数字化红外焦平面技术是从探测器起所有信号处理都在数字域完成的红外热成像技术, 是目前国际上最先进的新一代红外焦平面技术。通过将模拟 -数字转换器(ADC)集成到读出电路中实现数字读出, 配合数字传输和数字图像处理形成数字化红外焦平面技术。通过中波 640×512数字化红外焦平面探测器读出电路、成像组件以及数字化红外焦平面热像仪的设计和测试, 表明数字化红外焦平面技术具有接口简单、高抗干扰、高通道隔离度、低读出噪声、高传输带宽、高线性度、高稳定性等特点, 是红外热成像系统的技术发展趋势。

根据现代战争对夜间进行目标跟踪、侦察及监视的迫切需求, 红外光学系统在**领域获得了广泛的应用。与变焦红外光学系统相比, 基于可变冷光阑的变 F数红外光学系统可以进行大视场搜索与极小视场监视的转换, 提高通光孔径利用率, 提高成像质量。随着对视场范围、图像质量、系统小型化等需求的不断提高, 变 F数红外光学系统逐渐凸显其优势。对变 F数光学系统的原理进行了研究, 概述了国内外在变 F数红外光学系统领域的研究进展。通过分析, 提出了系统关键结构可变冷光阑实现的技术路线。最后简要分析了可变冷光阑设计的关键技术。

从低噪声角度出发, 设计了基于 640×480的高信噪比非制冷红外采集系统。对精密偏置电压、信号滤波以及高速模数转换提供了详细设计思路和实现方法。测试结果表明本系统在积分时间为 64 .s的情况下, 取得了像元平均 NETD值为 223 mK的优良信噪比特性。

针对 256×1长波红外焦平面器件工作原理和输出信号特点, 从低噪声需求角度出发, 阐述了长波红外焦平面器件信息获取电路设计过程。着重分析、并解决了信息获取电路如何降低硬件电路噪声问题, 同时对硬件电路的噪声来源进行了分析与建模。实验结果表明, 信息获取电路正常工作, 整个信息获取电路的输入均方根噪声为 0.13 mV, 具有良好的噪声特性。

离轴三反光学系统具有大口径、大视场、传输效率高以及没有色差等优点, 易于实现多谱段共孔径。介绍了一种离轴三反系统的设计, 其工作于红外中波 3～5 .m和红外长波 8～10 .m双波段, 口径 300 mm, F数为 3。设计中充分考虑加工检测和装调的易实现性, 特点为次镜采用球面, 主镜和三镜共面, 并且整个系统没有高次非球面; 选取合理的反射镜和结构件材料, 使系统具有良好的高低温环境适应性。

作为前视红外成像末制导的关键部分, 红外目标跟踪是一个极具挑战性的课题。本文针对前视红外建筑物目标, 提出了一种基于协方差描述子稀疏表示的红外目标跟踪框架。首先, 提取红外建筑物目标的协方差描述子特征; 其次, 由于协方差描述子属于黎曼空间, 采用 log-Euclidean变换将其转换到欧式空间; 最后, 在粒子滤波的理论框架基础上, 采用目标在字典中的稀疏表示作为观测模型, 对红外建筑物目标进行表示, 通过贝叶斯状态推理框架进行目标跟踪。对前视红外建筑物目标的跟踪实验表明, 该方法在跟踪准确度及鲁棒性方面体现出了优良的特性。

针对红外与可见光图像的成像特点及目前红外与可见光图像融合中融合图像信息量不足的问题, 结合复剪切波变换(Complex Shearlet transform, CST)及脉冲发放皮层模型(Spiking cortical model, SCM)的优点, 本文提出了一种新的红外与可见光图像融合算法。首先, 利用红外图像目标与背景灰度的显著差异, 通过区域生长方法从红外图像提取目标区域; 然后用 CST对源图像进行分解, 对源图像的目标区域和背景区域系数分别采用不同的融合规则进行融合, 其中背景区域的高频子带系数利用 SCM进行选择; 最后, 经过 CST逆变换重构融合图像。研究结果表明, 与其它的红外与可见光图像融合算法相比, 本方法在视觉效果和客观评价指标上都得到了提升。

