材料表面发射率是描述物体热辐射特性的重要参数, 与辐射传热设计、测温、热像检测和**隐身等技术密切相关。综述了量热法、能量法和多波长法测量材料表面发射率的研究进展, 分析了材料发射率及其测量不确定度的影响因素, 介绍了发射率测量标准样品的研制及国际间比对, 最后展望了该领域的发展趋势。

采用不同的溅射功率在长波 HgCdTe(碲镉汞)薄膜表面沉积了 CdTe钝化膜, 制备了相应的 MIS器件和二极管器件, 并对器件进行了 I-V测试和 C-V测试, 研究了溅射功率对 CdTe钝化膜和器件性能的影响。结果表明, CdTe钝化膜溅射功率由 140 W升高到 180 W后, 沉积速率显著增加, 由 3.5 nm/min增加到了 9.5 nm/min; HgCdTe/钝化层界面固定电荷面密度增大, 由 2.43×1011 cm —2增大到了 2.83×1011 cm —2; 慢界面态密度也随溅射功率的增加而增大。

随着航天遥感应用对大视场、高分辨率探测的需求, 红外探测器规模越来越大。红外探测器需封装在杜瓦内工作, 杜瓦热负载是杜瓦一个重要指标。本文设计并搭建了大规模探测器杜瓦热负载测试实验装置, 测得长波杜瓦组件不同外壳温度下的热负载, 为实际工程应用提供了重要数据。

红外热像仪具有全天候成像、环境适应性强、非接触测温等优点, 被广泛应用于国民经济的各个领域。本文设计了一套可组网的自动聚焦红外热像仪系统。系统主要分为 3个部分: ①红外热像仪成像组件, 包括可变焦红外成像光学镜头和非制冷红外焦平面探测器; ②自动聚焦闭环控制组件, 包括 FPGA图像评价单元、电机反馈控制单元和聚焦搜索算法; ③红外热像仪网络化监控嵌入式组件, 包含视频压缩编码、私有网络控制传输协议、 OSD(on-screen display)温度叠加等功能。该系统可广泛应用于港口码头、石油化工、危险品仓储等领域, 并将逐步成为这些领域事故预判和报警的重要安全监控设备。

本文针对当前红外成像系统性能测试中存在的问题, 设计了一种用于检定红外热像仪最小可分辨温差的表观温差发生器。基于该温差发生器的结构模型, 对温差发生器单元的表面发射率进行计算, 分析了材料发射率、槽的深宽比、槽翅宽度比对单元的表面发射率的影响。通过理论计算, 分析得出槽的深宽比是影响单元表面发射率最主要的因素。使用红外测温仪分别测量了不同温度下不同槽深宽比的单元表观温度。实验结果表明, 这种温差发生器能够通过调整加热温度形成可调节的表观温差。

为了保证φ1.8 m口径球面镜光轴向下倾斜 45°时能够达到较高的面形精度, 本文设计了φ1.8 m口径球面镜下倾式支撑结构, 巧妙地采用相互结合又能独立作用的多点重锤结构用于侧面和背部支撑, 并合理地设计了支撑点的数目和位置。经过仿真分析及安装后的光学检验表明: φ1.8 m口径球面镜下倾式支撑结构设计合理, 其独特的支撑方案保证了球面镜的面形精度, 同时减小了支撑结构的重量和体积, 为大口径镜面下倾式支撑提供了一种方案。

空间光学遥感器是一类特殊的遥感器, 其可靠性设计是研制工作的重要组成部分。本文从空间光学遥感器的特点分析入手, 介绍了光学遥感器可靠性模型的建立方法。针对空间光学遥感器的特点, 从光学遥感器的防污染设计、活动部件设计、单粒子效应防护设计及静电防护设计方面对其可靠性设计进行了有针对性的阐述。

针对当前军用车辆观瞄系统存在全域感知能力差、危险目标识别率低的问题, 本文提出并实现了一种基于深度学习的智能红外全景识别系统。首先根据可靠性和低功耗原则设计了该系统的硬件部分; 其次, 为解决红外图像中行人和车辆识别率低、实时性差的问题, 设计了一种 BIRD(Brisk InfraRed Detection, BIRD)深度神经网络, 实现对行人或车辆进行检测与识别; 此外, 基于旋转平台多源传感器参数, 实现红外相机快速帧间连续拼接; 实验结果表明, 本系统在实时输出 360.红外全景影像的同时, 能对当前视场中的目标进行同步检测识别, 在保证相同准确率的前提下, 所采用的 BIRD网络与 RCNN网络相比, 处理 PAL视频的平均耗时减少 175 ms, 表现出了实时、稳定的工作性能。

