在回顾微光像传感器的发展历程、现状和跟踪最近 10年的发展轨迹的基础上, 提出了确定新一代微光像传感器的原则和发展方向。并重点介绍了微光像传感器的最新进展。包括, 带有前置增强级的 CCD/CMOS, 如增强 CCD/CMOS、电子轰击 CCD/COMS。固体微光 CCD/CMOS、CCD和 CMOS混合微光像传感器、电子倍增 CCD, 铟镓砷短波红外微光像传感器。

高灵敏度、低噪声是红外探测技术的必然要求, 实现这一目标的有效手段之一就是冷光学技术。冷光学技术的成熟又进一步促进了红外探测的快速发展。通过查阅相关文献资料, 对国外典型地基大口径望远镜制冷红外设备的冷光学部分作了简要介绍, 从工程应用的角度阐述了红外光学技术的各要素, 如低温恒温器制作、光学和机械结构设计、探测器安装等在冷光学处理中的设计要点和注意事项。

研究了 Laplace金字塔图像融合算法, 针对红外图像和可见光图像采用传统图像融合算法融合后, 融合图像细节和目标很难同时比较突出, 提出了一种基于形态学的 Laplace金字塔图像融合算法。该算法先将红外图像进行形态学处理, 然后将形态学处理后的图像与 Laplace金字塔融合图像进行二次融合获得最终融合图像。在以 TI公司 TMS320DM642芯片为核心的融合系统中, 使用 C语言实现此图像融合算法, 并且通过优化代码, 实现 320×240大小的红外和可见光图像实时融合, 算法处理一帧红外和可见光图像时间约为 33 ms。通过实验证明, 本文算法得到的融合图像细节和目标都比较突出, 且能够在硬件中实现实时性。

为改进红外与微光 /可见光的图像融合效果, 在对二维经验模式分解及图像区域分割研究的基础上, 提出了一种基于区域的二维经验模式分解的图像融合算法。利用此算法对红外图像与微光 /可见光图像进行融合, 先将源图像分别进行二维经验模式分解, 再对残余图像进行加权融合, 而后用模糊 C均值聚类的方法对融合后的残余图像进行区域分割, 将此分割结果映射到各层本征模式函数图像上, 随后运用一定的区域融合准则将各层图像融合, 最后再重构出融合图像。对仿真实验结果使用客观评价的方法进行评价, 评价结果表明, 该算法能够提升融合图像中的信息量以及凸显图像细节, 较其它传统算法具有一定的优势。

采用 SURF算法对地面背景下红外目标识别。采用具有实时性的自适应中值滤波器和小波分频与直方图均衡的图像增强方法, 对图像进行预处理, 拉开目标与背景的灰度差异, 从而突出目标, 以便识别。对预处理完的图像采用 SURF特征提取匹配的方法进行红外目标识别。仿真实验中重点对 SURF特征匹配阈值和匹配特征点的数量进行了研究。实验表明, 文中方法对地面背景下红外目标识别效果较好。

电路板的红外图像配准是电路板红外图像故障检测系统中的重点研究内容, 由于电路板红外图像背景区域灰度单调, 元器件发热区域轮廓粗糙, 且伴随着大片受环境影响的辐射区域, 对配准精度和配准效率产生很大影响。结合这些特点, 利用相位一致性提取电路板发热芯片轮廓, 再将轮廓内的区域用区域增长法提取为电路板红外图像 ROI, 基于 ROI的图像配准不仅最大限度地保留了图像信息, 又显著降低互信息运算量。实验表明: 相对不进行 ROI提取的图像配准算法, 本文算法能够在保证配准精度的前提下大幅提高配准效率, 具有一定的实用性和鲁棒性。

红外技术发展到今天, 红外凝视焦平面探测器阵列性能高、使用简单, 从而成为红外系统的主流。但是, 红外探测器的工艺和技术生产不出像可见光 CCD那样均匀的红外器件, 红外探测器阵列的非均匀性一直是红外凝视探测器的主要缺陷。人们开发了多种非均匀性校正算法, 尤其是基于场景的自适应算法, 极大地弥补了探测器的非均匀性缺陷。但是到目前为止, 各种算法都有一定的局限性, 尚不能彻底解决非均匀性问题。针对目前常用的几种非均匀性校正算法, 包括时域高通滤波算法、神经网络算法、恒定统计量算法等, 在天空、地面等不同场景条件下进行了仿真测试, 对算法的实施效果进行了对比分析。

