红外偏振成像探测技术针对复杂环境中识别探测目标具有明显的优势和广阔的应用前景。首先分析了研究红外偏振特性的必要性和紧迫性, 阐述了红外偏振成像具有“凸显目标、穿透烟雾、辨别真伪”的独特优势; 其次概括了国外红外偏振成像技术的研究历程和试验进展; 在此基础上, 重点研究了目标起偏、信道环境下的偏振传输、全偏振图像探测三个方面的主要科学问题, 并指出了重点研究内容和关键技术; 最后, 对红外偏振成像技术在军、民若干领域的应用前景进行了展望。

针对静态图像融合方法对于序列图像无法同时满足融合速率及融合质量的问题, 提出了一种基于关键帧提取的红外与可见光序列图像快速融合方法。首先对红外和可见光图像序列进行关键帧提取, 为体现本文方法的普遍适用性, 选取静态图像中融合效果好的算法将两序列中对应的关键帧融合, 如小波变换以及主成分分析法。然后对剩余图像帧利用最简单快捷的加权平均算法进行融合。而且相较于现有的只针对于目标进行提取和融合来提高融合速率的序列图像融合方法, 在不明确目标的情况下, 本文方法对整幅图像进行融合, 更加合理且融合结果更适合人眼观察。最后通过对同一场景相同帧数的红外与可见光序列图像进行融合, 实验结果表明本文基于关键帧提取的融合方法快速且保证了融合质量。

随着现代网络传输和视频通信技术的快速发展, 大大拓宽了热红外图像的应用领域。提出了一种基于小波变换的热红外将质图像滤波增强方法。该方法以受到不同强度高斯白噪声和脉冲噪声构成的混合噪声模型的热红外降质图像为研究对象, 首先对其进行二维小波变换, 从而获得高频和低频小波分解系数; 鉴于低频小波分解系数包含图像大部分信息, 基本不受噪声干扰的特点, 引入直方图均衡化法进行增强处理, 以改善图像低频信息的对比度; 根据各方向的小波高频分解系数中噪声的分布特征, 对经典数学形态学滤波算法进行研究, 分别设计出几类多尺度多方向的结构元素, 实现对各高频小波分解系数中噪声的三级串联滤波处理, 在此基础上进行自适应同态滤波增强, 以最大限度改善滤波后图像质量。最后进行小波分解系数重构。实验结果表明, 该算法对于热红外将质图像的处理效果优于单纯进行经典数学形态学滤波和已有的改进数学形态学滤波, 为该类降质图像的滤波增强处理提供了一条可供借鉴的思路。

自学习最小二乘加权数据融合算法已被广泛地应用于融合多传感器系统中的量测信息。但是, 通过深入的理论分析和实验仿真发现, 自学习最小二乘加权数据融合算法在进行双传感器数据融合时具有较差的融合精度, 同时该算法还具有较差的抗干扰性及稳定性。基于以上研究结果, 提出了一种基于全局状态估计的多传感器加权数据融合算法, 采用卡尔曼滤波的状态估计特性及相关历史信息, 使得状态的估计值能够充分逼近真实值, 从而使得算法具有较高的融合精度及抗干扰性。最后, Monte Carlo仿真结果显示, 相比于已有算法, 提出的算法在融合精度及抗干扰性方面具有明显地提高。

针对高动态范围( 14 bit)红外图像融合后并不能直接用于显示的问题, 设计了一种用于增强红外图像可视性的融合框架。利用数字全变分滤波器对图像分层处理, 然后对每一层进行动态范围压缩, 自适应的合成低动态范围图像( 8 bit), 再通过传统融合算法进行融合, 得到可视性增强的低动态范围融合图像。实验结果表明, 相较于目前已有的方法, 该框架融合得到的信息量大, 在增强对比度的同时能有效抑制噪声, 明显改善融合图像的视觉效果。

针对因背景复杂而导致高光谱异常检测效果降低的问题, 提出了一种基于背景抑制的异常检测方法。首先对高光谱图像进行 NSCT分解, 得到各个波段的低频图像, 然后对图像的低频信息做差, 得到背景残差图像, 对背景残差图像在做突出目标信息处理, 最后使用 KRX算法对处理后图像异常检测, 并与其他方法进行比较, 证明本文方法的有效性。

由于红外热像仪采集的热红外影像存在大量的噪声、边缘信息模糊难提取, 因此, 提出了一种基于 Laplace算子和灰色关联度相结合的边缘检测方法。该方法首先引进数学形态学对含有噪声的热红外影像进行形态学滤波, 然后利用 8邻域的 Laplace算子作为参考序列, 计算参考序列与系统序列之间的关联度得出关联度矩阵, 再给定阈值判断是否为边缘点, 最后细化影像。基于 MATLAB进行仿真实验, 结果表明: 该算法对具有噪声的热红外影像具有较好的抗噪效果, 能检测出传统方法不能提取的边缘细节信息, 通过调整阈值可以控制检测的边缘信息量, 是一种较好的边缘检测方法。

