随着军用光电等高新科学技术的发展，以及经济与民用公共安全发展的需要，特种图像传感器技术已广泛地转为民用。所谓特种图像传感器，即能釆集或拾取人们视觉看不见的特殊图像，如红外、紫外、x射线等特殊频段的图像传感器。
特种光电成像器件主要是探测不可见光图像的器件，下面分别论述红外光成像器件、紫外光成像器件、x射线光成像器件，最后介绍它们在安防中的应用。
红外光成像器件
红外线存在于自然界的任何角落，一切温度高于0K的物体，时时刻刻都在不停地辐射红外线。特别是活动在地面、水中和空中的军事装置，如坦克、车辆、军舰、飞机等，由于有高温部位，往往形成强的红外辐射源。因此，红外辐射的探测在军事上和民生上有广泛的应用需求。
红外光电成像器件有两种主要形式：即制冷型的光（量）子型红外光电成像器件与非制冷型的量热型红外光电成像器件。按成像方式的不同，可分为光机扫描型和凝视型两种。而红外焦平面阵列器件（Infiared-Ray Focus Plane Array,IRFPA）是一类用于凝视型热成像系统的面阵成像器件，它要求将高达106甚至更多的探测器单元紧凑地封装在焦平面上，即将两维探测阵列器件集成在带有多路传输的读出电路的焦平面上。为实现这种设计，必须使用极小的探测器(尺寸小于25μm)并使用高产量低成本的方法来制造。下面主要介绍这种阵列器件。
1.红外焦平面阵列器件（IRFPA）的结构原理
红外焦平面阵列器件IRFPA通常工作于1~3μm、3~5μm、8~12 μm的红外波段，多用于探测常温（300K）背景中的目标。普通的硅 CCD 对红外辐射（仅为近红外）的响应度很低，允许的光积分时间很短（μs量级），不能直接用于凝视型红外成像。因此，制作IRFPA的途径有两个：一是选用对红外辐射灵敏度高的材料而集成为CCD器件：二是采用兼有普通红外探测器阵列和硅CCD两方面长处的结构。
IRFPA 的基本结构如图 4-39 所示，图中，红外探测器可选用光电或热电探测器；电荷包的存储与转移输出机构采用普通的硅 CCD 结构。显然，IRFPA 还需有信号处理电路部分，如前置放大、滤波、A/D、延时积分、时钟及提高光敏面均匀的增益与偏置补偿器等。
根据对红外探测器阵列的信号读出和信号处理的不同安排，IRFPA有不同的结构形式，如图4-40所示。
（1）单片式结构。又称为整体式，即整个 IRFPA 做在同一块芯片上，信号处理部分通常是在探测器阵列的近旁而不是在其下面，且可以不跟探测器/读出单元制备在同一衬底上，也不需与探测器的温度相同，如图4-40(a)所示。单片式结构的IRFPA具体又分为三种情况：一是本征型红外CCD,它本身对红外敏感，如HgCdTe-CCD；二是把非本征型红外探测器与CCD读出电路做在同一块Si衬底上；三是在Si衬底上制作肖特基势垒二极管面阵与CCD读出电路，如PtSi-CCD。
(2)混合式结构。这种结构的根本特点是把探测器(如用HgCdTe或InSb等本征窄带半导体制作)与信号读出部分(普通的硅CCD)分开。混合式结构的IRFPA有两种形式：一是直接混合式，如图所示，图中的探测器阵列与信号读出部分是通过锢柱把对应单元连接起来：二是间接混合式，如图4-40(c)所示，其探测器阵列与信号读出部分是通过一块集成电路板相连。这种混合式结构，在选择探测器上具有很大的灵活性，可以获得50%〜90%的高量子效率，是目前最受重视的技术之一。
图4-40 IRFPA的几种不同结构
(3)Z平面式结构。又称为立体式，如图4-40(d)所示，它是将信号处理与信号读出部分采用叠层的方法组装成模块，再把模块与红外探测器连接起来，并安装在同一块硅片上。
2.制冷型IRFPA
由于光(量)子型(即光电探测器类)红外光电成像器件，在使用时往往需利用制冷器，使其处于低温工作状态，以降低探测器的噪声,提高信噪比和灵敏度，因而用它们制作的IRFPA属于制冷型IRFPA。这类IRFPA主要用于红外遥感、军事目标的探测与制导等性能要求较高的领域。目前，制冷型IRFPA有如下几种。
(1)锑化铟(InSb)IRFPA。它对于3〜5波段的红外辐射非常敏感，但它不像单晶硅有良好的MOS特性，因此探测器采用InSb光电二极管阵列，信号处理器釆用Si-CCD构成，再用锢(In)丘将两者进行机械、电学结合，形成混合型IRFPAo目前，有前照式1x512像素线阵；背照式1024x1024像素面阵。
