从单一波段红外成像探测的截止波长及单波段探测的局限性讨论开始, 介绍了红外光谱成像的基本概念, 阐述了多色、多光谱、高光谱、超光谱成像在**应用领域的用途和意义, 并介绍了多通道、多色传感器及分光等实现光谱成像的技术手段以及国外发展情况, 讨论了该领域的未来发展趋势。

偏振成像探测技术作为一种新兴的光电探测技术, 在目标探测识别及处理方面相对于传统的成像有着独特的优势, 对于未来战争中应对日益复杂战场环境下目标探测与识别具有重大的意义, 而特别受到了西方**强国的重视。对近年来西方主要**强国的偏振成像的技术进展和主要成果从物质偏振特性、偏振传输特性、偏振探测技术、偏振信息处理等 4个方面进行回顾、总结和展望。本文是论文的下半部分, 重点阐述 ①偏振成像探测方法, 用于探测目标, 获取偏振信息, 提高成像质量； ②偏振目标获取和处理, 用于提高探测识别概率, 降低虚警率。

HgCdTe红外焦平探测器经过多年的研发, 已达到批量生产的水平。昆明物理研究所批量生产的第二代红外探测器产品主要是长波 288×4和中波 320×256两类典型的红外焦平面探测器组件。在 2013年这两类组件生产的数量分别可达几百套。介绍了在红外探测器生产中所需解决的关键问题, 主要是 HgCdTe材料的质量及光伏器件工艺的稳定性, 并介绍两类主要生产的探测器组件产品及其性能结果。

目前国内对于多次折叠的红外光学系统在装调中的折转角度以及折转后的轴向间隔缺乏有效的测试手段。以光路折转 180°的两次折叠红外光学系统为研究对象, 利用矢量的旋转平移理论建立了折叠反射光路的误差分析模型, 并理论分析了反射镜的各个空间位置的改变对折转角度以及折转后的轴向间隔造成的影响, 结合实际情况对反射镜的各项误差进行了比较和分析, 得出对折转角度和折转光程影响最大的因素。最后利用分析得到的结果提出了一套反射镜的装调方案, 使得由于光路折转产生的误差大大降低。

持续外场工作环境下, 红外系统成像的非均匀性会随工作时间、温度的改变而发生飘移, 要维持非均匀性校正精度, 定标动作需要定期重复, 而标准黑体笨重不便于携带, 使其不适用于现场定标应用。针对这一问题, 介绍了一种基于参考辐射源进行红外图像校正的方法。该方法利用一个精确控温的小巧辐射源, 可随时根据需要插入红外成像系统光路中进行非均匀性标定测试, 实时修正硬件平台中存储的非均匀性校正参数, 从而达到维持校正精度的目的。实验结果表明, 所述的辐射源具有较高的稳定性, 与环境温差在－10～10 K的范围内温度波动可以控制在 0.04 K范围, 使用该人工辐射源可以明显降低非均匀性随时间的恶化。

提出了一种评价双色探测器的相对光谱串音的模型及测试方法。为验证模型及测试方法的可行性, 采用分子束外延锗基叠层异质结构碲镉汞薄膜材料, 研制了微台面结构短波/中波双色红外焦平面探测器原理器件, 进行了相对光谱串音测试, 归纳出 3种主要的相对光谱串音模式, 并结合材料、器件结构和工艺特点, 分析了相对光谱串音的成因。

在 Farsiu提出的双边总变分正则化方法中, 尺度加权系数和正则化参数为定值, 在边缘、纹理区域, 重建图像效果不理想。针对这个问题, 提出了一种自适应加权正则化函数和正则化参数的重建算法, 该方法利用图像局部结构信息控制权函数形状、带宽和正则化参数, 使这些参数根据图像局部结构信息自适应地调整。对所提出的算法进行了仿真实验, 实验结果表明, 与传统的总变分重建方法相比较, 该算法能更好地重建图像的纹理细节, 重建图像的对比度高。

超音速飞行条件下红外成像探测系统受到气动光学效应影响, 其图像畸变和模糊退化问题十分严重, 严重影响了红外制导系统的制导精度。常规的气动光学效应模拟仿真研究存在大数据量计算和非连续仿真问题, 不能满足地面仿真的实时性需要。提出了基于高速湍流统计模型的快速仿真算法, 用于气动退化图像实时复原方法和算法研究。根据本文提出的算法仿真得到的退化图像与实际的气动退化图像相似度较高, 并且模型实现简单, 能够满足地面实时仿真的需要。

