近年来, 量子卫星通信、主动成像等先进技术的应用取得了较大的进展, InGaAs/InP雪崩光电探测器作为信息接收端的核心器件起到了至关重要的作用。本文系统介绍了 InGaAs/InP雪崩光电探测器的工作原理, 分析了器件结构设计对暗电流特性的影响, 对盖格模式下多种单光子探测电路进行了综述, 同时对新型金属-绝缘体-金属结构设计的研究进展进行了介绍和展望。

主要就国内红外增透膜的研究与进展, 从多个角度综述了红外增透膜的发展、改进与拓展。根据已有研究从材料、仪器与方法等多个方面分析预测了红外增透膜的发展趋势。

红外热像检测具有非接触性、实时性、测温范围广、无测温热惯性、测量结果直观形象等优势, 得到各工程领域的青睐, 广泛应用于设备故障、材料缺陷等的在线检测诊断。本文回顾和总结了红外热像检测技术国内外的发展和研究现状, 展望了其未来的发展趋势。

太赫兹(THz)波是指频率从 0.1到 10 THz之间的电磁波。氨基酸分子间的振动模式(扭转, 集体振动和氢键)大都处于 THz波段, 相比红外, 氨基酸在 THz波段体现出很多独特的吸收特征。因此对氨基酸的太赫兹光谱进行研究, 有利于更全面地认识氨基酸的生物特性, 也为进一步研究生物大分子蛋白质提供了借鉴。本文系统分析了太赫兹时域光谱技术在氨基酸领域应用的研究进展, 总结了包括氨基酸的鉴定与识别、太赫兹指纹谱数据库的建立、振动模式指认及理论模型构建、太赫兹光谱与温度相关性以及基于 THz光谱的定量分析等 5个方面的研究内容。依据大量前人的研究成果, 总结了 20种基本氨基酸在 0～6 THz的指纹谱数据库, 针对当前的研究现状, 提出了氨基酸太赫兹光谱研究方面仍存在的问题, 为今后的研究工作提供了重要的指导价值。

针对红外热像仪对调焦机构高精度、高可靠性的要求, 本文提出了一种基于模糊控制的步进电机开环调焦控制系统。该系统主要由 TMS320F28069微控制器、TMC260步进电机驱动芯片及外围电路构成。为了实现调焦系统精确定位的需求, 文中陈述了基于模糊控制的步进电机速度控制策略, 给出了系统的硬件电路设计。经过实际测试, 结果表明该系统可以满足实际使用要求。

红外成像系统利用光学系统和红外探测器接收目标物体的红外辐射, 并将红外辐射分布图以人眼可观测的方式显示出来。成像处理电路功能包括为探测器提供电源、偏置电压和驱动信号使探测器能够正常工作。偏置电压源的噪声将给探测器的输出引入噪声, 增大系统的 NETD, 降低系统性能。在设计低噪声偏置电压源的基础上, 采用经典噪声测量电路对偏置电压源的噪声进行了测量。为测量偏压源的低频噪声, 噪声测量电路分为前置放大电路和 0.1～10 Hz滤波电路。对红外探测器用偏置电压源各级电压进行噪声测量后, 得出了噪声值最小的红外探测器用偏置电压源的设计方案。

本文针对电机直接驱动式扫描机构的缺点, 设计了一种电机直驱与曲柄连杆驱动相结合的二维快速扫描机构, 该机构结构紧凑、扫描速度快, 同时可以极大降低对驱动电机的力矩要求。

为了对空间天文望远镜精细导星仪获得的星图完成识别, 提出一种层叠式自组织映射(SOM)神经网络算法模型, 将该模型在硬件中实现星特征矢量匹配算法。首先, 针对精细导星仪的特点详细介绍了导航星库的建立、星特征矢量的构建和筛选方法; 其次, 建立层叠式 SOM神经网络模型, 对其权值进行在线训练; 最后, 设计算法离线运行硬件电路并将其在 FPGA中实现。仿真与测试结果表明, 基于层叠式自组织神经网络的星图识别算法识别率高、抗噪声能力强、识别速度快。星点位置噪声为 0.648., 星等噪声为 0.18视星等条件下星图识别成功率在 80%以上, 新算法在 FPGA中运行速度是 PC机上传统三角形法的 100倍。对精细导星仪星图识别算法的优化设计提供了合理可行的参考依据。

为解决微光探测条件下多波段图像融合效果差、信息丢失的问题, 提出了基于直觉模糊集的多波段图像融合方法。首先利用最大化熵准则对源图像分别进行直觉模糊处理, 其次对隶属度图像进行去模糊后进行非下采样剪切波变换(NSST), 得到各自的高频图像和低频图像, 然后对高频图像用绝对值取大融合, 对低频图像用清晰度取大融合, 最后对高频融合图像和低频融合图像进行 NSST逆变换得到最终融合图像。实验结果表明, 本方法可对微光探测条件下多波段图像自适应处理, 融合结果目标显著, 对比度和清晰度大, 主观和客观评价指标均优于其他方法。

