隨著檢測器和數據處理係統的發展，傅裏葉變換顯微（wēi）紅（hóng）外光譜技術在短短的二十幾年間從單純的顯微（wēi）鏡與（yǔ）紅（hóng）外光譜聯用，發展到了紅外成像係統。
將傅裏葉變換紅外光譜儀中的紅外光束引入顯微鏡光（guāng）路，可以獲得在顯微（wēi）鏡下觀（guān）察到微小尺寸（cùn）樣品（pǐn）的光學影像及相應成分（fèn）的紅外光譜信息。由於紅外光的波長較（jiào）長，紅外顯微鏡的空間分（fèn）辨率一般在6mm左右。若采（cǎi）用單點檢（jiǎn）測器收集紅外光譜（pǔ），則為傅裏葉變換顯微紅外光譜儀;若采用陣列檢測器收集紅外光譜，則為傅裏葉變換紅外成像係統。紅外圖像係統的出現大（dà）大提高了樣品（pǐn）的檢（jiǎn）測速度，目前在刑（xíng）偵學、生物學、醫（yī）學、化學、材料科學和礦物學（xué）等諸多領域都得到了廣泛的應用。
無（wú）論是顯微紅外光（guāng）譜儀或是紅外成像係統，使用（yòng）者最關心的還是儀器的性能指標，也就是顯微模（mó）式下紅外光譜的信噪比及（jí）空間分辨率，另外，如何從（cóng）紅外光譜圖像中提取有（yǒu）用的信息，也是大家（jiā）所（suǒ）關心的，下麵將綜合這幾點，介紹紅外成像係統的進展。
一、信噪比
在紅外顯微鏡和紅外成像係統測試中，通過特殊設計的光學係統將測量（liàng）光束直徑縮小到（dào）微米甚至亞微米量級，從而可測試尺（chǐ）寸非常小的樣品或（huò）者是大尺寸樣品中非常小的區域，顯然此時光通量（liàng）遠遠小於常規紅（hóng）外光譜儀，若要獲得高的信噪比，對整體光學係統的光路係統要求相應（yīng）也有很大的很高，通（tōng）常需要多個光學聚焦鏡(卡塞格林鏡)聯合使用，才能保證紅外光同軸，且能量損失最小，如圖1所示為PerkinElmer公司紅外（wài）光譜成像係統中的三卡塞格林鏡光學係統。
紅外光先從光源到達卡塞（sāi）格林鏡1，該鏡為聚焦鏡，將光束聚焦，經過樣品，到達卡塞格林鏡2，即物鏡上，在此光路圖（tú）中（zhōng），最重（chóng）要的卡塞格林鏡為3號鏡，即到達檢測器前，將紅外光譜的信號（hào）再次聚焦，保（bǎo）證能量最大。
高的光通量，才能保證高的信噪比，所以紅外光譜成像係統中三卡塞（sāi）格林鏡的光路設（shè）計在一定程度上決定了其較高的信噪比。

