与其他固体微光器件相比, 低照度 CMOS图像传感器具有成本、功耗及体积优势, 是固体微光器件发展的重要方向。但目前低照度 CMOS图像传感器的微光性能还不能满足夜视应用要求。本文介绍了低照度 CMOS图像传感器及提高其灵敏度的几种技术途径, 采用低照度技术后 CMOS图像传感器性能已接近实用要求。随着 CMOS工艺技术的不断发展及低照度 CMOS图像传感器研究的不断深入, 在不远的将来, 低照度 CMOS图像传感器将成为固体微光器件的重要一员。

硬件闭环仿真系统是红外图像搜索制导系统、热像仪以及前视红外系统研制中的重要设备, 红外场景辐射模拟器(红外投影仪)则是该设备中的核心器件, 从辐射产生传输的角度, 可主要将其分为 4类: 发射型、透射型、反射型以及激光型。介绍了各类型中典型模拟器的基本原理以及典型结构, 并给出了部分关键性能参数(模拟温度动态范围、温度分辨率、空间分辨率、帧频)。

在红外焦平面( IRFPA)成像系统中, 盲元检测和补偿是红外成像过程中必不可少的一步。针对 FPGA, 提出一种基于两点参数的简化型 3σ盲元检测算法, 并介绍了自适应窗口盲元补偿算法。该算法通过分析两点参数矩阵的分布情况, 以 3σ为基准裁定盲元; 再在自适应窗口中补偿盲元, 优化了补偿结果。具体介绍了硬件功能结构和算法关键数据流的设计。仿真和实际场景实验结果表明该算法对盲元能做到精确检测和有效补偿, 且速度快和资源省, 能在硬件上完整地实现。

针对采用 FCM聚类进行测量图像分割时, 模糊加权指数难以确定的问题, 通过分析 FCM聚类原理, 依据测量图像分割的具体要求, 根据加权指数对不同模糊聚类过程的作用程度, 提出了一种基于自适应模糊加权指数的 FCM聚类测量图像分割方法。实验结果表明: 该算法可以减少聚类迭代次数, 确保分类的准确性, 提高图像分割质量。

卫星云图是研究天气系统演变规律的重要信息, 云层内容从卫星云图中提取出来可以有助于云图分析, 减少陆地和海洋信息的干扰。为此采用了模糊 C均值聚类算法( FCM)进行云图聚类, 该算法具有计算效率高, 过程简单的优点, 但对初始聚类中心敏感, 容易陷入局部最优解。针对此问题, 本文将全局性良好的粒子群优化算法(PSO)引入 FCM聚类算法, 克服了初始聚类中心对全局收敛性的影响。同时, 将阴影集理论与该混合算法结合起来, 去除聚类过程中的异常值, 提高算法的效率。通过红外云图聚类对比实验得出, 改进的 FCM算法与传统的 FCM算法相比, 聚类结果图的类间距离增大, 类内距离减小, 聚类质量有所提高。

现有的图像压缩算法大多压缩效果不好且设备成本较高, 虽然近几年来提出了许多新的图像压缩算法, 但还是没能从根本上解决上述问题; 针对该现象, 文章利用小波算法的高效性与普遍性, 提出了一种适应人眼视觉特性小波变换的图像压缩算法, 采用 SPIHT算法与 DPCM编码方式, 并结合人眼的视觉特性, 来对图像进行分类处理, 进而对视觉敏感的区域进行边缘优化处理, 来消除不必要的编码开销。测试表明, 本研究能够实现以上研究目的, 且具有耗时低、准确性高的市场优势。

针对现有的 CCD系统技术无法同时满足大面阵与高帧频的问题, 提出了一种基于 FPGA的高速多通道 CCD拼接系统。采用智能化的 AD芯片, 配置生成精确且接收反馈的 CCD驱动信号。调用 FPGA内置的 IP核, 利用乒乓操作的思想操控 DDR2完成多通道图像的拼接, 百万像素 CCD以 100帧的速度处理。对多通道影响图像非均匀性进行分析, 将处理图像的得到的参数反馈给 AD芯片, 实时调整各通道的增益, 在硬件驱动电路上完成自适应非均匀性校正。经验证, 该系统极大地提高了大面阵 CCD的显示帧频, 多通道拼接后获得较高成像质量。

小型空间可见光相机的电子学、光学和机械器件高度集成于狭小空间, 需要主动热控进行温度控制。分析了相机的散热特点, 采用集**数法建立了简化的热阻模型, 结合 DOE设计方法与理论分析方法建立了主动热控功耗与散热面、遮光罩温度之间的关系式, 用于主动热控方案的预设计。确定了相机的主动热控电加热功耗, 指导主动热控电路的位置布置。最后进行了详细模型的热仿真, 并结合热平衡试验进行了验证。热仿真热平衡试验结果表明: 本文的快速优化方法合理可行和最终主动热控方案满足热设计指标要求。

测量了三代像增强器和超二代像增强器的阴极光谱反射率, 结果表明在 500～800 nm波长范围内, GaAs阴极的平均光谱反射率仅为 6.5%, 而 Na2KSb阴极的平均光谱反射率却高达 22%。采用减反技术之后, Na2KSb阴极的平均光谱反射率降为 10%, 与 GaAs阴极相比还有一定的差距, 因此还有进一步改进和提高的空间。测量了三代像增强器和超二代像增强器光电阴极的荧光谱, 结果表明在 785 nm波长激光的激发条件下, GaAs阴极的荧光谱峰值波长与 Na2KSb阴极的荧光谱峰值波长基本相同, 但荧光谱半峰宽和峰值强度却区别很大。说明 GaAs阴极和 Na2KSb阴极在吸收 785 nm波长光子后, 所激发的电子跃迁的能级基本相同, 但跃迁电子的数量区别却很大。 GaAs阴极荧光谱的半峰宽较窄, 说明 GaAs阴极的晶格较 Na2KSb阴极的晶格更完整。当 Na2KSb阴极的膜层厚度从 180 nm变为 195 nm之后, 由于跃迁电子距真空界面的距离增大, 因此导致短波的量子效率减小。尽管膜层厚度加厚, 长波光子的吸收更充分, 但因受到电子扩散长度的限制, 长波量子效率仅仅略有增加。这说明 Na2KSb阴极的电子扩散长度远远小于 GaAs阴极的电子扩散长度。GaAs阴极表面吸附 Cs-O层之后, 表面电子亲和势会降低, 而多碱阴极表面吸附 Cs-Sb层之后, 不仅表面电子亲和势会降低, 而且跃迁电子的能级会提高, 跃迁电子的数量也会增加, 这说明多碱阴极在进行表面 Cs激活之后, 阴极膜层内部的能带结构发生了变化。所以要提高多碱阴极的灵敏度, 除了要控制好表面的 Cs激活工艺之外, 还需要控制好 Na2KSb基础层的结构。只有一个结构良好的 Na2KSb基础层, 在 Cs激活之后, 能带结构的变化才会有利于跃迁电子能级的提高。

针对微光像增强器在高照度条件下会出现图像饱和的问题, 提出将基于 PLD器件的门控技术应用于微光像增强器电源中。论述了微光像增强器门控技术、光阴极门控原理、以及 PLD器件应用于门控技术中的原理和实现方法。给出了阴极门控设计原理电路和试验结果。