(2)磷镉汞(HgCdTe)IRFPA。目前有：1024、1024像素面阵，响应波段为1〜2.5μm,主要用于空间成像光谱仪；640x480像素面阵，响应波段为3〜5卩m,主要用于战术导弹寻的器和战略预警监视系统；还有一种响应波段为8〜12μm,主要用于常温下目标红外辐射图像的探测。它们的像元尺寸，均为18μmX18μm。
(3)硅化舶(PtSi)IRFPA。Si肖特基势垒器件以工作于3〜5μm波段的PtSiIRFPA的发展最快，己制成100万像素(1024x1024)器件，被认为是目前制作高密度IRFPA最先进的方法。目前，PtSi红外阵列的制造成本低，成品率高，己得到广泛应用。
(4)GaAs/AlGaAs多量子阱IRFPA。调节超晶格、量子阱结构的周期和势垒高度等手段，起着疏镉汞混晶中调节组分相似的作用，能实现不同波段红外辐射的探测。据介绍，美国洛克威尔公司已制成截止波长为7.7μm的128x128元GaAs/CaAlAs超晶格多量子阱探测器混合式焦平面阵列，适用于远红外探测。
3.非制冷型IRFPA
热电探测器阵列可工作在常温下，而不需制冷器，因而其体积小、质量轻、功耗低、使用方便，属于非制冷型IRFPA。虽其价格低，但灵敏度要比制冷型低1个量级以上，在准军事和民用市场的凝视型红外成像系统中用得比较广泛。目前主要方向是降低功耗、减小探测单元尺寸、降低成本、研制640x480像素以上的更大的器件。这种IRFPA有如下几种。
(1)多晶硅热电堆IRFPA。应用的有320x240像素面阵，像元尺寸为28μmx28μm。
(2)微测辐射热计(微热敏电阻)IRFPA。混合的VOx薄膜是常用的微型辐射计的热敏材料。该薄膜电阻温度系数a在25°C时为-0.02K-1比大多数金属的a值高5~10倍，且敏感元的1/噪声足够低。Si3N4是这种薄膜的很好基底，且对氧化飢是钝化剂。目前，已有VO2的336x240像素面阵的IRFPA。
(3)热释电探测IRFPA。热释电探测器做成的热成像系统，不易被干扰、容易隐蔽，并能在有烟和雾的条件下工作，可用于空中与地面侦查、入侵报警、战时观察、火情观测、医学热成像、环境污染监视等领域。在空间技术上，热释电探测器主要用来测量温度分布和湿度分布或收集地球辐射的有关数据。在科研上，包括各种辐射测量、激光测量、快速光脉冲测量、功率的定标等。
利用精确的热隔离和支撑结构的固态微机械加工技术，可将热敏感像素和与之相连的基底之间的热量损耗降到最低。将热释电探测元与电子线路集成在一块芯片上，就可成为一个固体成像器件，如图4-41所示。热释电薄膜与硅NMOS电路的一种简单集成方法如图4-42所示。这里热释电像素直接与输入的耗尽型N-MOSFETMi的栅极相连。晶体管M3作为传输端供行寻址，M2作为列线负载电阻用，复位晶体管M4以清除相邻两次信号读出的残余热释电电荷。目前，已制成有SBN热释电328x245像素面阵的IRFPA。
图 4-41 热释电成像器件结构 图 4-42 热释电成像器件基本信号处理电路
4.热像仪
通过红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的可见热像图，即红外热图像。目前我国已能生产面积小于30μm²的1000x1000像素的探测器阵列，并已达到了分辨率小于o.orc的温差红外热像仪。民用的热像仪主要采用非制冷焦平面阵列技术，其系统原理方框图，如图4Y3所示。由图可见，它由光学系统、光谱滤波、红外探测器阵列、输入电路、读出电路、视频图像处理、视频信号形成、时序脉冲同步控制电路、监视器等组成。
图4-43 非制冷焦平面红外热成像系统原理方框图
由于被测目标物体各部分的红外辐射的热像分布信号非常弱，缺少可见光图像那种层次和立体感，因而需要进行一些图像亮度与对比度的控制、实际校正与伪彩色描绘等处理。经过处理的信号送入到视频信号形成部分进行D/A转换并形成标准的视频信号，最后通过电视屏或监视器显示被测目标的红外热像图。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化或测量，使你不仅能够观察热图像，还能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。
红外热成像技术的优点是：是一种被动式的非接触的检测与识别，隐蔽性好；不受电磁干扰，能远距离精确跟踪热目标，精确制导；能真正做到24h全天候监控；探测能力强，作用距离远；可采用多种显示方式，把人类的感官由五种增加到六种；能直观地显示物体表面的温度场，不受强光影响。
