隨著（zhe）檢測（cè）器和數據處理係統的發展，傅裏葉變換顯微紅外光譜技術（shù）在短短的二十（shí）幾年間從單（dān）純的顯微鏡與紅外（wài）光譜聯用，發展到了紅外成像（xiàng）係統。
將傅裏葉變換紅外（wài）光譜儀中的紅外光束引入顯微鏡光路，可以獲得在顯微鏡下觀察到微小尺寸樣品的光學影像及相（xiàng）應成分的紅外光譜信息。由於紅外光的波（bō）長較長，紅外顯微（wēi）鏡的空間分辨率一般在6mm左右。若采用單（dān）點檢測器收集紅外光譜，則為（wéi）傅裏葉變（biàn）換顯微紅外光譜儀;若采用陣列檢測器收集紅外光譜，則（zé）為傅裏葉變換紅（hóng）外成像係統。紅外圖像（xiàng）係統的出（chū）現大大提高了樣品的檢（jiǎn）測速度，目前在刑偵（zhēn）學、生物學、醫學、化學、材料科學和礦物學等諸多領域都得到了廣泛的應用。
無論是顯微（wēi）紅外光譜儀或是紅外成像係統，使用者最關心的還是儀器的性能（néng）指標，也就是顯微模式（shì）下紅外光譜（pǔ）的信噪比及空間分辨率，另外，如何從紅外（wài）光譜圖像中提取有用（yòng）的信息（xī），也是大家所關心的，下麵將綜合這（zhè）幾點，介紹（shào）紅外成像係統的進展。
一、信噪（zào）比
在紅外顯微鏡和紅外成像係統測試中（zhōng），通過特殊（shū）設計的光學係統將測量光束直徑縮小到微（wēi）米甚至亞微米量級，從而可測試尺寸非常（cháng）小（xiǎo）的樣品或者是（shì）大尺寸樣品中非常小的區域，顯然此時光通量遠遠小於常規紅外光譜（pǔ）儀，若要獲得高的信噪比，對整體（tǐ）光學係統的光路（lù）係統（tǒng）要求相應也有很（hěn）大（dà）的很高，通常需要多個光學聚（jù）焦鏡(卡塞格林鏡)聯合（hé）使用，才能保證紅外光同軸，且能量損失最小，如圖1所示為PerkinElmer公司（sī）紅外（wài）光譜成像係統（tǒng）中的三卡塞（sāi）格（gé）林鏡（jìng）光（guāng）學係統。
紅外光先從光源到達卡塞格林鏡1，該鏡為聚焦鏡，將光束聚（jù）焦（jiāo），經過樣品，到（dào）達卡塞格林鏡2，即（jí）物鏡上，在此光路圖中，最重要的卡塞（sāi）格林鏡為3號鏡，即到達檢測器前，將（jiāng）紅外光譜的信號再次（cì）聚焦，保證能量最大。
高的（de）光通量，才能保證高的信噪比，所以（yǐ）紅外光譜成（chéng）像係統中三卡塞格林鏡的光路設計在一定程（chéng）度上（shàng）決定了（le）其較高的信噪比。