为了实现在复杂背景条件下对动态视频红外多目标进行稳健的检测与跟踪, 提出了一种新颖鲁棒的运动多目标的检测与跟踪算法。首先对相邻红外图像进行匹配校准, 利用图像累积差异图检测出运动的目标。为了达到实时高效的检测效果, 提出了网格采样策略, 大大降低了特征点的匹配复杂度并解决了特征点非均匀集中的问题。同时采用强度滤波和形态学操作等算法提升了目标的显著性特性, 滤除了虚假目标; 由于红外热像仪视场的变化, 目标的尺度将发生变化, 在检测到目标的基础上提出了尺度计算与区域检测算法; 最后采取了传统的卡尔曼滤波对检测到的目标进行跟踪。实验结果表明, 本文算法能够准确地检测动态场景下运动目标, 并在目标尺度变化时自适应的检测出目标的变化, 同时稳定地跟踪目标。

随机噪声之间, 随机噪声与信号之间互相独立。基于此原理, 可以将原始信号分别经过两个不同的信道, 产生两个不同的含噪信号, 通过互相关运算而去除噪声。互相关处理后的含噪信号中, 信号的幅值大多高于噪声幅值, 继续对含噪信号进行分数阶微积分运算, 加大信号与噪声的差距, 从而达到除噪目的。通过论证与仿真, 验证了此方法的去噪效果更好。

针对现有的基于样本学习的图像超分辨率方法参数较多、运算速度较慢等问题, 结合基于卷积神经网络的超分辨率方法, 提出一种快速图像超分辨率方法。设计一学习网络, 以低分辨率图像作为网络的输入, 从根本上减少网络的运算负担, 加速网络运算; 减小卷积核尺寸使得网络训练参数减少, 提高运算速度; 最后以亚像素卷积层同时实现网络的映射和图像融合过程。将所提方法在通用测试集上进行测试, 并与其他方法的测试结果进行了对比, 所提方法生成的图像具有更高的峰值信噪比, 且具有更好的主观视觉效果。实验结果表明所提方法不仅运算速度能够得到大幅提升, 而且能够生成更高质量的超分辨率图像, 具有更佳的超分辨率性能。

红外导弹目标信号探测场(视场)是红外导弹的重要指标, 基于某型导弹四元十字探测器光学结构与特殊性, 给出了四元十字探测器目标信号探测方法, 得到其探测场(视场)形状为四瓣梅花状, 探测场的视场面积为 7.86Rd2(Rd为探测器单元长度)。通过与圆锥扫描调制盘比较, 探测场(视场)面积为圆锥扫描调制盘 2倍, 等效半径为圆锥扫描调制盘 1.414倍, 通过与单元调制盘比较, 面积为单元调制盘 2.5倍, 等效半径为单元调制盘 1.6倍, 具有比圆锥扫描调制盘和单元调制盘更大的视场探测范围。

以图像匹配技术为代表的弹载电视制导技术具有信息直观的特点, 作为非常优秀的图像匹配技术, SIFT算法受到了广泛的关注和深入的研究。针对传统 SIFT算法实时性差的问题, 本文提出了一种改进的 SIFT算法。在提取特征点部分, 通过 Laplace算子找出图像边缘区域并进行 Laplace加权处理, 然后利用 FAST特征点检测算法提取区域特征点; 在生成特征点描述子部分, 将传统的 128维 SIFT算子降为 48维, 利用改进的 SIFT特征描述算子为特征点赋予方向和描述符使其具有旋转不变性; 在特征点匹配部分, 利用欧式距离提取匹配点对, 并采用 RANSAC算法提纯匹配点对, 得到最优矩阵。实验结果表明改进的 SIFT算法在目标旋转、尺度变化等条件下匹配效果良好, 与传统 SIFT算法相比具有很高的实时性, 可以很好地实现图像实时匹配。

为了探索高性能 K2SbCs光电阴极的特征结构, 对光电阴极量子效率公式进行了推导, 并利用推导出的公式对 K2SbCs光电阴极量子效率(≈30%)曲线进行拟合, 得到拟合相对误差较小结构参数。另外, 根据拟合结果分析了对光谱响应造成影响的因素, 包括阴极厚度、光电逸出深度、阴极结构参量、光谱响应截止波长等。探索了该光电阴极结构参数范围, 据此分析并设计高性能透射式 K2CsSb光电阴极。

针对传统超声波检测方法的不足, 本文提出红外热波无损检测技术检测钢轨轨脚两侧的裂纹, 在 ANSYS有限元分析软件中对钢轨轨脚裂纹红外热波无损检测实验进行了数值模拟分析, 并搭建了钢轨裂纹红外热波检测实验的实验平台, 对仿真结果进行了验证。钢轨轨底裂纹红外热波无损检测实验仿真主要包括 3部分: 建立钢轨实体模型并对其进行网格划分, 热流密度模拟热波载荷施加在钢轨轨脚表面进行求解分析, 对求解结果生成钢轨轨脚表面的温度分布云图和温度随时间变化曲线图。仿真与实验结果表明: 红外热波无损检测方法可以弥补传统超生波检测方法的不足, 可以检测得到钢轨轨底两侧的裂纹。