利用直流非平衡磁控溅射技术，在100℃条件下，在单晶硅上制备了具有红外增透效果的类金刚石薄膜，研究了偏压对薄膜结构、机械性能和红外光学性能的影响，解释了薄膜结构与性能之间的关系。利用场发射扫描电镜（FESEM）、Dektak150 型台阶仪、Raman 光谱仪、纳米压痕仪、椭偏仪和傅里叶红外吸收光谱仪表征薄膜形貌、结构、硬度、折射率和红外光学性能。实验结果表明：在偏压为－100V 时，薄膜中sp³ 相含量最高，得到最大的纳米硬度14.8 GPa 和最大折射率2.36，此时透光率为67.3%；在偏压为－200V 时，薄膜硬度为11.2 GPa，薄膜的折射率为2.06，最接近零反射膜所需折射率，此时透过率最大。

针对非制冷红外焦平面阵列（Uncooled Infrared Focal Plane Array，UIRFPA）成像系统中普遍存在的非均匀性较差的问题，本文提出了一种基于探测器工作偏压对其输出影响来进行片上非均匀性校正（Non-uniformity Correction, NUC）的方法——探测器片上偏压逐点NUC 技术。该方法是在探测器每一个像元关键偏压VEB 和VFID 上使用DAC 供电，通过在积分前对每个像元的偏压进行单独的调整来校正其信号输出值。在不影响探测器帧频的情况下，实现了非均匀性从1.9%降低到0.4%，有效改善了探测器原始信号的非均匀性，且具有很好的实时性。

本文主要分析了作为分子束外延碲镉汞的碲锌镉衬底的表面预处理工艺。湿化学处理工艺主要目的是去除衬底表面损伤层，0.5%溴甲醇溶液的腐蚀速率为7 nm/s，但腐蚀的同时会形成表面富Te 层和氧化层，氧化层的厚度随溴甲醇的浓度增加而增加；高温热处理工艺主要是消除湿化学腐蚀形成的富Te 层和氧化层，340℃的高温处理可去除表面氧化层；也可以直接通过回旋共振等离子体处理衬底表面，形成化学计量比正常的干净表面。

碲锌镉晶体（CdZnTe）是一种性能优异的红外焦平面探测器衬底材料，其质量的优劣将直接影响外延层的结构与性能，而晶体中的微观缺陷常常是影响衬底材料质量的主要因素之一。本文采用红外透射显微镜、金相显微镜、X 射线形貌仪、扫描电镜、白光干涉仪等仪器系统地检测和研究了碲锌镉晶体中存在的微观缺陷。研究发现碲锌镉晶体样品中主要存在层错、孪晶界和包裹物等微观缺陷，结合晶体缺陷理论详细地分析了碲锌镉晶体中微观缺陷的形成机制。

利用碲镉汞（HgCdTe）体晶材料，采用HgCdTe 材料拼接技术、磨抛技术等成熟的探测器芯片制备工艺以及三级热电制冷技术，设计并研制出了热电制冷型13 元HgCdTe 中波红外光导探测器。在－50℃时，峰值电压响应率可达2.7×10⁴ V/W，峰值探测率达到2.3×10¹⁰ cm·Hz^1/2·W^－1，响应波段在3.0～4.6 μm 之间，峰值响应波长为4.2 μm。

根据320×256 中波红外焦平面器件内部电路结构特点以及输出微弱模拟信号的特点，系统从低噪声和抗干扰的角度出发，设计了由电源模块、驱动电路、A/D 转换电路、数据处理电路、时序控制模块等模块组成的低噪声中波红外焦平面图像数据采集系统。通过噪声测试和成像实验得到，在26℃的室温下，测得的电路噪声为0.1 mV，在1000 μs 积分时间时系统噪声1.5 mV，各个像元的SNR 在62～65 dB 之间。

针对光经深截止滤光片衰减后，达到光子计数水平，其透过率难以用一般测量仪器测出的情况，设计了基于ICCD 的光子计数成像系统，介绍了系统的工作原理，硬件组成和图像处理所涉及到的软件算法，给出了利用单位时间内透过的光子数计算透过率的计算方法，并对一给定的日盲滤光片进行了透过率测试。在特定波长范围内，测试结果的数值相对实际情况偏小，测试结果的数量级与实际一致，表明该系统的测试稳定性较高。经过分析，系统最小可探测到每秒钟几百个光子，可用于经滤光片衰减后达光子计数水平的滤光片透过率测试。

舰船在水面航行时，由于船体和水面的相互作用，在船后会形成一条清晰可见的V 形的尾迹，即Kelvin 尾迹。首先基于海浪谱模型，生成了粗糙海面的几何构型，并结合Kelvin 尾迹模型，完成海面Kelvin 尾迹的几何构型。然后，通过波面发射率计算、探测器视场模型建立及热像生成3 个步骤，完成海面Kelvin 尾迹的红外图像仿真。最后，根据尾迹与周围海水间的辐射温差，建立Kelvin 尾迹的探测模型。研究结果表明：探测天顶角越大，Kelvin 尾迹与周围海水间的发射率差异越明显，尾迹的红外图像特征越显著；同时，随着探测天顶角的增大，探测概率逐渐增大。

