1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 中芯热成科技（北京）有限责任公司，北京 100176
3 中国计量科学研究院，北京 100029
红外探测及成像具有广泛用途，在红外制导、夜视侦察、安防监控及危化品探测等方面发挥了重要作用。现有红外成像焦平面大多由碲镉汞、二类超晶格、锑化铟等块体半导体材料制成，通过倒装键合的方法实现块体材料与硅基读出电路的信号传输。倒装键合对准困难、操作复杂、对设备依赖性较强，难以满足焦平面阵列规模不断增加和像元尺寸不断减小的制备需求。为解决红外焦平面阵列规模提升的瓶颈，采用碲化汞胶体量子点，通过液相旋涂的方法，突破倒装键合限制，实现硅基读出电路直接片上集成。所制备焦平面阵列规模达1280×1024，像元间距为15 µm，80 K工作温度下探测截止波长为4.8 µm，响应非均匀性为9%，有效像元率为99.96%，最低噪声等效温差达30 mK，展现了良好的成像性能。
焦平面阵列成像 胶体量子点 百万像素 捕获型探测器 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211027
中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言，n+-n--p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生，从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器，对n+-n--p结构的高温器件进行了工艺仿真和器件仿真，获得成结过程的制备参数，并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺，将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限，研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试，中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异，在80K工作温度下噪声等效温差（NETD）达到了6.1 mK，有效像元率为99.96%；而在150K工作温度下噪声等效温差（NETD）为11.0 mK，有效像元率为99.50%，达到了同类器件的理论极限。
碲镉汞 n+-n--p 高工作温度 红外焦平面 HgCdTe n+-n--p high operation temperature（HOT） infrared focal plane array
台面型锑化铟红外焦平面探测器的制作工艺简单，量子效率高，但是填充因子较低且会随着像元尺寸的减小而进一步降低。减小台面腐蚀深度可以提高探测器的填充因子，但会增大串音。介绍了一种新型微透镜阵列的设计与制备方法，以提高锑化铟红外探测器的填充因子并减小串音。与现有的热回流微透镜阵列相比，该微透镜阵列的填充率、表面粗糙度以及尺寸均匀性能得到了较好的兼顾，可直接在锑化铟红外探测器表面制作，工艺简单。结果显示，探测器的串音降低26%，光响应提高22%。
红外焦平面探测器 锑化铟 微透镜阵列 infrared focal plane detector InSb microlens array
中国电子科技集团公司第十一研究所, 北京100015
随着红外焦平面探测器阵列规模的不断扩大，由多层结构低温热失配形变导致的杜瓦可靠性问题愈发突出，对焦面低温形变的定量化表征需求越来越迫切。基于超长线列红外焦平面探测器冷箱组件开展焦面低温形变研究，针对多层结构粘接造成的焦面低温形变进行了理论仿真。设计了一种探测器工作温度90 K下焦面低温形变的测试方法。对比分析面形测试结果与仿真计算，低温下焦面整体下移，但变形曲线呈拱形。仿真得出两边芯片向下凹约924 m，中间位置芯片向下凹136 m。实验得出两边芯片向下凹约40 m，中间位置芯片向下凹10 m。数据差异与仿真材料的参数设置有关。验证了仿真结果的合理性，可为超长线列探测器焦面多层结构设计提供参考依据。
低温形变 理论仿真 面形测试 材料参数 红外焦平面探测器 low-temperature deformation theoretical simulation profile test material parameters infrared focal plane detector
1 中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009
2 2. 航空制导武器航空科技重点实验室，河南洛阳 471009
由于红外焦平面探测器受到制造工艺等限制，图像不可避免地会存在非均匀性。传统神经网络算法会留下“鬼影”的问题，本文改进传统神经网络算法，利用引导滤波图像作为期望模板，防止图像的边缘被滤波器平滑。当场景运动时，通过时域迭代的策略来不断进行非均匀性校正参数的更新。为了抑制算法中常见的鬼影现象，设计了基于空域局部方差和时域场景变化率相结合的自适应学习率，利用前后的校正参数自适应调整阈值。实验仿真表明，本文所提的算法相比于传统算法均方根误差下降 45.45%左右，可以在校正图像非均匀性的同时很好地抑制“鬼影”现象。
