气体泄漏红外成像检测技术以其高效率、大范围、动态直观等显著优势成为气体检测领域的研究热点之一。比较了气体泄漏主动/被动红外成像检测技术的优缺点及其典型技术, 重点介绍了国内外较为成熟的具有代表性的气体泄漏被动红外成像系统, 特别是被市场广泛接受的应用性产品的技术特点及其采用的气体红外图像处理方法等关键技术。鉴于国内在技术成熟度和市场占有率等方面的不足, 全面分析了气体泄漏红外成像检测技术进一步发展的技术方向及存在的问题。

电阻阵列是一种出射式红外场景投射器, 为了改善投射图像质量, 提高半实物仿真可信度, 需要对电阻阵列的非均匀性进行实时校正。对电阻阵列结构和原理的分析表明非均匀性表现为一种固定模式的空间噪声。对辐射像元响应特性的研究发现电阻阵列的输入输出呈现非线性特性, 非均匀性的本质是辐射像元间响应特性的差异。基于先验信息对辐射像元驱动数据进行补偿, 对电阻阵列的非均匀性进行校正。对辐射像元的非线性进行预处理, 降低校正对先验测试数据的要求。采用分段线性插值实现在线校正算法, 提高校正算法的实时性。数值仿真结果表明: 该方法可将电阻阵列的非均匀性降低到 1%以下, 在 128×128和 256×256像元规模下均可保证 200 Hz的处理速度。基本满足红外成像半实物仿真对图像质量和帧频的要求。

提出了一种准确、快速的红外小目标单帧检测方法。该方法首先利用图像复原技术对红外小目标图像进行平滑预处理, 达到去噪、提高图像对比度的效果; 接着将滤波后的图像与原始图像做差分对消处理, 抑制背景杂波; 然后采用梯度法对残差图像进行锐化处理, 凸显小目标; 最后设置两个灰度级做阈值提取, 从而检测到红外小目标。仿真实验结果表明本算法能快速、准确的检测出目标点, 鲁棒性较好。

作为图像的一种高效表示方法, 近年来, 图像稀疏表示技术得到了广泛深入研究, 目前已被广泛应用于图像处理领域。在分析图像稀疏表示模型的基础上, 针对稀疏表示模型的两个核心问题稀疏分解与字典构造进行了详细讨论, 综述了目前典型的稀疏分解方法与字典构造方法。在此基础上, 对稀疏表示在图像去噪、图像修复、人脸识别及压缩感知等图像处理领域中的应用进行了总结。最后, 讨论了目前图像稀疏表示研究中存在的问题, 并指出了进一步的研究方向。

由于红外图像的对比度低, 在红外图像采集中往往需要对其进行相应的图像处理, 以增强图像的可视度。图像增强可分为频率域法和空间域法两大类, 单纯的频率域法和空间域法功能比较单一, 容易造成图像信息的丢失, 适用场合受限。结合以上方法, 提出一种基于分层处理的图像增强算法, 该算法通过频率域法将原始图像分为高频层和低频层两幅图像, 并采用空间域法分别对高、低频图像做相应的灰度拉伸, 在增强图像动态范围的同时, 最大限度的保留图像的细节信息, 从而获得更好的图像可视化效果。

噪声是造成图像退化和视频质量下降的另一个重要原因, 仿真红外成像的噪声及其影响是建立图像退化模型的核心。红外成像噪声分析中的各种信号噪声, 最终反映在热像仪输出的红外图像上体现为多种多样的成像噪声。通过把热像仪成像过程可能出现的各种主要噪声信号映射到红外图像中的随机噪声和固定图案噪声, 建立了红外图像的噪声模型, 并从实际热成像系统输出视频图像中提取噪声特性参数作为热像噪声仿真系统的输入, 对红外成像系统的各种静态图像噪声的仿真实验效果接近实际的红外图像噪声情况, 为热像仪成像退化建模奠定基础。

从分析红外材料在双波段上的色散特性出发, 设计了一款共光路红外中、长波三视场光学系统。系统采用二次成像方式, 满足 100%冷光阑效率, 在两个波段内同时完成了系统各视场的像差校正。设计结果表明, 系统在 4～5.m中波红外波段及 8～9.m长波红外波段焦距、视场及 F数均保持一致, 各视场光学传递函数在 20 lp/mm时均接近衍射极限。

基于压电陶瓷驱动器, 选用 2×2微扫描模式, 降低了系统控制难度。分析了影响微扫描器控制的几个因素, 设计了一款以单片机为核心的控制电路, 解决了微扫描器位移与同步的控制问题, 并以此构建了一款基于国内某制冷型探测器的反射式微扫描热像仪, 通过实验验证了采用 2×2微扫描模式能够有效提升热像系统的空间分辨力。

