为了实现头部位置的精确测量, 设计了一种由 CCD固体摄像机和红外辐射器阵列组成的摄像法头部位置测量系统, 通过软件对采集的图像信号进行处理解算出头部的位置。研究制定了光点分群和确定计算用三角形的策略, 给出了头部位置坐标的计算方法。由于采用双摄像机和双红外二极管阵列图形, 实现了对头部位置的大范围测量。应用结果表明, 系统结构简单, 可靠性高, 头部位置测量范围和精度达到要求。

模拟数字转换器(ADC)是智能化传感器的一个重要组成部分。阵列型传感器应用对 ADC的功耗及芯片面积都具有较高的要求, 同时传感器本身特性要求 ADC具有较高的精度, 对阵列型传感器用 ADC的设计提出了挑战。在分析各类型 ADC的性能优劣势的基础上, 提出了应用增量型 Sigma-Delta ADC来设计阵列型传感器应用。介绍了增量型 Sigma-Delta ADC的架构设计以及电路设计, 并在 0.18.m CMOS工艺下流片。在 40 kS/s的转换速度下, 所设计的 ADC达到了 15 bit的精度, 功耗为 58.W, 单个 ADC的芯片面积为 10.m×530.m。测试结果表明增量型 Sigma-Delta ADC非常适合于阵列型传感器应用。

研制出一种应用于单铟柱结构的长/中波双色叠层碲镉汞 640×512焦平面 CMOS读出电路(ROIC)。根据单铟柱结构的双色叠层碲镉汞探测器实际应用需求, 读出电路设计了单色长波积分/读出、单色中波积分/读出、长/中波双色信号顺序积分/读出、长/中波双色信号分时多路积分(TDMI)/读出等四种工作模式可选功能。输入级单元电路分别采用长/中波信号注入管、复位管、积分电容及累积电容, 并分别采用读出开关缓冲输出。为提高读出电路的适应性, 各色信号通路分别设计了抗晕管以提高探测器的抗晕能力; 读出电路采用快照(Snapshot)积分模式, 单色积分时具有先积分后读出(ITR)/边积分边读出(IWR)可选功能; 当读出电路工作在单色或双色信号顺序模式时, 各色积分时间可调; 此外读出电路具有多种规格及任意开窗模式。该读出电路采用 0.35.m 2P4M标准 CMOS工艺, 工作电压 3.3 V。读出电路具有全芯片电注入测试功能, 测试结果表明, 在 77 K条件下, 读出电路的四种积分/读出模式工作正常, 单色信号输出摆幅达 2.3 V, 功耗典型值为 65 mW。

通过采用高效磷光体系材料和顶发射有机发光结构, 配合自有的 SVGA060全数字信号电路系统架构 CMOS硅基驱动电路, 获得了发光峰位于 535 nm的高亮度单色绿光、 0.6英寸、800×600分辨率 OLED微显示器件, 最大亮度可达 20000 cd/m2。其起亮电压为 2.6 V, 亮度从 20 cd/m2到 20000 cd/m2的驱动电压摆幅为 2.7 V, 最大电流效率为 24.43 cd/A。电流密度为 20 mA/cm2时, 色坐标 CIEX＝0.286、 CIEY＝0.665。该器件在 1000 cd/m2和 500 cd/m2亮度下的半衰期为 42559 h和 186208 h。

针对单波段红外弱小目标检测难度大、信息量少的问题, 提出一种基于小波域的双色红外弱小目标检测算法。首先运用小波滤波器对双色图像进行分解, 利用双色图像的特征差异提出了不同的阈值确定方法对高频图像进行分割, 通过采用不同策略的布尔逻辑运算完成高频分割图像的融合, 最后运用形态学运算和多帧累积检测的方法完成弱小目标的检测。

红外成像目标模拟器广泛应用于红外成像系统综合性能参数的考核评价和仿真试验中。通过分析目标模拟器各项技术指标, 找出模拟目标图像关键量值的评价方法, 确定红外成像目标模拟器的校准方案。为提高辐射量值的测量精度, 采用光电比对技术和分波段采集数据技术, 并在校准装置中设置冷屏光阑以减少杂散辐射对测试结果的影响。该校准装置是在光谱辐射计工作原理基础上采用阵列探测器, 并通过数据采集和图像处理软件得到满意的校准结果。