针对气动热环境下高温头罩对红外成像系统造成的热辐射噪声干扰问题, 提出了一种基于热成像原理的图像热噪声去除算法。首先, 利用有限取样光线代表连续光线, 在头罩内对取样光线进行反向追迹, 分析得到头罩温度和传感器热辐射噪声成像灰度之间的关系; 其次, 利用 Vega软件仿真得到一定大气条件下点光源通过高温头罩的红外图像; 最后, 根据前面得到的头罩温度和热噪声成像灰度之间的关系, 计算得到高温头罩的红外成像灰度分布, 将热辐射噪声视为加性噪声, 从目标的红外图像中减去该噪声得到去除热噪声后图像。实验结果表明, 该方法去除热辐射噪声效果明显, 图像质量得到了改善, 弥补了硬件制冷的不足, 为下一步的图像复原打下了很好的基础。

受多种因素的影响, 白天获得的红外星图像信噪比低, 且背景通常是不均匀的, 为红外星目标的提取造成了极大的困难。通过理论计算, 实际白天拍摄的近红外星图信噪比极低, 使用一般的滤波方法无法提取出恒星目标, 目前常用的形态学方法对于星图像的处理也不甚理想。首先分析背景特性, 采用多帧叠加的方法削弱随机噪声, 增大信噪比; 然后设定阈值对叠加后的星图进行背景消除, 得到只含有目标及噪声的图像; 最后基于图像的特性, 使用改进的 SUSAN算子对星图进行目标检测, 进而分割出目标, 实验证明, 与传统方法相比, 该方法可较好地分离出恒星目标。

介绍了一种空天平台红外探测巡航导弹的建模仿真方法。首先全面分析了巡航导弹的作战特点和红外辐射特性, 然后综合考虑了海拔高度、斜程传输路径、大气吸收、散射和天气等因素, 建立了红外传输路径大气透过率的计算模型; 在考虑地球曲率的条件下给出了空天平台探测巡航导弹的距离模型和分析方法; 最后通过仿真对比了天基、临空和空基 3类探测平台探测巡航导弹目标的能力特点, 给出了相关结论, 验证了该方法的有效性。

简述了 Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的制作工艺并制作了 Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极样品。测量了 Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极样品的光谱响应、光谱反射率和 250 nm波长激发条件下的荧光谱。测量结果表明, 在现有工艺条件下, Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的灵敏度高于 Cs2Te日盲紫外阴极, 与 Cs2Te日盲紫外阴极相比, 光谱响应的峰值波长更短, 位于 250 nm, 而长波截止波长位于 312 nm。另外 Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的短波日盲特性更好, 633 nm的光谱灵敏度为 10－5 mA/W的数量级, 较 Cs2Te日盲紫外阴极低两个数量级。光谱反射率测量结果表明, Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的光谱反射率在 200～400 nm的波长范围内均高于 Cs2Te日盲紫外阴极, 而在 400～600 nm的波长范围内, 反射率却低于 Cs2Te日盲紫外阴极。Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极的光谱反射率曲线与 Cs2Te日盲紫外阴极的光谱反射率曲线相比较, 曲线的形状相似, 反射干涉加强峰的波长基本相同, 由此可推断出 Rb2Te(Cs)紫外阴极的折射率与 Cs2Te紫外阴极的折射率基本相同, 仅在长波范围内稍有区别。荧光谱的测试结果表明, 在同样条件下, 在 200～450 nm的波长范围内, Rb2Te(Cs)紫外阴极的荧光弱于 Cs2Te紫外阴极的荧光, 原因是 Rb2Te(Cs)阴极的光谱反射率高于 Cs2Te紫外阴极的光谱反射率, 因此光吸收更少, 导致荧光更弱。所以 Rb2Te(Cs)日盲紫外阴极同 Cs2Te日盲紫外阴极的性能类似, 均可用于日盲紫外探测成像器件。

基于在固定环境下对手掌各部分温度测量的应用需求, 实验研究了距离对目前最常用红外热像仪测温精度影响及提高精度的方法。首先在环境温度和湿度一定的条件下, 实验研究了在一种测温距离下标定, 不同测温距离测量时的测温精度。实验结果表示, 66 cm测温距离标定下在其距离的测量精度是±0.08℃, 但在 40 cm～112 cm距离的平均测温精度是 0.43℃; 其次实验研究了不同测温距离下重新标定的测温精度, 测量平均绝对误差可以达到 0.07℃, 为在固定环境下利用红外热像仪比较精确的测量物体温度的应用提供了实验数据。

由于油页岩反应炉在工作时, 内部发生的物理和化学变化以及动力学过程极其复杂, 而传统手段很难准确快速地实现料面温度场仿真。针对该问题, 提出了一种基于数据融合的油页岩反应炉料面温度场智能仿真方法。该方法首先从工艺机理的角度分析了油页岩反应炉红外热像、十字测温信息以及与实际料面温度场之间的数值关系, 然后在充分使用油页岩反应炉十字测温信息的基础上, 通过基于两点法的分区域动态温度定标方法对红外图像进行温度场的模拟。实验结果显示, 该方法具有较好的泛化能力和较高的精确度, 能够快速有效地实现油页岩反应炉内部料面温度场的自动化和可视化检测。