由红外探测器采集得到的原始红外图像需要经过各种硬件算法处理才能使用, 而这些硬件算法受限于 FPGA和 DSP的系统资源上限往往需要进行必要的优化和精简, 导致处理效果相较于上位机端同功能的软件算法大打折扣。提出了一种软硬件算法对比平台, 通过全双工千兆网络联系上位机和硬件系统, 定性对比移植后的硬件算法和上位机软件算法之间的差异, 以此作为改善硬件移植后的算法的依据, 并对硬件移植后算法的性能进行评价。主要做法为: 首先通过千兆网络将探测器输出的原始红外视频源传输到上位机预存, 进而上位机将预存的原始红外视频发给硬件处理板进行硬件算法处理并回接处理结果, 最后上位机将预存的原始红外视频通过同功能软件算法处理后与硬件处理后的红外视频逐帧进行差值处理, 定性得出硬件算法优劣。

利用灰度信息对可见光与红外图像进行匹配时, 其效果受两类图像间灰度分布差异的影响。结合这两类图像的特征, 提出了一种基于边缘图像和 SURF(Speed-Up Robust Feature)特征的图像匹配方法。首先采用改进的三次 B样条分别对两幅源图像进行边缘提取; 然后利用 SURF算法在边缘图像上进行特征点检测; 再通过最近邻次近邻比值法对特征点进行粗匹配, 最后利用对极几何约束的 RANSAC算法剔除误匹配点对, 从而实现图像的匹配。实验结果表明, 在正确匹配率方面本文算法明显优于 Canny边缘提取和 SURF的匹配方法, 具有一定的有效性。

针对质心跟踪算法对目标跟踪时容易出现目标丢失的问题, 提出了目标置信度函数, 通过对目标的位置、面积、灰度和形状综合判断目标是否被遮挡, 如被遮挡则对目标的位置进行预测, 直至目标重新出现, 使算法具有记忆跟踪的功能。改进算法基本不受目标大小、旋转变化的影响, 跟踪算法的稳定性和可靠性得到提高。实验结果也表明, 改进算法较好地克服了原跟踪算法易丢失目标的问题, 扩展了质心跟踪算法的适应范围。

针对光电经纬仪跟踪测量过程的红外高炮序列图像的弹点目标, 进行了相关研究。结合目标弹道轨迹规律, 动态预测下一弹点位置, 以预测点为中心的小范围图像区域内, 使用最大类间差 OSTU阈值法分割图像, 对分割后的二值化图像进行连通性分析, 提取出目标的脱靶量。以分辨率 640×512的 1000帧红外序列图像为实验数据, 能够在 2 min内自动处理完成, 且目标提取准确度 99%以上。

介绍了一种长波无热化光学系统, 利用反射元件与折射元件光热效应相抵消的原理, 实现了无热化设计。反射系统采用卡式结构形成一次像点, 折射系统将一次像点最终成像在焦平面上。该系统在不采用衍射元件下实现了良好的无热化效果。

对地红外扫描成像系统在获取地面目标图像方面具有快速、高效等诸多优点。基于旋转扫描成像方式提出了一种孔径光阑二次成像的光学系统方案, 并给出了一个工作谱段 8～10 μm、焦距 520 mm, 成像视场为 1.4°×72°的光学系统设计实例, 分析结果表明成像质量良好, 具有良好的实用性和应用前景。

总结了红外温度自适应光学系统的实现方式, 理论分析了机械补偿法的设计过程, 研制了一种机械补偿式红外温度自适应光机系统。其光学指标焦距 f＝50 mm, 相对孔径 1/1.2, 适配长波非制冷红外焦平面探测器, 其像素为 640×480, 像元大小 17 μm, 工作温度: ―40℃～＋80℃。设计结果表明, 各个温度参考点各个参考视场的弥散斑半径均小于系统艾里斑, 并且像面照度均匀。在空间频率 20 lp/mm处, 光学系统的调制传递函数接近衍射极限。利用机械补偿方式实现了系统各项技术指标。

对某红外成像导引头的伺服控制系统进行了设计与仿真。根据某红外成像导引头伺服控制系统实现的两个功能, 设计了系统控制的位置回路和稳定回路。在获得被控对象稳像平台的数学模型后, 利用遗传算法优化设计了 PID控制器的三个参数, 并通过 MATLAB/SIMULINK工具对控制回路作了相应的控制性能仿真及分析, 以验证系统的理论正确性和可行性。

以分形理论为基础, 提出了一种表征烟幕粒子粒度特征的指标 ——粒度分形维数( D), 研究了烟幕粒子粒度的分形特征。研究表明, 烟幕粒子的粒度分布是分形的, 烟幕中大颗粒占的比例越高, 粒度分形维数越小, 基于米氏理论的红外消光性能也越好。粒度分形维数( D)可用于表征烟幕粒子粒度分布的特征, 为烟幕系统的研究提供了一种新思路。

研究了作为点源目标的战斗机红外辐射特性。将飞机的红外辐射分为排气系统辐射和蒙皮辐射两部分, 根据红外辐射相关理论, 提出了各自的红外辐射计算方法。在排气系统辐射的计算中, 将实测数据、流场计算结果与经验公式相结合, 并考虑了尾焰对尾喷口辐射的吸收以及多条尾焰的相互作用。通过计算不同状态、不同波段的战斗机红外辐射, 得到了目标辐射随方向、速度、高度、发动机状态的变化规律, 并验证了所建计算模型的正确性。

阐述了红外侦察告警设备作用距离等效折算的重要性及常见方法, 推导了不同气象条件下基于飞机目标表观辐射亮度、目标背景表观辐射亮度差的红外辐射等效折算公式, 并对其中的假设近似进行了修正计算。通过折算表明: 折算后的图像与参考实测图像从灰度分布与变化趋势一致性上符合较好, 证明了提出的红外辐射等效折算方法的合理性。

以Fe2O3-MgO-cordierite体系为基础, 用不同质量分数 TiO2和 ZnO进行掺杂, 制得具有高发射率的尖晶石型红外辐射涂料。通过 XRD、SEM、红外发射率测试、傅立叶变换红外光谱测试、抗热震性测试等测试方法对所制备的红外辐射涂料的物相、微观形貌、红外发射率和抗热震性能进行分析。结果表明, 经高温烧结后生成了 ZnFe2O4、TiMg2O4、MgFe2O4尖晶石结构, 当 TiO2质量分数为 10%时, 涂料在 8～14 μm波段的发射率最高达到 0.963, 并且抗热震性良好。