THz探测器作为 THz成像系统的核心器件, 一定程度上制约着 THz成像技术的发展, 鉴于单元/多元探测器的光机扫描成像模式存在的问题, THz焦平面探测器成像成为 THz探测技术发展的方向。介绍了近年来国内外在 THz焦平面探测器, 特别是基于 VOx的 THz焦平面探测器及其成像技术的研究进展, 分析了 THz焦平面探测器及其成像模式的发展前景。本文对于研究 THz成像技术及应用的发展具有重要的参考意义。

在过去数年里, 红外焦平面列阵( FPA)取得了显著进步, 近来的研发重点已经集中到硅读出集成电路( ROIC)上, 帧频增加、引入新型的信号处理功能是该领域的重要进展。因为优于具有模拟信号输出的探测器, 具有数字信号输出的 FPA备受关注。数模转换器( ADC)在芯片上的实现是数字 FPA的基础, 片上 ADC有三种结构, 即芯片级 ADC、列级 ADC和像元级 ADC。主要通过对部分有关英语文献资料的归纳分析, 介绍了数字化 FPA的发展动向和趋势。

测量了未经过 Cs激活、经过 Cs激活以及经过 Cs-Sb激活的三种多碱阴极的光谱响应及荧光谱。测量结果表明, Na2KSb阴极膜层经表面激活之后, 阴极灵敏度和长波截止波长均有所增加, 但荧光谱的峰值波长和峰值荧光强度基本保持不变。长波截止波长的增加说明逸出功降低, 因此多碱阴极 Na2KSb膜层经 Cs激活之后, 阴极灵敏度提高和长波截止波长增加的原因是逸出功的降低。 Na2KSb膜层同时经过 Cs-Sb激活之后, 阴极灵敏度和长波截止波长较仅仅经过 Cs激活的多碱阴极有进一步更大幅度的提高和增加, 但同时荧光谱的峰值波长向短波方向移动, 峰值荧光强度增加。荧光谱的峰值波长向短波方向移动, 说明跃迁电子的能级有所升高, 而荧光谱的峰值强度增加, 意味着跃迁电子的数量增加。多碱阴极 Na2KSb膜层经过 Cs-Sb激活之后, 跃迁电子的数量增加以及跃迁电子的能级升高, 对阴极灵敏度的提高而言, 所取得的作用相同。因此多碱阴极 Na2KSb膜层经过 Cs-Sb激活之后, 阴极灵敏度和长波截止波长提高的原因除了表面逸出功降低之外, 还有跃迁电子数量增加以及跃迁电子能级提高的原因。多碱阴极表面电子逸出机理至今仍未定论, 因此要进一步提高多碱阴极的灵敏度, 需要进一步研究多碱阴极表面激活过程中的客观规律, 为进一步改进多碱阴极的制作工艺, 提高多碱阴极的灵敏度提供理论指导。

为提高红外遥感系统的探测灵敏度, 以 320×256 CMOS红外图像传感器为图像采集芯片, 创新地设计了基于数字 TDI技术的图像采集、传输和显示系统。从理论上详细地分析了数字 TDI技术对于系统信噪比的影响, 并给出了基于 FPGA的数字 TDI的逻辑设计实现。实验结果表明, 基于数字 TDI技术的图像系统取得了优良的信噪比特性和很好的图像质量。

随着红外成像技术的不断进步, 人们对于红外成像系统提出更高要求。针对一种红外成像系统, 使用 Icepak软件对其进行热力学仿真分析, 并将结果与实际情况进行对比验证。在此基础上提出几种散热方案, 并针对每一种方案进行建模与仿真。通过定量化比较, 最终选取最佳方案。该方案既降低系统整体温度, 又使系统内温度分布均匀化。

针对空间光学系统长焦距、大视场、小型化、轻量化、大相对孔径、高成像质量的特点和发展趋势, 通过对非球面反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析, 在共轴三反射式光学系统的基础上, 提出了一种离轴三反射式红外光学系统的设计方法。利用 ZEMAX求解并优化, 设计一个焦距 f＝1000 mm, 视场角为 4°, D/f＝1/4的反射式离轴光学系统。使该系统在 50 lp/mm空间频率处传函达到 0.3以上, 接近衍射极限, 全视场弥散斑控制在 10 μm以内, 满足空间照相机的需要。该系统克服了共轴三反存在中心遮挡的问题, 提高了系统的像质。

为满足市场对高像素手机镜头的需求, 利用 ZEMAX光学设计软件, 设计了一款 800万像素的折衍混合式手机镜头。镜头采用了正 -负-正的三片式结构, 光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间, 第二片透镜的前表面为二元衍射面。手机镜头的 F数为 2.85, 全视场 64°, 总长 5.9 mm, 在 Nyquist频率处所有视场 MTF值均大于 0.23, 相对畸变小于 1%, 成像质量良好。公差计算结果表明镜头公差符合加工工艺要求。

基于滑动窗口的图像处理方法具有抗干扰能力强、突出图像局部信息等特点, 在图像处理领域得到广泛应用。针对最优窗口大小的选择问题, 提出了一种自适应尺寸的滑动窗口方法。该方法首先对作用图像进行边缘检测, 然后采用固定区域顶点的方式, 根据该区域所含边缘的数量, 自适应地放大滑动窗口尺寸, 直到区域中的边缘数量大于某一阈值为止。并将这种自适应滑动窗口引入双色中波红外图像差异特征驱动的融合模型中, 仿真结果表明, 改进后的融合模型与原始模型及传统融合方法相比, 融合效果在主观观察和客观评价中均有显著提高。

为解决传统基于神经网络的红外图像非均匀校正算法存在的目标模糊、拖影等问题, 提出了一种增强型神经网络方法。该方法首先采用边缘保护滤波器得到期望值, 以达到利用景像的边缘信息来指导校正系数更新的目的, 在此基础上, 通过自适应学习率以稳定和加速学习过程, 实验结果表明, 该方法解决了目标模糊和拖影问题, 同时有效改善了非均匀性校正的效果和效率。

图像去噪要求在尽量保留有用信息完整性的基础上去除干扰信息, 同时保证去噪结果的时域稳定性。在非局部平均 NLM(Non-Local Means)算法的基础上提出了更加合理的图像三维去噪算法。该算法首先进行 NLM空域去噪, 然后再对空域去噪的结果进行加权平均的时域去噪。实验结果表明, 本算法和传统去噪算法相比具有去噪结果稳定并不模糊细节的优点, 为实际工程应用提供了技术支撑。

作为单原子厚度的碳材料, 石墨烯因具有低密度、高比表面积和电子迁移率的特性, 易于满足吸波材料所需的要求。目前, 单一的吸波材料难以达到多波段、宽频带的吸收效果, 为了拓宽其红外吸收频带, 通过将氧化石墨烯与纳米 γ-Al2O3复合, 并采用水合肼原位还原制备石墨烯基吸波材料。利用 Raman、XRD、FT-IR、EDX和 SEM对复合材料的结构与形貌进行了分析, 同时测试了烟幕对1.06 μm激光和 8～12 μm波段的红外消光特性, 结果表明, 石墨烯基吸波材料对红外激光系统以及红外热像仪均具有一定的干扰作用。