为获得高增益的电子轰击型CMOS（EBCMOS）成像器件，根据载流子输运理论，采用蒙特卡罗方法，研究了EBCMOS基底在不同掺杂方式和结构参数下的电荷收集效率。结果表明：当基底均匀掺杂时，减小掺杂浓度、降低基底厚度及缩小近贴距离可以有效提高电荷收集效率；当基底梯度掺杂时，减小重掺杂浓度区域的范围，可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后器件的电荷收集效率最高可达到86.28%，为国产EBCMOS器件的研制提供了理论支撑。

二代像增强器采用Na2KSb光电阴极, 三代像增强器却采用 GaAs光电阴极。由于GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度, 因此三代像增强器的性能远高于二代像增强器。在二代像增强器基础上发展的超二代像增强器, 阴极灵敏度有了很大提高, 因此性能也有很大提高, 同时大大缩短了与三代像增强器的性能差距。超二代像增强器属于 Na2KSb材料体系, 生产成本低, 与三代像增强器相比性价比较高, 所以欧洲的像增强器产商选择了超二代像增强器技术的发展路线。超二代与三代像增强器技术并行发展了 30多年, 两者性能均有大幅提高。超二代与三代像增强器的性能差距主要体现在极低照度(＜10－4 lx)条件下, 而在其它照度条件下, 性能基本相当。超二代像增强器的性能仍有提高的空间。增益方面, 在微通道板的通道内壁上制作高二次电子发射系数的材料膜层可以提高增益；信噪比方面, 采用光栅窗可提高阴极灵敏度, 从而提高信噪比；分辨力方面, 在微通道板输出端制作半导体膜层、采用高清荧光屏均可提高分辨力。阴极灵敏度是光电阴极的指标, 不是像增强器的整体性能指标。阴极灵敏度对像增强器整体性能的影响体现在增益、信噪比以及等效背景照度指标中。无论是超二代还是三代像增强器, 都区分不同的型号。不同型号的超二代或三代像增强器性能均不相同。超二代和三代像增强器的性能指标是在 A光源条件下测量的, 而 A光源光谱分布与实际应用环境中的光谱分布并不等同, 同时 Na2KSb和 GaAs光电阴极的光谱分布不相同, 所以超二代和三代像增强器的信噪比、分辨力等性能指标不具备可比性。

针对微光系统光子数量较少的问题,研制出符合色度学的光学调色膜,构成六基色彩色滤镜,从而提升色彩还原度。通过对光谱特性的分析,利用Essential Macleod膜系设计软件以及Mathcad工程计算软件,建立采点迭代法优化模型,实现光学调色膜的膜系设计。采用电子束热蒸发方法制备薄膜。利用光控与晶控相结合的方法进行膜厚控制,以膜堆为单元进行反演分析,实现光学调色膜的研制。该薄膜通过光谱测试,满足使用要求。

为了提升军用车辆驾驶员环境感知能力, 特别是在夜晚或烟、雾、雨、雪等不同天候条件下提供更有效的观察手段, 增加远距离目标识别能力, 提高驾驶安全性, 作战部队对军用车辆驾驶员视觉增强系统提出了高效、灵活、精确的新要求。基于非制冷红外探测技术的军用车辆驾驶员视觉增强系统作为一类能够有效支持部队全天时、全天候作战的装备,既增强了车辆夜间隐蔽通行能力, 又有效保障了机械化部队的全天候机动能力。通过研究非制冷红外探测技术成像原理, 设计出一款模块化、体积小、功耗低、可靠性高的军用车辆驾驶员视觉增强系统, 有利于满足日益增长的陆军装备需求。其功能模块包括: 红外探测器模块、信号处理模块、图像处理模块、电子稳像模块、行人识别模块、录像模块、控制模块、显示模块, 各功能模块相对独立。

针对近年来得到迅速发展的短波红外成像系统, 分析了增加激光主动照明的必要性.目前常用的激光照明匀化方案均匀性均不高, 达不到照明成像的要求.提出了连续变焦激光照明系统, 使用成像镜头把光纤端面的像直接成像在被照明表面, 照明光斑均匀.分析了变焦照明系统的设计理论, 设计了25倍变焦的短波红外激光照明系统.该照明系统的光学镜头由3组镜片组成, 由凸轮结构实现连续变焦.体积小, 结构简单, 变焦倍数大.最终实现了2~50°的照明角度连续变化.照明光斑均匀度达到92.7%.进行了野外成像实验, 对人员识别距离可达1.2 km.设计的连续变焦激光照明系统对提高短波红外成像系统的夜视能力具有较高的意义.

由于传统的跟踪算法没有充分利用目标与其局部背景的时空相关性, 使其不能有效地区分背景边缘和红外弱小目标, 从而在跟踪过程中产生偏移现象.针对这一问题, 本文在时空上下文学习跟踪的原理基础上, 分析了跟踪偏移的原因, 并引入图像引导滤波方法, 提出了一种引导滤波结合时空上下文的红外弱小目标跟踪算法.该算法首先采用引导滤波对上下文区域进行处理, 在保留上下文区域云层边缘的同时剔除目标及噪声, 再将其与滤波结果作差.最后利用小目标的“置信图”检测出目标.为了验证该方法的有效性, 采用五组红外小目标序列图像进行实验, 并与经典时空滤波、改进的模板匹配和移动管道滤波等方法作比较.实验结果表明本文提出的方法在主观视觉和客观评价指标方面均优于其它三种经典方法, 且具有更高的目标跟踪精度与较好的实时性.

由于传统的背景抑制方法没有充分利用信号的方向信息, 使其不能有效区分背景边缘和红外弱小目标, 从而造成背景抑制结果中有较多的背景泄露.针对上述问题, 本文利用改进的剪切波变换和引导滤波, 提出了一种新的背景抑制方法.首先,采用改进的剪切波变换对红外弱小目标图像进行多尺度和多方向分解, 将图像分解得到不同的高频子带系数和低频子带系数;其次, 利用目标信号与边缘在方向上的差异, 采用自适应引导滤波对高频子带系数进行处理;再次, 对分解后的低频子带系数和处理后的高频子带系数进行改进的剪切波逆变换, 得到预测的背景图像;最后, 将原图像与背景预测图像相减获得背景抑制且目标增强的红外图像.为了验证本文方法的有效性, 采用多组实验对其进行验证, 并与经典的Max-Median、TDLMS和Top-hat等方法作比较.多组实验结果均表明本文方法在主观视觉和客观评价指标方面均优于其它三种经典方法, 可有效提高红外搜索跟踪系统对红外弱小目标的探测概率.