将阿基米德螺旋线近似逐行推扫的滤光方式与非制冷焦平面探测器(FPA)逐行积分读出进行同步, 滤光当前行的同时读出上一行的数据, 可改善分时滤光多波段热成像系统的 FPA使用效率, 从而提高系统帧率。本文从工程应用的角度出发, 对阿基米德螺旋线滤光盘(阿盘)的多波段滤光、推扫滤光与 FPA逐行读出的时间同步、多波段序列图像的帧识别、阿盘的整机集成等问题进行探讨, 为新型多波段热成像系统的设计提供工程经验。

针对工作在一定入射角度范围内的衍射光学元件, 提出了复合带宽积分平均衍射效率的计算公式。为了满足军用仪器上瞄准镜的光学性能需求, 设计了两个结构参数相同的 50 mm长出瞳距的目镜。目镜系统的焦距为 25 mm, 视场角为 30°, 出瞳直径为 8 mm。基于 Erfle目镜结构形式, 首先设计了一个传统折射式长出瞳距目镜。在此基础上, 引入单层衍射光学元件, 设计了一个折衍射混合式长出瞳距目镜。该混合目镜的畸变小于 7.77%, 在 40 lp/mm处, 中心视场的 MTF(调制传递函数)高于0.85, 最大视场的 MTF高于 0.2。系统中采用的单层衍射光学元件衍射面上的入射角度为 0°～30°, 对应的复合带宽积分平均衍射效率为 95.23%。对比折射式目镜, 折衍射混合目镜不仅成像质量得到改善, 而且总长减小了 22.87%, 重量减轻了 38.79%, 具有结构紧凑、重量轻等特点。

极弱光成像或者单光子成像在夜视、侦查以及空间科学等诸多领域都有迫切的应用需求。电子轰击型有源像素传感器(Electron Bombarded Active Pixel Sensor, EBAPS)具有高灵敏、高分辨率、低噪声、小体积、低功耗的特性, 正成为新一代先进的极弱光成像传感器。针对自主开发 EBAPS的应用需求, 选取了国内生产的有源像素像传感器(Active Pixel Sensor, APS)进行了相机电路开发。并针对穿戴式的资源约束, 选用了小尺寸、低功耗的 FLASH型 FPGA为主控芯片, 完成了 APS相机电路的软硬件设计与开发。测试显示, 在视频工作情况下, 整机功耗 0.6 W, 电子学噪声 6.7 mV, 基本实现了微型低功耗的相机要求, 为穿戴式 EBAPS相机研制奠定了基础。

随机游走系数是衡量闭环光纤陀螺性能水平的重要指标, 其体现了陀螺的极限精度。分别从理论上分析了偏置工作点、入射光功率对光纤陀螺随机游走系数的影响。根据随机游走系数中各部分噪声源的特性, 建立了闭环光纤陀螺偏置工作点、入射光功率与随机游走系数的数学模型。模型表明设定合适的光功率与偏置工作点可大大提升闭环光纤陀螺精度性能。通过实验验证了模型的正确性, 实验结果表明提升光功率并采用陀螺的最优偏置工作点, 可大幅提升陀螺随机游走性能。

本文介绍了用于像素阵列为 640×512、像元尺寸为 17 .m×17 .m的红外中波制冷探测器的四片式双视场光学系统设计, 用相同的 4片透镜实现性能最优的系统(像元尺寸小)。光学系统采用轴向移动一片透镜实现两视场的切换, F/#为 3, 宽视场(WFOV)为 18.18.×14.58., 窄视场(NFOV)为 1.84.×1.46.。系统应用二元光学技术, 采用光学设计软件 Code V优化设计, 在空间频率 30 lp/mm处, 宽、窄视场的 MTF均大于 0.35; 经高低温下成像分析及二次项成像分析, 本光学系统完全满足要求。

非均匀校正技术是电阻阵列红外动态景象投射器的关键技术之一, 国外早已在该领域取得了突破性研究成果, 已实现了精确校正, 并且得到工程化应用。而国内研究则进展较缓, 校正精度不足。本文以 Flood测试法为基础, 以盲复原迭代方法为研究对象, 结合国内研究现状对该方法进行了完善和验证。实现在无需估计点扩散函数的条件下, 利用对探测数据的处理消除了观测噪声和边缘效应的影响并且实现了残余非均匀性小于 1%的校正。

本文提出了一种基于多尺度 NNLoG特征提取的红外多目标检测遗传算法。首先采用三维匹配滤波器对不同速度的目标进行基于归一化 LoG算子的目标检测, 然后采用遗传算法对程序进行优化及加速。与传统算法相比, 本文提出的方法检测效率高, 检测效果好。并且可以自适应不同大小的目标。实验结果表明, 提出的方法性能优良, 搜索目标效率较高。

针对单一先验知识不足以约束病态严重的图像超分辨率问题, 本文提出了融合内外特征的图像超分辨率算法。针对图像的自相似性, 通过采用基于内部特征的深度卷积网络学习来增强输入图像的细节纹理, 去除超分辨率图像伪影; 同时, 使用基于外部图像的稀疏约束方法来学习图像结构信息, 并结合高频残差字典来解决超分辨率重建中的高频信息缺失问题; 最后通过卷积稀疏方法分别从基础层和细节层来融合内外特征的重建图像, 以获得细节清晰、去伪影的超分辨率图像, 进一步提高图像质量。与传统算法相比, 本文算法在重建图像的纹理特征和质量上都得到了增强, 且视觉效果与峰值信噪比较传统算法有所改善。