电路板红外图像发热芯片区域的增强是红外图像故障检测系统中一项重要研究内容。针对电路板某些芯片的发热量小, 芯片区域红外图像与背景差异弱的特点, 为提高故障检测效率, 设计了一种融合小波变换与改进的多尺度 Retinex红外图像增强算法。首先, 通过小波变换获得不同频率的子带图像; 然后, 利用多尺度 Retinex算法对低频子带图像进行增强处理; 对于高频子带图像, 利用可变阈值去噪, 引入图像清晰度参数, 依据参数值对高频图像进行适度增强。最后, 对处理后的高、低频图像进行小波逆变换与重构, 实现电路板红外图像增强。对增强后的红外图像进行的定量以及定性评价表明: 与单一的利用直方图均衡算法、小波变换法以及多尺度 Retinex增强算法相比, 本文算法改善了某些发热芯片区域红外图像对比度低且细节模糊问题, 抑制了噪声, 提升了电路板红外图像整体视觉效果。

为了将红外图像中所包含的信息更加友好、直观地呈现给用户, 改善用户对于红外图像的理解效果, 针对车载红外图像的特点, 提出了一种基于随机森林分类器和超像素分割算法相结合的车载红外图像彩色化算法。首先对原图的各个像素点进行特征提取, 然后训练随机森林分类器, 使它能够对待测试图像的各个像素点进行正确的分类。再使用超像素分割与直方图统计相结合的方法对分类结果图像进行优化。最后将优化后的分类结果图像转换到 HSV色彩空间进行对应的色彩传递。通过实验证明该方法能够在很好的对红外图像进行彩色化处理的同时, 保证色彩传递的正确性和实时性。

绝缘子串自动定位是实现劣化绝缘子红外智能检测的重要前提。针对红外图像背景复杂的特点, 提出了基于灰度阀值分割和 Hough变换的自动定位方法。首先采用基于 Otsu阀值的灰度拉伸法对图像增强, 利用灰度图像的开运算对图像去噪, 然后采用灰度 Otsu阀值法对图像进行阀值分割, 图像二值化后, 用最大连通区域过滤法提取绝缘子串区域, 最后利用 Hough变换进行倾斜度校正, 完成绝缘子串的最终定位。试验结果表明: 提出的分割方法可以快速完整地将目标提取出来。提出的定位方法可以完成复杂背景下绝缘子串的自动精确定位, 为实现劣化绝缘子红外智能检测奠定基础。

针对现有在线学习跟踪算法中目标在线模型更新错误导致跟踪漂移的问题, 提出一种在线模型自适应更新的目标跟踪算法: 首先利用压缩感知技术的高效性, 对多尺度图像特征进行降维, 并提取多尺度样本来实现目标尺度自适应更新, 再由提取的正负样本低维图像特征训练朴素贝叶斯分类器, 利用分类器输出置信度最大处目标样本完成目标跟踪, 并依据当前目标置信度来自适应在线模型更新速率, 减少了遮挡带来的目标错误更新。实验表明: 该方法在尺度变化、局部和全局遮挡、光照变化等情况下均能完成鲁棒跟踪, 平均跟踪成功率较原始压缩感知跟踪算法提高了 20.3%。

填料是决定红外隐身涂料红外性能的关键因素。从红外隐身原理出发, 得出降低目标红外辐射强度的 2个措施: 降低红外发射率和控制表面温度。综述了包覆改性、微胶囊改性、化学镀表面改性和表面化学改性等 4种填料表面改性技术及其在红外隐身涂料中的应用进展情况。最后, 展望了填料表面改性技术在红外隐身涂料中应用的发展方向。

