红外与微光的融合算法及相关产品的性能验证需要同步仿真视频源。本文提出了一种基于 Vega的红外与微光视频的同步仿真方法, 研发了基于 FPGA的串口数据并行发送装置, 实现对视频仿真的同步控制; 并开发了串口程序和动态仿真控制程序, 实现串口监控、数据接收、数据识别、仿真控制等功能; 借助于计算机和控制板之间的串口通信技术, 实现了两台计算机同步仿真红外视频和微光视频, 最后通过图像融合分析验证了该方法的有效性。

主要介绍了近年来国内外飞机目标红外辐射特性研究现状。分别介绍了影响飞机目标红外辐射特性的主要物理因素, 国外飞机目标红外辐射特性计算软件, 飞机目标主要红外辐射源, 飞行目标红外辐射特性外场飞行测试与相应软件仿真误差, 以及国内飞机目标红外辐射特性研究现状。

介绍了欧美发达国家在高工作温度碲镉汞中波红外探测器上的工艺技术路线及典型产品技术指标。对昆明物理研究所研制的基于标准 n-on-p(Hg空位掺杂)工艺的中波 640×512(15 .m)探测器进行了高工作温度性能测试, 测试结果显示器件性能基本达到国外产品的同期研制水平。

利用尺寸效应调节发光波长, PbX量子点可用于近红外波段的光致发光。实际应用中对其辐射荧光特性的检测与评估, 在设计器件、开发系统、提高量子点光致发光有效利用率等方面具有重要意义。本文对比分析了不同尺寸 PbX量子点在近红外波段的吸收、发射光谱, 并对 PbX胶质量子点制成薄膜后的光致发光光谱进行了检测分析。光谱对比显示, 量子点薄膜化后荧光辐射波长峰值会发生一定量的红移, 全波半宽也会增大。提出一种在实际应用中检测量子点光致发光的空间分布情况并估算其效率的方法, 同时利用该方法对两种 PbX量子点薄膜样品进行了检测分析。分析表明, 量子点薄膜样品的光致发光功率与探测器相对样品发光表面的角度位置有关, 可以反映出薄膜中量子点的分布; 两种被测样品近红外激光照射下的荧光功率转换效率分别可达 2.51%和 2.06%, 适于工程应用。

随着红外探测技术的发展, 制冷型红外焦平面探测器在航空航天和民用领域的应用越来越广泛。探测器像元响应率的不稳定性对红外焦平面探测器定量化应用产生非常大的影响。目前检测响应率不稳定像元的方法主要通过定量化的黑体标定的方法来实现, 该类方法需要改变黑体温度从而得到像元的响应率, 操作步骤和计算过程比较复杂, 不易于高频次的工程测试实现。本文提出了一种通过计算像元随积分时间的相对响应率变化来快速筛选不稳定像元的方法, 该方法每次测试时仅需要对着一个固定温度的黑体, 改变积分时间获取一组探测器成像数据, 通过计算每个像元的相对响应率, 然后对比像元在不同测试时得到的相对响应率变化, 通过与设定阈值的比较就可以实现响应不稳定性像元的筛选, 自定义阈值还可以实现对响应不稳定像元进行分级。实验证明, 该方法能够有效筛选出响应率不稳定的像元, 操作简便, 便于工程实现。

通过对影响红外成像导引头截获概率的视场形状、搜索策略等关键因素进行研究, 提出了一种新的六边形轨迹搜索策略, 并在常用的视场形状(方形及圆形)条件下, 与方形、圆形轨迹搜索策略进行对比分析。结果显示本文设计的六边形轨迹搜索策略在圆形视场条件下具有最大的归一化截获场面积, 且其对截获时间和搜索周期的变化均最不敏感。采用的研究方法和获得的结果为红外成像导引头的视场选择和搜索策略设计提供了理论依据, 具有重要的工程应用价值。

目前市场上的红外视频输出设备大多数输出模拟视频信号, 该信号的产生是由设备中的数字信号经 D/A芯片转换的, 但转换过程中必然会带来信号缺损或细节信息丢失, 针对此情况, 本文提出了基于 FPGA的直接显示数字视频的方法。该系统采用 FPGA编程技术, 实现将红外探测设备采集到的非标准数字视频信号转换为标准的数字视频信号, 并通过 DVI转换芯片 TFP410实现可直接在具有 DVI接口的数字显示器上显示的视频图像, 保证了实时观测监控目标位置和轨迹的需求, 在红外视频实时监控系统中有很好的应用前景。

铝合金反射镜应用于红外光学系统中, 其表面变形会对光学系统成像质量造成较大影响。通过光学系统传递函数测试仪器进行大量的实际传递函数测试可以得出变形铝合金反射镜对整机传递函数主要的影响情况。通过分析影响, 并在光学系统设计软件中进行仿真, 得出铝合金反射镜的主要变形特点, 即铝合金反射镜整体和局部的曲率误差。建立了整体和局部曲率误差的表面面型模型, 定量化分析了变形对成像质量的影响。针对典型的变形特点, 改进了安装方式, 使反射镜受力均匀, 其变形情况得到缓解, 从而保证光学系统的成像质量达到要求。