其缺点是：图像对比度低，分辨细节能力较差；不能透过透明的障碍物看清目标，如窗户玻璃；成本高、价格贵。但肖特基势垒非制冷红外焦平面阵列的出现，提供了一种以低成本获得高分辨力、高可靠性器件的有效手段。
紫外光成像器件
紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的军民两用光电探测技术。由于紫外光的波长比可见光短，因而它又叫作“黑光”，因为它可以引起某些材料在黑暗中发光。因此，它在公安刑侦、纸币与证件等防伪检测方面均有很好的应用；在医学、生物学等领域有着广泛的应用，如在检测诊断皮肤病时可直接看到病变细节，并可用它来检测癌细胞、微生物、血色素、白细胞、红细胞、细胞核等，其检测不但迅速、准确，而且直观、清楚；在军事上，它主要用于紫外告警、紫外通信、紫外/红外复合制导和导弹跟踪及监视天空、研究远距离星体等方面。
紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的军民两用光电探测技术。由于紫外光的波长比可见光短，即小于380nm的光，因而它又叫作“黑光”。由于它可以引起某些材料在黑暗中发光，因而它在公安刑侦、纸币与证件等防伪检测方面均有很好的应用；在医学、生物学等领域有着广泛的应用，如在检测诊断皮肤病时可直接看到病变细节，并可用它来检测癌细胞、微生物、血色素、白细胞、红细胞、细胞核等，其检测不但迅速、准确，而且直观、清楚；在军事上，它主要用于紫外告警、紫外通信、紫外/红外复合制导和导弹跟踪及监视天空、研究远距离星体等方面。
紫外探测与成像技术是一种新颖的探测与成像技术。近几年来该技术发展很快，至今已研制出了紫外MOS图像传感器，GaN/AIGaN异质结PIN光电二极管阵列、SiC、GaN紫外探测器、紫外CCD,以及用于紫外摄像的BTCCD和PtSi-SBIRF-PA等。特别是近几年来GaN/AIGaN异质结PIN光电二极管阵列的问世，将加速GaN/AIGaN紫外摄像器件的发展速度，并终将成为紫外探测与成像技术领域的佼佼者。本文介绍紫外图像传感器的类型及目前应用较多的金属-半导体-金属（MSM）结构器件。
1.紫外成像器件类型
（1）紫外成像增强器。自20世纪80年代以来，是一种为导弹羽烟紫外辐射探测的一种探测器。其中，微通道（MCP）像增强器具有响应速度快、抗磁场干扰能力强、结构紧凑、体积小、质量轻、图像读出方便等优点，用于紫外探测成像，可获得高分辨率、高灵敏度。
紫外像增强器的光谱响应主要取决于光电阴极的材料。在II-VI族化合物中，CsTe、RbTe和CsRbTe光电阴极对紫外光（160-300nm）有很高的灵敏度，而对可见光不灵敏。在253.7nm处的量子效率为20%,显示出很好的“日盲”特性。因此，对穿过大气层到达地球表面的太阳光（波长小于290nm）不灵敏，具有高灵敏度、低噪声与探测微弱信号的能力，从而利用导弹羽烟的紫外辐射，能探测导弹的运动及落点。
由于紫外成像增强器是电真空器件，因而其体积、质量都比较大。
（2）紫外固体成像器件。III-V族化合物半导体如GaN（氮化镓）InN（氮化铟）、AIN（氮化铝）这三种材料的禁带宽度分别为3.4eV、1.9eV、6.2eV,覆盖了从可见光到紫外光波段,从而使紫外探测、成像器件的制作材料的选择有了很大的空间。与成熟的Si相比，III-V族化合物半导体材料普遍具有耐高温、低介电常数、耐腐蚀、抗辐射等优良特性，非常适合制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成器件。在这些材料中，以GaN和AlGaN尤为突出。GaN是一种宽禁带的半导体，它十分稳定，具有强硬度、抗常规湿法腐蚀的特点，用它所制成的探测 器对能量大于3.4eV的光子有很大的响应度，因而它主要用于紫外光探测与成像。显然，紫外固体成像器件具有高可靠性、高效率、快速响应、长寿命、全固体化、体积小等优点，因而在宇宙飞船、火箭羽烟探测、大气探测、飞机尾焰探测、火灾等领域内发挥重大作用。GaN基紫外探测器的结构主要有光电导型、光伏型。光伏型结构中又分PN结型、PIN型、肖特基结型、MSM型、异质结型等。
PIN、肖特基势垒、MSM结构可见光盲的紫外光探测器，在性能和应用上各具特点。PIN器件受材料性能质量影响较大，对材料制备要求高，金属/半导体接触的欧姆接触质量对器件性能有重要影响，特别是对P型（Al）GaN,需要沉积高功函数金属，低接触电阻的欧姆接触制备比较困难。肖特基势垒和MSM结构制造相对简单，以真空沉积和光刻工艺为基础的肖特基势垒和欧姆接触制备是关键，不同的表面预处理、沉积条件和退火工艺，对肖特基、欧姆特性有极大的影响，可以根据不同的应用场合及工艺实际情况，对器件结构进行合理选择。下面简介一下MSM紫外固体成像器件。
