红外热成像可以无接触、无损伤地探测任何温度高于绝对零度（-273.5℃）的物体的热辐射分布,从而获得物体的损伤、形变、缺陷和变异等信息。基于此,红外热成像技术被广泛应用与军事、医疗、交通、建筑、农业、工业等各个领域。红外热成像结合机器视觉的研究可以使红外探测更加智能、更加便捷,必将进一步地推动和扩展红外热成像技术的应用。所以,开展红外热成像技术及其机器视觉应用的研究,对未来实现红外热成像的全面应用,推动国民经济的发展,以及提高各行业的发展水平具有重大的研究意义和应用价值。本文的研究目的在于对红外热成像系统涉及到的光学设计、图像增强等技术进行深入研究,为未来红外热成像的相关技术研究提供理论基础和方法指导;另外,对红外热成像结合机器视觉的应用进行研究探索,为未来红外热成像机器视觉的应用研究提供思路和方法。本文研究的内容比较丰富,将红外热成像及其机器视觉应用领域的研究作了一定的拓展,其中最主要的研究内容有以下4个方面:（1）针对折-反射式红外热成像全景光学系统的色差难以优化、反射镜的面型难以设计的问题,本文以二次曲面为反射镜的基础面型,基于平面对称光学系统像差理论,构建了折-反射式红外热成像全景镜头中二次曲面反射镜的的初始结构参数及其像差之间的函数模型,然后利用遗传算法进行函数最小值的优化,同时利用梯度下降算法加快收敛速度,得到了与反射镜最小像差对应的二次曲面反射镜的初始结构参数。然后,将二次曲面反射镜的初始结构参数输入光学设计软件,模拟二次曲面反射镜的光学系统,并以其最小像差处为折-反射式红外热成像全景光学系统的折射透镜组的物方进一步设计优化整个全景热成像光学系统,最终得到了一个像质良好,并且水平视场为360°,垂直视场范围达到20～110°的红外热成像全景光学系统。本文提出的全景红外热成像镜头的设计方法使原本超大视场的折-反射式系统,简化成了常规的普通视场的折射式光学系统进行优化设计,使设计变得简单化、实用化,为类似的光学系统设计提供了有价值的参考。（2）针对红外图像非均匀性强,图像细节模糊、对比度低的特点,本文提出了一种结合了反向传播神经网络算法和双边滤波算法的红外图像增强方法。首先,将传统反向神经网络传播结构中的误差项的图像实际输出值进行双边滤波,再将处理后的结果替代原本没进行滤波的图像输出值,不断修正算法结构中的参数,以得到更小的误差函数的值,从而得到更清晰的图像。该算法很好地利用了反向传播神经网络算法的误差反向计算、非线性映射的特点,以及自适应性强和泛化能力突出的优势,并且结合了双边滤波算法能够平滑图像噪声、保留图像边缘细节的特点,有效地降低了红外图像的噪声,提高了图像的对比度,为红外图像的增强提供了一种可行的新算法。（3）针对目前红外热成像检测和识别水果早期瘀伤的研究存在的两个不足:一是水果的红外图像采集方式复杂,二是用于瘀伤识别的算法单一,准确率有待提高。本文以库尔勒香梨早期瘀伤的检测和识别为目的,摸索出了库尔勒香梨的红外图像的简易的采集方式,并进一步分析了采集时的外部因素对其红外图像清晰度的影响。此外,还采集了3000多张库尔勒香梨的红外图像作为数据集,改造和调试了传统的深度学习模型使之适用于本文的数据集的识别,经过反复的实验调试,可以使库尔勒香梨早期瘀伤的识别准确率高达99.3%。本文基于深度学习算法和红外热成像检测和识别库尔勒香梨早期瘀伤的实验研究为水果或其他物体的红外热成像机器视觉检测和识别提供了一种合理的研究思路和实验方法。（4）针对高温人群的体温自动测量报警的系统复杂、成本较高等问题,本文搭建了成本较低、实时性较高的红外热成像机器视觉人脸追踪测温系统。本文利用Flir Lepton3.5红外测温模组,相关的电子元件,以及使用3D打印技术制作的机械结构件搭建了硬件系统,并基于Open MV开发调试了软件系统,然后,做了相关的实验测试和分析。结果表明,该系统能够对不同角度的人脸进行实时、准确的检测,并且可以通过计算人脸图像中心位置的移动量控制硬件系统对人脸进行实时追踪。本文搭建的红外热成像人脸追踪测温系统在一定程度上拓展了红外热成像机器视觉的实际应用。综上所述,本文的研究工作可以为红外热成像技术及其机器视觉应用相关的研究提供一定程度的技术支撑和方法指导。