针对传统的边缘检测算法检测结果不连续、细节信息易丢失等缺点, 提出了一种用于运动目标检测的边缘检测方法。首先在背景差分的基础上用平移法检测目标边缘, 该方法能够提取到更为精确、细节特征更加丰富、闭合性更好的目标边缘; 然后将边缘检测与多帧差分法相结合进行运动目标检测。该方法的优势在于, 在目标检测的过程中不需要进行背景建模与更新。实验结果表明, 该方法思路简单, 易于实现, 检测结果精准, 实时性较好。

鉴于传统的灰色边缘检测算法在阈值选取上需要人工干预, 不具备自适应能力, 提出了基于灰色简化 B型关联度的自适应阈值选取进行图像边缘检测新算法。首先, 用标准差化矩阵算子对图像灰度值进行预处理; 其次, 在 3×3的像素模板上, 将预处理后的中心像素点及周围 8个像素点的数值一维化作为比较序列, 并将这 9个像素点的均值作为参考序列; 最后, 利用简化 B型关联度计算两者之间的灰关联度, 根据迭代算法求取灰色简化 B型关联度的最佳阈值来检测图像边缘。实验结果表明, 所提算法对灰度变化剧烈的图像具有较强的适应性, 检测边缘清晰准确, 比传统的邓氏相关度边缘检测算法能够更好的抑制噪声。

针对无人机载红外摄像仪拍摄的输电线路红外图像易于受背景信息干扰且不易于分割出输电线信息, 提出了一种基于图像拼接和帧间差分相结合的算法, 来实现输电线分割定位信息。采用基于 SIFT的图像配准算法来实现图像拼接, 再将得到的两幅图像的重合部分进行帧间差分, 初步实现了输电线的分割; 采用 Canny算法, 对分割得到的输电线进行边缘检测, 采用霍夫变换检测出分割出来的输电线, 最终对输电线定位。

为了减少红外测温仪的测量误差, 提高红外测温仪的测温精度, 分析了距离、发射率和外界环境温度等因素对红外测温仪测温的影响; 建立了红外测温实验系统采集测温数据, 并对采集到的实验数据进行了分析验证, 通过分析验证可得距离因素对红外辐射测温精度有较大的影响, 并且存在一定的关系, 从而为提高红外测温精度的提供了依据; 设计了一套提高红外测温仪测量精度的系统, 该系统能够测出被测物与红外测温仪之间的距离, 根据测出的结果得到距离补偿公式, 然后依据公式得出温度的距离补偿, 从而得到物体的实际温度。最后分析可得, 红外测温仪的测量精度能够大幅提高。

针对热像仪光轴稳定性及瞄准精度的高精度战术指标要求, 提出了一种测试零位走动量的新方法。通过对零位走动量常规测试方法的分析研究, 总结出了影响测试零位走动量的主要不确定度, 新方法基于计算机图像视觉分析技术, 采用特殊的软件算法, 将来自热像仪的图像信息进行分析处理, 建立热像仪光学视场与电视场之间的等效换算关系, 最终精确计算出目标点的零位走动量。

回热器为回热式低温制冷机的主要部件之一, 其结构直接影响制冷机的性能。本文分析了分层填充回热器对制冷机性能的影响, 在此基础上, 结合回热器模拟软件 REGEN3.3的仿真结果, 设计了线性斯特林制冷机的分层填充回热器结构, 并做了实验验证。实验结果表明, 回热器采用适当的分层方式能大幅度提高制冷机的性能。该制冷机与优化前相比, 降温速度提升了 14%, 整机效率提高了 37.5%。

参考传统的频率选择表面 Y型中心连接型单元, 提出一种多层结构的 Y型环六边形阵列频率选择表面带通滤波器。设计了工作在太赫兹大气通信窗口的滤波器, 研究了金属层数对 3 dB带宽的影响, 三层级联滤波器中心频率为 338 GHz, 3 dB带宽为 75.82 GHz, 带内最大插入损耗为 0.48 dB。同时讨论了三层滤波器的极化方式和入射角, 且该三层带通滤波器对入射波的极化方式不敏感, 且在 30°范围内的频率响应稳定, 可适用于太赫兹大气通信、成像等领域中。

提出了特征矩阵联合对角化(JADE)结合超限学习机(ELM)的稳健建模方法, 并应用于砂梨成熟度的鉴别。砂梨近红外光谱是多种独立化合物光谱信号的随机线性混合, 首先采用多元散射校正和小波变换去除原始光谱噪声, 再利用 JADE提取独立光谱, 得到包含独立化合物浓度信息的混合矩阵; 随后使用 ELM算法, 通过调节隐层节点个数建立稳健性强的成熟度鉴别模型。JADE利用高阶累积量全面提取原始光谱的幅值、相位信息, 降低不同化合物之间的光谱干扰, 而 ELM隐层节点参数随机生成, 两者的有机结合可使所建模型稳健性强, 有利于模型的传递与共享。该方法应用于砂梨 4种不同成熟度的鉴别, 所建模型预测准确率为 96.67%。