2.金属-半导体-金属（MSM）结构器件
MSM紫外器件的特点是制造简单和易于单片集成，其典型结构如图4-44所示。由图可见，在蓝宝石衬底上用MOCVD生长AIN缓冲层、CaN基半导体光激活层，在激活层上沉积指栅状电极并形成肖特基接触。MSM紫外光电探测器本质上是一个背对背串联的两支金属-半导体接触二极管。当外加偏压时，一个结为正偏置，另一个结为反偏置。随着外加电压的增加，反偏置的耗尽层宽度增大，而正偏置的耗尽层宽度减小，但是其总的耗尽层宽度逐渐增加。
图4-44 MSMzi紫外器件结构
实践证实，CaN与AIGaN的MSM紫外光探测器，具有很低的暗电流、可见光截止特性好、速度快、噪声低。据报道，GaN的MSM,在10V反偏时暗电流为57pA；在40V反偏时暗电流小于0.35μA。时间响应受测量系统的RC时间常数限制，器件的渡越时间远低于10ns,在28V偏压下，CaN探测器的NEP*低于17pW/HzRAIo.25Gao.75N光电二极管NEP*达24pW/Hzl/2。
X射线光成像器件
x射线是由高速带电粒子与物质原子的内层电子相互作用而发出的，其波长短、光子能量大、透过能力强。X射线的本质与可见光、红外光、紫外光，以及宇宙射线完全相同，均属于电磁辐射，具有波粒二重性。它的波长范围在103~10nm,短波方向与舟t线相接，长波方向与紫外光相接，一般称波长在0.1〜10nm的X射线为软X射线，波长在0.001-0.1nm的X射线为硬X射线。X射线在医学透视、无损探伤、X射线衍射、天文学、材料学等方面有着广泛的应用。
为减小X光对人体的危害，最有效的方法有三种。
（I）减小X光照射的剂量，在低剂量X光的照射下，釆用对穿透后的X光进行图像增强的办法获得比高剂量照射同样的效果。
(2)利用图像传感器将现场图像传送到安全区进行观测，这既可以使医务人员离开现场，又可以通过计算机进行图像计算、处理、存储和传输。
(3)上述两种方法的结合，是最理想的方法。用CCD图像传感器的特性和X光像增强器，就可以完成上述两种方法的有机结合。
X射线频段的图像传感器技术在安检、医学透视、无损探伤、X射线衍射、天文学、材料学等方面有着广泛的应用，本节介绍X射线频段的图像传感器的类型、常用的X射线计算机断层扫描技术、直接数字X射线影像器件(DDR或DR)等。
1.X射线成像器件的类型
X射线探测与成像器件按X光的转换方式，主要有下列四种。
(1)X射线胶片成像技术。这是世界上最早的探测X射线的方法，有很高的分辨率，可以长期保存观察，因而到目前一直被大量使用。但其缺点是X射线胶片光量子效率极低，X射线剂量大，需要单独的拍片室和冲洗室，不能实时观察，不便于存储和处理，且属事后(非实时)处理，故被后来发展起来的各种X射线荧光转换屏所部分替代。
(2)X射线荧光转换屏技术。X线荧光转换屏(增感屏)由输入窗基底/反光金属膜/X线荧光粉/含铅的透光玻璃等层组成。其中的荧光粉原子受X射线光子激发，产生人眼或照相版敏感的荧光，其亮度正比于输入点X射线辐照强度。荧光转换屏输出光处理方式是：
①供人眼直接观察，如医院的大型透视仪就是这种转化屏，但对人体有伤害，现很少进行。
②可供照相底板拍成照片，现还在广泛应用。
③利用摄像机将其图像转换成电视(TV)图像供人观看，或转化为数字图像进行保存和处理。
④CR(ComputedRadiongraphy)成像技术。使用激发荧光(IP)板来代替增感屏+胶片组合，该荧光板经X射线照射后会有电子激发，从而得到对应的X射线强弱影像信息，经激光束扫描获得光信号，再由模/数转换而成数字信息送入微机处理。
⑤在荧光屏上集成光电二极管阵列，将图像转换成数字图像，该技术属于间接数字X射线影像(IndirectDigitalRadiograph,IDR)技术。
(3)X射线影像增强器成像技术，有两种方式。
①利用X射线光电阴极，x射线激发光电子，然后将光电子像增强转换成可见光图像，再通过光学系统将光学图像耦合到电视摄像机上形成可实时观看的视频信号。
②利用X射线转换屏，将转换荧光粉与可见光光电阴极做成一体，荧光粉发出的光致使光电阴极发射光电子，将光电子像增强成像在输出荧光屏上，而后通过光学系统将光学图像耦合到电视摄像机上形成可实时观看的视频信号。
