由于复杂曲面铝反射镜所具有的独特优势, 其在光学系统中的应用越来越广泛。但是只采用超精密车削加工的光学反射镜精度受到超精密车削加工“误差复映”的限制, 只能满足红外系统应用需求, 其应用的进一步推广遭遇瓶颈。采用超精密车削、磁流变抛光、计算机控制表面成形 (CCOS)的组合加工工艺, 并结合复杂光学曲面的计算全息图法(CGH)面形检测技术, 可以进一步提升铝反射镜的面形精度, 满足可见光系统的应用需求, 为复杂曲面铝合金反射镜的推广奠定了制造基础。

为解决卫星摆扫获得的遥感影像存在畸变和像质退化的问题,提出一种分辨率反演与深度卷积网络相结合的几何校正与图像增强方法。摆扫过程中,空间相机的摆扫角和单位视场角恒定,探测器像面的像素与相机光轴指向的地面景物一一对应,根据这两点,像面上畸变的景物可以被精确地反演恢复。其次,采用真实的遥感影像作为样本,训练了针对遥感影像的深度卷积网络框架,解决了反演恢复过程中的影像模糊问题,增强了校正后影像的视觉效果。实验中,畸变校正后的影像很大程度地恢复了地面景物的原有几何特性。采用无参考图像质量评价指标(NR-IQA )对本文提出的网络结构、在传统图像集上训练的网络结构及插值方法进行对比评价,结果表明所提网络结构的图像增强结果更佳,能较为有效地恢复遥感摆扫影像。

为了在微光条件下获取像白天一样兼具色彩和细节的图像, 提出一种微光下的彩色成像处理方法: 对彩色探测器图像进行降噪、增强和模糊处理, 提取其中的色彩信息, 对同时能接收可见光和近红外波段的高灵敏度黑白探测器图像进行降噪处理, 获得微光场景的细节信息, 在YCbCr色彩空间将色彩信息与微光场景的细节信息进行融合, 生成微光场景下的彩色图像。根据这种方法, 选择两款像元分辨率及像元尺寸相同的彩色和黑白SCMOS探测器, 设计并搭建成像处理系统。实验结果表明, 在0.01Lx的条件下, 处理得到的彩色图像符合真实场景, 适宜人眼观察。

针对标准Hough变换在直线检测中存在的问题,提出了一种基于改进随机Hough变换的直线检测算法。利用8邻域搜索对边缘图像像素点进行了聚类分组;提出了像素点梯度方向差分概念,求出每一个边缘分组中相邻像素点的梯度方向差分,从而进行直线预检测,排除不含直线特征的边缘组;基于随机抽样一致性算法,提出了一种带有直线参数模型预检验的改进随机Hough变换算法。研究结果表明,该算法有效解决了标准Hough变换中的问题,改善了直线检测过程中的误检情况,具有检测速度快、检测精度高的优点。

红外光热吸收效应作为一种无损伤非接触的检测技术, 已经被广泛用于硅等半导体材料中的微缺陷表征分析.采用光热吸收技术对碲锌镉晶体中的缺陷进行扫描成像分析时发现了一种连续性的光貌相条纹, 并对这些条纹的形成机理进行了研究.研究表明碲锌镉晶体中的这种连续性条纹源自于光热测试系统中入射光的干涉, 这种干涉和入射光参数、测试样品的厚度、禁带宽度以及热导率等材料特性密切相关.最后, 实验通过优化红外光热吸收测量系统获得了碲锌镉材料中的微缺陷结构及其在样品深度方向的三维分布图像.

针对脉冲热成像法红外检测图像对比度低、缺陷目标边缘模糊、受不均匀照明影响大的问题, 提出一种基于目标轮廓的结合数字细节增强技术与多阈值最大熵的缺陷大小定量估算方法。首先, 脉冲红外检测图像经自动对比度增强算法优化的数字细节增强方法处理后, 缺陷与背景间对比度显著提升, 从而不均匀照明对缺陷识别效果的影响明显减弱; 其次, 再通过遗传算法优化的最大熵多阈值分割方法提取缺陷目标, 对其进行八邻域法轮廓跟踪, 以提取各缺陷区域的轮廓像素点并排序; 最后, 对具有一定方向的缺陷轮廓分别采用欧氏距离法和格林公式对缺陷的周长和面积进行定量估算。实验结果表明: 该方法对缺陷大小进行定量估算的可行性, 且数字细节增强技术可在一定程度上提高脉冲热成像检测系统的缺陷探测水平。

在涡流脉冲热像技术中，高频涡流瞬时加热被测物体时，不同区域的热响应会发生混叠现象，这势必影响缺陷区域热响应信号的判别。本文以红外图像序列为观测信号，建立热响应信号的混叠模型；其次，利用不同区域的热响应彼此独立的特点，开展了基于主成分分析的盲源分离数据处理方法研究；最后，建立仿真模型研究了不同区域的热响应形态，采用了基于混叠向量和峰度系数定量分析主成分强化的区域。实验结果表明该方法能够实现不同生热区域的盲源分离，为缺陷的特征提取和识别提供了理论支撑。

在涡流热像技术中, 图像处理是进行缺陷特征提取和识别的关键基础, 而增强的图像有助于提高涡流热像技术的检测效果。利用多种常用的红外图像处理方法进行增强处理, 旨在解决红外图像信噪比不高、缺陷对比度低等问题。首先分析了噪声来源, 通过算术运算对涡流红外图像进行预处理, 然后采用基于形态学权重的自适应算法进行形态学降噪, 最后利用二维最大类间方差法(OTSU)对图像进行分割。定性和定量分析结果均验证了该方法的有效性和适用性, 研究成果为红外图像的特征提取和缺陷识别奠定了方法基础。

基于中波制冷320×256红外焦平面探测器, 设计了以FPGA为处理核心, 集SDRAM存储器及其他功能模块电路为一体, 适用于时间分割型偏振成像系统的高速成像处理模块。处理模块主要由前端与探测器相连的驱动板、以FPGA为核心的处理板和系统电源板等组成, 实现了盲元补偿、非均匀性校正、平台直方图均衡、线性映射等算法和校正参数的在线计算, 具有内外同步可切换、积分时间连续可调的功能, 能够输出分辨率为320×256像素、帧速为200 fps的高质量红外图像, 满足偏振成像系统对运动目标的实时探测要求。采用旋转偏振片的方法对带凹槽塑料水杯开展偏振成像实验, 提取出有效的Stokes参量图像, 观察到显著的偏振特性。该处理模块可广泛用于空间目标探测、地雷探测、海上搜救及伪装目标的探测等领域。

碲锌镉晶体是研制碲镉汞红外焦平面探测器所需的衬底材料。其制备技术由源材料合成、晶体生长、衬底加工和测试评价四个部分组成。对源材料合成工艺中的放热过程和合成料化学计量比的控制方法进行了研究。通过测量合成反应过程中石英坩埚的温度，计算了合成反应过程的放热速率。用可视监控系统观测了碲锌镉多晶合成反应的动态过程，揭示了影响合成反应速率的因素。在此基础上，用温度梯度法和定向凝固法技术实现了对合成反应速率和合成料化学计量比的有效控制。