针对傅里叶红外成像光谱数据中的一种干扰现象和消除方法进行了分析和研究。在傅里叶红外成像光谱仪中, 在某些情况下会在光谱数据中出现一种尖锐凸起的干扰峰。该种干扰峰的峰位位置不固定, 且幅度会发生较大的变化。 从红外探测器、大气吸收特性、目标辐射特性、系统噪声等几个方面对该种现象的出现进行了分析。提出了该种现象出现的原因是由于红外探测器的灰度浮动造成的。针对该干扰现象的形成机理, 提出通过噪声拟合法来消除这一干扰。经过实验验证, 提出的方法可以有效地消除傅里叶红外成像光谱仪中的这种干扰峰, 能有效提高傅里叶红外成像光谱仪的检测效果和抗干扰能力。

与传统的二维指向镜系统不同, 基于压电陶瓷的反射镜系统控制精度要求高, 反射镜的反射面与三维坐标系的X轴平行, 难以求得简单的解析表达式。为了解决这一问题, 对反射镜系统中的光轴偏和像旋特性进行分析研究。从光学反射矢量基本 理论出发, 建立二维指向镜数学模型, 根据目标偏转角解耦得到指向镜的方位角和俯仰角, 模型采用数值解并提出数值解的 约束条件。仿真实验结果表明: 二维指向镜偏转误差远小于系统瞬时视场角; 最后分析二维指向镜旋转引起的像旋问题, 实 验测得像旋误差小于0.01°。满足系统的精度要求, 为像旋校正提供理论依据。

系统性地分析了红外点目标探测系统的作用距离理论模型。通过建立大气分层模型，结合MODTRAN模型计算了中波红外光和长波红外光在典型大气条件下的透过率。两者计算结果的对比数据可为红外探测系统设计中的波段选择提供参考依据。通过对目标红外辐射强度的理论模型进行分析，计算了几种典型目标在不同波段的红外辐射强度，为系统作用距离的指标论证提供了支撑。从红外图像噪声的概率密度分布函数出发，推导出了图像信噪比与系统检测概率及虚警概率的理论公式，为检测门限设置提供了参考依据。红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析结果对于提升红外探测系统作用距离指标论证的可信度和系统参数设计的合理性具有非常重要的理论支撑作用。

为了解决太赫兹成像系统中存在的成像速度慢、硬件复杂等问题, 利用压缩感知算法实现太赫兹成像系统性能的提升。通过对比离散小波基和离散傅里叶基对重构图像的影响, 发现离散小波基作为稀疏基时, 得到图像信噪比最优。然后验证了压缩采样匹配追踪、迭代加权二范数、贪婪基追踪等重构算法在太赫兹成像领域的应用可行性, 发现当测量比例大于40%时, 才能实现图像的重构。根据峰值信噪比、均方误差、算法运行时间等参数的对比结果, 发现迭代加权二范数算法相对空间匹配追踪算法, 峰值信噪比提升度达到20%, 均方误差下降度均大于50%。同时发现, 空间匹配追踪算法和子空间追踪算法的运行时间最少, 其中空间匹配追踪算法均小于0.5 s。为压缩感知理论在太赫兹成像领域的应用提供了新思路。

辐射度定标是时间调制型FTIR数据处理中非常关键的一个环节,定标的好坏直接影响着其在应用中性能的优劣。根据光谱仪响应函数(线性或非线性)的不同,辐射度定标方法可分为线性定标和非线性定标; 根据定标中采用的点数的不同可分为两点定标和多点定标。首先用MATLAB对光谱仪采集的数据进行线性度分析与仿真,然后用C++编程分别实现线性定标和非线性定标。实验结果为两点法的误差为0.1118,抛物线法的误差为0.1684,四点线性的误差为0.0599。结果表明多点线性的定标方法效果最好。采用四点线性的方法进行定标将大大提升光谱的准确度,为后面的光谱识别工作打好基础。

传统的时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的激光采样通过采用单个激光探测器探测激光干涉强度变化生成采样脉冲,其采样原理简单易实现。但该方法无法判断动镜移动的方向,也难以实现高频采样。对时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的采样方案进行了对比分析,并针对快扫描采样方法提出了具体的实施方案。从原理和光路设计上介绍了一种适用于时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的新的采样方法。该方法在传统引入参考激光的基础上,采用偏振的手段将参考激光分为具有固定相位差的两束光,并利用这两束光实现动镜移动方向的判断,以及干涉图样的4倍过采样。从原理上综合考虑了各个光学元件的偏振特性,并将该方法从基于正入射的平面镜推广到斜入射的中空角锥反射镜,扩大了该方法的适用范围,从原理上论证了该方法的可行性。

提出了一种海天目标三维实时红外场景的仿真方法。首先建立了场景的3D物理模型,然后根据黑体辐射理论分别计算出背景与目标的红外辐射特性。考虑到气温对成像的影响,以及探测器分别对3~5 μm与8~12 μm波段的响应率,根据物体的表观温度对视场内的红外图像进行显示。最后将背景与目标进行融合得到最终的仿真场景。通过提出的方法对海面天空背景的建模与红外仿真以及水面舰艇的建模与红外仿真得到的三维实时红外仿真场景效果逼真与实测图像接近。

为了弥补激光打标系统中传统的位图打标方式的不足，提出了一种基于位图矢量化技术来实现位图激光打标的方法。该方法首先以数字曲线的形式提取出位图的骨架或边缘特征，然后采用多边形逼近的方法实现数字曲线的矢量化，最后再利用连续打标方式完成矢量化数据的打标输出。重点讨论了其中的数字曲线多边形逼近算法，分别对Freeman链码生成算法，近似数字直线段提取算法，以及多边形逼近算法进行了研究。结果表明，该逼近算法具有良好的逼近效果。该打标方法极大地提高了位图打标的速率和精度。