CMOS图像传感器（ CIS）相比于 CCD图像传感器具有可集成更多功能和集成度以及更小的系统尺寸、重量和功耗及成本（ SWaP-C）的优势， CIS技术的最新进步，特别在低读出噪声和高灵敏度的突破，使其不仅达到了相当于 CCD图像传感器的图像性能，同时也将其微光使用限定推进到了微光条件，介绍了一种高灵敏度低噪声大动态范围的微光 CIS组件，具备从白天到多云残月夜晚的实时单色成像能力，可作为一种在微光成像性能和 SWaP-C优选的可见光近红外（VIS-NIR）昼夜成像器件。

扩展计数（ extended counting）模数转换器（ ADC）合并了 Sigma-Delta(..) ADC的高精度和奈奎斯特率 ADC的高速低功耗优势，具有中高精度和中等的转换速度，在图像传感器方面具有很好的应用前景。以 ΣΔADC与逐次逼近（ SAR） ADC的组合结构的扩展计数 ADC为例，基于 0.35 .m的 CMOS工艺，对其进行了电路层面的设计。通过电路级仿真验证了该工艺下 ADC的功能并且得到了部分的性能参数。

光机扫描机构是各种航天航空遥感扫描成像系统的重要组成部分，而扫描镜及转动轴系又是其关键因素。从实际工程应用出发，着重论述一种大尺寸扫描镜的制备工艺以及光机扫描机构转动轴系的设计及校核方案，提出了一种 45°平面反射镜扫描机构的关键实现技术和解决方案，经检验该方案切实可行。

光电跟踪取证系统对运动目标进行跟踪拍摄时需要进行变焦和调焦，目标姿态和位置改变而产生调焦窗口偏离是导致传统自动调焦方法失效的主要原因。针对该问题，提出了一种针对跟踪目标动态建立调焦窗口的方法。该方法利用梯度能量评价函数提取目标特征，通过相关性处理和边界扩展建立调焦窗口，能克服调焦窗口偏离的缺陷。实验结果证明，对 704×576像元不同离焦状态的图像都可以在 20 ms内根据目标的位置和大小，构建准确有效的调焦窗口，满足光电跟踪取证系统对运动目标进行实时自动调焦的特殊要求。

针对某大口径光电探测设备技术指标设计了一种口径为 1m级，焦距变化范围为 2000～6000 mm的大口径、长焦距可见光连续变焦系统。比较了以往的连续变焦结构优缺点，选取了合适的凸轮机构并进行了详细地结构设计。利用有限元软件对连续变焦距系统中的关键结构件凸轮进行了静力学和动力学分析。计算了该种凸轮结构下的连续变焦距系统的精度为 3.3 .m，满足系统的测量要求。

为满足高速多传感器大视场图像处理系统结构紧凑、高实时性的迫切要求，进行了以全可编程平台 ZYNQ为基础的多传感器实时图像拼接技术研究。重点介绍了该设计的基本架构、工作原理及 ZYNQ的功能模块设计等，通过对图像处理的结果表明，该技术满足高速实时图像处理的要求，同时可以扩展到更为复杂的多传感器大视场实时图像处理任务。

复杂环境中稳健的红外目标跟踪在自主导航、无人机探测、预警等方面具有重要研究意义。就经典粒子滤波红外目标跟踪算法中单一的灰度特征缺乏鲁棒性引起跟踪失效的问题，提出了一种基于特征融合的粒子滤波红外目标跟踪算法。结果表明，该算法能够从跟踪鲁棒性、准确性和实时性 3个方面实现稳健的红外目标跟踪。

针对单光谱图像用于目标检测时信息量不足的缺点，提出了一种可见光图像与红外图像基于压缩域融合检测的方法。该方法首先使用合适的模型构造目标原子，得到超完备字典，再对待测图像在字典上分解所得稀疏系数进行融合，最后通过稀疏度指标对融合系数进行判定，得到目标所在位置。实验结果表明，与单帧图像检测方法相比，该方法使得待检测图像信息更加丰富，提高目标的检测率。

