森林防火的关键是通过火灾实时监测系统有效预测森林各区域的火灾风险。通过分析无人机在森林防火中的应用，提出了一种基于无人机的森林火灾实时监测中波红外相机系统。该系统的焦距为75 mm，工作波段为37~48 m，F数为20，可匹配像元尺寸为12 m×12 m的1280×1024元制冷型中波红外焦平面阵列探测器。在光学设计中采用3种红外光学材料（硅、硒化锌和锗）的组合，并引入3个偶次非球面。通过优化设计实现了光学被动无热化功能。设计结果表明，在-60~100℃温度范围内，空间频率417 lp/mm处各视场的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)均大于或接近04，成像质量良好。这种中波红外系统的成像质量与分辨率高，视场范围大，具有宽温度范围的自适应性，结构紧凑且易装调，在森林防火领域有着广泛的应用前景。
大面阵 光学被动无热化 中波红外 森林防火 large-format passive optical athermalization MWIR forest fire prevention
随着红外焦平面技术的发展，大面阵红外焦平面器件在遥感、气象、资源普查和高分辨对地观测卫星上得到了广泛应用。因此，基于第三代红外焦平面技术的超大规模焦平面器件成为国内外研究热点。文中介绍了昆明物理研究所采用n-on-p技术路线成功研制的短波（Short Wave, SW） 2 k×2 k（18 μm，像元中心距）碲镉汞红外焦平面器件。短波2 k×2 k碲镉汞红外焦平面器件突破了大尺寸碲锌镉（CdZnTe）衬底制备和大面积液相外延薄膜材料生长技术，衬底尺寸由Φ75 mm增加到Φ90 mm，获得了高度均匀的大面积碲镉汞（HgCdTe）薄膜材料。通过大面阵器件工艺、大面阵倒装互连等技术攻关，最终获得了有效像元率大于99.9%、平均峰值探测率(D*)大于4×1012(cm·Hz1/2)/W、暗电流密度在1 nA/cm2的高性能短波2 k×2 k（18 μm）碲镉汞红外焦平面器件。
短波 大面阵 2 k 红外焦平面器件 short wave large area array 2 k infrared focal plane device 红外与激光工程
2022, 51(9): 20220079
红外搜索与跟踪(IRST)系统在态势感知、环境安全监测等领域具有重要地位。像移补偿是IRST进行快速扫描的关键技术之一。设计了一种长积分时间快速周扫下像移补偿大面阵IRST光学系统, 该光学系统采用平行光路稳像方法, 具有4 ms级的积分时间、360 (°)/s级的周扫速度、1k级的面阵规模等技术特点。介绍了平行光路稳像的原理, 提出了参数计算及匹配关系。光学系统设计结果以及光学样机周扫成像测试结果表明, 该像移补偿IRST光学系统成像探测能力优良, 相关指标处于国内领先水平。
像移补偿 光学设计 长积分时间 快速周扫 大面阵 image motion compensation optical design long integration time fast circle scanning large area array
红外与激光工程
2022, 51(4): 20211113
通过分析某大面阵红外探测器的响应特性，发现了由于相机自身特性引发的不同区域的响应非线性问题。传统的两点校正法或非线性曲线拟合办法对该大面阵探测器校正后，校正残差和目视效果都比较差。本文根据探测器的非线性响应特性，将整个面阵分成了 8个区域分别进行非线性拟合校正，然后校正各个区域的偏置系数，最后利用改进的 BP神经网络非均匀性校正算法处理区域划分引发的不均匀问题。校正后的各个黑体温度图像的残余非均匀性在千分之一量级，空间噪声也已经十分接近或者小于时间噪声；局部残余非均匀性达到 0.002以下，空间噪声明显小于时间噪声。
大面阵探测器 响应非线性 分区域校正 神经网络算法 large format array detector, response nonlinearity
随着红外焦平面探测器面阵规模的不断扩大，大面阵碲镉汞芯片的热应力进一步恶化，受温度冲击后更容易产生损伤，进而直接影响探测器的使用，甚至导致探测器失效。这已成为大面阵探测器生产工艺亟需解决的问题。借助仿真手段研究了大面阵碲镉汞芯片的低温损伤原因，并结合小面阵探测器进行了对比分析。结果表明，铟柱与碲镉汞接触边缘部位因应力集中明显而成为损伤的起源点。不同材料的选择以及结构尺寸的设计有助于降低大面阵碲镉汞芯片的热应力和提高其工作可靠性。
红外探测器 大面阵探测器 热应力 infrared detector large array detector thermal stress
作为未来红外探测器的主流发展方向之一，大面阵红外探测器近年来的发展非常迅速，主要用于天体物理学、地球科学和行星科学等领域，并且是未来地球天气与气候描述、空气污染检测方面的一种主要工具。随着面阵规格和材料尺寸的增加，器件的制作难度也越来越大。重点介绍了目前国际上最常见的两种制冷型红外探测器——HgCdTe和InSb红外探测器。结合国内外的一些文献，总结了这两种红外探测器的大面阵技术的发展状况，并重点介绍了当前全球行业领先的几家红外探测器厂商的相关产品及技术水平。最后指出了大面阵红外探测器研制目前存在的主要问题。
大面阵 碲镉汞 红外探测器 焦平面阵列 large-format HgCdTe infrared detector focal plane array
作为探测器组件的性能指标之一，响应率非均匀性对其实际应用具有重要影响，尤其是在低背景空间应用领域。大面阵探测器芯片的接触孔尺寸不均匀是导致器件响应不均匀的因素之一。对1280×1024大面阵长波红外探测器芯片的接触孔刻蚀工艺进行了研究，并提出了优化改进措施。结果表明，本文方法可提高刻蚀工艺的均匀性，进而降低探测器组件响应率的非均匀性。
大面阵 长波 碲镉汞 刻蚀 非均匀性 large-format long-wave HgCdTe etch non-uniformity
南京邮电大学通达学院电子工程学院，江苏扬州 225127
红外成像随着红外探测器技术及红外材料的发展，一方面是走向大面阵，另一方面是走向无热化。文中设计了一款用于大面阵（ 1024×768，17 .m）长波红外光学无热化镜头。系统由 4片透镜组成，采用两种红外材料组合设计和两面非球面校正系统像差设计，焦距为 90 mm，相对孔径为 1:1，全视场角为 13.8°，总长为 108 mm。设计结果表明：在空间频率为 30 lp/mm，0视场的 MTF值大于 0.45，接近于衍射极限， 1视场的 MTF大于 0.35，在－60℃～＋100℃温度范围内，各视场 MTF值与常温变化不大，满足光学无热化设计。该镜头结构简单、紧凑、工艺性良好，易于加工，易于实现。
大面阵 无热化 非球面 长波红外 光学设计 large-array athermalization aspheric surface long-wavelength optical design
1 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
2 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京 100101
研究了非量测型移轴组合相机的图像拼接技术, 以双拼移轴相机为研究对象, 探讨了其虚拟像空间坐标系建立, 并以此为基础建立子影像至虚拟影像的变换模型。提出一种基于初值约束的投影矩阵自检校方法, 该方法利用移轴相机检校参数, 结合子影像变换模型, 推导和计算自检校方程, 精确解求虚拟影像拼接参数。设计了室内外地面实验以及航飞实验, 对提出的方法进行了验证。实验结果表明, 利用该方法进行移轴组合相机虚拟影像拼接, 精度优于0.4像素。
大面阵数字图像 移轴相机 动态自检校 图像拼接 large format digital camera axis-shift camera dynamic self-calibration image stitching
