近年来, 中红外雪崩光电二极管(APD)阵列, 以其高增益、高灵敏度和高速探测的优点, 成为光纤通信、三维激光雷达成像、天文物理以及大气观测等应用的重要器件。本文具体介绍了中红外雪崩光电探测器的结构和探测原理, 对其结构参数相关的性能以及优缺点进行了详细介绍, 并展望其发展前景, 同时介绍了一些中波红外雪崩光子探测器研究和应用进展。

目前, 决定非制冷红外焦平面探测器成本和可靠性的主要因素之一是其真空封装技术水平。本文主要介绍了非制冷红外探测器封装技术的发展现状, 详细说明了典型金属封装、陶瓷封装、晶圆级封装及像元级封装的基本结构和组装工艺, 并指出了其优缺点和未来发展趋势。

过去几十年中, 短波红外 InGaAs探测器被广泛用于近红外探测系统中, 通过将 InGaAs光电探测器与纳米光天线结合可以增强光吸收并提高量子效率。然而, 这种纳米光天线往往由聚焦离子束或电子束光刻制备而成, 制备成本较高。本文介绍了一种更经济的沉积法来制备纳米光天线。用沉积法制备了纳米 Ag颗粒阵列, Ag球平均半径为 200 nm。研究了 Ag纳米球阵列的表面等离子体效应对 InGaAs光电探测器光吸收性能的影响, 发现在整个近红外波段, InGaAs光电探测器帽层的透过率均显著提高。并且发现 SiO2涂层激发了局域表面等离子体共振, 分析了其对波长 1 .m附近的入射光的透过率增强效应。

采用 Petritz双层薄膜结构模型, 用化学腐蚀的方法分离 MBE外延双色 HgCdTe薄膜, 测试并验证了双层模型对中短双色 MBE外延 HgCdTe薄膜中各层的霍尔参数计算的有效性, 给出了测量不确定度评定以及相对误差。实验表明, MBE外延双层 HgCdTe薄膜中的中波薄膜层电导率及霍尔系数的扩展不确定度范围分别为 0.33～0.41 .·cm和 61～113 cm3/C, 置信概率为 95%, 与对比样品的中波膜层霍尔参数相比, 载流子浓度及霍尔迁移率的相对误差分别小于 20%和 10%。

本文简要介绍了 nBn势垒阻挡结构器件的提出、发展过程。讨论了 nBn型器件的工作机理及其对暗电流的抑制机理。对比了普通碲镉汞 nBn结构器件与经过优化具备俄歇抑制特点的 NBvN结构器件的性能。总结了碲镉汞 nBn型器件势垒层设计要素及器件价带带阶消除的方法。

采用分子束外延工艺方法生长的 InAs/GaSb二类超晶格材料因其独特的能带断带结构, 极大地降低了俄歇复合暗电流, 且其较大的电子有效质量使得隧穿电流进一步降低, 因此超晶格材料成为国内外红外领域研究关注的重点。本文介绍的超晶格中长波双色探测器采用 npn背靠背结构, 阵列规模为 320×256, 像元中心距为 30 .m。其中测得 80 K温度下, -0.1 V偏压工作时中波 50%截止波长为4.5 .m, 0.17 V偏压工作时长波 50%截止波长为 10.5 .m, 对应的峰值量子效率为 45%、33%, 相应的暗电流密度为 5.94×10-7 A/cm2@-0.1 V、1.72×10-4 A/cm2@0.17 V, NETD为 16.6 mK、15.6 mK。

在低照度成像的短波红外相机中, 像元响应存在非线性问题。为了克服传统的神经网络自适应校正方法只能进行线性校正的不足, 提出了一种基于非线性模型的 BP神经网络非均匀性校正算法, 针对单一像元通过隐含层多神经元拟合像元校正曲线, 有效降低拟合误差, 并通过实验验证了算法的合理性。结果表明, 改进算法在图像的局部非均匀性, 粗糙度方面相较于传统算法分别降低了 27%和 28%, 非线性响应像元校正曲线拟合误差降为传统算法的 30%。

为了在多波段图像融合中选用合适的直觉模糊化方法来处理不确定性问题, 对 5种常用的直觉模糊集方法在多波段图像融合中的应用进行了比较。首先将多波段图像进行直觉模糊化处理, 对隶属度图像进行去模糊化得到直觉模糊图像; 然后, 将直觉模糊图像进行非下采样轮廓波变换(Nonsubsampled contourlet transform, NSCT), 对低频图像进行直觉模糊化处理, 所得隶属度作为权重进行加权融合, 高频使用取大规则进行融合; 最后通过逆变换得到融合图像。对融合结果采用主观人眼视觉观察和客观评价指标体系进行分析比较, 得到较好的直觉模糊集方法的优势性能。实验结果表明, 与 Sugeno、Yogita、Yager及 Chaira四种直觉模糊化方法相比, Bala直觉模糊化方法可以有效提高融合结果的亮度和对比度, 而且融合结果边缘清晰, 纹理特征明显, 具有更好的视觉融合效果和客观质量评价。