(4)直接数字化成像技术。直接数字X线影像(Direct Radiograph,DR)或DDR(Direct Digital Radiograph)技术将X射线光直接转换成电子信号，然后转换成图像。
由于光电与计算机处理技术的发展，从根本上改变了医学影像釆集、显示、存储、交换方式和手段，从而产生了X射线胶片信息数字化、X射线计算机断层扫描技术、X射线TV影像、X射线影像光电二极管阵列成像等，使X射线成像技术正在进行着一场重大的变革。
2.X射线计算机断层扫描技术
1971年，豪斯菲尔德研制成功世界上第一台X射线计算机断层扫描（Computerized Tomograpy,CT）机，X射线管置于患者上方，绕检查部位旋转，患者下方的计数器也同时旋转。由于人体器官和组织对X射线吸收程度不同，病变组织和正常组织对X射线的吸收程度也不同，这些差别反映在计数器上，经计算机处理，便构成了探测对象各个部位的横断图像呈现在荧光屏上，它解决了X射线照相的前后物体图像重叠问题，大大提高了医学诊断的可靠性和准确性。
X射线CT机已经发展到第四代，它用多个X射线管组成50º的扇形束，用600〜2400个检测器排列成环状，扫描时间仅Is。目前,CT机正向第五代过渡，只要0.01s就可以捕捉到人体生理活动的动态信息。
3.直接数字X射线影像器件（DDR或DR）
这是新型的X射线成像器件，已经成功制造出以硒为基底，直接转换的能实现高清晰的数字透视和射线照相的平面X射线探测器。这种平面探测器是面积为23cmx23cm的二维平面，它由光电材料（非晶态硒）和一系列薄膜晶体管阵列（TFT）组成，该薄膜晶体管上的探测元尺寸为150μmX150μm。该探测器能以高达30幅图像的速率实现数字透视和射线照相，并提供有很好的空间分辨率的数字动态像和静态像，并确实能取代己经使用了超过50年的常规的X射线图像增强管。在即将到来的完全数字成像诊断和医学信息网络化的时代，人们期望这种探测器能适用于不同的检查，从一般的射线照相到肠胃、心脏及血管的检查，都有很多临床上的优势。
利用直接转换平面探测器来获得动态图像，是通过将穿过人体或物体的X射线直接转换成电信号以产生完全的数字动态和静态图像。X射线转换单元如图4-46（a）所示，在该单元中，非晶态的硒被用作光电材料，将X射线转换成电信号。当X射线照射到一层非晶态硒上时，便产生正负电荷，其数量正比于X射线的照射量。接上几千伏的电压，产生的电荷就会沿着电场方向移动，并作为光电流被存储起来。TFT技术被用来在一块玻璃底面上制作一个200万以上的探测器元阵列，如图4V6（b）所示。每个探测器元包括一个电容和一个TFT,当X射线照射到转换单元时，产生的电荷便聚焦到电容器里。若TFT被一束从快速变化单元发出的处理信号激活时，存储的电荷便作为电信号被读出到快速变化单元。该单元产生的处理信号连续激活探测器元阵列中探测元的薄膜晶体管，由于这些处理信号而产生的电信号被放大，并被传送到A/D转换器。
由于直接转换法不存在光的散射，而间接转换方式将在X射线转换为光时，光的散射会导致图像质量恶化。因此，与间接转换方式相比，直接转换方式的水平分辨率要高出1.5〜2倍。与最好的间接成像方式相比，直接成像方式剂量下降一半，仍然能获得质量很好的图像。目前,1536x1536个像素的直接成像器件已研制成功，像素间距为150μm，在9inx9in的面积中，能够以30帧/s的影像读取出来。并且，17inxl7in的大尺寸X射线传感器已达到实用化水平,它能够拍摄胸部和大腿部位等大范围的X线图像，不仅是医疗设备，而且可将其用于半导体的无损检查和食品的防异物设备等领域。
图4-46 直接X射线成像的像元结构及像元电路
基于DR直接数字成像系统产生的图像质量，完全可与胶片照相媲美，在大多数领域可以代替胶片照相。就像数码相机代替普通相机一样，这种技术将引起X射线检测技术的一次革命，从而可实现X射线图像检测的高质量、高效率、低成本。直接X射线数字成像系统的体积与质量小，图像质量好，应用范围也较宽。
特种光电成像器件在安防中的应用
1.红外光成像器件在安防中的应用
