http://it.sohu.com/87/06/article16360687.shtml
「知其然，還要知其所以然」，在我們領略了紅外線攝影的無窮魅力後，如果對其成像原
理有了全面而深刻的瞭解，便能幫助我們拍攝出更加美妙的影像來。
早紅外線的發現
在1672年人們就發現了太陽光(俗稱白光)是由各種顏色的光復合而成，隨後牛頓做出
了單色光在性質上比白光更簡單的著名結論。無論是當時還是現在，我們都可以利用分光
稜鏡把太陽光分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等單色光，這也是很多光電試驗中合成
白光的原理。
1800年英國物理學家赫胥爾從熱的觀點來研究各單色光時發現了紅外線，並且把光譜
中看得見的那部分波稱為「光」（可見光），而人眼看不到的波則稱為「線」，並習慣地
命名為紅外線。顯然這樣來對紅外線進行定義是不科學的，爾後科學家的研究表明，紅外
線這種電磁波在實際應用中可劃分為以下三個波段:
近紅外:波長為0.77～3.0μm、
中紅外:波長為3.0～30μm、
遠紅外:波長為30～1000μm。
通常情況下的紅外線攝影可以感應的紅外線波長範圍為770～1000nm。紅外線成像設
備的特殊之處就是能探測這種物體表面所輻射的不為人眼所見的紅外線，它所反映的是物
體表面的紅外輻射場，即溫度場，幫助我們看到肉眼觀察不到的事物，從另一種角度來觀
察我們所熟悉的事物。
紅外線成像的原理和黑體的紅外輻射規律
所謂黑體，簡單地講就是在任何情況下對一切波長的入射輻射吸收率都等於1的物體
，也就是說完全吸收。作為自然界中實際存在的任何物體對不同波長的入射輻射都有一定
的反射(吸收率不等於1)，所以黑體只是人們抽像出來的一種理想化的物體模型。但黑體
熱輻射的基本規律是紅外線研究及應用的基礎，它揭示了黑體發射的紅外熱輻射隨溫度及
波長變化的定量關係，同樣，這也是我們研究紅外成像的基本出發點。
黑體定律分別由以下三個基本定律構成：(1)輻射的光譜分佈規律——普朗克輻射定
律；(2)輻射功率隨溫度的變化規律——斯蒂芬-玻耳茲曼定律；(3)輻射的空間分佈規律
——朗伯餘弦定律。以上三個定律共同闡述了凡是溫度高於開氏零度（絕對零度）的物體
都會自發地向外發射紅外熱輻射，而且黑體單位表面積發射的總輻射功率與開氏溫度的四
次方成正比，溫度只要有較小的變化，就會引起物體的輻射功率發生較大變化。以上定律
正是紅外線成像的原理基礎，即只要有溫度存在，就有紅外線攝影的可能。理論上，自然
界中的一切物體，只要它的溫度高於絕對零度(-273.15℃)，就存在分子和原子無規則的
運動，其表面就會不斷地輻射紅外線。任何存在有溫度的物體，除可以發出波長在380～
770nm的可見光外，還可以發射不為人眼所見的波長為770～1350nm範圍的紅外線。因此，
紅外線的最大特點就是普遍存在於自然界中，也就是說，任何「熱」物體雖然不發光但都
能輻射紅外線，因此紅外線又稱為熱輻射線，簡稱為熱輻射。
紅外線攝影的特點
很多人對於紅外線攝影照片表現出來的色調和影像的質感感到驚異，其實這並不奇怪
，因為紅外線與可見光相比的一個特點是色彩更加豐富多樣。由於可見光的最長波長是最
短波長的1倍(380nm～770nm)，所以也叫作一個倍頻程。而紅外線的最長波長則是最短波
長的10倍，即具有10個倍頻程。因此,如果可見光能表現自然界中的7種顏色，則紅外線便
能表現70種，因此具有極其豐富的色彩表現力。
另外紅外線還具有良好的穿透性，如穿透煙霧、水氣等，因此在航空攝影、軍事攝影
和其他題材攝影中有著不可替代的地位，例如航空攝影可以利用紅外線發現健康、不健康
的樹木，森林，地脈甚至礦藏；醫學上可以用於人體組織的穿透；科研及工程攝影可以用
於鑒別印色，穿透織物；普通紅外線攝影可以利用發散性產生虛幻的圖畫效果等等。
滿足紅外線攝影需要的條件（鏡頭和濾光鏡）
紅外線攝影可以使用普通鏡頭，但是在使用紅外濾鏡配合普通鏡頭進行紅外線攝影時