为提高相机动态范围, 提出了一种基于相机光电参数的图像融合方法。该方法首先通过对相机的转换增益以及黑电平偏移进行测试确定融合系数, 得到高动态范围图像, 经过灰度拉伸后得到可显示的图像。从像质评价方面选取 3组不同光强下融合图像, 分别从主观和客观两方面与 2种传统的融合算法进行比较同时将相机融合前后的动态范围进行了比较。选用辰芯 G2020型互补性氧化金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器完成实验测试, 融合前高增益模式以及低增益模式下相机动态范围分别为 59.2 dB和 66.1 dB, 经该方法处理后相机动态范围达到87.5dB, 且成像质较好, 同时本文方法计算量小, 易于硬件实现。

基于学习的图像超分辨率技术, 通过学习获得高、低分辨率图像之间的映射关系, 将其作为先验约束条件来估计高分辨率图像。这种技术的一个重要问题是如何建立高分辨率和低分辨率图像之间的映射关系, 大多数现有的复杂模型既难以推广到所有自然图像, 还需要耗费大量时间进行模型训练, 而简单模型的表示能力却很有限。本文提出了一种简单、有效、鲁棒、快速的图像超分辨率技术。这种超分辨技术基于一系列线性最小二乘函数, 即级联线性回归模型, 这种模型函数具有闭合形式的解, 仅需要很少的控制参数, 因此在计算上能够有效实现。为了减小估计模型和实际模型之间的差距, 本文通过 k-means算法将图像块进行聚类, 并在每次迭代中学习每个聚类的线性回归参数, 在级联线性回归学习过程中逐渐逼近真实的超分辨率图像。实验结果表明, 本文所提出的技术与现有技术方法相比, 具有更好的超分辨性能、更低的时间消耗。

由于运动目标存在不同程度的遮挡干扰, 严重制约装备精确打击的能力。本文在空时上下文跟踪算法的基础上, 提出了一种基于双模式遮挡检测机制的目标跟踪算法, 该算法充分利用目标及其局部背景的上下文区域信息来预测遮挡状态, 最大限度地提高遮挡预测的响应能力和重捕的精度。首先, 利用双模式遮挡检测机制实现遮挡状态检测; 一旦目标进入完全遮挡, 对目标进行位置预测, 并利用形态学操作提取疑似目标区域, 降低匹配的复杂度; 最后, 采用基于直方图置信度策略对遮挡后的疑似目标区域进行重捕, 实现整个遮挡过程的稳定跟踪。定性定量仿真实验结果表明, 本文提出的目标跟踪算法在实时性, 稳定性和定量指标上具有明显优势, 适合工程应用。

针对传统基于聚类的红外图像异常检测方法对电力设备红外图像多层分割效果较差, 异常检测有效性较低等问题, 提出了一种核猫群电力红外图像异常检测方法, 通过核猫群聚类实现电力设备红外图像的异常检测。首先, 对红外图像进行 RGB值校正, 并将校正的 RGB值映射到 Lab空间, 获取聚类所需数据集。核猫群聚类方法中的每一只猫代表着一种聚类划分, 用聚类中心点的坐标来对猫的位置进行编码。利用搜寻模式和追踪模式对猫群中猫的位置进行更新, 采用核函数引导的相似性度量构造目标函数, 通过迭代优化获得电力设备红外图像的多层分割聚类结果, 最终发现电力设备中的异常发热区域。实验通过与 k-means、fuzzy c-means和传统猫群聚类进行定量对比, 结果表明, 所提方法多层分割效果更好, 具有更佳的异常检测能力。

用共沉淀法制备 Mg/Al-LDH、Zn/Al-LDH和 Zn/Mg/Al-LDH三种类水滑石填料, 用 IR-2双波段发射率测试仪测试 3种类水滑石填料和树叶的发射率。测试结果得出, 在 8～14 .m波段内 3种类水滑石填料的发射率与树叶的发射率相似, 且 Zn/Mg/Al-LDH的发射率低于 Mg/Al-LDH和 Zn/Al-LDH的发射率。用 UV-Vis-NIR分光度计测试这 3种类水滑石填料的反射光谱。在 780～2500 nm波段内 3种类水滑石反射光谱与植物叶片反射光谱的相似度达到 95%以上。实验结果表明, 这 3类水滑石材料可以作为近红外及远红外伪装隐身材料。对 Mg/Al-LDH, Zn/Al-LDH和 Zn/Mg/Al-LDH进行了 XRD, FT-IR、TG-DSC、SEM和 EDS表征。