如前所述，在紅外顯微鏡和紅外成像係統的光通量（liàng）遠低於常規紅外光譜儀（yí），且掃描速度較快，常規紅外檢測器不能滿（mǎn）足要求，無論是單點（diǎn）還是圖像分析（xī），均需要使用液氮冷卻的MCT檢測器以保證在（zài）快速測量時的高（gāo）信噪比（bǐ）。此處需要說（shuō）明，雖然測試速度比較慢（màn），但是單點檢測器（qì）的信噪比（bǐ）更高、測量光譜範圍更寬。
紅外成像係統所用檢測器（qì）基本上可以分為（wéi）兩種，一是焦平麵陣列檢測器，另一種（zhǒng）是線陣列檢測器。焦平麵陣列檢測器包括兩類，第一類主要是由紅外顯微鏡和大麵積焦平麵（miàn）陣列檢測器（qì）(凝視型，以64′64和（hé）128′128為（wéi）主)組成，凝視（shì）型同時以步進掃描技術(StepScan)作支撐;第二類主要是由紅外顯微鏡和小麵積焦平麵陣列檢測（cè）器(非凝（níng）視（shì）型，以16′16和（hé）32′32為主)組成，非凝視型不需要步進掃描技術作支撐，而是采用了快速掃描(RapidScan)的技術（shù）。由於焦平麵陣列檢測器源於美國軍方的技術，美國國（guó）防部對此類產品向中國大陸的出口進（jìn）行了限製，目前仍存在禁運的問題。因此，國（guó）內市（shì）場上常見（jiàn）的紅（hóng）外光譜儀器公司如PerkinElmer、ThermoFisherScientific、JASCO等則提供雙排跳躍式線陣列檢測器(2′16或2′8)或線陣檢測器（qì）(1′16)，再結合快速掃描功能，實現紅外光譜成像質量和速度的雙（shuāng）重提高。目前各儀器廠商（shāng）陣列檢測器的信噪比從150/1~800/1不等。
二、空間分辨率
空間分辨率是指被測試（shì）的樣品采用顯微紅外“見到”的最小測試麵積。采用紅外顯微光譜儀器的可見光顯微係統對（duì）樣品進行觀察，選擇感興（xìng）趣的測試區域，然後將其劃分成若幹個采樣（yàng）微區，通常將這（zhè）些采樣微區稱為“像素(pixel)”。像素的尺寸是由儀器測試能力（lì）與樣品表征要求共同決定的。較小的像素尺寸可以提高測試結果的空間分辨率，但是光譜信噪比會降低，測（cè）量相同麵積的區域時所需時間也要增加。
由於（yú）紅外光波長較長，易產（chǎn）生衍射現象，不（bú）能像可見顯微鏡將樣品放大至1mm甚至更小，一（yī）般常規的（de）紅外圖像係統空間分辨率極限在6mm左右，所獲得的紅外指紋圖譜為6′6mm區域的信（xìn）息集合。
若要提高紅外（wài）光譜成像係統的空間（jiān）分辨率，可以（yǐ）考慮選擇（zé）衰（shuāi）減（jiǎn）全反射(ATR模式)。由於常規紅外光譜透射或反射成像（xiàng）時（shí）物鏡與樣（yàng）品之間的介質為空氣，而ATR模式中物鏡與樣品之間的折射率更高的內反射晶體為介質（zhì），因而光束半徑可以更小，即成像測試時（shí）的空間分（fèn）辨率更高。例（lì）如，鍺的（de）折射率是空氣（qì）的（de）4倍，因（yīn）此以鍺作為內（nèi）反射（shè）晶體（tǐ）時，ATR模（mó）式的空間分辨率比常規透（tòu）射或反射模式高4倍左右。所以（yǐ），在（zài）儀器廠家的宣（xuān）傳中可見ATR模式空間分辨率為1.56mm的說法，應（yīng）特別注意，此時為其名義（yì）空（kōng）間分辨率，或稱（chēng）像素空（kōng）間分辨率，而非實際真正的空（kōng）間分（fèn）辨率。　ATR模式包括ATR單點物鏡與（yǔ）ATR成（chéng）像附件兩種測量方式。如圖2所（suǒ）示，如果使用ATR單點物鏡進行成像分析，每次隻能測量與（yǔ）內反射晶體接觸的一個像素，然後使晶體與樣品脫離，移動樣品使內反射晶體接觸下一個像素並進行測量，直到獲得所有像素（sù）的光譜。很明顯的問題是，內反（fǎn）射晶體與樣品（pǐn）接觸後很容易被汙染，影響後（hòu）續像素測試結果（guǒ）的準確（què）性，而且所有像素逐個測量的（de）方式非常（cháng）耗時（shí）。
如果使用ATR成像附（fù）件（jiàn），內反射晶體與所測（cè）樣品一起固定在樣品台上，二（èr）者之間沒有相對位移，避免了晶體汙染造成的（de）測量（liàng）誤差。樣品台同步移動內反射晶體與（yǔ）所測樣品，改變紅外光束在內反（fǎn）射晶體上的入（rù）射位置，完成所（suǒ）有像素的測（cè）量。
由（yóu）於（yú）可以使用陣列檢測器，ATR成像的測試（shì）速度（dù）也非常快。但是，受到內反射晶體尺寸的影響，ATR成像的測試麵積比較（jiào）小(目前儀器上通常配備的（de）反射晶體的直徑為500mm，最大可以定製直徑為2mm的晶體，但應同時考慮檢測器、軟件等因（yīn）素)。此外，ATR單（dān）點物鏡與ATR成像附件（jiàn）有（yǒu）個共同的問題：該方法隻能測量距離內反射晶體表麵幾個微米深的樣品（pǐn）部分;在樣品表麵與內部不一致時，該方法（fǎ）獲得（dé）的一般隻是表麵信息。
三、紅外光譜成像的信息提取
使用合適的信息提取方法，從像素光譜（pǔ）中獲得所需要的信息，是紅外光譜成像技術應用的關鍵。成（chéng）像所測量的數據為若幹個像素的紅外光譜，這些像素具有特定的空間（jiān）位置，一般用橫（héng）坐標和縱坐標來表示。如果按照測量時的空間位置進行排（pái）列，像素光譜數據需要表示（shì）為一個r′c′n維的矩陣，因此需要使用適當的數據處理方法，對上述（shù）矩陣進行降維。若將每張像素光譜均轉換為反映特定信息的單一（yī）數值之後，再按照像素的空間位置將這些數值排列成一個r′c維的矩陣，然後以二維或三（sān）維圖形表示出（chū）來，就得到了反映（yìng）特定信息的數據采集區域的化學圖像。
常見的降維手段包（bāo）括：像素光（guāng）譜（pǔ）平均強度圖像，該方法可以反映測試區域內樣品數量較多的位置;像素光譜（pǔ）圖像特征峰強度或麵積圖像，該方法可（kě）以反映測試區域樣品中特征官能（néng）團的分布情況;使用模式識別方法對像素光譜進行（háng）分（fèn）類，根據像素光譜所屬類別將成像區域分割為不同部分，對各個部分的典型像素光（guāng）譜（pǔ）進行解析，可以了解一些成分的分布情況等。
本課題組近期也提（tí）出了兩種新的振動光譜成像數據信息提取方法。“主成分載荷乘積聚類分析-交替最（zuì）小二（èr）乘法”可用於沒（méi）有參考（kǎo）信息時的樣品化學成分非靶向解析;“偏最小二乘投（tóu）影-相關係數法”，則主要用於已（yǐ）知目標成分的靶向檢測，對微量成分的識別能力更強。

