围绕长波红外偏振成像系统的硬件研制、系统校正和基本性能指标测试 3方面工作，构建了较为完整的成像技术方案：从方案选择、系统组成、光学部件、电路原理介绍了系统的硬件研制；分析了系统四通道响应非一致性的来源，阐述了分段线性校正法的基本原理，并展现了其对四通道红外图像的校正效果；通过实验测量得到单通道 NETD值约为 60 mK，并绘制了单通道 MRTD性能曲线，基于对应特征点统计得到了系统成像中心位置偏差约为 4个像素，图像配准误差约为 1.2个像素。最后，给出了车辆目标的长波红外偏振信息解算图像。

偏仰两轴反射镜光电平台通过控制光路中反射镜的转动实现视线的角位置跟踪。实时测量视线和视轴的角误差是完成角位置跟踪的前提。传统的光电稳定平台将探测成像系统安装在稳定平台上，所以目标像在图像平面中的脱靶量等于视线角误差。反射镜光电平台采用探测成像系统和平台分离的结构形式且光路发生折转，使得目标脱靶量不再等于视线角误差。基于光学反射定律和等距坐标变换，对反射镜光电平台的视线角误差计算进行了研究，得到目标脱靶量和视线角误差的映射关系，并且可以将其近似为关于外框架角的旋转变换。通过数值仿真和样机实验验证了分析结果的正确性。

覆盖“日盲”紫外到近紫外波段的光学材料少，增加了小 F数、大视场宽谱段紫外高光谱成像仪设计的难点。本文仅采用熔融石英和氟化镁两种材料，设计了一套宽谱段紫外高光谱成像仪，光谱范围为 250～400 nm，焦距 15 mm，F数 3.2，视场 31°。系统实现了模块化设计，前置成像镜头和后接光谱仪可独立成像。为保证对接后高光谱成像仪具有较好的像质，紫外镜头采用像方远心设计；光谱仪采用 Offner结构，且反射镜实现了一体化设计，由两个元件组成，可实现同轴安装，极大降低了装调难度。对接后紫外高光谱成像仪像质较好，系统结构紧凑，外形尺寸仅有 128 mm×60 mm×60 mm，实现了系统轻小型化设计。

针对光电系统中常用的振动扫描反射镜进行了结构设计技术研究。采用碳化硅材料，设计了反射镜的支撑方式，确定了反射镜轻量化孔的形式。使用 ANSYS软件对反射镜分别进行了静态和动态面型变化仿真分析，并利用最小二乘法对变形后的反射镜面进行了平面拟合，分析了变形误差。对常用的几种反射膜进行了对比分析。最后对实际使用的反射镜进行了面形检测，实际成像质量表面反射镜可以满足使用要求。

为了定量地研究积分球出光孔亮度衰减情况与出光孔直径尺寸变化的关系，设计一套测试实验系统，用单反相机对积分球不同尺寸出光孔进行图像采集。然后通过对理想积分球及漫反射理论进行研究，并进行理论推导，得出积分球出光孔亮度衰减干扰因子 FR。最后通过测试实验方法的研究，确定出一套切实可行的基于 Matlab图像处理的测试实验方案，对采集到的图像分析，得出图像光斑直径方向正常灰度值的像素点数与光斑直径方向像素点数的比值 FA。通过实际积分球实验测得的 FA和实际积分球尺寸计算得到的 FR数值比较分析，结果显示 FA值均处在 FR值的范围内，从而验证得出 FR正确性。而 FR的提出可以对积分球出光孔亮度的衰减进行定量的分析。

随着超材料研究的不断发展，基于超材料结构设计的一系列太赫兹及红外吸波体引起了国内外广泛关注。由于具有高效的吸波性能，太赫兹及红外吸波超材料在现代隐身技术、节能、绝热、生物化学光谱、红外成像、传感和安检等领域具有广泛的应用前景。通过紧密跟踪国内外太赫兹及红外吸波超材料的最新研究进展，讨论总结了太赫兹及红外吸波超材料的吸波机理。由于材料依靠增强电场强度来实现对电磁波的吸收往往比靠材料本身的损耗吸收电磁波有更高的效率，与传统吸波材料的工作原理不同，超材料在太赫兹及红外波段主要依靠亚波长单元结构的设计，降低其等离子体频率，从而实现表面等离激元场增强效应（SPPs）。基于此，总结归纳了太赫兹及红外吸波超材料研究中 3种有效降低等离子频率的方法，分别为金属表面的周期性结构设计、半导体材料的掺杂和新型碳纳米材料的引入，更加清晰地阐明了表面等离激元场增强效应实现方式。同时，对太赫兹及红外吸波超材料今后的发展给出了自己的认识。