红外光成像器件即红外光电成像器件，它主要是探测采集红外频段的图像传感器。我们在安防视频监控系统中的摄像机，实际就是以半导体硅（Si）的光敏二极管面阵列构成的CCD或CMOS图像传感器为核心组成的摄像装置。而半导体硅（Si）感应的光谱范围是400-1lOOnm的范围，即这种摄像机对可见光与780-1lOOnm、的近红外光敏感，因而可做成日夜型摄像机，只不过在镜头与图像传感器间加一红外截止滤光片进行切换即可（注意：白天用它来阻断红外光进入，以排除其干扰，而形成好的彩色图像；夜晚将红外截止滤光片切换幵，使红外光进入，只形成黑白图像）。为增强该图像传感器探测的灵敏度，通常需加900nm的发光二极管LED或红外半导体激光管LD对监视场景照明。这种红外图像传感器构成的红外摄像机，各种文章介绍得很多，本节这里只介绍特殊的红外图像传感器，即红外焦平面阵列器件IRFPA等。
就红外热成像技术在智能视频监控系统中的应用为例，即可说明红外图像传感器在公共安全中应用的重要性，并且这种应用往往是普通摄像监控与常用的带红外光灯的红外摄像机所不能完成的。其具体的应用有如下5点。
（1）真正做到24h及恶劣气候条件下的全天候智能视频监控。普通的视频监控要想做到24h全天候的监控，只能用日夜转换摄像机加上红外灯。而红外热成像仪，是被动接收目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜24h均可以处于运行状态而正常工作，并随时对背景资料进行分析，一旦发现变化，可以及时发出预/报警，并可以通过其他智能设备自动对有关情况进行处理与上报。
在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差。而工作在8〜14μm波长的长波红外热成像仪，其穿透雨、雾的能力较强，从而仍可以正常地观测目标，因此，在夜间以及恶劣气候条件下，采用红外热成像监控设备可以对各种目标,如人员、车辆等进行24h智能监控。
（2）对伪装及隐蔽的目标进行智能视频监控与识别。当人体和车辆隐蔽在草丛及树林中时,它的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此很容易被红外热成像仪自动识别出来。
此外，普通监视摄像头是无法看到发光物体表面掩盖下所隐藏的物体的，如对被埋藏的盗窃物品、尸体等就不能有效地检测识别出来。而利用红外热成像技术所研制的红外热成像仪则可以检测识别出来，因为当某处的表面被弄乱时，该表面的热轮廓也会被破坏，如翻过的土壤热辐射和压实的土壤热辐射是不同的，因此通过红外热成像仪的这种功能可以找到被埋藏的赃款赃物或被埋的尸体等。
(3)进行火灾的智能视频监控与识别。由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效的防火报警设备。例如，在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的，这是毁灭性火灾的根源。用现有的普通监视系统，很难发现这种隐性火灾苗头，然而用飞机巡逻，采用红外热成像仪，即可透过烟雾发现着火点，把火灾消灭在萌芽阶段。
在住宅小区、机场、码头、学校等人流密集的场所，通过红外热成像仪探测的红外热图像，均能迅速及时监测到火灾源头，进行预/报警，以便及时采取行动进行处理。
谷物粮仓往往会发生自燃现象，过去一般采用温度计测量其温度变化。采用红外热像仪可以准确判定这些火灾的地点和范围，从而做到早知道、早预防、早扑灭。
据保险公司的统计数据表明，在所有电气设备隐患中的25%以上是引发火灾的主要原因，即由于插头接触不良引发的。红外热像仪还可以用来探测电气设备的不良接触，以及过热的机械部件，以免引起严重短路和火灾。对于所有可以直接看见的设备，红外热成像产品都能够确定所有连接点的热隐患。对于那些由于屏蔽而无法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外面的部件上的情况，来发现其热隐患。而利用红外热成像产品，可以很容易地探测到回路过载或三相负载的不平衡。例如，我国利用自制的热像仪对华北电力网内的20座发电厂、8座变电站和24条高压线的10000多个插头进行了过热检查，发现不正常发热点500多处，严重过热为100处，做到及时处理，从而未发生火灾事故。
此外，即使是在火灾过后，消防人员也能通过现场红外热成像仪的监视图像，开展对火灾现场卓有成效地搜救工作。
值得一提的是，使用红外热成像产品代替传统方法检测维修，还可以节省大量费用。如一个典型的办公大楼(250000平方英尺，10层)，平均维修费用为6500美元。若用红外热成像产品检查，只要一天便可以完成对所有电动机控制，配电盘和开关装置的检查(并包括各种机械设备)，其检查服务费为600〜800美元，它的费用仅是传统方法费用的l/10.