靶场红外信标源是红外经纬仪的辅助设备。研究了靶场遥控型红外信标源的设计, 采用对应红外经纬仪工作波段和峰值波长辐射效率高的温度的电热红外辐射元件, 用 V字形透明和乳白双层石英电热管构成三面体, 实现水平 360°全向红外辐射。依据红外经纬仪在特定气象条件下工作所需要的红外辐射强度, 计算了红外信标源在 3.4～4.8.m波段内的红外辐射强度。用单片机、晶闸管调整器和无线数传电台实现红外信标源的遥控操作。

由于傅里叶变换红外成像光谱仪结构的特殊性, 其非均匀性在线定标与校正在工程上一直没有得到有效解决。首先对 IRFPA非均匀性校正的原理与算法进行了简要阐述, 在此基础上, 通过对时间调制型、空间调制型及时间空间联合调制型傅里叶变换红外成像光谱仪原理结构的深入分析, 针对这三种制式的光谱仪, 分别研究出了相应的非均匀性在线定标与校正的方法, 为星载傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性的在轨定标奠定了良好的技术基础。

影响红外导弹抗干扰成败的因素错综复杂, 因此红外导弹抗干扰能力评估一直是领域内公认的一个难题。根据红外导弹研制的经验, 提炼总结出了一套系统的红外导弹抗干扰性能评估方法, 可以从空域、时域、频域、能量域、信息域等 5个维度对导弹的抗干扰性能进行评估, 大幅增加了评估结果的置信度。通过弹道仿真计算, 给出了典型算例不同维度的抗干扰性能曲线。从仿真结果看, 该方法评估结果与实际导弹的抗干扰特性基本吻合。

随着红外探测和精确制导技术的发展, 红外隐身成为提高军用目标生存力和战斗力的关键技术之一, 红外辐射特征研究作为一种基础研究在红外隐身技术中占有重要作用。阐述了红外辐射特征研究在红外隐身技术中的重要意义以及研究方法, 探讨了其主要研究内容, 介绍和分析了国内外在红外辐射特征上的研究现状。在此基础上, 展望了未来红外辐射特征研究的发展趋势。

星载探测器的信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)决定预警卫星检测并识别弹道目标的能力, 因此分析各因素对 SNR的影响极具现实意义。首先分析了目标和背景辐射、探测器内部各种噪声产生的电子数, 引出了基于电子数法的 SNR计算模型; 其次利用某些具体的性能参数、导弹尾焰辐射强度以及 MODTRAN仿真的大气透过率和背景辐射亮度计算了不同类型探测器的 SNR值, 为后续 SNR灵敏度分析奠定了基础; 最后从目标与环境、焦平面和光学组件三个方面对 SNR进行了较为全面的灵敏度分析, 给出了 SNR对模型因子的响应曲面, 得到了 SNR灵敏度分析的定量和定性结果。

碲锌镉晶体中存在着各种晶体缺陷, 其中小角晶界是制约碲锌镉晶体质量的主要晶体缺陷之一。X射线衍射形貌术是一种非破坏性地全面研究小角晶界缺陷的有效方法。采用反射式 X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的小角晶界缺陷进行了研究, 讨论了小角晶界类型、样品扫描方向以及入射线发散度等对小角晶界缺陷的 X射线衍射形貌的影响。为全面获得小角晶界缺陷的衍射形貌, 应尽量选择宽的入射线狭缝, 对于对称倾侧晶界和扭转晶界, 应分别平行和垂直于小角晶界方向扫描。

确定阴极材料的光子吸收系数, 是开展变掺杂 GaAs光电阴极光电发射性能理论研究的重要条件之一。分析了变掺杂阴极的结构特点, 提出了材料等效光子吸收系数的概念, 并给出了等效光子吸收系数的计算方法。设计了变掺杂阴极样品并进行了阴极 Cs、O激活实验, 理论计算了材料的等效光子吸收系数并对激活后的阴极量子效率进行了拟合仿真, 拟合曲线同实验曲线非常一致, 证明了该计算方法的有效性。

绝缘子作为输电线路中用量庞大的部件, 其状态对输电线路的稳定运行至关重要。针对现场红外图像中绝缘子的识别问题, 设计了一种高斯尺度空间 GHT方法, 基于此, 提出了一种基于高斯尺度空间 GHT的绝缘子红外图像的识别方法。首先利用形态学方法滤除图像中的小块和噪音, 基于 Canny检测算子提取图像边缘; 然后对模板进行高斯尺度空间分解, 将分解结果和输入图像进行基于 GHT的模板匹配; 最后结合绝缘子的形状特征值识别出绝缘子。实验结果表明该方法可以准确地识别出绝缘子, 并为后期绝缘子的故障诊断提供依据。