为实现在红外探测器运动的条件下地面弱小目标的快速搜索与跟踪, 提出了一种基于相位相关法配准和角点法配准相结合的红外图像配准方法实现对红外图像的运动补偿。根据相位相关法配准和角点法配准的特点, 首先利用相位相关法对运动中的红外图像进行粗配准, 然后利用相位相关法配准的结果作为角点法配准的先验信息实现图像的高精度配准。实验结果表明该算法能够在不降低配准精度的条件下, 实时地为红外搜索跟踪系统提供红外图像的位移信息, 有效地提高了红外搜索跟踪系统对弱小目标的检测率和检测精度。

为了解决传统的 SIFT算法存在检测时间长, 识别率低等问题, 提出了一种基于目标红外特征与 SIFT特征相结合的红外图像识别算法, 该算法首先通过 5个能反映红外目标初步信息且易实现的红外特征量进行初步识别, 然后采用 SIFT算法进行精确识别。通过三种飞机的红外图实验可以看出, 将红外特征量与 SIFT特征检测识别方法相结合, 识别时间缩短 0.06 s, 识别率有较大提高, 达到 98%以上。

为了提高紫外探测系统性能, 研究具有高灵敏性紫外目标探测弱信号处理方法是关键问题之一。首先, 在阐述紫外目标探测原理的基础上, 分析紫外目标辐射特性。其次, 研究自适应噪声抵消信号处理的一般方法, 以及基于最小均方误差 LMS准则、递推最小二乘 RLS准则和线性神经网络 ADALINE的三种具体的自适应噪声抵消算法。再次, 提出采用功率信噪比来衡量滤波算法的性能。最后, 通过仿真计算比较分析这三种算法的滤波效果。结果表明：采用 LMS和 RLS算法信噪比提高约 12.5 dB, 且 LMS算法比 RLS算法略优, 而采用 ADALINE算法信噪比至少改善 26.6 dB, 可实现高性能滤波。对于紫外目标探测弱信号处理方法的发展与深入研究具有一定的作用和意义。

作用距离是一个描述红外探测系统整体性能的系统级参数。根据有关基本概念, 给出了波段光子数平均值的计算方法, 讨论了光子数与作用距离的关系, 分析了光子数量纲与辐出度量纲之间的联系。探讨了点源目标和扩展源目标作用距离和设计中的有关问题。描述了噪声等效温差以及最小可分辨温差与作用距离的关系。研讨了作用距离的比较问题。指出了系统参数选择例如光学系统 F/#、直径和探测器张角等对于作用距离的影响。叙述了对红外探测系统作用距离的理解和体会。

针对地震后救援现场光照度低、温度变化复杂等特点, 设计一款视觉生命探测系统, 该系统主要由图像采集、图像传输、图像处理及显示、系统控制四模块构成。当救援现场光照度≥1.0 lx时, 系统对救援现场进行可见光图像采集；当救援现场光照度＜1.0 lx时, 采用红外主动探测方式, 即系统近红外光源打开, CCD接收救援现场反射的近红外光并将其转化为图像信号。同时, 为提高救援现场环境成像的信噪比, 系统中图像处理模块对采集的图像进行相应处理。该系统可实现低照度下震后救援现场的高清晰成像要求, 为救援人员制定高效可行的救援方案提供决策依据。

针对平行光管主镜应用真空垂直状态的特点, 从主镜的支撑方式入手, 推导了适用于 whiffle tree结构的支撑点的位置公式, 设计了空间曲线切口式柔性铰链, 分析了不同结构形式的主镜室的变形。建立主镜室支撑系统的有限元模型, 分析计算了系统的静力学变形和谐振频率, 分析的结果表明在支撑结构的作用下, 主镜镜面的面形 RMS优于 0.05λ, 一阶谐振频率达到 65.9 Hz, 完全达到了设计要求。

介绍了长波红外消热差系统的种类, 分析了温度对光学元件的影响, 并列出光学参量随温度变化的公式。总结了红外消热差系统的设计原理, 解出消热差消色差条件方程组并设计了一个工作波段为 8～12 μm, f＝25 mm, F数 1.2, 配 384×288, 像元大小 25 μm非制冷探测器的系统。结果表明, 系统结构简单, 在-40℃～80℃温度范围内系统调制传递函数, 均方根弥散斑直径变化均很小, 符合红外消热差系统的条件。

提出了一种与 CMOS工艺兼容、高响应率、低噪声的微机械热电堆红外探测器。该结构热电偶数目为两对, 材料为 P/N型多晶硅, 吸收层材料为 TiN。采用较少热电偶对的方式来降低噪声, 引入共振谐振腔结构来提高红外吸收率。阐述了探测器的基本工作原理, 通过仿真得到其重要的性能参数, 并给出了器件具体的工艺流程, 对器件尺寸进行了优化。理论上, 其响应率大于 1000 V/W, 探测率大于 2×108 cmHz1/2W-1, 噪声等效温差小于 20 mK, 时间常数小于 10 ms, 电阻值小于 20 kΩ。

从普朗克黑体辐射定律出发, 通过计算, 得到不同温度下景物的辐射出射度, 推导出真空低温密闭环境中景物辐射通过光学系统进入红外探测器的辐射通量的计算公式, 得到了探测器接收到的辐射通量, 研究了影响探测器性能的主要噪声, 并且计算了系列红外探测器的最小可探测功率, 进而分析得到了影响红外热成像系统可探测最低温度的影响因素, 通过计算得到了系列探测器的低温探测极限。该工作可为用于低温环境和目标探测成像的红外成像测温系统设计提供依据。

致冷型红外探测器温度的稳定性直接决定了红外系统的性能。设计了针对致冷型红外探测器的高精度温度控制系统, 该系统利用 MCU进行 PID闭环自动控制, 温度恒定范围在 77～80 K, 实现了温度稳定度±0.05 K的性能指标。该系统具有精度高、抗干扰能力强、噪声低、快速稳定等优点, 并且工作可靠, 应用方便, 具有很高的实用价值。

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源, 采用酸碱两步催化法经过溶胶 -凝胶和冷冻干燥制备出 SiO2气凝胶基材, 并在凝胶老化过程中通过加入不同含量 β-氯乙基二甲胺盐酸盐(β-DCH)制备出兼具中远红外吸收特性的硅基复合气凝胶。利用 X射线衍射、扫描电子显微镜、氮吸附-脱附和傅里叶红外吸收光谱对气凝胶的结构和性能进行表征。结果表明：基材和复合气凝胶的表观密度分别为 0.25 g/cm3和 0.36～0.54 g/cm3；基材和大部分复合气凝胶均为非晶型, 只有当复合气凝胶中 N:Si摩尔比为 1时才有微弱的 β-DCH结晶峰出现；所添加的胺盐以球形颗粒或无规则块状附着于硅气凝胶网络结构中；基材属于介孔材料, 比表面积、最大孔容和平均孔径分别为： 524.5 m2/g、1.209 cm3/g和 9.216 nm, 添加胺盐后复合气凝胶不断向非多孔、大孔材料过渡, 比表面积、最大孔容和平均孔径分别为： 1.688～103.5 m2/g、0.0079～0.2695 cm3/g和 10.42～18.68 nm。复合气凝胶在中远红外窗口具有宽频吸收的特性, 且随着 β-DCH量的增加, 中红外相对吸收强度成比例增强。