对碲镉汞红外焦平面热响应图“交叉线”特征起源进行了研究。基于碲镉汞的闪锌矿结构晶体滑移系统理论, 讨论了不同滑移面与碲镉汞薄膜生长所用 (111)B面和(211)B面交线的方向, 从晶格失配和应力释放的角度探讨了碲镉汞薄膜表面交叉线形貌与 X射线衍射交叉线貌相的起源与几何结构, 分析了碲镉汞薄膜交叉线与材料晶体质量之间的关系, 探讨了碲镉汞红外焦平面热响应图交叉线特征的起源及其与器件性能的关系。

从可见光到热红外的全谱段探测的多光谱成像仪器能够同时对可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外光谱范围内的多个谱段进行探测, 是目前得到广泛研究及应用的成像光谱仪器。这类仪器在国土资源、环境监测、城市遥感、海洋监管等方面均有较高的应用价值。本文概述了此类仪器的国内外研究发展现状, 对国外 Landsat系列载荷、MODIS、国内的资源系列载荷、高分五号全谱段光谱成像仪等代表性仪器的技术指标和特点进行了总结。通过分析认为更加全面和精细的光谱覆盖、成像方式的改进与技术指标提高、定标手段和定量化水平提高、数据的持续性及稳定性是未来发展的趋势。

介绍了长线列扫描周视红外图像的多目标提取的研究背景和图像数据量大、背景复杂度高给目标提取带来的问题, 分析了与传统焦平面阵列输出红外图像的不同。根据长线列扫描周视红外图像的特点, 从长线列扫描周视红外图像的快速处理方法和多目标提取方法两个方面进行了归纳总结, 分析了不同处理方法中面临的问题和解决思路。最后总结长线列扫描周视红外图像的多目标提取技术的发展方向和趋势。

红外遥感图像舰船目标检测在军舰探测、精确制导等军用领域以及海面搜救、渔船监测等民用领域具有极其重要的战略意义。本文回顾了红外遥感图像的发展历程, 总结了舰船遥感图像的特点及其图像处理的难点。着重分析了海陆分割和海洋背景图像预处理的研究现状, 对舰船检测算法进行了总结和归纳, 在此基础上对各种算法进行比较并指出其适用性和优缺点, 最后对其未来发展趋势进行了展望。

光机热集成分析不仅能够对红外成像系统在复杂环境下像质进行评价, 而且能够在设计阶段对热像仪模型进行优化设计, 从而节省研发时间, 提高研究效率。本文介绍了光机热集成分析的基本原理, 对该领域近年出现的光机热集成方法进行归纳总结与分析对比, 指出目前光机热集成分析存在的缺点与不足, 重点介绍了折射率梯度和光学胶对热像仪像质的影响, 并对热像仪集成分析发展趋势做出展望。

针对传统的光电探测系统大多只根据单一的专项任务进行设计, 无法兼顾不同任务探测识别的需求, 提出了一种基于测量数据的自适应智能光电探测系统的概念。阐述了针对不同任务需求, 在轨实现测量数据的处理分析, 自适应修正系统参数的方法。重点介绍了系统参数案例库的建立, 利用傅里叶分光技术判断场景目标, 自适应选择工作波段的方法。针对面目标和点目标探测, 分别利用清晰度评价函数和综合信噪比作为调参依据, 形成调参反馈, 自适应调整光学系统口径、增益、焦距和积分时间等参数, 达到最佳成像模式, 实现多种类不同目标探测和识别的需求。

随着制造技术的发展, 机械补偿式变焦镜头的使用也越来越广泛。光学系统变焦的精确性、平滑性和驱动力均衡性主要取决于变焦凸轮, 而变焦凸轮的压力角与凸轮外径、凸轮转角范围以及变倍组的运动规律有关。本文以某款红外连续变焦镜头为例, 不改变凸轮外径和凸轮转角范围, 对变倍组的运动规律进行优化设计, 并通过 ADAMS对优化后的模型进行运动学仿真。仿真结果表明: 该优化方法可以降低变焦凸轮在短焦段和长焦段的压力角, 消除变倍组等速运动时的刚性冲击。

围绕如何获得高质量远距离夜间视觉信息展开研究, 介绍一种基于红外短波成像与激光照明的视觉系统, 包括基于 FPGA与 USB的图像数据采集与传输模块以及基于多波段激光照明系统的设计, 展现了较之与传统的视觉系统更远更清晰的视觉图像效果, 讨论了夜间视觉信息的获取距离与照明光源的关系问题。该系统在夜间远距离情况下效果尤为显著, 为海上监视、单兵装备提供良好视野。

为了补偿光学成像系统在成像过程中受自身重量、振动以及温度变化等因素引起的相位误差, 设计了一种 Z型薄片式柔性支撑结构用于反射镜相位补偿。建立了 Z型薄片的力学模型, 推导了多组柔性薄片模型下的反射镜系统平移刚度和偏转刚度表达式, 根据刚度方程分析了薄片厚度及倾角对柔性支撑结构的力学影响。最后, 通过有限元分析对理论模型进行了仿真验证。针对 100 mm口径铝材反射镜仿真结果表明, 理论推导值与仿真结果相对误差小于 8%, 说明了所建力学模型与刚度方程的高准确性, 为柔性支撑结构的设计、力学分析以及参数优化提供了理论指导。

