对于地球静止轨道凝视红外相机，相机视线抖动引起的杂波是背景特征、相机参数、相机视线抖动特性和背景抑制算法等因素综合影响的结果。为了定量化评估视线抖动引起杂波的强度，综合考虑抖动频谱、探测器积分时间、帧周期和帧间差分背景抑制算法这几项时间相关因素，将它们合并为与背景无关的抖动等效角，建立了抖动等效角与背景辐射强度梯度统计量相乘形式的抖动引起杂波模型。基于相机视线抖动特性地面测量实验，分析了制冷机和动量轮引起的相机视线抖动频谱，对视线抖动引起的杂波进行了仿真模拟和模型计算，验证了理论模型。结果显示，所建立的抖动引起杂波模型计算结果与仿真模拟结果的相对偏差小于 15%，具有较好的通用性和高效性，适用于相机设计的迭代优化。
地球静止轨道 凝视红外相机 抖动等效角 抖动引起杂波 geostationary orbit, staring infrared camera, dith
本文基于光学相机成像效应仿真模型, 提出了一种航空红外相机典型故障效应仿真方法。在对航空红外相机的光学系统、探测器、电子电路信号对成像效应进行深入仿真的基础上, 对不同类型成像故障效应进行了模拟, 采用典型故障的成像表现评价指标进行全面验证评价。研究结果表明: 基于红外相机成像效应的仿真模型可有效模拟多种故障成像效应, 能对装备的使用维护、试验鉴定中的故障的初步分析发挥重要的指导作用。
红外相机 故障模拟 仿真分析 infrared camera, fault simulation, simulation anal
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033
为满足红外成像产品在复杂多变环境下的适应性并实现产品的使用功能，对空间冷光学长波红外相机设计进行了研究。首先进行了相机的结构设计；然后运用Partarn/Nastran有限元软件对相机进行了分析，探究了温降和重力对各透镜面形的影响，计算了相机的前三阶模态，并对相机进行了波像差测试；最后在真空低温环境下完成了相机的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测试。试验结果表明，相机中心视场面形的均方根(Root Mean Square, RMS)值优于1/50λ，MTF计算值为018719，满足低温红外相机成像的精度要求。
低温 长波红外相机 波像差 调制传递函数测试 low temperature long-wave infrared camera wave aberration modulation transfer function test
北方夜视科技研究院集团有限公司, 云南昆明 650223
随着卫星载荷在大气和地物等目标探测、识别领域的广泛应用, 空间红外相机技术得到了快速发展, 这对空间红外光学系统的技术水平也提出了越来越高的要求。本文通过调研近十年来国内外典型星载红外光电载荷的技术特点及其变化情况, 分析、总结了空间红外光学技术的研究现状和发展趋势。
红外相机 光学载荷 高分辨率 infrared camera optical load high resolution
为了实现弹载红外相机静态质心配平，在整机质量具有一定要求下，设计了一套数量少、质量 轻、工艺性好、互换性优的配重负载组合。针对狭小空间体积的弹载红外相机设计出配重负载以及合 理安排负载组合的安装位置，提出了先利用三维设计软件 Creo4.0 仿真出原始样机质心位置，再结合 整机的质心要求，在空间两点采用力矩平衡原理计算出配重负载质量和质心应在位置的耦合关系，在 总结归纳了配重负载设计原则之上，运用 Creo4.0 设计出配重负载方案。经过投图、加工、装配以及 严格的质心测试论证，结果表明，该方法很好地实现了质心配平功能，使得弹载红外相机满足质心要 求。这种静态质心配平思路相较于试配法具有快速高效、布局合理等优势。
弹载红外相机 质心配平 力矩平衡原理 质心测试 missile-borne infrared camera, centroid trim, leve
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
3 中国科学院大学，北京 100049
4 北京市遥感信息研究所，北京 100011
5 南京大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210123