在利用特征点集的红外与可见光舰船图像配准过程中, 经常会存在点集的一致性差而无法配准的情况, 本文针对可见光图像中背景干扰大, 纹理丰富容易出现较多非舰船目标轮廓特征点的情况, 利用全局广义直方图均衡化和显著性增强对可见光图像进行增强, 然后进行 Canny轮廓提取并在轮廓的基础上提取舰船目标边缘角点作为匹配点集; 对于红外舰船图像, 海面背景与舰船温度差异较大, 其舰船目标成像效果较好, 存在的干扰较少, 本文直接进行 Canny算子运算并提取角点作为特征点集。实验效果显示, 本算法实用性较强, 误差小于 3个像素, 能够满足工程使用要求。

为了模拟卫星目标在云层背景下的运动效果, 提出了基于云图像灰度的目标灰度衰减计算方法。利用 FY-1C卫星获得的数据, 建立了云光学厚度与云反射率的关系, 进而确定了云图像灰度与云光学厚度的函数关系。根据 Bouguer指数衰减定律, 计算目标经云衰减后的灰度。利用该计算方法, 模拟了同一目标在不同云层及不同亮度目标在相同云层下的运动效果。仿真结果显示, 该方法可以取得较好的目标穿云效果。

为了能有效滤除散斑噪声, 提出了一种以模糊系统为基础的散斑噪声滤波器。这种滤波器包括了一个模糊推理系统, 一个边缘检测和膨胀模块和一个图像合成器。模糊推理系统包括 5个输入和 1个输出, 负责对散斑噪声图像进行滤波处理, 其参数通过克隆选择优化算法训练优化得到。边缘检测和膨胀模块用于区分图像的边缘区域和光滑区域, 图像合成器则是根据边缘检测和膨胀模块获取的信息分区域对滤波输出图像进行合成。文中将该方法与其他几种常用的散斑噪声滤除方法进行了比较, 实验结果表明, 与其他方法相比该方法可以显着减少图像的散斑噪声, 同时保留边缘、细节等有价值的信息。

本文采用数值计算的方法研究涡扇发动机轴对称分开排气系统红外辐射特征, 分析了轴对称分开排气系统在 3～5 .m波段积分辐射强度的空间分布以及各个固体部件红外辐射的贡献, 并讨论了高温部件冷却对排气系统红外辐射特征的影响规律。结果表明: 在 0°方向上, 尾锥的积分辐射强度为总积分辐射强度的 65%; 采用冷却空气对尾锥进行冷却, 冷却空气量在 0.02 kg/s～0.06 kg/s范围内, 尾锥平均温度降低 12%～22%, 可以降低排气系统红外辐射强度 28.4%～41.8%。

红外热像仪广泛应用于质量控制、安全检测等领域, 为保证其测温的准确可靠, 建立了红外热像仪测温精度校准装置, 并对该校准装置进行了重复性试验、稳定性考核以及测量不确定度评定, 通过采用传递比较法验证了该校准装置校准结果的可信度和测量不确定度的合理性, 从而验证了该校准装置的校准能力, 即可以开展相应等级的红外热像仪的测温精度校准工作。

近红外光谱的 650～1000 nm是大脑成像的“光学窗口”, 功能近红外光谱技术对大脑成像具有非侵入、无需注射造影剂、成本低和方便等优点, 被应用于脑成像。概述了近红外光谱在大脑成像中的原理、方法及发展, 总结分析了功能近红外光谱技术对大脑探测在提高系统分辨率方法的 3个主要阶段, 提出了存在的问题和发展前景。

主要研究了火焰的物理特征信息, 结合图像处理技术, 提出了一种基于图像中高亮度区域特征的森林烟火识别方法。该方法的核心是采用分步提取预处理后图像颜色、面积及圆形度特征来实现烟火识别, 弥补了单个算法仅对单一特征进行分析导致识别准确度不高的缺点, 且能快速排除干扰物, 提升了整个森林火灾图像识别的运行效率。