使用FRED的图形用户界面和它的内置脚本语言，我们可以轻松地实现热辐射和成像。尽管强力的光线追迹同样是可能的，FRED使用了应用标准光学工程算法的高效运算器来实现热成像和辐射计算。使用源自辐射度量学的技术，用FRED追迹必要数量光线的可能需要的时间，我们可以高效并精确地完成热成像、冷反射、杂散光、热照明均匀性和热自发辐射的计算。
1. 热辐射和热成像是什么？
热成像定义为产生一个场景的可视化二维图像的过程，该图像依赖于从场景到达成像仪器孔径的热辐射或红外辐射的差异。热成像系统通常会减去背景来增强在红外场景中变化的对比度。当背景不均匀时，由于冷反射的存在，可能产生杂散信号。对于国防和安全问题尤为重要，在其中我们可以发现具有不同热温度或辐射率的物体，此时可以从图像场景的剩余部分区分出它们。对于这个问题的主要应用是：探测、分类和追迹隐藏在个人身上、包裹中、车辆上或船运集装箱中的武器、人员、车辆、物品和材料。图1是一个非常好的案例，当在FRED中进行仿真时，一个日常用品：茶壶，通过一个具有热探测仪的摄像头成像。
热辐射是从一个光学仪器周围的环境或结构中发出的能量，它会引起杂散光问题。冷反射是一个热辐射问题，由于反射到探测器上的辐射，在一个红外系统中的热辐射表现为在一个显示图像中的黑色圆形区域。
通常，这些系统通过探测叠加在大的背景上的小信号工作。在室温下，黑体辐射曲线的峰值大致在10μm处。因此世界在这个波长处“发光”，发光的微小变化表明了温度或辐射率的变化。特别的，当一个冷却的探测器图像反映了自身，那么就会产生一个局部背景的缺失。这通常表现为在图像中央的黑点。有人可能称之为“杂散黑”，而不是杂散光。
在测量绝对辐射而不是相对信号的红外辐射仪中，任何背景辐射是不可接受的。在这样一个仪器中，冷却整个仪器到低温度来消除由于自辐射导致的杂散光是必须的。
图1 此图演示了一个在茶壶表面具有不同辐射系数和温度分布的暖茶壶的简单问题。然后茶壶通过单透镜成像，探测器放置在单透镜后面。这种机械结构辐射到了探测器上类型的问题，可以在许多引起热问题的红外系统中找到。
最近，已经开始致力于红外遥感应用中，包括温度的测量和绘图、森林火势的感知和控制、监督和多光谱地表成像等。
这些应用种有许多是经过长距离完成的，透过大气，在大气中IR能量的吸收是这些系统性能的一个影响因素。军事的和基于空间的应用一般来说可以通过探测器处理，探测器的工作波长落在8.0-15微米之间，在这个波段内大气的吸收是最小的。其他的应用的波带较宽，为0.9-300微米。
2. FRED如何进行光线追迹和显现热辐射和成像？
在FRED中追迹热辐射有几个方法。第一种方法是创建一个光源，然后在光学系统中对它进行强力光线追迹。第二种方法是通过光学系统从探测器后端进行光线追迹，这需要较少的光线。在两种方法中，能够显现二维和三维图的热成像是非常重要的。
事实上这里有两个问题：计算时间和精度。在一个复杂系统中，如果分析者尝试去了解设计中递增量的影响，并且想要实时这样做，光线追迹时间可能会特别长。反向光线追迹能够使计算变得几乎是交互式的。另外，由于幂指数收敛比均匀性快，即使每个微分区域只有几束光线到达热源，分析者几乎可以肯定保证精确的结果。
图2 两个辐照度计算的比较：一个是使用前向光线追迹，另一个是使用后向光线追迹。后者需要比前者少1/53倍的光线达到同样的准确度。
热自发辐射可以简单描述：每个光学和机械结构像朗伯辐射体一样辐射能量，辐射出的能量是自身温度和辐射系数的函数。通过追迹光线来模拟发射出的能量；在传播过程中发生透射和反射时，它们遵循几何光学的规律。这些光线（它们表示热能）累积到了FPA上。
根据这个计算，大多数软件会让用户设置物体的温度和辐射系数。从统计学的角度来看，这样做完全是错误的！在大多数“真实”的系统中，相对于光学和机械元件，FPA朝向一个非常小的固体角，因此当大量光线被追迹时，如果有的话，到达FPA的光线很少（图3）。结果是热自发辐射的错误的估计。
有一种更加高效但是非最佳的方法。直接或者间接，大多数软件允许用户指定一个优先的辐射方向；这在文献中被称为“重点采样”。使用该方法，用户为每一个光学和机械元件指定了一个重点采样。在光线追迹的过程中，光线散射到了这些优先的方向，这在引导光线到达FPA方面十分高效（图4）。这极大的改善了统计结果，并且产生了热自发辐射的一个准确评估。然而，在一个具有许多结构性元件的复杂、“真实生活”的系统，这样做单调乏味且耗时，特别是如果分析者需要设定温度和辐射系数。
图3 热发射主机筒的强力光线追迹。在这个例子中，入射光线没有到达FPA。
图4 发射朝向一个重要方向，计算更加高效，但是设置麻烦。
处理这个计算最好的方法是采用热辐射度量学的数学方法。计算热自发辐射（TSE）基本上是该形式的总和
因为热辐射是朗伯的，我们可以用由热出射度推导出的等值表达式替换L
其中ε是辐射系数，f是黑体积分，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，T是温度（K）。问题是如何高效的计算Aobject和Ωdetector。
反转光源和收集器的作用（使用方程3），我们可以写成
注意到探测器的面积Adetector是一个定量，为了高效的计算每个发射物体的立体角，我们在辐射方程中引用了对称性概念。
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