针对传统尺度不变特征变换（SIFT）算法在特征提取与描述时计算量大、实时性差的问题，提出一种基于区域分块的 SIFT的快速配准方法。首先，将匹配图像和待匹配图像分割成若干均匀的子图，通过计算每个子图的信息熵值与设定阈值比较来确定局部子图的特征类型；对筛选出来的特征区域的子图进行特征提取和生成 PCA-SIFT描述子，对筛选出来的平坦区域直接跳过，不进行检测。实验结果表明：提出的方法在保证配准精度 90%以上的情况下，计算时间减少了 15%～25%左右，提高了图像配准的速度。

提出了一种基于多尺度局部自相似性和非局部均值的单幅图像超分辨率算法，该算法不依赖于外界图像，仅仅在原始图像的局部子窗口中搜索目标图像块的相似子块，利用非局部均值算法对相似子块进行加权求和来估计待复原图像，然后在复原图像上叠加最相似子块的高频细节图像，获得高分辨率图像。实验结果表明，本文算法不仅能很好地重构图像的高频细节，还能很好地恢复图像的纹理特征。

在电子稳像领域，传统求取图像的旋转角是从连续帧图像序列中提取相关信息计算的，其缺点是计算量大、实时性不高等。本文在惯导模块给出的航向角、横滚角和纵倾角 3个姿态角以及伺服模块给出的方位角和俯仰角两个角度的基础上，利用四元数法，结合空间解析几何知识，推导出图像旋转角。通过车载运动平台线列图像的验证实验表明，旋转角的推导正确，图像经矫正后起到了电子稳像的效果。

为了将红外图像的全局信息与可见光图像的细节信息进行有效结合，进一步提高融合后图像的质量，提出了一种同时增强图像边缘细节和对比度的非下采样剪切波变换（ NSST）域红外和可见光图像融合方法。首先，通过平移不变剪切波将图像分解成为低频子带与高频子带，通过全局显著性图分析图像的对比度信息；利用改进型局部显著度图分析图像局部边缘信息。针对不同频带系数，结合边缘信息和对比度信息对频带系数进行融合，最后，利用逆变换得到最终的融合图像。大量实验结果表明，本文方法在提高图像整体对比度的同时增强了图像的边缘细节表现能力，优于现有的基于小波变换，非下采样轮廓波变换（NSCT）和显著度图等几种图像融合方法。

研究了远程迎头探测飞机目标的红外辐射特性。分别介绍了飞机迎头的主要红外辐射源，飞机红外辐射特性的计算流程，以及红外光电系统入瞳接收到的蒙皮红外辐射能通量的计算模型，最后对远程探测水平路径大气透过率和飞机目标红外辐射强度进行仿真计算。

回热器作为回热式低温制冷机的关键部件，其填充介质对整体性能影响很大。采用丙纶纤维作为回热器新型填充介质，对单级脉管制冷机进行了试验研究。对丙纶微尺度空间结构及物理性能进行了分析，基于充气压力分别为 3.5 MPa/3.0 MPa/2.8 MPa/2.5 MPa/2.0 MPa/1.5 MPa的工况下，进行了降温性能、频率性能、制冷性能试验，获取了最低制冷温度，最佳工作频率及最大比卡诺效率。研究结果表明，充气压力对丙纶填充回热器的制冷机整体性能影响较大，工作频率的影响不是很明显。最终获得了最大比卡诺效率 9.46%@170 K/10.06 W/77 W，最大制冷量为 5.47 W@120 K/2.5 MPa、12.02 W@150 K/3.0 MPa、16.49 W@170 K/3.0 MPa，并获得了 96.4 K的最低制冷温度。

为研究红外加热下冰层融化特性和除冰能效，搭建了红外线加热除冰实验台，采用实验的方法，研究融化过程中冰层内部温度变化，计算融冰速率及除冰能效。实验结果表明：利用红外线加热除冰，辐射能量被冰层表面接收后会以热传导的方式由表面向内部传递；融冰水蓄存会降低融冰速率，冰层厚度 5.8±0.2 cm条件下除冰时间增加 73%；红外加热管温度对除冰能效影响显著，低温加热器比高、中温加热器更节能，其平均能效比后者分别高 21%和 35%。

基于红外图像研究了输电线路的故障诊断方法，首先采用 LSD线段检测法提取红外图像中的导线，采用深度卷积神经网络提取红外图像中绝缘子，从而得到线路元件区域。在线路元件区域内进行温度和灰度分析提取发热点，并利用漫水填充算法对过热区域进行分割，提取骨架扫描点数、有效凸缺陷、引流线对缺陷类型进行识别。实验证明该算法有较高发热点定位准确率和缺陷类型识别准确率。