复杂红外对抗环境已成为空中作战的主要场景, 而空中红外对抗过程本质上具有高度随机性, 必然对红外空空导弹制导精度产生显著影响。本文在分析空中红外对抗随机过程的基础上, 基于排队论模型构建了平稳状态下红外诱饵平均被识别时间及其制导扰动的计算模型, 并采用高阶伴随分析方法建立了全弹道制导精度的影响分析模型, 形成了涵盖从红外诱饵投放、识别、制导扰动直至最终脱靶量计算的空中对抗全程制导精度分析方法。通过对典型对抗过程的实例仿真计算, 验证了本文方法能够有效分析干扰对抗模式与导弹制导系统主要参数对导弹最终脱靶量作用影响的内在机理与数值关系, 揭示了影响制导系统空中对抗性能的一般规律, 为红外空空导弹抗干扰能力的设计改进提供了有效支撑。

传统的伪装目标探测识别大部分是依靠人眼通过光学仪器进行简单的放大观测, 但是通常探测效果不佳。高光谱仪能采集一定波长范围的光谱图像, 从而得到物体连续的光谱曲线, 一般来说, 不同物体间的光谱曲线存在差异。利用在可见光及近红外波段下获取的高光谱图像, 分析伪装目标在不同背景下的伪装效果。通过光谱幅值及光谱形状变化趋势, 评价伪装目标与背景光谱曲线的差异。根据实验结果综合评价, 伪装目标在真实草地中的伪装效果相对塑料假草皮来说更好, 符合实际需要, 能为**行动提供良好的伪装。同时, 实验也表明, 在可见光波段下, 不同物体光谱曲线变化趋势不同, 在近红外波段下, 物体间的光谱反射灰度值差异较大, 但是光谱变化率差异较小。在伪装目标探测时, 若仅从某一方面来评价, 可能得到错误的结果。所以在探测识别时, 需要从各方面综合考虑。

针对传统图像融合方法容易导致融合图像出现细节不明显和目标信息不完整的问题, 本文提出一种基于二维局部均值分解( Bidimensional Local Mean Decomposition, BLMD) 和非下采样方向滤波器组(Nonsubsampled Directional Filter Banks, NSDFB) 算法的红外与可见光图像融合方法(基于方向滤波的二维局部均值分解法, Bidimensional Local Mean Decomposition based Directional Filtering Analysis, BLMDDFA) 。首先, 计算两幅原始图片的熵值, 同时提取熵值较大的图片的残余分量, 该残余分量与另一张原始图片有着较强的相关性。然后, 通过 BLMD和 NSDFB算法将残余分量和熵值较小的原始图片分解成低频子带和一系列不同尺度的高频方向子带, 并使用不同的融合规则分别对低频子带和高频子带进行融合。最后, 通过相应的逆变换运算获得融合图像。实验结果表明, 本文方法的融合性能在对比度、细节信息展示和目标突出方面均高于经典的融合算法, 在信息熵、标准差、空间频率和平均梯度方面较 Laplacian方法中各指标分别提高了 5.6%、28.9%、37.4%和 47.6%, 信噪比较 Laplacian方法降低了 8.5%。

现今的特征点轨迹稳像算法都是基于网格变形达到稳定视频的最终目的, 而保证结果不扭曲失真且稳定的网格变形需要由一定数量的长特征轨迹通过相应最优算法来实现。目前所提出的算法无法在保证良好时间性能下达到这一要求, 针对这个问题, 提出一种基于特征点轨迹增长的视频稳像算法。首先提取特征轨迹, 为避免算法优先选择较长轨迹而导致轨迹分布过于集中造成局部抖动的问题出现, 将特征点位置分布与轨迹长度相结合作为选择策略使特征点轨迹分布更加均匀; 接着利用低秩矩阵迭代逼近原理生成虚拟轨迹来实现轨迹增长; 最后利用网格变形生成稳定帧。将本文的算法与另外两种典型的特征点轨迹稳像算法相比较, 其中包括基于对极几何点转移的稳像算法以及基于三焦点张量重投影的特征点轨迹稳像算法。实验结果表明, 本文算法的特征点分布均匀且轨迹利用率高, 与基于对极几何点转移的稳像算法相比, 稳像效果更稳定并且时间复杂度更低, 与基于三焦点张量重投影的特征点轨迹稳像算法相比, 在保证稳像效果的同时时间复杂度更低。

针对工业现场中复杂背景下镁熔液弱小目标实时检测的难题, 从图像识别的角度提出了基于 Prewitt算子的自适应背景预测算法。该算法首先使用 Prewitt算子对原始图像进行处理从而计算出图像最大灰度差, 其次根据最大灰度差与每个像素点的灰度差的差异选择背景预测模型进行处理得到背景预测图像, 然后用原始图像减去背景预测图像得到残差图像, 接着对残差图像作帧差运算以及阈值分割运算得到二值图像, 最后使用形态学运算获取最终的目标, 并将该算法与最小一乘法的检测性能进行对比。 Matlab仿真结果表明, 该算法不仅可检测到弱小目标, 并且检测到的目标点面积增大了 60%, 检测时间减少了 96.92%, 为图像处理技术应用于工业现场实时检测镁熔液中弱小目标奠定了基础。

针对金属冶炼排渣机械手对炉渣位置定位的问题, 本文提出了一种基于近红外视觉的高温目标定位方法。使用红外阵列传感器和 CMOS摄像头结构光三维重建视野标定后搭建出一套近红外视觉系统。用蜡烛光模拟高温炉渣, 将红外阵列传感器采集的温度点阵数据绘制出伪彩色温度分布图, 利用仿射不变性原理将其与彩色图像配准融合, 生成高温炉渣及其周围环境的红外 -可见光融合图像。最后, 利用红外阵列传感器横、纵视野角分量投影的方法得到高温炉渣的三维坐标。实验结果表明, 红外阵列传感器定位高温炉渣的方法是可行的。定位得到高温炉渣的三维坐标为机械手提供目标期望给定, 机械手可进一步完成排渣任务。