介绍了美国、法国等西方红外强国在像素级数字化制冷长波红外焦平面探测器方面的研究现状及发展趋势。基于像素级ADC（模数转换）数字读出电路（ROIC）的不同实现架构，阐述了美国MIT 实验室、法国Sofradir 及CEA-Leti 公司开发的像素级ADC 数字读出电路原理及像素级数字化长波制冷红外焦平面探测器的最新研究成果。最后介绍了昆明物理研究所在像素级数字化制冷长波红外焦平面探测器研究方面取得的最新进展。昆明物理研究所突破像素级ADC 设计等关键技术后，研制出320×256（30 μm 中心距）像素级数字读出电路，并与相同规格的长波制冷红外焦平面探测器互连，主要性能参数与国外同类像素级数字化长波焦平面探测器相当。

基于Silvaco TCAD 三维数值模拟方法研究了小像元HgCdTe 红外焦平探测器的电串音。通过分析中心像元光生载流子纵向输运和横向输运与电串音的相关性，揭示了光生载流子横向扩散是造成小像元HgCdTe 红外焦平面探测器中电串音迅速增加的主要原因。对小像元HgCdTe 红外焦平电串音的抑制方法进行探讨，计算结果表明适当调整吸收层厚度和引入组分梯度能够有效抑制小像元HgCdTe 红外焦平面探测器中的电串音。本文的研究对小像元碲镉汞红外焦平面探测器的设计具有一定的指导意义。

从光学角度出发，首先讨论了单层VO_x 微测辐射热计中探测单元衬底上的金属反射镜的厚度以及材料对微测辐射热计红外吸收率的影响，利用软件建立了微测辐射热计的红外辐射吸收率模型，得到了厚度不同的Al 反射镜对微测辐射热计模型8～14 μm 红外波段吸收率的影响以及厚度为0.1 μm的3 种不同材质的金属反射镜对同一模型红外吸收率的影响。当厚度等其他参数相同时，使用Al、Copper 和Gold 用作金属反射镜的材料，单层_x 微测辐射热计模型在8～14 μm 波段的红外吸收率并没有明显区别。另外，我们改进了一种已有的_x微测辐射热计结构并对比了改进前后模型8～14 μm 红外波段的吸收率，改进后的模型平均吸收率达到了94%大于改进前初始模型的90%左右。最后，我们讨论了真空谐振腔高度与微测辐射热计桥面材料厚度对工作波段吸收率峰值处波长的影响。

针对大面积碲镉汞表面钝化膜的应力问题，基于磁控溅射技术在3 in Ge基碲镉汞表面采用不同工艺条件沉积了ZnS 钝化膜，并对其进行了退火处理。利用台阶仪和原子力显微镜（AFM）对ZnS 钝化膜的应力及表面形貌进行了表征分析，结果表明：在磁控溅射方法中适当提高沉积温度和降低溅射功率，有效降低了ZnS 钝化膜应力，平均应力由原来的924 MPa 减小到749 MPa，且提高了应力分布均匀性；此外，退火处理有效降低了钝化膜的应力，并改善了ZnS薄膜的晶粒大小一致性和致密度。该研究为减小大尺寸碲镉汞表面钝化膜应力提供了思路。

为设计红外周期性吸波结构，本文分析了周期性吸波结构的谐振单元尺寸、介质层厚度和介电常数对吸波效果的影响，研究周期性吸波结构的吸收规律，设计了一种由两种不同尺寸圆形贴片构成的周期性结构，仿真结果表明该结构在SO₂ 气体探测器的两个特征吸收波长4.0 μm 和7.35 μm 处吸收率分别达到99.67%和99.97%，并且该结构对极化方向不敏感，吸波效果良好。

针对光电平台抖动造成图像平移和旋转导致图像模糊的问题，研究了一种基于MEMS 陀螺仪和压电微摆镜的光机电联合稳像实验系统，主要包括MEMS 陀螺仪及控制器、压电微摆镜及控制系统和上位PC 机后处理系统等。通过位于可见光摄像机上的MEMS 陀螺仪及控制器的Kalman 滤波获取当前帧相对参考帧的旋转角度，PC 机同步采集摄像机的视频图像并计算出图像旋转量进行补偿；采用二维灰度投影法对图像二维偏移量进行估计，分离意向运动和随机抖动，得到抖动偏移量，控制成像光路中的压电陶瓷微摆镜进行光机补偿校正；进一步结合参考图像采用数字稳像方法进行第2 次偏移量补偿，实现了对偏移量的大范围和高精度校正，得到清晰图像。实验表明：该系统对角度的稳像精度小于0.4°，对二维平移的补偿精度达到1 个像素，图像帧频达到25 fps，可对存在平移和旋转的抖动图像进行有效的校正。

对基于三坐标测量机的大口径红外透镜曲率半径检测方法进行了研究。首先简要阐述了三坐标测量机测量透镜曲率半径的原理，然后根据此原理应用误差理论推导出该方法测量透镜曲率半径时的标准差估计公式，并进行了相关验证实验。实验结果证明该测量标准差估计公式正确，并据此对三坐标测量机测量曲率半径的测量范围以及测量精度进行分析。研究结果表明：由于测量精度随着球冠包角θ值的增大而迅速减小，使得该方法较适用于测量球冠包角θ值较大的大口径透镜。

在点目标探测模型中，目标的形状纹理信息丢失，可用特征少，背景杂波对目标检测造成严重干扰。传统分块方差统计法会引入背景低频波动，使杂波偏大，而且杂波度量值随分块单元尺度变化较大。本文提出一种基于匹配滤波的杂波量化改进方法，首先以点目标像斑分布为模板，对背景图像进行匹配滤波，得到互相关矩阵；然后将高相关性区域标记为杂波重点区域，计算方差作为局部杂波，取局部杂波的均方根作为全局背景杂波。该方法突出了对空间杂波区域的选择性，能有效降低背景低频波动和传统分块尺度对杂波的影响。对遥感图像样本进行杂波量化和点目标检出仿真，结果表明本文方法对杂波统计尺度有很好的稳定性，杂波量化与探测率的相关性高于传统方差统计方法。