红外焦平面 非均匀性校正 基于场景 神经网络 引导滤波 infrared focal plane, non-uniformity correction, s
上海工程技术大学城市轨道交通学院，上海201620
为了消除非制冷红外焦平面阵列上红外成像结果的非均匀性与成像过程中产生的盲元，提高了图像的对比度以及红外图像的实时处理能力。搭建了基于武汉高德红外公司生产的120×90红外焦平面探测器的电子学实验平台。利用现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的并行处理和流水化处理的能力，在FPGA上实现了非均匀性校正中的两点校正、基于中值滤波的盲元补偿、直方图均衡化以及伪彩色变换。实验结果表明，在200 MHz的输入时钟条件下，这种红外图像实时处理模块处理一帧图像耗时604 s，实时性强。该研究对于非制冷红外焦平面阵列应用优化具有一定的实际意义。
现场可编程门阵列 非制冷红外焦平面 红外图像处理 field-programmable gate array uncooled infrared focal plane infrared image processing
分别采用干法刻蚀工艺路线和湿法腐蚀工艺路线制备了面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长/长波双色红外焦平面器件，并对其台面形貌、接触孔形貌、伏安特性以及互连读出电路并封入杜瓦后的中测性能进行了对比研究。总结了采用干法工艺和湿法工艺制备双色InAs/GaSb Ⅱ类超晶格焦平面器件的特点。该研究对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格焦平面器件的研制具有参考意义。
Ⅱ类超晶格 焦平面 双色 InAs/GaSb type-II superlattice focal plane array dual-color0
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
2 长春精测光电技术有限公司，吉林 长春130012
3 小米通讯技术有限公司，北京100089
针对多重差分航空相机图像检焦精度的问题，提出了一种多重差分空间滤波器参数选取方法。首先，介绍了空间滤波法以及基于空间滤波效应的自动检焦。然后阐述了多重差分滤波检焦法的具体实施过程，并从滤波器输出信号功率谱角度分析了滤波器参数的选取与检焦精度、灵敏度的关系。最后设计动态成像实验，在典型导轨移速532 mm/s下采集外景图像，选取不同的滤波器参数分别进行20次像面检测，并将其结果与传统图像检焦算子的检焦效果进行比较。结果表明，本文方法选取的参数使得检焦精度比Brenner算法提高了18%，且检焦系统的最大误差为3392 m，小于光学系统允许误差(768 m)，满足实际工作需求。
光学成像系统 航空相机 焦面检测 空间滤波器参数 optical imaging system aerial camera focal plane detection filter parameters
随着大规模红外焦平面阵列探测器应用的日益广泛，用户对其有效像元率指标提出了越来越高的要求。分析了有效像元率提升的难点。通过优化基于垂直布里奇曼法的衬底生长以及表面加工等工艺，提高了液相外延材料质量，获得了低缺陷中波碲镉汞薄膜外延材料；通过开发碲镉汞探测器背面平坦化工艺和优化探测器与读出电路倒装互连工艺，提高了成品率。最终提升了有效像元率指标(大于998%)，获得了良好的效果。
有效像元率 红外焦平面阵列 液相外延 倒装互连 effective pixel rate infrared focal plane array liquid-phase epitaxy flip-chip interconnection
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
在红外焦平面阵列探测器（IRFPA）非均匀性校正问题中，传统的神经网络算法会出现图像边缘模糊、对比度低、“鬼影”等现象。针对此类现象，本文提出一种基于侧窗滤波改进的神经网络非均匀性校正算法。该算法首先对输入图像采用侧窗滤波获得期望图像，在去除非均匀性噪声的同时保护目标边缘细节达到提升图像质量的效果。在此基础上，通过饱和非线性函数抑制校正参数局部发散，能够有效避免校正后图像出现‘鬼影’问题。实验结果表明，使用本文提出的算法能够有效去除图像中的非均匀性噪声，且无明显“鬼影”现象。在3组测试图像序列中，平均图像粗糙度降低了30.17%。在实验计算机上连续处理400帧图像序列最大耗时为37.417 0 s，较基于双边滤波改进的对比算法耗时减少了95.05%，较基于小波主成分分析的对比算法耗时减少了45.81%。本文算法在非均匀性校正效果和算法运行效率方面具有明显优势，为小算力、低功耗移动平台实现实时非均匀性校正提供了新的研究思路。
红外焦平面阵列 非均匀性校正 侧窗滤波 神经网络 infrared focal plane array nonuniformity correction side window filter neural network