户外拍摄的视频图像经常会受到雾的影响, 被影响区域的图像往往清晰度差, 在进行视频稳像时不能正确地提取出特征点。如果采用去雾算法进行预处理, 也会造成特征点的误提取以及位置偏移等, 因此, 采用半逆法对图像进行分割, 分割出无雾区域以便在这些区域获得准确的特征点。由于半逆法采用固定阈值的方法, 无法满足不同图像的要求, 并且分割后的图像中存在多个孤立点, 因此, 采用自适应阈值和八邻域法对算法进行了改进。实验结果表明, 改进后的算法能够快速准确地分割无雾区域, 提高了特征点提取的准确率。

利用 non-subsampled contourlet transform(NSCT)对红外偏振与红外光强图像进行分解, 得到源图像的低频子带和高频方向子带。通过对红外偏振和光强图像差异特征的分析, 对低频选取局部能量和局部信息熵提取差异特征, 然后利用模糊逻辑融合低频子带的不确定区域, 利用特征差异驱动来融合低频子带的确定区域；对高频选取局部边缘信息保留量和局部方差提取差异特征, 然后利用模糊逻辑融合高频方向子带的不确定区域, 利用特征差异驱动来融合高频方向子带的确定区域。最后利用 NSCT对高低频子带进行逆变换得到最后的融合图像。从而建立起基于模糊逻辑与特征差异驱动的红外偏振图像融合模型。实验仿真结果表明, 该融合模型可融合源图像互补的差异特征, 使其在目标识别和分类中具有一定的应用价值。

主成分分析( PCA)是一种将多个变量通过线性变换选出较少个数重要变量的一种多元统计方法。在图像去噪中, 由于图像的局部相似性, 提出一种新的有效的去除噪声的算法。通过块匹配法寻找出相似块作为训练样本, 利用主成分分析提取信号的主要特征, 然后根据统计理论中最小均方误差方法构造线性自适应阈值方程, 对含噪图像的每一块进行自适应阈值去噪。实验结果表明, 该方法能有效去除图像的高斯白噪声, 并同时能很好的保持边缘等的细节信息。

在目标跟踪领域基于模板相关匹配的跟踪算法是一种非常实用而且有效的方法, 但是由于目标表面在运动过程中经常会发生变形, 因此需要使用模板刷新的方法来适应目标的变形。而普通的模板刷新策略又会导致模板漂移, 为了减少这种刷新策略带来的漂移, 对于扩展目标, 利用其拥有较多细节的特点, 提出了一种基于尺度不变特征变特征点的方法, 将发生仿射变换的模板与原始模板的比较, 利用比较的结果来决策刷新模板的时机, 实验表明该方法对于扩展目标的跟踪来讲, 该方法能够很有效而合理刷新模板, 减少模板漂移, 提高了跟踪精度。

为实现多种复杂海天背景下红外舰船目标的有效检测, 提出了一种基于局部边缘梯度特征分析的舰船目标检测方法。利用红外舰船目标图像的特征, 改进自适应 Butterworth高通滤波对图像进行预处理。通过计算局部边缘梯度特征和聚类分析确定初始目标区域, 比较梯度特征参数并进行多尺度搜索准确检测出舰船目标。对多种复杂海天场景红外图像进行仿真实验, 结果表明, 该算法能够有效准确地检测出多种复杂海天场景下的红外舰船目标, 且算法简单, 易于实现, 适应面广。

在使用传统的滤波去噪方法对红外图像进行预处理时, 会在削弱噪声信息的同时模糊了图像中目标和背景的边缘成分, 不利于对图像信息进一步处理。针对该问题, 提出基于图像融合的红外图像预处理方法, 通过对同一幅退化降质的红外图像分别实施改进的中值滤波算法和改进的 Sobel算子边缘提取算法, 进行去噪处理和边缘提取, 最后利用图像融合算法, 将不同算法处理的结果图像加以合并, 形成融合后图像。实验结果表明, 所提出的基于图像融合的预处理方法能够滤除红外图像中大部分噪声, 且很好地保留了目标和背景的细节特征, 而且运算简单, 便于硬件实时计算, 有利于后续的目标检测与识别处理。

提出了一种接触式轮廓仪测量非球面参数的新方法, 该方法通过在传统的二维接触式轮廓仪基础上增加旋转, 从而实现了三维测量。为了验证新方法的测量准确性与可行性, 文中使用 ZYGO干涉仪对旋转对称球面进行检测, 与新方法的检测结果加以对比。最后, 使用新方法对非球面光学元件的面形参数进行测试, 分析结果表明新的测量方法具备较高的测试精度, 满足测量要求。

材料去除率是表征双面抛光加工效率的重要参数, 也是影响工件表面质量的关键因素。基于双面抛光加工中工件运动过程的分析, 通过向量法构建了工件上任一点的运动轨迹及其相对速度的数学模型。运用 Preston模型, 建立双面抛光过程中材料去除特性方程, 并辅助计算机软件模拟了不同工艺条件下的材料去除特性。最后, 通过微通道板的双面抛光实验, 研究了不同工艺参数下的材料去除量, 验证了理论模拟的正确性。