航空红外光电遥感技术具有可全天时工作、机动灵活、空间分辨率高等不可替代的优势，是遥感科学、国土监测、**应用等领域的重要手段。发展航空红外光电遥感技术对我国的经济发展和**建设至关重要。近年来，航空红外光电遥感技术发展很快，在高光谱分辨率红外成像和高空间分辨率红外成像方面取得了重大突破。高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、高辐射分辨率是红外光电仪器发展的重要方向，本文在介绍国际最新进展的同时，给出了上海技术物理研究所航空遥感团队在全谱段高光谱、面阵扫描成像两个方面的重要技术突破，成功应用于土地分类、核电站温排水监测等方面，展示了最新成果。
航空遥感 高光谱成像 红外面阵扫描成像 焦平面 光谱仪 航空红外相机 airborne remote sensing hyperspectral imaging infrared area-array scanning imaging focal plane array spectrometer airborne infrared camera
1 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
3 北京长峰科威光电技术有限公司，北京 100195
盲元的存在严重影响了红外相机的成像质量，基于场景的盲元检测与补偿方法可以有效地解决此类问题。本文提出了一种改进的局部“3?”方法，通过计算图像的三维噪声获得图像的平均噪声，据此得到盲元检测的最小判据，然后采用局部“3?”方法和中值滤波法对盲元进行实时的动态检测与补偿，并将该方法应用于自研的某中波红外相机中。对黑体成像实验的结果表明，本文方法与辐射定标法相比，盲元检出的重合度平均可以达到82%以上；与传统的局部“3?”方法相比具有相同的盲元检测与补偿效果，但可以将盲元的过检率降低30%以上；地面及载机挂飞成像实验的结果表明，本文方法可以对盲元起到很好地抑制作用，红外相机的昼间和夜间图像均不存在明显异常的黑、白点，图像中景物细节丰富、图像质量优良。因此，本文方法可以对盲元进行实时的动态检测与补偿，在自研的中波红外相机中的运用是可行和有效的。
红外相机 盲元检测 盲元补偿 三维噪声 infrared camera, blind pixel detection, blind pixe 3?
中国农业大学信息与电气工程学院, 北京 100083
实现玉米等活体作物叶片不同区域以及近地冠层的水分含量检测, 可为研究作物生长中的水分胁迫响应机制, 以及旱情监测、 精准灌溉等提供有效技术手段。 大体积、 大重量、 低光通量的高光谱仪难以在田间实现活体检测, 将小体积、 小重量、 高光通量近红外相机加装滤光片使其具有波长分辨能力, 有望实现田间活体叶片水分含量成像检测。 基于玉米叶片的近红外高光谱数据, 对实现水分测量的特征波长位置及个数, 以及特征波长带宽和偏移限度等关键参数进行研究; 其中, 不同带宽的仿真数据依据滤光片透光分布函数得到; 固定带宽条件下的中心波长偏移仿真数据依据插值方法得到。 研究结果表明: 特征波长分别为1 150和1 400 nm, 带宽小于100 nm时可满足要求, 能够找到符合参数条件的滤光片产品; 在带宽为25 nm下所建水分含量模型, 其建模集的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别达到0.968, 1.245%, 预测集分别达到0.960, 1.298%, 可实现玉米叶片水分的准确检测。 为推测加装滤光片所建模型受环境温度的影响, 应用固定中心波长下的模型预测不同偏移量的仿真数据, 当偏移量为0.05 nm时, 模型预测误差为不漂移条件下3%左右, 可忽略, 由干涉滤光片中心波长漂移与温度的关系, 相当于环境温度在50 ℃的范围对检测结果影响不大。 该研究对近红外相机加装滤光片形成多光谱成像检测装置提供了重要技术参数支撑和环境工作范围建议, 装置的搭建工作已开始, 装置的实现可为现代农业作物生理、 生产研究提供新型、 有效手段。
近红外高光谱 近红外相机 滤光片 活体叶片 含水量 NIR hyperspectroscopy NIR camera Optical filter Live leaf Moisture content 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3184
