1 紅外線
紅外線（Infrared，簡稱IR）是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，其波長在760奈米（nm）至1毫米（mm）之間，是波長比紅光長的非可見光，對應頻率約是在430 THz到300 GHz的範圍內。室溫下物體所發出的熱輻射多都在此波段。
1.1 一般使用者的分類是：
- 近紅外線（
NIR,IR-A DIN）：波長在 0.75 － 1.4 微米，以水的吸收來定義，由於在二氧化硅玻璃中的低衰減率，通常使用在光纖通信中。在這個區域的波長對影像的增強非常敏銳。例如，包括夜視設備，像是夜視鏡。 - 短波長紅外線（
SWIR,IR-B DIN）：1.4 － 3 微米，水的吸收在 1,450 nm顯著的增加。1,530 至 1,560 nm是主導遠距離通信的主要光譜區域。 - 中波長紅外線（
MWIR,IR-C DIN）：也稱爲中紅外線：波長在 3 － 8 微米。被動式的紅外線追熱導向導彈技術在設計上就是使用 3 － 5 微米波段的大氣窗口來工作，對飛機紅外線標識的歸航，通常是針對飛機引擎排放的羽流。 - 長波長紅外線（
LWIR,IR-C DIN）：8 － 15 微米。這是”熱成像”的區域，在這個波段的感測器不需要其他的光或外部熱源，例如太陽、月球或紅外燈，就可以獲得完整的熱排放量的被動影像。前視性紅外線（FLIR）系統使用這個區域的頻譜。，有時也會被歸類爲”遠紅外線” - 遠紅外線（
FIR）：50 － 1,000 微米（參見遠紅外線激光）。 NIR和SWIR有時被稱爲 “反射紅外線” ，而MWIR和LWIR有時被稱爲”熱紅外線”，這是基於黑體輻射曲線的特性，典型的’熱’物體，像是排氣管，同樣的物體通常在MW的波段會比在LW波段下來得更爲明亮。
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1.2 感測器迴應分類方案
可以依不同感測器可偵測的範圍來分類：
- 近紅外線： 波長範圍爲 0.7 至 1.0 µm（由人眼無法偵測的範圍到硅可響應的範圍）
- 短波紅外線：波長範圍爲 1.0 至 3.0 µm（由硅的截止頻率到大氣紅外線窗口的截止頻率），InGaAs範圍可以到 1.8 µm，一些較不靈敏的鉛鹽也可偵測到此範圍。
- 中波紅外線：波長範圍爲 3.0 至 5.0 µm（由大氣紅外線窗口定義，也是銻化銦及HgCdTe可覆蓋的範圍，有時是硒化鉛可覆蓋的範圍）
- 長波紅外線：波長範圍爲 8.0 至 12.0 或是 7.0 至 14 µm（是HgCdTe及微測輻射熱計可覆蓋的範圍）
- 遠紅外線（
VLWIR）：波長範圍爲 12.0 至 30 µm，是摻雜硅可覆蓋的範圍
1.3 紅外線輻射源區分
紅外線輻射源可區分爲四部分：
- 白熾發光區（
Actinic range）：或稱“光化反應區”，由白熾物體產生的射線，自可見光域到紅外域。如燈泡（鎢絲燈，TUNGSTEN FILAMENT LAMP），太陽。 - 熱體輻射區（
Hot-object range）：由非白熾物體產生的熱射線，如電熨斗及其它的電熱器等，平均溫度約在400℃左右。 - 發熱傳導區（
Calorific range）：由滾沸的熱水或熱蒸汽管產生的熱射線。平均溫度低於200℃，此區域又稱爲“非光化反應區”（Non-actinic）。 - 溫體輻射區（
Warm range）：由人體、動物或地熱等所產生的熱射線，平均溫度約爲40℃左右。
站在照相與攝影技術的觀點來看感光特性：光波的能量與感光材料的敏感度是造成感光最主要的因素。
波長愈長，能量愈弱，即紅外線的能量要比可見光低，比紫外線更低。但是高能量波所必須面對的另一個難題就是：能量愈高穿透力愈強，無法形成反射波使感光材料擷取影像，例如X光，就必須在被照物體的背後取像。因此，攝影術就必須往長波長的方向——“近紅外線”部分發展。
以造影爲目標的近紅外線攝影術，隨着化學與電子科技的進展，演化出下列三個方向：
- 近紅外線底片：以波長
700nm～900nm的近紅外線爲主要感應範圍，利用加入特殊染料的乳劑產生光化學反應，使此一波域的光變化轉爲化學變化形成影像。 - 近紅外線電子感光材料：以波長
700nm～2,000nm的近紅外線爲主要感應範圍，它是利用以硅爲主的化合物晶體產生光電反應，形成電子影像。 - 中、遠紅外線熱像感應材料：以波長
3,000nm～14,000nm的中紅外線及遠紅外線爲主要感應範圍，利用特殊的感應器及冷卻技術，形成電子影像。
2 紅外成像
由第一節可知，我們所見到的紅外圖像，其實是通過目標場景的熱輻射獲得完整的熱排放量的被動影像。而常見的民用安防類“紅外機芯”成像系統，主要是長波紅外（參考公司：IRay/廣微...）。需要注意的是，中波紅外一般不拿來做視頻成像，進幾年其結合偏振則可以實現極好的效果。
因爲長波的能量較弱，以及國產的焦平面的性能指標（國外進口的B、C類探測器）較低，進而產生了一系列紅外機芯圖像處理算法諸如：
- 紅外校正算法；
- 紅外圖像DDE（細節增強算法）；
- 紅外圖像的融合算法；
- 紅外目標跟蹤算法等。
紅外成像系統的構成：
紅外焦平面探測器的發展極大豐富了紅外成像技術的內容，包括掃描/凝視/微掃描紅外成像、中波/長波/短波紅外成像、製冷/非製冷紅外成像等。這裏看一張紅外探測器（機芯的發展圖），如下：
從器件結構可以發現，第四代的紅外焦平面在第三代結構之上已經開始整合偏振結構。其關鍵點變爲：像元級光場聚焦，光學濾波與偏振選擇。
我們再看一下經典的焦平面結構，如下圖所示。上面橙色部分爲焦平面，下面爲讀出電路(ROIC: ReadOut IC)，兩邊爲橋腿結構。
2.1 紅外圖像的特點
紅外熱成像系統因其成像波長較長，導致了紅外圖像存在噪聲大、對比度低、非均勻性大、空間分辨力差等缺陷，爲克服這些缺陷，自紅外熱成像技術誕生之初，紅外探測器材料、製造工藝和成像電子學組件的研究便成爲三大熱點研究方向[1][紅外圖像處理技術現狀及發展趨勢]。
缺點：
- 紅外成像受非均勻性及無效像元的影響，實際溫度分辨率不高，；
如下表所示，針對這個問題，我們使用非均勻性校正處理
- 紅外成像普遍存在噪聲大、圖像對比度低、信噪比低、邊緣不清晰、視覺效果模糊、灰度範圍窄的現象。
對紅外圖像進行增強是解決上述難題的有效方法之一。常見的直方圖均衡、平臺直方圖、反銳化掩膜（UM）等。
優點：
- 被動工作、抗干擾性較強、全天候工作特性等；
- 局部特徵穩定。
諸如：角點、邊緣、直線、紋理等特徵。
Reference：
[1] 紅外圖像處理技術現狀及發展趨勢;
[2] Book：紅外圖像處理、分析與融合；
[3] 紅外成像技術中的 9 個問題。