针对电力设备红外图像分割效果受非均匀背景和噪声干扰等因素影响的问题, 提出了一种基于粒子群优化方法的 Niblack设备红外图像分割算法。采用类间方差作为粒子群算法的适应度函数, 自动搜寻 Niblack法中图像不重叠矩形邻域的最优分割阈值, 并将其用于图像的二值化分割, 从红外图像中提取出设备的目标区域。实验结果表明: 该分割算法与传统的 Otsu等算法相比效率更高, 且误分率(ME)减少了 14%～78%。鲁棒性分析表明, 本算法对含较大噪声密度的红外图像分割性能优于其他传统算法, 从而有效提高了电力设备红外图像分割精度与效率。

工业生产场景下的图像成像环境复杂, 在基于机器视觉的图像处理任务中要对该类图像实施精确分割很不容易。针对这一问题, 应用信息论中的距离测度理论结合高斯分布提出一种基于信息论距离的图像阈值分割方法。在提出方法中运用信息论距离度量分割前后图像信息的损失程度, 通过最小化该距离获取最佳分割阈值, 然后应用该阈值对图像进行分割。最后在工业无损检测图像、红外图像以及医学脑血管造影术图像上与几种经典及较新的图像分割方法进行了实验比较。结果表明, 提出方法获得的结果视觉效果好, 分割精度高, 具有较好的应用推广前景。

海面温度场建模与求解是海面红外仿真的前提和基础。针对海面换热复杂、海水传热迟滞等特点, 本文提出一种基于有限差分的海面红外温度场迭代建模方法。该方法在详细分析海面温度成因的基础上, 从环境温湿度入手, 对太阳辐射、大气辐射、大气传导换热、蒸发潜热等项和海水各层之间的传热计算, 建立热平衡与热传导方程, 利用有限差分方法进行建模, 仿真计算一天 24 h范围内的海水温度曲线, 并通过多次迭代计算解决了海水初始温度设定问题。实验结果表明, 本文提出的算法充分考虑了海水传热的迟滞效应, 仿真生成一天范围内的海面温度稳定曲线, 通过多次迭代解决初始温度获取困难、算法时效性不强等问题, 最后与实测温度进行对比, 结果较符合实际, 验证了算法的有效性。

为了有效去除图像噪声并保留更多图像细节信息, 提出一种结合 PDTDFB变换域各项异性双变量拉普拉斯模型和非局部均值滤波的自适应图像去噪算法。首先分析了 PDTDFB变换系数的分布特点, 使用各项异性双变量拉普拉斯模型作为其父子系数相关性的先验分布, 在贝叶斯去噪框架下推导出闭式形式的各项异性双变量阈值函数, 然后对估计的变换系数进行逆 PDTDFB变换得到初步去噪图像, 最后使用非局部均值滤波对其进行平滑处理。实验结果显示: 本文所提算法去噪效果明显, 与一些经典算法相比, 本文方法在主客观上皆取得了有竞争力的结果。

稳像系统能够保证对地观测视频小卫星“凝视”观测时获得稳定的视频序列。不稳定视频序列的像移精确检测是稳像系统能够正常工作的前提。本文研究了一种改进的相位相关算法提取亚像元像移的方法用于视频卫星稳像系统中的像移检测。传统的相位相关算法只能得到垂直和水平方向上的整像元像移, 通常视频序列图像之间的变换关系存在一定的旋转角度。本文在传统的相位相关算法中加入旋转矢量, 为方便计算将空间域的旋转映射成了频域的平移, 同时在求得的极值点附件利用曲面拟合得到亚像元的精度, 从而保证稳像系统能获得亚像元的稳像精度。实验时, 当图像尺寸为 200×200、固定像移为 8个像元时, 检测误差均值 Mean＝0.0191 pixel, 均方根 RMS＝0.01067。

构建了近地背景下的小目标图像模型, 提出了一种基于暗图像处理和改进非局部均值滤波的红外图像预处理算法。采用图像去雾思想, 将红外图像类比为有雾图像, 通过暗通道去雾方法实现近地背景抑制, 并引入相似度权值阈值改进双边 NLM(Non-Local Means)算法, 减少邻域内相似度权值较低的像素点对灰度值估计的影响, 得到预处理后的红外图像。实验表明, 对于近地背景下红外弱小目标检测, 该算法能够有效抑制背景, 增强目标与背景对比度, 提高红外图像预处理性能。

微型节流制冷器因其快速冷却、结构简单紧凑等特性而被广泛地应用在红外探测器、超导量子干涉器件等器件的冷却当中。由于目前的仿真计算仍然存在较大的误差, 本文通过搭建实验平台, 对微型 J-T制冷器的稳态特性比如背压和稳定工作温度等进行了实验研究, 制冷工质分别为氮气及氩气。实验结果表明, 不同结构参数(比如换热器轴向长度、翅片间距)以及不同工况(比如不同的环境压力等)均会对制冷器的稳态特性产生较大影响。