针对红外图像信噪比和对比度低, 结合红外图像直方图分布的特点, 提出了一种基于高斯分布的自适应红外图像增强算法。该算法采用高斯分布函数平滑红外图像直方图中的主峰, 以抑制红外图像背景和噪声的加强。算法中的高斯分布函数可根据原红外图像直方图的分布情况自适应产生, 不需要人为设定, 将所生成的高斯分布函数对原直方图进行转换后再进行直方图均衡处理, 即可实现红外图像的增强。实验结果表明, 该算法能有效地突显红外图像的目标, 抑制其背景, 具有较好的增强效果。

利用红外场景仿真技术对红外成像系统进行测试已成为各国研究的热点。提出了一种基于数字微镜器件( DMD)的红外场景仿真系统设计方案, 对系统设计过程中各个组成部分进行了详细介绍, 并对系统的部分性能参数进行了分析, 如微镜片的衍射特性、能量转换效率、显示帧频等。最后, 结合系统的应用背景和存在的问题, 对下一步的研究工作做了展望。

面向背景是静止的运动细胞图像序列, 通过简化粒子滤波算法并在 FPGA实现其硬件逻辑来设计快速跟踪系统。其是按照目标辨识和跟踪要求, 用模块化思想设计采样和存储模块、权值及阀值计算模块、重采样模块和状态估计输出模块后通过硬件描述语言 VHDL下载到 FPGA。针对单个细胞跟踪, 单个细胞分裂跟踪和多细胞跟踪的测试对该系统的快速性和准确性进行验证。实验结果表明该系统满足对移动目标快速识别和跟踪要求。

在轨太阳能帆板红外特征是大多数卫星红外特征最主要的组成部分, 它的研究对于卫星红外探测和识别具有重要意义。从轨道热流的计算出发, 对在轨太阳能帆板的红外辐射特征进行了完整的建模。在此模型基础上, 选择一定参数, 以某轨道为例, 分别计算了太阳能帆板的表面温度特征和红外特征, 并进行了对比和分析, 结果表明卫星太阳能帆板反射太阳和地球等环境的红外辐射比较微弱, 其红外特征主要取决于其自身温度引起的红外辐射。

针对飞行器的红外隐身问题, 计算了红外辐射在大气中传输的透过率, 建立了考虑背景辐射的红外隐身性能评估模型, 提出了临界辐射强度的概念, 建立了由临界辐射强度和作用距离关系曲线求解红外系统作用距离的方法。在 3～5.m波段和 8～12.m波段, 计算并分析了温度、相对湿度、大气能见度和海拔高度等大气参数对作用距离的影响。以某型飞行器为例, 分析了红外隐身性能, 给出了红外辐射强度和作用距离的定量关系。

针对单源传感器在迷彩伪装识别特性下的单一性和局限性, 提出了一种基于可见光-热红外图像协同识别烟幕遮障下的行人的方法。该方法首先在可见光图像中识别出烟幕遮障, 在热红外图像中识别出行人目标, 然后利用协同机制最终可以识别出烟幕遮障下的行人。通过本文中实验数据的分析, 本文中的方法能够有效地识别出烟幕遮障下的迷彩伪装行人。而且本文中的方法在去除虚警和识别率上都有了大幅度提高。

红外成像目标模拟器是红外成像制导半实物仿真的核心组成部分, 随着制导半实物仿真对目标真实度要求的不断提高, 模拟器也在不断改进以适应新的试验要求。当前的模拟器无法满足多样化的仿真需求, 而更新一代模拟器的研制难度较大, 投入也更高。基于现有的红外成像模拟器, 讨论了通过对目标模拟器的改造与扩展, 拓展了其应用范围, 使其更符合半实物仿真的需求。

利用 MOCVD在 InP衬底上制备 InP/In0.53Ga0.47As/InP双异质结 PIN型材料, 通过对本征层 In0.53Ga0.47As材料的光致荧光谱研究, 发现 PIN结构中两侧 InP材料的掺杂特性对中间 In0.53Ga0.47As材料的光致发光特性有明显的影响。本文通过对两侧 InP材料的变掺杂处理, 实现了 In0.53Ga0.47As材料光致发光特性的有效提高。

研究分析了高掺杂浓度下幂函数掺杂阴极发射层内部形成恒定电场情况, 探讨了光电阴极发射层材料内部形成恒定电场对提高透射式光电阴极量子效率中有效电子输运长度、表面电子逸出几率等参量的影响。结合掺杂浓度不同带来的光电子散射问题, 对比讨论了传统的均匀掺杂、指数掺杂、幂函数掺杂情况下发射层材料量子效率情况。