原创 什么是红外线

红外线的发现
　　早在1672年人们就发现了太阳光(俗称白光)是由各种颜色的光复合而成，随后牛顿做出了单色光在性质上比白光更简单的著名结
论。无论是当时还是现在，我们都可以利用分光棱镜把太阳光分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等单色光，这也是很多光电试验中
合成白光的原理。
　　1800年英国物理学家赫胥尔从热的观点来研究各单色光时发现了红外线，并且把光谱中看得见的那部分波称为“光”(可见光)，而
人眼看不到的波则称为“线”，并习惯地命名为红外线。显然这样来对红外线进行定义是不科学的，尔后科学家的研究表明，红外线这
种电磁波在实际应用中可划分为以下三个波段:近红外:波长为0.77～3.0μm、中红外:波长为3.0～30μm、远红外:波长为30～
1000μm。
　　通常情况下的红外线摄影可以感应的红外线波长范围为770～1000nm。红外线成像设备的特殊之处就是能探测这种物体表面所辐
射的不为人眼所见的红外线，它所反映的是物体表面的红外辐射场，即温度场，帮助我们看到肉眼观察不到的事物，从另一种角度来
观察我们所熟悉的事物。
 
红外线成像的原理和黑体的红外辐射规律
　　所谓黑体，简单地讲就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，也就是说完全吸收。作为自然界中实际存
在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射(吸收率不等于1)，所以黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型。但黑体
热辐射的基本规律是红外线研究及应用的基础，它揭示了黑体发射的红外热辐射随温度及波长变化的定量关系，同样，这也是我们研
究红外成像的基本出发点。
　　黑体定律分别由以下三个基本定律构成：(1)辐射的光谱分布规律——普朗克辐射定律；(2)辐射功率随温度的变化规律——斯蒂
芬-玻耳兹曼定律；(3)辐射的空间分布规律——朗伯余弦定律。以上三个定律共同阐述了凡是温度高于开氏零度(绝对零度)的物体都会
自发地向外发射红外热辐射，而且黑体单位表面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比，温度只要有较小的变化，就会引起
物体的辐射功率发生较大变化。以上定律正是红外线成像的原理基础，即只要有温度存在，就有红外线摄影的可能。理论上，自然界
中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度(-273.15℃)，就存在分子和原子无规则的运动，其表面就会不断地辐射红外线。任何存在
有温度的物体，除可以发出波长在380～770nm的可见光外，还可以发射不为人眼所见的波长为770～1350nm范围的红外线。因此，
红外线的最大特点就是普遍存在于自然界中，也就是说，任何“热”物体虽然不发光但都能辐射红外线，因此红外线又称为热辐射线，
简称为热辐射。
　　红外线摄影的特点
　很多人对于红外线摄影照片表现出来的色调和影像的质感感到惊异，其实这并不奇怪，因为红外线与可见光相比的一个特点是色
彩更加丰富多样。由于可见光的最长波长是最短波长的1倍(380nm～770nm)，所以也叫作一个倍频程。而红外线的最长波长则是最短
波长的10倍，即具有10个倍频程。因此,如果可见光能表现自然界中的7种颜色，则红外线便能表现70种，因此具有极其丰富的色彩表
现力。另外红外线还具有良好的穿透性，如穿透烟雾、水气等，因此在航空摄影、军事摄影和其他题材摄影中有着不可替代的地位，
例如航空摄影可以利用红外线发现健康、不健康的树木，森林，地脉甚至矿藏；医学上可以用于人体组织的穿透；科研及工程摄影可
以用于鉴别印色，穿透织物；普通红外线摄影可以利用发散性产生虚幻的图画效果等等。