利用非制冷长波红外热像仪设计了红外图像拼接系统，提出可以应用于无人机平台的红外图像拼接方法。目前的红外图像拼接方法基本都是对经过亮度和对比度增强处理的图像进行拼接，当采集图像的场景不同时待拼接红外图像之间会存在亮度差异，导致最终拼接图像中存在明显接缝。为解决此问题，提出改进的红外图像拼接算法，对未经过亮度及对比度调整的14 bit 红外图像进行拼接，然后对拼接图像进行畸变校正，最后将14 bit 拼接图像通过平台直方图均衡算法压缩到8 bit 灰度范围显示，提高红外拼接图像的对比度。实验结果表明：当相邻两幅待拼接图像的重叠视场不小于单幅红外图像视场的15%时，该方法具有较好的场景适应性，可以实现红外图像无缝拼接，拼接图像重叠区域过渡平滑，畸变校正后的拼接图像更加符合真实场景。

在保证分类结果清晰、准确的前提下，为了提高分类执行效率，本文基于图形处理器（graphicprocessing unit, GPU）及并行优化，提出一种基于归一化光谱向量的高光谱图像实时性非监督分类方法。利用高光谱图像的空间一致性有效提高分类精度，同时，利用归一化光谱向量简化了像元间相似性的计算公式，统一了图像内像元处理方式，并利用GPU 并行技术有效提高计算速度。首先，利用GPU 并行处理方法计算空间相邻像元间光谱向量相似性，根据高斯拟合取得安全阈值；然后利用光谱角作为像元光谱相似测度，将相似像元划为同质区；最后以同质区内各像元平均光谱向量表述同质区光谱特征，根据安全阈值合并相似的同质区完成分类。用AVIRIS 数据评估了该方法性能。本文的理论分析和实验结果显示，与现有非监督分类方法相比，该方法分类精度更高，同时，算法本身运行速度更快。

针对近红外场景仿真中需要将不同材质分类的问题，提出一种谱聚类的灰度纹理图像分割方法。首先利用mean-shift 算法，将原始图像预分割为多个具有准确边界的同质区域，并将这些区域描述为超像素；进而，将超像素构造的无向加权图作为谱聚类的输入，通过谱聚类的方法解决超像素的过分割问题。本文的方法在谱聚类过程中考虑了超像素的纹理特征，弥补了灰度图像在谱聚类过程中只顾及灰度和空间信息的不足。实验结果表明，利用本文分割方法不但减少了运算量，并且为精细的近红外场景仿真奠定了基础。

针对红外图像中的条状噪声问题，本文提出了一种基于空时级联滤波的条状噪声消除方法。在红外焦平面阵列中，每列设有一个读出电路用于读取该列传感器的响应。读出电路偏置电压的差异是红外图像中条状噪声的主要成因。根据红外辐射的空间相关性假设，本文利用空域非线性滤波从红外图像中提取偏置电压；然后，采用高斯-马尔科夫过程建立偏置电压随时间的变化的数学模型，并采用基于时域卡尔曼滤波的最小均方误差估计（MMSE）方法估计偏置电压；最后，从红外图像中减去偏置电压以消除红外图像中的条状噪声。为了验证所提算法的性能，分别利用仿真数据和实际红外数据进行实验，实验结果表明本文所提算法能够有效消除红外图像中的条纹噪声，并且不会造成图像细节的损失。

针对图像拼接时因曝光差异较大或运动物体存在导致融合图像产生拼接缝、重影等问题，提出了一种基于最佳缝合线和改进的渐入渐出融合法相结合的图像拼接算法。首先，在两幅待拼接图像的重叠区域，根据动态规划思想获得最佳缝合线，然后将图像沿其进行拼接，最后由改进的渐入渐出法的融合规则来确定融合图像重叠区域像素点的灰度值，即将重叠区域均分成左、中、右3 部分，分别求左部分在待拼接左图像、右部分在待拼接右图像的像素点的灰度值与两幅图像中该像素点加权平均后的灰度值的差值，通过比较其差值的绝对值与设定阈值的大小来确定融合像素点的灰度值，中间部分融合像素点的灰度值则由其加权平均值确定，从而完成图像融合。实验结果表明，该方法能使图像重叠区域过渡更平滑自然，消除重影现象且没有明显拼接痕迹。

提出了一种基于自适应卡尔曼滤波算法的精密指向机构速度估计方法，用控制误差的统计特性实时调节卡尔曼滤波参数。用实验方法建立直流伺服电机的数学模型，对基于该方法的速度回路控制与响应进行了仿真，与其他速度估计方法进行了对比，在试验转台的速度控制中实现了该方法及其他速度估计方法，并比较了几种方法的阶跃响应和正弦响应，验证了仿真结果。结果表明，自适应卡尔曼滤波能抑制噪声影响，测速精度与静、动态性能良好，对噪声变化的鲁棒性较好。

建立了空间热流的计算模型和空间气球与包络球的温度场计算模型；然后建立了两者红外辐射强度空间分布的计算模型；最后计算了空间气球与包络球在白天和夜间两种条件下的温度场分布，并详细分析了两者温度场分布以及3～6 μm 和6～16 μm 两个波段内红外辐射特性的差异。结果表明包络球与气球在飞行过程中的红外辐射特征极为相似，采用包络球的方式可以很好地对空间目标进行伪装。本研究结论对于空间目标的红外伪装与探测具有参考价值。