对像元尺寸为10 μm的1280×1024碲镉汞（HgCdTe）中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B⁺注入制备小尺寸n-on-p平面结；采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术，实现高的电学连通率；采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路（ROICs）之间的热失配，从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下，研制探测器的光谱响应范围为3.67 μm至4.88 μm，有效像元率高达99.95%，并且探测器组件像元的平均噪声等效温差（NETD）和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10^-8A/cm²。与像元尺寸为15 μm的探测器相比，10 μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像，具有更远的识别距离。目前，该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司（ZJM）的HgCdTe红外探测器产线。

在红外焦平面阵列探测器（IRFPA）非均匀性校正问题中，传统的神经网络算法会出现图像边缘模糊、对比度低、“鬼影”等现象。针对此类现象，本文提出一种基于侧窗滤波改进的神经网络非均匀性校正算法。该算法首先对输入图像采用侧窗滤波获得期望图像，在去除非均匀性噪声的同时保护目标边缘细节达到提升图像质量的效果。在此基础上，通过饱和非线性函数抑制校正参数局部发散，能够有效避免校正后图像出现‘鬼影’问题。实验结果表明，使用本文提出的算法能够有效去除图像中的非均匀性噪声，且无明显“鬼影”现象。在3组测试图像序列中，平均图像粗糙度降低了30.17%。在实验计算机上连续处理400帧图像序列最大耗时为37.417 0 s，较基于双边滤波改进的对比算法耗时减少了95.05%，较基于小波主成分分析的对比算法耗时减少了45.81%。本文算法在非均匀性校正效果和算法运行效率方面具有明显优势，为小算力、低功耗移动平台实现实时非均匀性校正提供了新的研究思路。

提出了一种用于中波红外成像的基于15位像素级单斜率模数转换器的低功耗数字读出电路。像素级模数转换器采用一种新型功耗自适应的脉冲输出型比较器，只有当斜坡电压信号接近积分电压时，比较器才产生功耗。此外，比较器输出脉冲信号，降低了15位量化结果存储器上消耗的动态功耗。该存储器采用三管动态结构，仅占约54 μm²面积，以满足15 μm像素中心距的面积约束。量化结果以电流模式读出到列级，避免相邻列总线间的电压串扰。基于0.18 μm CMOS工艺，采用该结构，设计并制造了640×512 规格的数字读出电路。测试结果表明，在120 Hz的帧频下，功耗仅为48 mW，总积分电容为740 fF，电荷处理能力为8.8 Me^-。在满阱状态，等效到积分电容的噪声电压为116 μV，峰值信噪比为84 dB。

红外辐射测量系统的成像性能以及测量精度受到焦平面阵列非均匀性的严重影响，原始红外图像的非均匀性需通过后期图像处理算法进行校正。为进一步提高制冷型红外探测器的非均匀性校正（NUC）效果，本文提出了一种基于定标的非均匀性改进算法。该算法以单点定标和两点定标非均匀性校正方法为基础，既保留两点定标非均匀性校正方法增益校正系数的一致性优势，又结合了单点定标偏置校正系数的稳定性，使得改进算法具有更好的校正效果。为了验证该改进算法的校正效果，本文以640 pixel×512 pixel大小的制冷型中波红外探测器为研究对象，采用入瞳直径为25 mm的红外成像系统对提出的算法进行实验验证。实验结果表明：在1 ms积分时间下，单点定标方法、两点定标方法及改进算法校正后的图像非均匀性分别为1.7833%、0.2190%和0.1481%；2 ms积分时间下的非均匀性分别为1.8257%、2.2474%和1.6546%。改进算法整体上进一步降低了图像的非均匀性，校正效果更好、精度更高。

为获取以及充分利用场景的多波段信息，同时为多波段图像算法研究奠定基础，基于非制冷红外焦平面阵列，研制了共光轴分束的可见光+近红外、短波红外、中波红外和长波红外四波段光电成像实验平台。给出了基于四波段光电成像实验平台的图像处理案例，使用现场可编程门阵列完成各路图像的预处理与多波段图像融合。预处理过程主要包括可见光机芯盲元校正以及基于梯度域滤波的中、长波红外机芯的低频非均匀性校正，从而优化各波段的图像质量。双波段和四波段图像融合采用色彩传递的方式对YUV颜色空间中线性组合融合的图像进行色彩增强，得到更佳的自然感彩色融合图像的同时保证了算法的运行效率。使用中、长波红外进行双波段红外测温，室内黑体实验表明，在20~80 ℃内双波段测温的准确度明显高于单波段测温，双波段测温误差小于3.5%，单点温度波动幅度小于0.7%。外场实验结果表明，信息融合图像能有效增强人眼对场景信息的理解。四波段光电成像实验平台能够获得场景的四波段信息，经过图像融合与双波段测温加强了对场景信息的理解。