如前所述，在紅外顯微鏡（jìng）和紅外成像係統（tǒng）的光通量遠低於常（cháng）規紅外光（guāng）譜儀，且掃描速度較（jiào）快，常規（guī）紅外檢測器不能滿（mǎn）足要（yào）求，無論是單點還是圖像（xiàng）分析（xī），均需要（yào）使用液氮冷卻的MCT檢測器以保證在快速測量（liàng）時的高信（xìn）噪比。此處需要說明，雖然測（cè）試速度比較慢，但是單點檢測器的信噪比更高、測量（liàng）光（guāng）譜範圍更寬。
紅外成像係統所用檢測器基本（běn）上可以（yǐ）分為兩種，一是（shì）焦平麵陣列檢測器，另（lìng）一種是線陣列檢測器。焦平麵陣列（liè）檢測器包括兩類，第一類主要是由紅外顯微鏡和大麵積焦（jiāo）平麵陣列檢測器(凝視型，以（yǐ）64′64和128′128為主)組成，凝視型同時以步進（jìn）掃描技術(StepScan)作支撐;第二類主要是由紅外顯微鏡（jìng）和小麵積焦平麵陣列檢測（cè）器(非凝視型，以16′16和（hé）32′32為主)組成，非凝視（shì）型不需要步進掃（sǎo）描技術作支撐，而是采用了快速掃（sǎo）描(RapidScan)的技（jì）術（shù）。由於（yú）焦平麵陣列檢測器源於（yú）美國軍方的技術，美國國防部對此類產品向中（zhōng）國大陸的出口進行了限製，目前仍存在禁運的問（wèn）題。因此，國內（nèi）市（shì）場上常見的紅外光譜儀器公司如PerkinElmer、ThermoFisherScientific、JASCO等則（zé）提供雙排（pái）跳躍（yuè）式線陣列檢測（cè）器(2′16或2′8)或（huò）線陣檢測器(1′16)，再（zài）結合快速掃描功能，實現紅外光譜成（chéng）像質量和速度的雙重（chóng）提高。目前（qián）各（gè）儀器廠（chǎng）商陣列（liè）檢測器的（de）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的樣品采用顯微紅外“見到（dào）”的最小（xiǎo）測試麵積。采用紅外顯微光譜儀器（qì）的（de）可見光顯微係統對樣品進行（háng）觀察，選擇感興趣的測試區域，然後將其劃分（fèn）成若幹個采（cǎi）樣微區，通常將這些采樣微區稱為“像素(pixel)”。像素的尺寸是（shì）由儀器測試能力與樣品表征（zhēng）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，測量相同麵積的區域時所需時間也要（yào）增加。
由於紅外光波長較長，易產生衍射現象，不能像可見顯微鏡將樣品（pǐn）放大至1mm甚至更小，一般（bān）常規的紅外圖像係統空間分辨率極限在6mm左右，所獲得（dé）的（de）紅外指紋（wén）圖譜為（wéi）6′6mm區（qū）域的信息集合。
若要提高紅外（wài）光（guāng）譜成像係統的空（kōng）間分辨率，可以考慮選擇衰（shuāi）減全反（fǎn）射（shè）(ATR模式)。由於常規紅外光譜透射或反射成像時物鏡與樣品之間的介質為空氣，而ATR模式中物（wù）鏡與樣品之間的折射率（lǜ）更高的內反射晶體為介質，因而光束半徑可以（yǐ）更小，即成像（xiàng）測試時的空間分辨率更高。例如，鍺的（de）折射率是空氣的4倍，因此以鍺作為內反射晶體時，ATR模式的空間分辨（biàn）率比常規透射或反射模（mó）式高4倍左右。所以，在儀器廠家（jiā）的宣傳中可見ATR模式空間分辨率為1.56mm的說法，應特別注意，此時為其名義空間（jiān）分辨率，或稱像素空間分辨率（lǜ），而非實際（jì）真正的（de）空間分辨率。　ATR模式包括ATR單點物鏡與ATR成像（xiàng）附件兩種測量（liàng）方（fāng）式。如圖2所示，如果使用ATR單點物鏡進行成像分析，每次隻能測量與內反射晶體接觸的一個像素（sù），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，直到獲得所有像素的光譜。很明顯的問題是，內反射晶（jīng）體與（yǔ）樣品接觸後很容易被汙（wū）染，影響後續（xù）像素測試結果的準確性，而且所有像（xiàng）素逐個測量的方式非常耗時。
如果使用（yòng）ATR成像附件，內反射晶體與所測樣品一起（qǐ）固定在樣品台上，二（èr）者（zhě）之（zhī）間沒有相對位移，避免了晶體汙染造（zào）成的測量誤差。樣品台同步移動內反射晶體與所測（cè）樣品，改變紅外（wài）光束在（zài）內反射晶體上的（de）入射位置（zhì），完成所有像素的測量。
由於可以使用陣列檢測器，ATR成像的測試速度也非常（cháng）快。但是，受（shòu）到內反射晶體尺寸的影響，ATR成像的測試麵積比較小(目前儀器上（shàng）通常（cháng）配備的反射晶體的直（zhí）徑為（wéi）500mm，最大可以定製直徑為2mm的晶體，但應同時考（kǎo）慮檢（jiǎn）測器、軟（ruǎn）件等因素)。此外，ATR單點物鏡（jìng）與ATR成像附件有個共同的問題：該方（fāng）法隻能測量（liàng）距離內反射晶體表麵幾個微（wēi）米深的樣品部（bù）分;在樣品表（biǎo）麵與內部不一致時（shí），該方法獲（huò）得（dé）的一般隻是表麵信息。
三（sān）、紅外光譜成（chéng）像的（de）信息提（tí）取
使用合適的信（xìn）息提取（qǔ）方法，從像素光譜中獲得所需（xū）要的信息，是紅外光譜成像（xiàng）技術應用的關鍵（jiàn）。成像（xiàng）所測量的數（shù）據為若幹個像素的紅外（wài）光譜，這些像素（sù）具有特定的空間位置，一般用橫坐標和縱坐標來表示。如果按照測量時的空間（jiān）位置進行排列，像素光譜數據（jù）需（xū）要表示為一個r′c′n維的矩陣，因此需（xū）要使用適當的數（shù）據處理方法，對（duì）上述（shù）矩陣進行降維。若將每張像素光譜均（jun1）轉換為（wéi）反映特定（dìng）信息的（de）單一數值之後（hòu），再按照（zhào）像素的空間位置將這（zhè）些數值排列成一個r′c維的矩陣，然後以（yǐ）二維或（huò）三維圖形表（biǎo）示出來，就得到了反映特定信息的數據采（cǎi）集區域的化學圖像。
常見的降維手（shǒu）段包括：像素光譜平均強度圖像，該方法可以反映測（cè）試區域內樣品數量（liàng）較多（duō）的位置;像素光譜（pǔ）圖像特征峰強度或麵積圖像，該方法可以（yǐ）反映測（cè）試（shì）區域樣（yàng）品中特征官能團的（de）分（fèn）布情況;使用模式識別方法對像素光譜進行分類，根據像素光（guāng）譜所屬類別將成像區域分割為不同部分（fèn），對（duì）各（gè）個部分的典（diǎn）型像素（sù）光譜（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（yě）提出了兩種新的振動光譜成像數據信息提取方（fāng）法。“主成分載荷（hé）乘積聚類分析-交替最小二乘法”可（kě）用於沒有參考信息時的樣品化學成分非靶向解析;“偏最（zuì）小二（èr）乘投影-相關係數法”，則主要用於已知目標成分的靶向檢測（cè），對微量成分的識別能力更強。