(4)对边防、周界入侵进行远距离有效地监控与识别。大家知道，我国边境线甚长，海洋也辽阔，由于野外环境的恶劣，特别是在下雨、下雪、大雾、大风的日子，许多系统都不可能很好地担当起防范作用。如果釆用人员巡逻，利用望远镜进行观察，往往由于可见光波长短，使观察效果不理想，根本不可能做到全天候，这样难免不造成漏查、误査和失查的现象。利用红外热成像仪，可以探测到不同物体的红外辐射，因而可以远距离地进行观察，尤其适用于风雨天气。如在边境地区放置红外热成像仪，就可成功地破获非法入境者案件，显然，其效率大大高于人工巡查。
目前在海边走私，常常利用“大飞”来进行，这些“大飞”无灯光、马力大、机动性强，往往容易摆脱缉私人员和边防人员的追踪。而有了红外热成像仪，就可以迅速、远距离地跟踪这些“大飞”，其距离可达数公里。即使在雷达的死角，这个系统也可以正常运行，特别是在黑夜和恶劣的天气下，均可以充分发挥其良好的特点。
此外，利用红外热成像技术可远距离地对周边入侵进行监视，不仅能够实时预/报警，而且能够查看当时所入侵者的红外监控图像，从而做出分析，达到一般监视系统无法达到的效果。
(5)对被遗弃的行李包裹等遗留物体进行有效地检测与识别。对于被遗弃的行李包裹等遗留物体，普通监控摄像头由于受自然光成像的局限，只能看到行李包裹的外部特征，很难观察到行李包裹内所装的物品，因而无法对其进行分析。但是，由于物体产生的热量在发出红外辐射的同时，还在物体周围形成了一定的表面温度分布场，而不同物体的发热功率也不尽相同，因而不同的物体内部所发出的热扩散和物体表面温度也是不同的。因此，利用红外热成像技术，可以轻而易举地对行李包裹的内部物品进行透视与分析。因为通过红外热成像技术所观察到的行李包裹的红外热图像，必然会呈现岀其不同的表面温度特征。通过智能分析行李包裹的红外热图像的特征，即可推论出其内部物品的特征，从而就可对其进行适当地处置，如可检测分析识别出，被遗弃的行李包裹等遗留物体内部的可燃物与爆炸物等。
2.紫外光成像器件在安防中的应用
(1)用于导弹探测与告警。为了对付导弹的威胁，导弹入侵的探测与报警是必要的设备。目前的导弹的探测与入侵报警方式主要釆用雷达工作的主动式探测报警和包括红外、激光和紫外探测告警为主的被动式报警。紫外告警探测器是通过探测导弹尾焰中的紫外线辐射来探测目标的，因为任何尾焰中都含有近紫外(NUV)和中紫外(MUV)线，这为紫外探测导弹并告警提供了可能。如美国在1998年就为美国海军的C-1305直升机和P-3S运输机研制成功世界上第一台新型的AAR-47紫外探测告警系统，它在太阳光的中紫外盲区内探测导弹尾烟的紫外辐射，从而解决了红外探测告警系统的虚告警问题。美国西屋公司在海军资助下也研制出PMAWS-2000紫外探测报警器，主要装备在各种战斗机、坦克和装甲车上。紫外探测告警系统在问世不到10年的时间内就发展了两代产品十余种型号，从而迅速成为机载导弹逼近探测告警系统的重点发展方向。
紫外探测告警系统最显著的特点是将响应波段置于太阳光的中紫外盲区，由于在这个波段内几乎没有自然光辐射，因而背景噪声非常小，从而减轻了信号处理的负担，使得紫外探测告警系统能将虚告警率控制在很低的程度。紫外探测告警是利用“太阳光谱盲区”的紫外波段探测导弹的火焰与尾焰，由于它对太阳光和普通灯光均不敏感，因而虚警率低；同时它不需要低温冷却，不扫描，探测告警器体积小、重量轻。所以，紫外探测告警以其独特的优势，在导弹逼近探测告警系统(MAWS)的发展中占有极其重要的地位。随着紫外探测与成像技术的不断完善，紫外探测告警系统将为导弹探测告警提供更有效的手段。
现在，又研发出一种铝镓氮(AlGaN)的新型探测材料，它对火箭发动机发出的、太阳射线中没有的一种窄波段紫外线波长非常敏感。这种技术将使导弹探测预警系统能够探测出从上方飞来的导弹，并使探测紫外线的导弹探测预警系统更加有效地为地面武器系统预警。
