针对遥感器真空低温测试需求，设计并搭建了一套能够在低温真空环境中稳定工作的红外目标背景模拟器，模拟器主要由冷光阑、真空低温面源黑体、三维电移台三部分组成，冷光阑模拟探测背景，冷光阑上分布微孔用于模拟探测点目标。通过有效控制目标模拟器与背景模拟器间的隔热、控温以及背景模拟器与待测遥感器之间的隔热，实现稳定测试。另外，将仿真优化与实践经验相结合，通过仿真计算去除模拟器冷光阑板厚度、目标相位、平行光管等的影响，有效降低系统测量不确定度。文中的仿真分析方法和验证情况对于红外遥感器点目标探测信噪比检测试验具有参考意义。

亮度增益为微光像增强器的重要参数，影响微光夜视环境下以微光像增强器为核心的目标背景对比度测试结果精度。本文基于对比度测试原理，通过对不同亮度增益的 ICCD进行目标背景对比度测试，分析得到亮度增益与目标背景对比度的变化关系及影响因素。测试结果表明: 亮度增益分别为 12000 cd/(m2·lx)、8300 cd/(m2·lx)、6000 cd/(m2·lx)时，环境照度在[2×10-3, 8×10-3](lx)区间内，目标背景对比度受亮度增益影响较小。照度在区间外时，受亮度增益影响，目标背景对比度测试结果可能失真。本文研究结果为提高 ICCD目标背景对比度测试精度提供数据支持。

基于黑体辐射理论，结合红外热像仪成像质量评价参数——最小可分辨温差(MRTD)测试原理，建立了不同环境温度下目标背景的红外辐射量差值与温差之间的量化关系，进而提出了红外热像仪MRTD测试中的环境温度影响因子。试验结果表明：良好无热化设计的红外热像仪的MRTD与环境温度影响因子随着温度变化趋势一致，且在不同温度下的二者的比值趋同。该结论可实现温度应力下的红外热像仪成像质量评价。

针对红外图像存在灰度范围窄、图像细节不清晰、目标边缘模糊的问题, 提出了一种基于自适应分数阶微分的红外目标增强方法。该方法首先利用图像的梯度、信息熵进行有效融合, 并且自适应调整分数阶微分以增强图像中的目标边缘；然后采用图像像素灰度的标准差和均值进行融合去确定目标的分割阈值, 以区分出图像中的背景和目标部分；通过对图像中的目标区域进行线性增强, 以进一步突显目标。经过实验验证: 本文提出的方法能够有效地区分红外图像中的目标和背景, 局部目标背景比(Target-to-Background Ratio, TBR)平均提高了 0.5, 视觉效果比较理想。

使用通用大气辐射传输软件模拟计算了卷云大气条件下强吸收波段的反射率,分析了卷云粒子形状和有效尺度、光学厚度和卷云高度对大气顶反射率和背景辐射的影响。建立了高温气体目标的辐射强度计算模型,并通过模拟获取了目标辐射在卷云大气中传输至大气顶的光谱辐射特性。计算了大气顶的目标背景对比度,并讨论了卷云特性参数和目标高度对目标背景对比度的影响。结果表明:在水汽强吸收波段,卷云大气反射率随卷云高度和光学厚度的增加而增大、随卷云粒子有效尺度的增大而减小;目标背景对比度受卷云参数的影响较大,尤其当目标高度在7 km以下时卷云对目标观测的干扰很大。

在分析实际大气环境参数的差异和目标-背景辐射强度的基础上，利用MODTRAN模式分析了东海、西北区域3.9 μm和9.2 μm波段的大气透射率和目标背景对比度的逐月分布特征；为了分析实际大气、气溶胶效应对目标-背景辐射传输的综合影响，结合局部地区月平均环境参数进一步探讨了上述两个区域内气溶胶对3.9 μm和9.2 μm波段的大气透射率和目标背景对比度分布的影响。结果表明，大气温度、水汽混合比等参数对大气透射率和目标背景对比度有影响，东海区域目标背景对比度比西北区域的小; 3.9 μm处两区域的目标背景对比度不仅比9.2 μm处的小，而且受到气溶胶的衰减作用比9.2 μm处的强，因此在目标识别中应优先考虑使用9.2 μm作为工作波段。

为了研究低透过率下隧道照明亮度对能见度的影响, 为低透过率条件下隧道照明亮度的调节提供依据, 分别以两种不同光谱特性的摄像机作为观测装置获得了透过率、照明亮度、目标/背景对比度三者之间的变化关系.实验结果表明: 目标/背景对比度随照明亮度的增加而增加, 两者呈非线性关系; 透过率限定了目标/背景对比度所能达到的最大值; 在一定的亮度范围内, 提高亮度增加目标/背景对比度可以有效改善能见度.当照明亮度较高时, 提高照明亮度对能见度影响不大; 当照明亮度较低时, 提高照明亮度对能见度提高的效果明显.因此, 根据透过率按比例调节照明亮度能保证能见度和行车安全.

红外制导系统发现、识别和跟踪目标主要依据背景、目标物辐射特性和对比特性信息。气溶胶及其能见度变化是大气环境中影响红外辐射传输的主要因素之一。以标准大气为例,开展了气溶胶及其能见度变化对中、远红外光谱区间(3～5.m,8～12.m) 大气透过率和目标背景对比度的影响分析,重点分析了标准大气中相同能见度不同气溶胶类型及同气溶胶类型不同能见度对中远红外传输特性的影响。结果显示: 大气透过率对目标背景对比度的理论计算值有重要影响。在其他大气条件既定情况下,气溶胶及其能见度变化对两波段的透过特性和目标识别效果影响明显,且以 8～12.m波段的好于 3～5.m的。同能见度不同气溶胶类型下的透过率和目标背景对比度差异较大,需要考虑气溶胶的影响。在中远红外区间,3.4～4.2.m和 9.5～12.m波段内的透过率和目标背景对比度平均值相对较大,变化振幅小,可作为**使用理想波段加以选择应用。

为了提高目标探测中目标背景对比度，本文利用分焦平面的微偏振元相机同时获取目标四幅偏振状态图像，解算得到斯托克斯矢量，提取目标的偏振度和偏振角成像图像，并结合偏振特性因子F 对偏振图像效果进行了改进。结果表明：目标偏振度成像图像在原光强图像基础上能够增强目标背景对比度，偏振特性因子成像图像在保留偏振度成像图像增强目标背景对比度的优点的同时，能够提高图像清晰度，扩展图像信息。

为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量，研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论，分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性，建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数，设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法，并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12 m的水下航行器的光学隐蔽深度为25～35 m。试验结果表明，设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量，并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式，该系统工作稳定可靠，提高了隐蔽性和对海域测量的准度，可为水下作战决策提供帮助。