为了利用全色和多光谱图像融合得到一幅空间分辨率较高和光谱信息丰富的遥感图像。结合窗口空间频率绝对值最大原则的高频条带波系数融合规则, 提出一种基于自适应多尺度几何分析变换的融合方法。利用 Landsat-7数据进行试验, 得到一幅空间分辨率和光谱信息都较好的融合图像。和轮廓波方法、IHS、小波变换方法进行比较, 本方法提高融合图像的质量, 图像的边缘细节更明显清晰。

红外弱小目标检测是图像处理的难点之一, 许多研究人员提出了不少检测方法。针对复杂背景与强杂波干扰下图像信杂比(Signal-to-Clutter Ratio, SCR)低造成的目前检测方法易受伪目标干扰、虚警率高的问题, 提出了一种多信息融合的红外弱小目标检测算法。首先, 构建八向局部灰度残差信息图; 其次, 设计一个滑动窗口遍历整个图像, 将图像分为一系列局部图像块, 对局部图像块的强度均值进行约束, 获得局部强度均值约束信息图; 然后, 将局部图像块进一步划分为 12个方向块, 对每个方向块中像素的梯度方向进行约束, 获取梯度方向约束信息图; 最后, 上述 3个信息图像通过点积运算得到最终显著图, 并利用阈值分割实现弱小目标的分离。将该算法与 3种其它不同算法从信杂比增益(Signal-to-Clutter Ratio Gain, SCRG)、背景抑制因子(Background Suppression Factor, BSF)以及检测率与虚警率的接受者操作特征(Receiver Operating Characteristic, ROC)曲线方面进行对比。实验结果表明: 该算法具有更高的 SCRG、BSF和 ROC曲线下面积(Area Under the Curve, AUC), 不仅能有效地抑制背景杂波、剔除伪目标, 而且能准确地检测出红外弱小目标, 具有较高的检测率。

针对繁杂环境下目标跟踪稳定性差且易受到遮挡发生漂移的问题, 提出一种结合时空上下文信息的相关滤波目标跟踪方法。该算法首先从目标和背景区域提取方向梯度直方图特征和颜色直方图特征, 加权融合两种特征的相关滤波响应, 建立相关滤波跟踪模型; 然后利用目标的背景梯度直方图特征, 基于贝叶斯框架通过最大化似然函数得到时空上下文辅助模型; 最后自适应融合两种模型响应, 得到目标估计位置并采用尺度估计方法解决目标尺度变化问题。在 OTB-2013公开标准测试集上与基于相关滤波的运动目标跟踪方法进行了实验对比。结果表明, 该算法的平均距离精度值和平均重叠精度值都优于其他算法, 能够有效缓解跟踪目标由于遮挡、尺度变化、光照等因素造成的跟踪漂移状况的发生。

针对红外导引头注入式试验过程, 研究分析影响红外制导结果的主要场景因素, 定义面向制导过程的目标场景复杂度的概念; 根据红外导引头在不同目标场景中制导难点的差异, 将目标场景根据目标的运动状态分为“静态目标场景”、“动态目标场景”两种类型, 分别建立两种情况下目标场景复杂度的计算表述方法, 并通过仿真实验验证评估方法的可行性。研究结果对红外制导仿真试验前期注入目标场景的构建和选择提供了数据理论参考, 同时能作为红外制导**场景适应能力评价工作的数据依托。

布鲁斯特角型偏振器在高功率激光系统有着重要的应用。为了真实反映布鲁斯特角型偏振器的性能, 分析并成功搭建了基于空气隙棱镜的消光比测量系统。采用光强同时测量的方法, 测量过程系统起偏器、样品、检偏器方位角固定, 引起误差的因素较少。通过限制入射光光束直径和探测器的位置, 提高检偏器反射出光方向的偏光性能, 提高测试精度; 在样品定位的过程中, 对光源进行实时监测, 降低测量随机误差。理论分析, 系统精度越高, 系统误差越大。当系统精度为 40 dB, 系统误差约 2%。对一样品进行 10次测量, 消光比平均值为 31.1 dB, 系统误差小于 1%, 随机误差小于 1%。

以 CuO、MnO2为原料, 采用固相反应法制备 CuMn2O4尖晶石红外辐射粉体, 通过 XRD、SEM、 FT-IR、TSS-5X红外发射率测量仪等测试手段对样品显微结构、物相组成和红外辐射性能进行了表征。结果表明: 烧结温度在 1050℃时, 随着 CuO含量的增加 Cu2＋将以四面体的形式存在于 CuMn2O4尖晶石中。从 XRD、红外光谱中能发现晶格常数常数先增加后减小, 其红外发射率也先增加后降低。当体系中 CuO含量为 30%时, 晶格常数增加至最大, 样品的红外平均发射率达到最大 0.92。继续提高合成温度, 红外发射率从 0.92下降到 0.90。