研究了混合式红外光学系统的光学无热化设计方法，在设计中引入了热差互补的设计思想，将无热化应满足的设计方程作为CODEⅤ中优化的约束条件，设计出工作于3.7μm～4.8μm波段、F/#为2、视场角为±5°、焦距为70mm的具有100%冷屏效率的折/衍混合式消热差物镜。该系统在-40℃～60℃温度范围内成像质量接近衍射极限，可供像元大小为15μm的高分辨率致冷型凝视焦平面探测器使用。
无热化 红外光学系统 折/衍混合光学系统系统 athermalization infrared optical system refractive/diffractive hybrid optical system
为了分析某热像仪帧扫描镜在工作状态下的面形变化和产生2000 Hz共振的原因，并提供改进设计依据，根据帧扫描镜运动曲线计算了帧扫描镜的扫描角速度和角加速度，用有限元分析软件I－DEAS计算了扫描镜在扫描、加速、减速过程中面型的变化和前10阶固有模态，分析了扫描镜在试验中产生2000 Hz共振的原因，并对扫描镜结构进行了改进，重新计算了面型变化和前10阶模态，试验证明消除了共振现象。最后提出了扫描镜设计时应注意动态下的面型变化是否满足要求，以及固有模态要避开驱动力矩中的干扰频率等要点。
扫描镜 有限元分析 变形分析 模态分析 scanning mirror FEA deformation analysis modal analysis
在详细分析使用微扫描技术减少混淆效应的基础上，给出一种利用微扫描技术进行空间分辨率影响分析的像素传递函数(PTF)方法，并基于2×2和4×4两种微扫描形式对该函数进行分析计算和讨论。计算结果表明，在焦平面阵列给定的情况下，微扫描技术能适当提高焦平面空间的分辨率，有效减小图像混淆，明显改善成像质量。指出在没有高空间分辨率成像器件的情况下，利用微扫描技术和低分辨率成像器件来获得较高空间分辨率的图像是完全可能的。
微扫描 混淆效应 空间分辨率 红外焦平面 热成像 像素传递函数 micro-scanning aliasing effect spatial resolution infrared focal plane thermal imaging PTF
1 西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安,710071
2 西安应用光学研究所,陕西,西安,710065
阐述了红外成像传感器性能表征的TODT度量方法;依据频谱理论,首先确定了三角形标准靶的空间频谱描述函数;利用匹配滤波器的概念分别推导了人眼/大脑系统通过红外成像传感器可感知的非周期三角形标准靶信号和噪声;以图像视觉感知信噪比为理论基础,首次建立了红外成像传感器的TODT性能模型,并给出了计算机仿真结果.与实验测量数据比较显示了此模型预测红外成像传感器TODT度量曲线的合理性.
红外成像传感器 三角形标准靶 三角形方位鉴别阈值 匹配滤波器 三维噪声模型
1 西安电子科技大学技术物理学院,西安 710071
2 西安应用光学研究所, 西安 710065
为有效评价凝视成像系统的性能,依据凝视红外成像系统对红外辐射信号的转换机理,建立了凝视红外成像系统信号响应模型;利用线性系统理论和采样理论对成像系统的传递函数进行了分析建模;借助于三维噪声模型表征了系统的噪声特性。以成像系统建模为基础,模拟生成不同尺寸、不同辐射温差的等边三角形方位靶标图像;针对不同刺激强度的三角形靶标仿真图像,统计观察者对靶标方向正确鉴别的概率,引入视觉心理测量函数——韦布尔(Weibull)函数拟合观察者鉴别概率数据,实现了三角方向鉴别阈值(TOD)曲线的预测。与实际测量结果进行比较,显示了此方法预测三角方向鉴别阈值曲线的合理性。
成像系统 性能评估 三角方向鉴别阈值 心理测量函数
1 西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安710071
2 西安应用光学研究所,陕西,西安710100
在分析微光电视成像系统的基础上,提出了适用于微光电视成像系统仿真所用的微光场景图像数据的要求及生成方法;针对第二代近贴聚焦系统和第三代像增强系统,建立了微光电视成像系统的能量增益理论模型;引入3维噪声理论模型表征了微光成像系统的噪声;最后,提出了微光电视图像噪声抑制算法的评价方法.仿真结果表明:经微光系统传递后,图像中的高频信息变模糊,加入噪声后,信噪比降低;而经过5帧平均算法后的图像质量明显改善,对比度增加.
微光电视系统 能量传递方程 调制传递函数 3维噪声模型 Low-light-level TV system Energy transfer equation Modulation transfer function Three-dimensional noise model
1 西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安,710071
2 西安应用光学研究所,陕西,西安,710065
提出一种基于采样红外成像系统仿真图像的最小可分辨温差MTRD预测方法.该方法从红外成像系统信号传递方程出发,模拟生成不同空间频率、辐射温度的标准四周期矩形样条;利用调制传递函数法和象素处理法,仿真了系统各组成模块的几何扭曲、模糊效应、噪声特性和非线性效应;由多名观察者观察样条仿真图像,统计正确判断概率,实现了MRTD的预测.仿真结果表明:该方法预测的MRTD值能够与实际测量的MRTD值有很好的一致性.
红外成像系统 最小颗分辨温差 调制传递函数 象素处理 非线性效应 IR imaging system minimum resolvable temperature difference modulation transfer function pixel process nonlinear effects
1 北京理工大学光电工程系,北京 100081
2 西安应用光学研究所,西安 710065
叙述了利用衍射光学元件的环境温度特性实现光学系统像面环境温度补偿的原理和设计方法.提出了按照最佳像面确定最佳修正因数的补偿方法,使系统的性能在要求的温度范围内得到最佳补偿.给出了在20℃～50℃范围实现像面环境温度补偿和8μm～12μm波段内消色差的系统设计参数和评价结果.所设计的系统结构简单,在要求的温度范围内性能稳定.
衍射光学 消热差设计 红外光学设计
通过实验和计算,分析由于探测器偏置电压的不同所产生的线扩展函数(LSF)变化和随之导致的扫描器调制传递函数(MTF)变化。列举扫描器的视场、相对孔径、扫描速度等因素与探测器性能的匹配关系,提出适当地提高扫描速度是提高Ⅱ类通用组件热像仪空间分辨率、热灵敏度的可选途径。
热像仪 扫描器 探测器 thermal imaging system scanner detector
叙述并探讨用数字傅里叶分析法测量红外热像仪扫描器光学MTF的方法,该方法采用热像仪调试用的靶标和反射式平行光管及热像仪实际使用的SPRITE探测器和输出电路,并利用扫描器自身的扫描获得线扩展函数。采用离散傅里叶变换法进行计算,具有设备简单、易操作和计算快捷的特点。
光学传递函数 光学测量 红外热成像系统 optical transfer function optical measurement IR thermal imaging system