，鏡頭通常不對紅外區進行校正。尤其是在利用傳統的紅外乳劑膠片進行聚焦時，必須稍
稍增大相機鏡頭的伸長量。這是因為普通鏡頭設計的焦距是針對可見光的，因而在拍攝紅
外線時相應的焦距設定應大於拍攝可見光時的焦距，即使是在使用單消色差或復消色差鏡
頭的時候，這一點也適用。此外，由於紅外線波長比可見光的波長要長得多，其焦距不可
能與可見光一致。因此須要專門對鏡頭進行紅外區校正，一些傳統相機鏡頭為了達到對紅
外光準確對焦的目的，專門設計了一個紅外聚焦指數。而對於其它相機，必須通過多次實
驗以確定鏡頭所須增加的伸長量，通常是以0.3～0.4％焦距的數量級進行手工校正。
由於紅外線光譜感應範圍較廣，因此無論是傳統紅外線攝影還是數碼紅外線攝影都需
要一個阻擋可見光及紫外線輻射，同時又可以透過紅外線的特殊濾光鏡，即紅外線濾鏡（
Infrared Filter），並且根據經驗和感光材料的光敏範圍來確定和選擇紅外線濾鏡的濾
光係數。紅外線濾鏡在這個過程中起到的作用類似於帶通濾波器的作用，讓所需要波長的
紅外線通過，而將其它波長的光線阻斷。
紅外線攝影的感光器件（傳統膠片和CCD/CMOS）
在傳統攝影中，目前我們生產的黑白、彩色增感類材料可以滿足絕大多數普通攝影的
要求，並且對於某些特殊的用途，比如紅外線攝影，則可以通過增加膠片乳劑的波長敏感
度來增加它對於紅外線的感光度，滿足人們的需求。
紅外增感染料在20世紀初被發現，直到20世紀30年代才得到廣泛的應用。現在，紅外
增感染料所能夠賦予的感光度已經被提高到了1200nm的光譜區域。但是在波長大約為
1200nm時，雖然也可以實現材料增感，但是其輻射可以被水吸收，已經失去了實際使用意
義，這使得記錄波長更長的光譜在傳統膠片領域成為一件比較困難的事情，因此為數碼相
機的感光器件CCD/CMOS在這個領域的應用提供了機會。
使用數碼相機的CCD（光電耦合器）/CMOS作為感光元器件進行紅外線攝影與傳統紅外
線攝影最大不同的是，CCD/CMOS自身具備了400～1200nm的感光能力，涵蓋了紅外線的基
本波長光譜。只是在一般的狀況下由於可見光的光量遠大於紅外光，因而使用數碼相機拍
攝時並不能看出紅外線效應，另一個原因則是許多數碼相機的鏡頭都裝有紅外線消除濾鏡
（IR cut filter），過濾了大部分紅外線。但是紅外線消除濾鏡的好壞和數碼相機所採
用CCD/CMOS感光器件對紅外線的靈敏程度才是決定數碼相機是否具備紅外線攝影能力的重
要因素，為此我們可以使用一般家用電器的紅外線遙控器對著數碼相機鏡頭，並按下遙控
器按鍵，同時從相機的LCD 或EVF（電子取景器）中觀察是否能看到明亮光點的方法來判
斷您的數碼相機是否具備紅外線攝影的能力。
影響紅外線攝影的潛在因素
紅外線攝影可能會受到很多外部條件制約和影響，其中最主要的包括：
1.拍攝題材的材料性質的影響：不同性質的材料因對輻射的吸收或反射性各異，因此
它們的紅外線發射性能也不盡相同，對於紅外線的敏感程度也不同。
2.表面狀態的影響：任何實際物體表面都不是絕對光滑的，總會表現為不同的表面粗
糙度。因此，這種不同的表面形態將對紅外線反射率造成影響，從而影響發射率的數值。
這種影響的大小同時取決於材料的種類。
3.溫度影響：溫度對不同性質物體的影響是不同的，很難做出定量的分析，只有在拍
攝過程中積累經驗。
4.物體之間的輻射傳遞的影響：物體對於給定的入射輻射必然存在著吸收、反射，而
當達到熱平衡後，其吸收的輻射能必然轉化為向外發射的輻射能。因此，我們在拍攝時，
要注意熱輻射源的方向和時間，使其它物體的影響降到最小。
5.大氣衰減的影響 ：大氣對物體的輻射有吸收、散射、折射等物理過程，對物體的
輻射強度會有衰減作用，我們稱之為消光，這個問題在航空紅外線攝影的時候必須認真考
慮和對待。
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