为了提高彩色图像的立体匹配精度，结合格式塔心理学和像素的色彩信息，提出了一种基于 RGB色彩空间的改进误差绝对值累积匹配算法（SAD）。首先，通过相似性和邻近性规则获取邻域窗内的像素权值，并同预先生成的线性查找表相结合来加快权值的计算速度。然后，利用 RGB色彩分量的像素分布特点，生成对应的分量权值，来进一步增强匹配代价函数的稳定性。经实验验证表明，改进后的匹配算法较灰度 SAD及标准彩色 SAD算法在精度上有明显的提高。

针对红外目标识别问题，提出了一种基于协方差描述子和核稀疏编码的红外目标识别方法。该方法结合了红外图像的灰度、一阶以及二阶梯度等特征的协方差描述子作为红外目标的特征，并采用 Log-Euclidean度量进行特征相似性计算，通过高斯核函数将协方差描述子映射到高维空间，最后在新的特征空间上进行稀疏编码。实测数据实验结果表明，与传统的 KNN（k-nearest neighbor，k最近邻）以及 SVM（support vector machine，支持向量机）等分类算法相比，基于核稀疏编码的红外识别方法在识别准确率上有很大的提高。

红外焦平面探测器的暗电流一般是在零视场（即盲冷屏）条件下进行测试，但这种测试方法必须改变组件结构，只适用于实验室测试。介绍了一种不需要改变组件结构，仅通过基本的性能测试就可以从理论上分析计算得到红外焦平面器件暗电流的方法。对 320×256长波探测器组件的试验结果表明，用该方法得到的暗电流结果与用盲冷屏得到的暗电流结果非常接近，可作为红外焦平面探测器暗电流评估的快捷方法。

热处理技术在整个 HgCdTe材料器件工艺中有着重要地位。在一定的热力学条件下对 HgCdTe材料进行热处理，可通过原子的热运动，调整材料电学性能和掺杂原子的占位形态、降低材料缺陷密度，以达到改善 HgCdTe材料器件性能的目的。从热处理与电学性能、热处理与缺陷密度、掺杂材料中的热处理技术以及器件工艺中的热处理技术等几方面进行了总结论述。

研究了利用 CMOS图像传感器结合数字图像处理方法获取环境工作的照度的可行性。分析了曝光输出值与曝光时间及增益的关系，确定了环境照度的测量方法。针对工程实际的需要，设计了基于 CMOS传感器 OV7670的图像采集与亮度测量系统，研究了系统标定和参数辨识的方法，实现了照度的快速测量。结果表明，该方法能够快速测量环境照度，能够满足对环境照度测量精度的要求。

偏心差是红外透镜设计、制造的重要参数，直接测量难度大、成本高。从 GB/T 7242中相关定义出发，推导了透镜偏心差与两个球面的球心差之间的关系，并与 Zemax仿真结果和已有关系式的计算结果进行了对比，验证了其在用可见光下反射成像方式中心偏差测量仪测量计算红外透镜偏心差的有效性。

检测室内有害气体得到的红外光谱为混合有害气体的红外光谱，针对吸收谱带相互交叠的混合气体定性定量不容易的问题，提出基于特征矩阵联合近似对角化（ joint approximative diagonalization of eigenmatrix，JADE）的特征提取方法，该方法通过分析数据的高阶统计量信息，充分挖掘原始数据隐含的信息，以便准确地区分出混合气体中各物质的光谱，同时应用基于正则理论的支持向量机（SVM）对提取出来的独立信号源建立多维数据定量分析的模型。实验结果表明，混合气体中各组分的定量分析相关系数均保持在 0.9991以上，验证了该特征提取方法的准确性。

复杂的野外环境大大影响了红外热像仪对爆炸温度场的测量精度。从理论角度分析了影响测温精度的因素，提出相关的改进措施。温压弹爆炸测试现场使用野外标准黑体对红外热像仪进行实地定标，准确采集到温压弹的爆炸过程，并提取到相关数据。利用 MATLAB软件平台对实验所得数据进行处理，进而得到爆炸火球表面的温度场分布信息：爆炸火球的最高温度 2881℃；1000℃及其以上温度场持续时间为 1300 ms；1000℃及其以上温度场最大散布范围为 12.61 m。测试现场同时设置了 CCD高速相机进行可见光波段的测试，测试结果表明，测试数据具有很高的精确性和可靠性。