选择不同光谱选择性材料制备涂层, 比较其可见光 -近红外光谱反射性能差异, 并通过测试模拟罐体内介质温度和涂层辐射性能及耐环境性能, 探究光谱选择性散热涂层的材料性能差异及选择依据。采用 UV-Vis-NIR分光光度计对涂层在紫外-可见-近红外波段的反射性能进行表征, 采用 SEM测试对涂层结构进行表征及分析, 并使用红外发射率仪测试涂层发射率性能。结果表明: 金红石型 TiO2作为填料的涂层, 太阳光反射率可达 77.65%, 在 8～14.m波段发射率为 0.96, 且 60 ℃ RH96%耐湿热测试时长 720 h以上以及紫外老化时长 360 h以上仍保持良好的性能和外观。

利用强光源作为激励, 测量了 Cs2Te紫外光电阴极带外光谱响应。结果表明 Cs2Te紫外光电阴极的带外光谱响应较低, 与带内光谱响应相比相差几个数量级。带内光谱响应的峰值灵敏度可以大于 40 mA/W, 但对带外光谱响应, 如对 550 nm的波长, 其光谱响应可以低至 10 -3 mA/W数量级。对采用同样工艺所制作的 Cs2Te紫外光电阴极, 其带外光谱响应的离散性较大。根据对 3种不同可见光阴极, 即 Na2KSb(Cs)多碱光电阴极、K2CsSb双碱光电阴极以及 GaAs(Cs-O)光电阴极带外光谱响应的测试, 证明这 3种可见光阴极均存在不同大小的带外光谱响应。测试数据表明, 带外光谱响应与逸出功(正电子亲和势光电阴极)或禁带宽度(负电子亲和势光电阴极)的大小相关。逸出功越低或禁带宽度越小, 带外光谱响应越大。根据光电发射的方程, 可以推测出 Cs2Te紫外光电阴与上述 3种可见光光电阴极一样, 产生带外光谱响应的原因是多光子吸收, 即多光子效应。由于 Cs2Te紫外光电阴极存在带外光谱响应, 因此当采用 Cs2Te紫外光电阴极的“日盲”像增强器在强烈的太阳光下或直对太阳光使用时, 会受到太阳光的干扰或看到太阳的像, 不具备日盲特性。为了使 “日盲”紫外像增强器完全具备日盲特性, 需要 “日盲”紫外像增强器 Cs2Te紫外阴极前增加“日盲”滤光片, 利用 “日盲”滤光片消去 Cs2Te紫外阴极的带外光谱响应达到“日盲”的目的。因此在实际应用过程中, “日盲”滤光片是必不可少的。“日盲”滤光片设计的依据是 Cs2Te紫外阴极对太阳辐射的响应度。Cs2Te紫外阴极对太阳辐射的响应主要集中在 350～650 nm之间, 因此 “日盲”滤光片主要应对该波段的可见光进行衰减。只有使用与 Cs2Te紫外阴极带外光谱响应相匹配的“日盲”滤光片才有可能使“日盲”紫外像增强器具备“日盲”特性。

介绍了多视场热像仪变倍机构设计技术。从结构设计的角度出发, 对多视场热像仪常用的几种变倍机构的工作方式、光机结构特点及设计技术要点进行分析与研究, 指出不同机构型式的优缺点和适用性。总结了多视场热像仪变倍机构设计的主要原则。

针对红外双波段量子阱探测器, 设计了一个可同时工作在 4.4～5.4.m(中波段红外)和 7.8～ 8.8.m(长波段红外)波段的仅含 3片透镜的紧凑型双波段无热化光学系统, 有效焦距为 30 mm, f/#为 2.1。对比先前报道的双波段无热化红外光学系统, 此设计仅采用硫系玻璃材料 Ge20Sb15Se65制备的两片镜片和常规红外材料 ZnS制备的一片镜片, 通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统在中波红外及长波红外两个波段的无热化设计效果, 且不含衍射面, 整体结构紧凑, 制备难度低。利用硫系玻璃易于精密模压制备非光学球面的特点, 仅在一片硫系玻璃镜片上设计一处非球面。设计结果显示, 系统在两个红外波段, -40 ℃～60 ℃温度范围内像质良好, 且光学调制函数(MTF)接近衍射极限。