基于线性渐变滤光片的成像光谱仪具有结构紧凑、小型化、空间分辨率高等 特点, 现已成为成像光谱仪的发展方向。首先介绍了线性渐变滤光片以及相应成像光谱仪的概念 与原理, 然后对其优势和适用领域进行了分析, 最后归纳了国内外的相关发展情况, 并指出了其良好的 发展前景。

采用等温气相外延方法(Isothermal Vapor Phase Epitaxy, ISOVPE)在CdZnTe衬底上生长出碲镉汞外延材料。 在此基础上研制出在近室温条件下工作、具有集成浸没透镜结构的碲镉汞光伏器件, 器件的工作波段为2.5 m～3.2 m。由于采用ISOVPE工艺生长的碲镉汞外延材料的组分梯度较大, 文中采用多次湿法腐蚀-透射光谱测试的方法对材料的截止波长进行较精确的定位。在CdZnTe衬底上采用单点金刚石工艺得到直径为1.5 mm的超半球结构集成浸没透镜, 然后利用激光诱导电流(LBIC)测试方法评价加工浸没透镜前后的器件光学响应面积。通过比较透镜加工前后器件的电流-电压特性曲线, 对浸没透镜加工过程的影响进行了评价, 发现透镜加工完成后器件的零偏压电阻略有增加, 这与超半球结构会减小器件的辐射入射角相符合。在透镜加工前后对器件的黑体信号和噪声进行了测试, 发现具有浸没透镜的器件的信号比之前增加了20～30倍, 其噪声由于零偏压电阻的增加而略有降低。因此器件的黑体探测率实现了最高达4倍的增加。

介绍了作为干涉式红外光谱仪重要部件的分束器的作用。根据分束器装校后产生的面形峰-谷(Peak-to-Valley, PV)值变化量必须达到0.05λ(λ=632.8 nm)的要求。确定了分束器的支撑方式。通过对其在平放、竖放和失重情况下的面形变化进行有限元分析, 得知对压片施加不同的压强可以控制分束器的面形变化。发现在竖放时影响最大, 此时能施加的最大压强为0.866 MPa。通过分析, 为分束器选择了弹性支撑材料, 确定了其尺寸大小, 并将其加工成了实物。实际测量值证明, 通过有限元分析方法能充分满足分束器的高精度装校要求。这为提高系统的精度提供了依据。

海上油田安防系统中的红外热像仪在有雾天气及夜间都可以对海底管缆区域进行有效的监视, 具有全天候监视的优势。对基于红外热像仪的海上油田安防系统进行了设计, 给出了系统的设备组成。分别对单个红外热像仪系统和红外热像仪与AIS相结合的联合系统进行了设计,并对联合系统的显控软件进行了设计。

针对红外轴温监测系统中可见光与红外图像分辨率相差较大时图像融合效果不理想, 不利于列车热轴判定的问题, 提出了一种可见光与红外伪彩图像融合的算法。该算法对红外轴温系统中的红外图像与可见光图像视场相同部分进行像素灰度复制, 并对其他部分进行双线性插值, 以此完成红外图像与可见光图像的像素匹配; 接着对红外图像进行伪彩编码映射, 在RGB三通道内对可见光与红外图像进行加权融合。实验结果表明, 融合图像在色彩上更丰富, 红外目标位置更准确, 更便于人工辨认热轴的位置。结果满足红外轴温监测系统对红外与可见光图像的融合需求。

为避免小波去噪时阈值的缺陷和非局部均值滤波去噪时计算的复杂性和更有效地去除红外图像中的噪声, 提出了一种采用非局部均值滤波的小波图像去噪方法。对含噪图像进行多层小波分解, 采用新的贝叶斯估计阈值对高频系数进行阈值化处理, 以消除高频噪声; 在部分低层子带上进行非局部均值处理以进一步消除噪声。实验结果表明, 与通常的小波阈值去噪和非局部均值去噪相比, 该方法能很好地去除红外图像中的噪声, 获得更高的信噪比(Signal To Noise Ratio, SNR)和更小的均方误差(Mean Squared Error, MSE), 而且该方法计算相对简单, 能达到很好的视觉效果。

尾焰红外辐射的计算是飞行器红外辐射计算的重要环节。在尾焰流场工程计算模型的基础上, 从燃烧的化学反应出发, 解决了尾喷口处气体组分参数的计算问题, 利用基于Malkmus窄谱带模型的C-G近似法得到了尾焰红外辐射的快速计算方法。仿真结果表明, 该方法能够快速准确地计算出尾焰的辐射, 能为红外制导导弹仿真中飞机目标红外辐射的计算提供有效途径。

针对双波段红外探测设备在不同波段的探测要求, 利用曳光管的双波段辐射 特性, 选择无人机加载曳光管作为低空移动光电靶, 使同一目标满足了双波段红外设备的双波段测试要求。通过 对无人机的航路距离和航向进行统筹设计, 使同一个飞行航次满足了作用距离和目标数据精度等多 个测试项目的需要。然后对目标航迹的真值精度进行了深入分析, 并总结了不同条件下航路、航向以及 布站等相关参数的关联和设置方法, 为该测试项目的组织与实施提供了充分的技术准备和选择空间。

温度变化对透镜成像效果的影响称为热差。为了使透镜在一定温度范围内具有 稳定的成像质量, 通常需要通过采取某些补偿措施来实现消热差。归一化系数是消热差数学模型的重要组 成部分。讨论了归一化系数的概念及其在消热差技术中的应用情况。基于国内相关文献资料, 介绍了 红外光学系统消热差技术的发展思路与动态。