(2)用于紫外探测制导。随着红外对抗技术的日趋成熟，红外制导导弹的功效将受到严重威胁。为了反红外对抗技术，探测制导技术正在向双色探测制导方面发展，这其中也包括红外/紫外双色探测制导方式。在受到敌方红外干扰时，仍可使用紫外探测器探测目标的紫外辐射，并把导弹导引至目标以进行攻击。据报道，美国及北约盟军的陆海军装备使用的尾刺(StingerPost)对空导弹中就采用了这种红外/紫外双色探测制导技术。白天飞机反射的日光的紫外波段功率很强，则用紫外波段跟踪目标。夜晚紫外波段辐射功率小于红外辐射，则自动切换成红外波段跟踪目标。美国的“毒刺”导弹就采用紫外/红外复合寻的器，法国的“西北风”导弹也釆用多元红外/紫外复合寻的制导方式。
（3）用于紫外通信、监视天空、研究远距离星体等。紫外通信具备了许多其他常规通信方式所没有的优点，如低窃听率，高抗干扰性、低位辨率、全天候工作等。因此，紫外通信受到对通信保密性、机动性要求较高的部门的广泛重视，是一种具有极大发展潜力的新型通信方式。目前已成功地将此技术应用于空间飞行器与卫星间的秘密通信及海军战舰之间，以及战舰与舰载机的联络等方面。
此外，紫外辐射探测与紫外摄像完全可用于监视天空、研究远距离星体等方面。
（4）用于公安刑侦、纸币与证件防伪。在刑事犯罪现场，用紫外摄像机可在非渗透性的光滑表面，如陶瓷、打蜡的地板、油漆家具表面、相片等物体表面观察到反差加强的犯罪分子遗留下的无色汗液指纹。
此外，紫外摄像机还可用来辨别纸币、证件、票据等的真假。
（5）大面积监视输电线的隐患。用紫外摄像机可大面积监视输电线的隐患（如绝缘子的碎裂，可能会造成停电）提供了一条有效的途径，如用紫外摄像机可探测作为高压输电线和高压设备漏电征兆的电晕放电现象。但这种摄像机只能在夜间工作，因为在夜间，紫外B区域和紫外A区域的太阳辐射不会把这两个波段中微弱的电晕放电效应掩盖起来。
3.X射线光成像器件在安防中的应用
（1）主要用于通道的安全检测。X射线图像传感器应用较广，尤其在医学领域，在公共安全领域最典型的就是用于安检机。所谓安检机，也称为安检仪、安检X光机、行李安检机、通道式X光机、物检X光机、X射线安检仪、X光行李安检机、X射线检测仪、X射线异物检测机、X光安检机、X光行包检测仪、三品检测仪、三品检查机、三品检査仪、查危仪等。
其安全检测原理是，借助于输送带将被检查行李送入X射线检查通道而完成检查的电子设备。行李进入X射线检查通道，将阻挡包裹检测传感器，检测信号被送往系统控制部分，产生X射线触发信号，触发X射线源发射X射线束。一束经过准直器的扇形X射线束穿过输送带上的被检物品，X射线被检物品吸收，最后轰击安装在通道内的双能量半导体探测器。探测器把X射线转变为信号，这些很弱的信号被放大，并送到信号处理机箱做进一步处理。
它用彩色图像显示根据物质材质，24位真彩色显示，如有机物显示为橙色，无机物显示为蓝色，混合物显示为绿色等，并能辅助探测一些毒品炸药等危险物品。
（2）典型的安检机。除探测大型物品的安检机外，对中小型物品的安全检查的典型的安检机如下。
①650mmx500mm（简称GG-6550）多能量安检机。它釆用以计算机控制和图像处理为核心的最新技术，使得分辨率更高、图像更为清晰、鲜明、更便于对被检测物品的识别。该设备的通道尺寸适中，占地面积少，适用于机场、海关、车站、港口、核电站、政府机关、邮检中心、法院、大使馆、会议场所、仓库等地对中小型物品的安全检查。
②500mmx300mm（简称GG-5030）单能量安检机。它釆用逐行扫描方式和智能算法，使得图像稳定清晰、分辨率高，便于对金属武器等小件物品进行检査。其设备体积小、重量轻、耗电低，自诊断功能完善，便于操作和维修，适用于机场、海关、车站、港口、核电站、政府机关、邮检中心、法院、大使馆、会议场所及等地对小件物品的安全检査。
③低剂量手提式X光安检机。产品具有重量轻、便于携带、射线剂量低、无须防护，无须暗室，可直接透视等优点，广泛应用于医院手足外科、显微外科、中医整骨手法复位、闭合穿针等领域；同时在运动员骨龄检测，工业产品无损检测，公安、海关行包，动物医院检查等。