紅外鍍膜

• 鍺基片雙麵AR8-12μm，平均透過率達到（dào）97%以上（shàng）
• 鍺（zhě）基片4-12μm，平均透過率達到96%左（zuǒ）右
• 矽基片3-5μm，平均透（tòu）過率（lǜ）達（dá）到98%左右（yòu）
• 鍺基片AR&DLC8-12μm，平（píng）均（jun1）透過（guò）率達到91%以上
• 矽基片AR&DLC3-5μm，平均透過率達到85%以上
• 硫係（xì）(IRG201,IRG202,IRG204,IRG205,IRG206,)8-12μm、8-14μm平均透過率達到97%以上
• ZnSe、ZnS、CaF2基（jī）底為增透膜
• 中心分光膜
• 高反射膜
• IR-CUT

紅外測溫儀專（zhuān）用鏡片

• 反射和透過，其表麵的發射率為1。但是，自然界中存在的實（shí）際物體，幾乎都不是黑體（tǐ），為（wéi）了弄清和獲得紅外輻（fú）射分布規律（lǜ），在理論（lùn）研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出（chū）的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗（lǎng）克黑（hēi）體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理（lǐ）論的出發點，故（gù）稱黑體輻射定律。

  所有實際物（wù）體的輻射量除依賴於（yú）輻（fú）射波長及物體的溫度之外，還與構成物體的材料（liào）種類、製備方法、熱過程以及表麵狀態和環境條件等因素有（yǒu）關。因此（cǐ），為使黑體輻射定律適用於所有實際物體，必須引入一個與材料（liào）性質及表麵狀態有關的（de）比例係數，即發射率。該係（xì）數表示實際物體的熱輻（fú）射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小於1的數值之間。根據輻射（shè）定律，隻要知道了材料的發射率，就知（zhī）道（dào）了任何物體的紅外輻射特性。影響發射率的主要因素在:材料種類、表麵粗糙度、理化結構和材料厚（hòu）度等。

  1、當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目（mù）標在其波段範圍內（nèi）的紅外輻射量，然後由測溫儀計算出被測目（mù）標的溫度。單色測溫儀（yí）與波段內的輻射量成比例雙色測溫（wēn）儀與兩個波段的輻射量之比成比（bǐ）例。

  紅外（wài）熱像儀是利用紅外（wài）探測器、光學成像物鏡和光機掃（sǎo）描（miáo）係（xì）統（先進的焦平麵技術則省去了光機（jī）掃描係統）接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏（mǐn）元上，在光學係（xì）統和紅外探測器之間，有一個光（guāng）機掃描機構（焦平麵熱像儀無此機構）對被測物體的紅外熱像進行掃描，並聚焦在單元（yuán）或分光探測器（qì）上，由探（tàn）測器將紅外輻射（shè）能轉換成電信號，經放大處理、轉換或標（biāo）準視頻信號通過電視屏或監測（cè）器顯示紅外熱像圖。

  鍺（zhě）玻璃在2-16um具有很好的透光性能，化學性質也比（bǐ）較穩定（dìng），不易與金屬氧化物，酸性物質空氣和水反應。紅外測溫儀器和熱成像儀裏麵需要用到中遠紅外的濾光片，測溫儀和熱成像儀一（yī）般工（gōng）作波段在（zài）2-13um，而鍺玻璃剛好在中遠紅外具有（yǒu）很好的透光性，普通的光學（xué）玻（bō）璃在（zài）這些波段透過率極低，所以很難實現。加上在（zài）鍺玻璃上鍍上光學薄膜，可以大大增加它的（de）透過率，減少鍺玻璃表麵的（de）反射（shè）率。鍺玻璃在可見光波段是（shì）不（bú）透過的。

  在某些熱成像儀中我們也可以用（yòng）矽晶體來代替鍺玻璃，矽晶體的工作（zuò）波段沒（méi）鍺玻璃那麽遠。紅外濾光片

  矽(Si)單晶（jīng）是一種化學惰性材料,硬度高,不溶於水.它在1-7μm波段具有很好的透光性能（néng）,

  同時它在遠紅外波段300-300μm也具有很好的透光性能,這是其（qí）它光紅外（wài）材料所不具有的特
  點.矽(Si)單晶通常用於3-5μm中波紅外光學（xué）窗口和光學濾光片的基片.由於該材料導熱性能好,
  密度低,也是製作激光反射鏡或紅外測溫及紅外光（guāng）學鏡片的常用材料.