紅外鍍（dù）膜

• 鍺基片雙（shuāng）麵AR8-12μm，平均透（tòu）過率（lǜ）達到97%以上
• 鍺基片4-12μm，平均透過率達到96%左右
• 矽基片3-5μm，平均透過率達到98%左右
• 鍺基片AR&DLC8-12μm，平均透過率達到91%以上
• 矽基（jī）片AR&DLC3-5μm，平均透過（guò）率（lǜ）達到85%以上
• 硫（liú）係（xì）(IRG201,IRG202,IRG204,IRG205,IRG206,)8-12μm、8-14μm平均透過率達到97%以上
• ZnSe、ZnS、CaF2基底為增透膜
• 中心分光膜
• 高反射膜（mó）
• IR-CUT

紅外（wài）測溫儀專用鏡片

• 反射和透過（guò），其（qí）表麵的（de）發射率為1。但是（shì），自然界中存（cún）在的實際物（wù）體，幾乎都不是（shì）黑體，為了弄清和獲得紅外輻射分布（bù）規律，在理論研究中必須（xū）選擇合適的模型（xíng），這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型（xíng），從而導出（chū）了普朗克（kè）黑體輻射的定律，即以波長表（biǎo）示（shì）的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射（shè）理論的出發點，故稱黑體輻射定律。

  所有實際物體的輻射量除依賴於輻射波長及物體的（de）溫度之外，還與構成（chéng）物體（tǐ）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（guān）。因此，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性質及表麵狀態有關的比例係數，即發射率。該係數表示實際物體的熱輻射與黑（hēi）體輻（fú）射的接近程度，其值在零和小於1的數值之間。根據輻射定（dìng）律，隻要知道了材料的發射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發射（shè）率的主要因素在:材料種類、表麵粗糙度、理（lǐ）化結構和材料厚度等。

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

  紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成（chéng）像物（wù）鏡（jìng）和光機掃描係統（先進的焦平麵技術則省去了光（guāng）機掃描係統）接受被測目（mù）標的紅外（wài）輻射能量（liàng）分布（bù）圖形反映（yìng）到紅外（wài）探測器的光敏元上（shàng），在光學係統和（hé）紅（hóng）外探測器之間，有一個光機掃描機構（焦平麵（miàn）熱像儀無此機構）對被測物體（tǐ）的紅（hóng）外熱像進行掃描，並聚（jù）焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅（hóng）外（wài）輻射能轉換成電信號，經放大處理、轉換或標準視（shì）頻信號通過電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。

  鍺玻（bō）璃在2-16um具有很好的透光性能，化學（xué）性（xìng）質也比較穩定，不易與金屬氧化（huà）物，酸性物質空氣和水（shuǐ）反應（yīng）。紅外測溫儀器和熱成像儀裏麵需要用到中遠紅外（wài）的濾光片，測溫儀和熱成像儀（yí）一般工作波段在2-13um，而鍺玻（bō）璃剛好（hǎo）在中遠紅外具有很好的透光性，普通的光學（xué）玻璃在這（zhè）些波段透過率（lǜ）極低，所以很難實現。加上在鍺玻璃上鍍上光學薄膜，可以大大增加它的透過率，減少鍺玻璃表麵的反射率。鍺（zhě）玻璃在可見光波段是不透過的。

  在某些熱成像儀中（zhōng）我們也（yě）可以用矽晶體來代（dài）替鍺玻璃，矽晶體的工作波段沒鍺玻璃那麽（me）遠。紅（hóng）外濾光片

  矽(Si)單晶（jīng）是（shì）一種化（huà）學惰性材料,硬度高,不溶於水.它在1-7μm波（bō）段（duàn）具有很（hěn）好的透光性能,

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