高分辨率的应用需求使得传统的高光谱遥感成像系统面临高速率采样、海量数据存储等难以突破的瓶颈问题，压缩感知理论为传统高光谱遥感所面临的瓶颈问题提供了解决可能。针对高光谱压缩感知成像，提出了一种摆扫型高光谱压缩成像系统，该系统采用光栅、柱面透镜、二维编码孔径和线性传感阵列等光电器件，一次曝光中可获取空间像素点的光谱维向量对应的多个压缩采样值。在压缩感知数据重建过程中，为了充分利用高光谱图像的空间相关先验信息，提出了一种空间预测迭代重建算法。实验结果表明，与标准压缩感知重建算法对比，该算法在压缩感知采样率超过0.2时重建图像信噪比可提高10 dB 以上。所设计的系统简单易实现，可应用于星载、机载等遥感平台的高光谱压缩成像。

采用深度学习的方法实现红外图像场景语义理解。首先，建立含有4 类别前景目标和1 个类别背景的用于语义分割研究的红外图像数据集。其次，以深度卷积神经网络为基础，结合条件随机场后处理优化模型，搭建端到端的红外语义分割算法框架并进行训练。最后，在可见光和红外测试集上对算法框架的输出结果进行评估分析。实验结果表明，采用深度学习的方法对红外图像进行语义分割能实现图像的像素级分类，并获得较高的预测精度。从而可以获得红外图像中景物的形状、种类、位置分布等信息，实现红外场景的语义理解。

随着光谱分辨率越来越高，高光谱图像更容易受到噪声的干扰，直接用传统的检测算子会产生较高的虚警。针对RX 算法存在较大噪声干扰的问题，提出了一种基于混合噪声评估的RX 异常检测方法。首先对高光谱图像进行分块，利用滤波的思想选取均匀图像块；考虑图像光谱-空间信息，运用多元线性回归分析对均匀图像块进行混合噪声评估；然后将高光谱图像和混合噪声进行作差，消除噪声的干扰；最后运用RX 算子进行异常检测。实验结果表明，该方法达到了消除噪声的效果，与RX 和MNF-RX 算法相比具有更好的目标检测性能。

本文所提算法是一种卷积神经网络与时空上下文结合的目标跟踪算法。将卷积神经网络算法融入时空上下文算法框架下，使得跟踪系统整体的鲁棒性有显著提高。引入Kalman 滤波来处理目标被严重遮挡时，跟踪框容易漂移的问题。此外，整个跟踪系统采取由粗到精的双重目标位置定位方式，由时空上下文算法实现目标初定位，由卷积神经网络进行目标位置的精确定位。经实验验证，算法不仅稳定性和鲁棒性较好，而且实时性的条件也基本满足。

本文针对临近空间高超声速飞行器的红外特性进行建模仿真与分析。以美国X-51A 的飞行器模型为例， 综合考虑目标的运动状态、大气环境等的影响作用， 使用FLUENT 软件和SE-WORKBENCH-EO 软件建立目标三维温度场模型和红外特性模型，并分析其红外特性。

在纤维光学中，输入-输出光之间不存在几何光学的共轭关系。当输入为会聚光时，输出光为3 个空心圆台，其剖面为3 个圆环。这个输入-输出现象被称为三环效应。本文介绍了三环效应的计算公式和它对信号光、杂光的贡献。根据杂光分析提出了端面纤皮透过率为零的消杂光新方法。

自动门控电源作为微光像增强器的能量来源，其阴极脉冲占空比与荧光屏电流的关系对完善自动门控电源的自动亮度控制（ABC）电路设计具有重要意义。从自动门控电源与微光像增强器的匹配应用方面分析了阴极脉冲占空比对荧光屏电流的影响，又从自动门控电源ABC 电路设计方面分析了阴极脉冲占空比如何跟随荧光屏电流变化，才能确保微光像增强器荧光屏亮度的基本恒定，给出了自动门控电源阴极脉冲占空比与荧光屏电流的曲线图。

针对微弱太赫兹激光功率的测试需求，本文研究一种可以提高太赫兹探测器响应度的方法。采用反射式太赫兹时域光谱分析仪测试太赫兹激光吸收材料的吸收率，选择吸收率高的材料作为太赫兹激光的吸收材料；使用直流磁控溅射技术在太赫兹激光吸收材料底部均匀的镀上一层金薄膜；利用具有高导热率和高粘接强度的固化液体硅胶把太赫兹激光吸收材料与热电堆的热端粘接在一起，并把热电堆的冷端与热沉紧密粘贴。理论分析和实验结果表明此方法有效提高了热电堆的热电转换率和吸收材料对太赫兹激光的吸收率，从而使太赫兹探测器的响应度提升了7.9%。因此，本文研制的太赫兹探测器在0.1 THz～10 THz 范围内，能够实现微瓦量级太赫兹激光功率的测试。

针对传统接触法测温精度低、实时性差等问题，提出了一种基于热辐射理论的红外热像测温模型。首先，根据红外热像仪测温原理，搭建了熔融金属红外测温实验平台，获取了不同温度下熔融金属的红外图像。其次，为了提高测温精度，采用稀疏分解方法去除熔融金属红外图像的噪声，采用最小二乘法和改进遗传算法对提取的图像灰度均值进行灰度-温度的曲线拟合，建立红外图像的灰度值与被测物体表面温度之间的对应关系。最后，利用等温线显示炉内温度整体情况。实验结果表明，此模型可以有效地测量熔融金属的温度，并且测温精度较高，验证了模型的有效性和可行性。