1 海军航空工程学院控制工程系， 山东 烟台 264001
2 海军航空工程学院研究生管理大队， 山东 烟台 264001
从探测器的响应特性、光学系统的相对辐射和外壳的杂散光三个方面对红外成像传感器系统非均匀性的产生原因进行了理论研究。红外焦平面阵列中，探测元与探测元间的结构及材料差异会影响量子效率及暗电流，从而影响探测元的响应特性。光学系统主要通过光瞳畸变矩阵影响场景辐射通量的分布，光学系统本身的辐射对非均匀性的贡献可以忽略。外壳的杂散光可分为高温部分和低温部分，忽略低温部分，引入系统冷屏效率的概念，建立了高温组件的辐射模型。该理论研究对光学系统的设计及非均匀性校正具有一定的参考意义。
非均匀性 探测器响应 光学系统 外壳杂散光 IRFPA IRFPA nonuniformity detector response optical system housing stray light
1 海军航空工程学院 控制工程系, 山东 烟台 264001
2 中国国防科技信息中心, 北京 100142
渐晕效应是在红外成像时像平面中心区域较亮而边缘区域较暗的现象。渐晕效应对红外系统成像性能的影响非常严重, 因此系统使用时有必要对渐晕效应进行校正。首先对渐晕效应的产生原因做了分析, 然后提出了一种基于场景的渐晕校正方法。通过场景之间的方差信息提取背景, 用多项式逼近背景灰度分布, 得到校正因子, 从而实现渐晕校正。为评价校正效果, 提出具有统计意义的行间方差概念。分别利用星空和海面两种场景对校正方法进行验证。校正后行间方差减小到未校正行间方差的13.6%和3.8%, 校正效果比较理想。
渐晕效应 背景灰度分布 多项式逼近 校正因子 行间方差 vignetting effect background gray distribution polynomial approximation correction factor variance between rows 红外与激光工程
2016, 45(s1): S104002
1 海军航空工程学院 研究生管理大队, 山东 烟台 264001
2 中国国防科技信息中心, 北京 100142
3 海军航空工程学院 控制工程系, 山东 烟台 264001
对红外焦平面阵列而言, 欠采样产生的混淆效应严重影响成像质量。基于红外焦平面阵列的成像过程, 在时间域分析了探测器的采样过程, 在频率域定量研究了混淆效应对图像的影响, 根据混淆产生的机理, 分别对周期目标和非周期目标进行仿真实验。实验结果表明: 对周期目标会有混淆失真现象, 改变了图形的几何形状, 对于非周期图像会产生锯齿条纹。指出在低空间频率内混淆影响小, 噪声对图像的影响占主导地位, 而在高空间频率内混淆失真严重, 噪声影响小, 这对消除图像混淆的影响、系统参数设计等方面具有一定的参考价值。
欠采样 混淆效应 红外成像系统 三维噪声 频谱 undersampling aliasing effect infrared imaging system 3-D noise spectrum 红外与激光工程
2016, 45(4): 0404003
1 海军航空工程学院控制工程系，山东 烟台 264001
2 中国国防科技信息中心，北京 100142
渐晕效应是红外成像过程中普遍存在的现象。由于红外成像系统输出的场景亮度或对比度通常较低，所以渐晕效应对成像性能的影响非常严重，因此对渐晕效应的校正也显得尤为重要。对渐晕效应的产生原因做了分析，首先提出了一种渐晕快速校正方法。通过场景之间做差，提取背景信息。用二维高斯函数逼近背景灰度分布，得到较准确的校正因子，从而实现渐晕校正。然后利用方差信息改进了背景提取方法，使方法适用于较复杂的场景。提出像素点差值和的概念来评价校正效果，校正后差值和普遍减小到未校正差值和的1/5到1/2。两种方法均不需要亮度均匀分布的参考背景，即可实现对渐晕效应比较理想的校正。
渐晕效应 背景灰度分布 二维高斯分布 校正因子 评价 vignetting effect background gray distribution 2D Gauss distribution correction factor Evaluation
1 中国国防科技信息中心，北京 100142
2 海军航空工程学院 研究生管理大队，山东 烟台 264001
3 海军航空工程学院 控制工程系，山东 烟台 264001
填充因子是探测器阵列设计的一个重要参数，因此有必要研究填充因子对微扫描系统成像质量的影响。以2×2微扫描方式为例，在详细分析微扫描技术能够减少由探测器欠采样造成的混淆效应的基础上，仿真了不同填充因子下的输出图像，引进结构相似度(SSIM)的评价指标，从图像质量评价的角度对仿真图像进行定量分析。仿真结果表明填充因子的增大能够减少混淆效应，提高成像质量。指出探测器填充因子的增大虽然能提高成像质量，但是对成像质量的影响是有限的，对图像的改善程度不大，并不是影响像质的主要因素，这对微扫描成像系统的设计提供了理论和应用参考。
