substantially reduced, so the product life has gradually diversified, in addition to military applications covered the manufacturing industry, food, medical and measurement, monitoring, development, etc.everywhere, the heat sensor on the circuit design and improved image quality requirements is also increasingly subject to considerable attention.
In this thesis, One dimensional line sensing system with two-dimensional array sensor system studied by the methods of measurement of the thermal sensor and the target under test, analysis and resolution of the optical lens and a sense of temperature on thermal radiation measurement capability, individual analysis and assessment of the performance difference of the thermal sensor system.

目　 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 xi
一、 緒論.. 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究背景 1
1.3 研究內容 2
1.4 論文架構 3
1.5 實驗設計手法 4
1.6 研究流程 5
二、 短波紅外線發展歷史與基本原理 6
2.1 短波紅外線發展歷史 6
2.2 紅紅外線發現時間 6
2.3 紅外線輻射源的區分 7
2.4 紅外線的範圍與定義 7
2.5 溫度的單位及刻度 8
2.6 紅外線的相關理論 8
2.6.1 黑體輻射 8
2.6.2 大氣窗 8
2.6.3 熱輻射傳遞理論 9
2.7 紅外線感測器的種類及基本構造 9
2.7.1 紅外線感測系統的應用 10
2.7.2 紅外線感測器的基本原理 10
2.7.3 熱感應系統的感測原理 12
2.7.4 光感應系統感應原理 12
2.7.5 熱感測系統與光感應系統性能差異 13

三、 短波紅外線(SWIR)系統環境與建構 14
3.1 短波紅外線(SWIR)的系統環境之大氣窗 14
3.2 短波紅外線(SWIR)的系統建構 15
3.2.1 短波紅外線系統對電磁輻射與感測材料的選擇 15
3.2.2 短波紅外線系統對絕對溫度的感測要求 15
3.2.3 短波紅外線對光學系統的成像考量 16
3.2.4 短波紅外線對系統性能評量的要求 16
四、 一維線性感測之短波紅外線(SWIR)系統 17
4.1 ㄧ維線性熱感測系統 17
4.2 ㄧ維線性感測系統流程架構 17
4.3 ㄧ維線性感測系統實驗硬體設備 18
4.4 ㄧ維線性感測系統影像儀控軟體 19
4.4.1 LabVIEW 虛擬儀控程式系統流程 19
4.4.2 一維線性熱感測系統影像擷取軟體 19
4.4.3 步進馬達控制系統介紹 20
4.5 一維線性感測器影像掃瞄MatLab程式設計 21
4.6 一維線性感測系統實驗流程架構 22
4.7 一維線性感測系統掃瞄影像實驗步驟 22
五、 二維陣列感測器之紅外線短波(SWIR)系統 24
5.1 二維陣列感測系統介紹 24
5.2 二維陣列感測系統流程說明 24
5.3 二維陣列感測系統硬體測試設備說明 25
5.4 二維陣列感測系統實驗流程架構 26
5.5 二維陣列感測系統影像控制軟體介面 26
5.6 二維陣列感測系統實驗步驟 27
六、 ㄧ維線性與二維陣列感測系統之實驗分析比較 28
6.1 短波紅外線(SWIR)系統參數特性實驗說明 28
6.2 紅外線熱感測系統光學成像性能評量 28
6.3 光學系統像差畸變(Distortion)原理 29
6.3.1 感測系統光學畸變(Distortion)實驗架構說明 30
6.3.2 感測系統光學畸變(Distortion)實驗步驟 31
6.3.3 二維陣列感測系統光學畸變(Distortion)實驗結果 31
6.3.4 一維陣列感測系統光學畸變(Distortion)實驗結果 32
6.3.5 一維與二維感測系統暗場圖像拍攝分析比較 32
6.4 光學調制傳遞函數MTF 33
6.4.1 感測系統光學調制傳遞函數(MTF)實驗步驟 34
6.4.2 一維與二維感測系統MTF圖像程式架構說明 38
6.5 一維線性與二維陣列感測系統實驗攝像 42
6.5.1 二維陣列感測系統LED 210Pixel實驗攝像 42
6.5.2 二維陣列感測系統Light 210Pixel實驗攝像 45
6.5.3 二維陣列感測系統Thermal 210Pixel實驗攝像 48
6.5.4 二維陣列感測系統LED 120Pixel實驗攝像 49
6.5.5 二維陣列感測系統Light 120Pixel實驗攝像 52
6.5.6 二維陣列感測系統Thermal 120Pixel實驗攝像 55
6.5.7 一維線性感測系統LED 210Pixel實驗攝像 56
6.5.8 一維線性感測系統Light 210Pixel實驗攝像 57
6.5.9 一維線性感測系統Thermal 210Pixel實驗攝像 58
6.5.10 一維線性感測系統LED 120Pixel實驗攝像 59
6.5.11 一維線性感測系統Light 120Pixel實驗攝像 60
6.5.12 一維線性感測系統Thermal 120Pixel實驗攝像 61
6.5.13 一維線性感測系統MTF趨勢分析 62
6.5.14 一維線性感測系統 MTF平均值分析 63
6.5.15 二維陣列感測系統MTF趨勢分析 64
6.5.16 二維陣列感測系統MTF平均值分析 65
6.5.17 一維線性與二維陣列感測系統MTF實驗數值分析 66
6.6 一維線性與二維陣列感測系統雜訊等效溫差 67
6.6.1 一維與二維感測系統雜訊等效溫差實驗步驟 68
6.6.2 一維與二維感測系統雜訊等效溫差實驗設備 68
6.6.3 一維與二維感測系統雜訊等效溫差程式架構 70
6.6.4 一維線性感測系統雜訊等效溫差實驗結果 71
6.6.5 一維線性感測系統雜訊等效溫差實驗程式列表 72
6.6.6 二維陣列感測系統雜訊等效溫差實驗結果 73
6.6.7 二維陣列感測系統雜訊等效溫差程式列表 74
6.7 一維與二維感測系統雜訊等效功率NEP 75
6.7.1 一維與二維感測系統雜訊等效功率NEP實驗步驟 75
6.7.2 一維與二維感測系統雜訊等效功率實驗設備 76
6.7.3 一維與二維感測系統雜訊等效功率運算架構 77
6.7.4 一維線性感測系統雜訊等效功率實驗結果 78
6.7.5 一維線性感測系統雜訊等效功率實驗程式列表 79
6.7.6 二維陣列感測系統雜訊等效功率實驗結果 80
6.7.7 二維陣列感測系統雜訊等效功率實驗程式列表 81
6.8 短波紅外線感測系統標準檢知度D* 82
6.8.1 一維線性感測系統標準檢知度分析 82
6.8.2 二維陣列感測系統標準檢知度分析 83
6.8.3 一維線性與二維陣列感測系統感測能力實驗分析 83
6.8.4 一維線性與二維陣列感測系統感測能力評量比較 84
七、結論與未來展望 85
參考文獻 87

參考文獻
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