红外成像系统 微扫描 填充因子 结构相似度 混淆效应 infrared imaging system micro-scanning fill factor structure similarity aliasing effect
1 海军航空工程学院研究生管理大队，山东 烟台 264001
2 国防科技信息中心，北京 100037
3 海军航空工程学院控制工程系，山东 烟台 264001
在研究红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)非均匀性校正算法的过程中， 需要通过仿真获取大量带有非均匀性信息的目标图像。根据IRFPA非均匀性的产生机 理，分别建立了探测元非均匀性、读出电路非均匀性和漂移噪声的数学模型，并利用这些 模型在理想图像上分别叠加了这三部分的非均匀性，最终获取了目标图像。在仿真过程中，假设非均 匀性噪声符合高斯分布，通过设置模型系数使其具有不同的均值和方差，可以实现 不同程度的非均匀性仿真。由于考虑了漂移噪声，本文方法的仿真结果更为符合实际情况。
非均匀性 探测元 读出电路 漂移噪声 IRFPA nonuniformity detector element readout circuit drift noise
1 海军航空工程学院研究生管理大队，山东 烟台 264001
2 海军航空工程学院控制工程系， 山东 烟台 264001
准确逼真地生成红外目标的仿真图像需要准确模拟红外传感器效应。采样和光学模糊效应是红外传感器典型的主要效应。首先讨论了采样和模糊效应的数学模型。然后，同时考虑这两种效应，采用光线追迹的方法将两种效应的算法融合成一种，提出一种新的数学模型。根据建立的模型，得到采样与光学模糊效应共同作用的仿真图像。实验结果表明，所建立的仿真模型能够体现出采样和模糊效应对图像的退化作用，有利于提高计算的准确性和有效性，提高了红外图像模拟的置信度。
采样效应 光学模糊效应 红外仿真 sampling effect optical blur effect infrared simulation
1 海军航空工程学院研究生管理大队, 山东 烟台 264001
2 国防科技信息中心, 北京 100037
3 海军航空工程学院控制工程系, 山东 烟台 264001
渐晕是红外光学系统中普遍存在的现象,导致最后产生的红外图像存在不应有的亮暗失真情况.对渐晕产生的原因进行了分析,实际系统中不仅有几何渐晕还有透镜造成的渐晕,这两者共同影响图像质量.根据渐晕产生的原因,基于图像像素处理法和光线追迹法建立渐晕效应的数学模型,得到仿真图像并对仿真结果进行分析.理论和实验结果表明文中建立的模型更加完善,有利于红外传感器总体系统的仿真.
渐晕 光学系统 红外仿真 vignetting optical system infrared simulation
海军航空工程学院控制工程系, 山东 烟台 264001
红外成像传感器系统典型效应建模与仿真的真实性和逼真度决 定着红外成像制导仿真的有效性, 因此研究红外成像传感器系统的典型效应仿真评价方法具 有十分重要的意义。针对目前红外成像传感器仿真评价方法不足的问题, 基于结构 相似度(Structural Similarity, SSIM)和保真度提出了一种红外成像传感器仿真图像验证评价方法。采用SSIM评价 了仿真图像的亮度、对比度和结构相似度, 并采用保真度评价了仿真图像的空间几何特征和灰度 特征。实验结果表明, 该方法可有效评价红外成像传感器的模糊、噪声等退化效应, 适于对红 外传感器建模与仿真图像进行客观质量验证与评价。
红外成像传感器 建模与仿真 图像评价 infrared imaging sensor modeling and simulation image assessment
海军航空工程学院控制工程系， 山东 烟台 264001
通过对红外成像传感器系统效应建模与仿真进行研究，不仅可以较真实地对红外 成像**系统进行分析、测试和评估，而且还可为红外传感器性能分析和设计提供依据，因此具有 重要的**和经济意义。分析了红外成像传感器效应建模与仿真方法的研究现状，详细介绍了 几种典型的红外传感器模型，并对红外传感器效应建模与仿真技术提出了几点看法。
红外成像系统 传感器 仿真模型 infrared imaging system sensor simulation model
