红外搜索与跟踪(IRST)系统在态势感知、环境安全监测等领域具有重要地位。像移补偿是IRST进行快速扫描的关键技术之一。设计了一种长积分时间快速周扫下像移补偿大面阵IRST光学系统, 该光学系统采用平行光路稳像方法, 具有4 ms级的积分时间、360 (°)/s级的周扫速度、1k级的面阵规模等技术特点。介绍了平行光路稳像的原理, 提出了参数计算及匹配关系。光学系统设计结果以及光学样机周扫成像测试结果表明, 该像移补偿IRST光学系统成像探测能力优良, 相关指标处于国内领先水平。
像移补偿 光学设计 长积分时间 快速周扫 大面阵 image motion compensation optical design long integration time fast circle scanning large area array
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国人民解放军63768部队,陕西 西安 713800
在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。
辐射特性测量 积分时间 红外焦平面阵列 辐射定标 红外图像 radiation characteristic measurement integration time infrared focal plane array radiometric calibration infrared image
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
精细导星仪(FGS)是空间天文望远镜精密稳像系统高精度姿态信息的快速检测装置,CMOS图像传感器的成像效果直接影响精细导星仪姿态信息的解算精度。而实际工作时,CMOS成像器件存在最佳的读出范围,超出此范围的入射光强与光生电子数的线性度低,无法获取有效星点来满足后级的质心坐标解算。为解决这一问题,提出一种估算不同星等最佳积分时间的方法,并将积分时间作为探测器参数选择与调整的主要依据。测量结果表明,像元暗电流的读出码值和探测器面阵RMS噪声值均随积分时间的增加而增加。依据星点光斑分布模型给出常用星等的最佳积分时间范围,结合星点的分布情况,得出7等星在视场范围内的星数约为7颗,论证了小型CMOS器件对星斑的探测能力。
导星仪 CMOS图像传感器 噪声测量 星图成像 积分时间 星等 FGS CIS noise measurement star imaging integration time stellar magnitude
红外与激光工程
2021, 50(5): 20200492
红外成像系统中一直存在着非均匀性的问题, 针对红外大动态范围成像等任务对改变成像系统积分时间的需要, 提出了一种利用像素级辐射自校正技术的可变积分时间的非均匀性校正方法。通过辐射自校正为红外探测器中的每个像元建立辐射响应方程以估计出场景的辐射通量图, 利用线性校正模型对辐射通量图进行校正, 实现任意积分时间下的非均匀性校正。该方法的有效性通过高分辨率碲镉汞红外探测器进行了验证。
非均匀性校正 辐射自校准 积分时间 non-uniformity correction, radiometric self-calibr
动中成像模式可实现卫星在大角度快速机动过程中成像,满足遥感观测多样化、定制化、精细化需求。分析了动中成像地面实验系统的基本原理,并在实验室搭建了一套面向动中成像模式的地面实验验证系统。该系统采用高精度、高稳定的动态气浮靶标和基于外触发信号的相机积分时间调整方法。研究了成像质量和光强的关系以及成像质量和相机探测器积分级数、卫星机动角速度的关系,开展了自定义运动曲线的动中成像实验。结果表明,在相机探测器线性区内,不同机动角速度与探测器积分级数获取的图像动态调制传递函数(MTF)值的范围为0.0918~0.1054,满足工程应用(0.1附近)的要求,且MTF值与机动角速度、探测器级数无关。动中成像实验中系统运行稳定,动态MTF值在0.1015±0.0098之间。
成像系统 动中成像 探测器 积分时间 气浮靶标 触发信号 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0428002
1 中国科学院智能红外感知重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
4 湖州南太湖中科院上海技术物理所光电工程中心，浙江 湖州 313000
在天基遥感探测应用中，动态范围、时空变化率是影响红外高温目标高精度探测与跟踪识别的重要因素。通常受探测器暗电流、电路噪声等因素的影响，探测系统的单景动态范围一般小于72 dB左右，难以覆盖动态范围达100 dB左右的超强目标，降低了目标的识别能力和定量化描述精度。针对以上问题，提出了一种探测载荷自适应参数调节技术，通过自适应双曝光策略调整积分时间，能够在最大化目标探测信噪比的同时实现对目标能量的精确描述。仿真实验结果表明：所提方法操作简单，且能有效地实现整个动态范围内对目标的探测与描述。该方法可为天基目标智能化探测研究提供有益参考。
动态范围 积分时间自适应 双曝光 dynamic range adaptive integral time double exposure 红外与激光工程
2020, 49(10): 20200076
高锌背景下光谱法同时检测痕量多金属离子浓度时, 由于微型光谱仪光源能量辐射不均匀性, 并且混合溶液中不同离子对不同波段紫外可见光会选择性吸收, 因而如果选取微型光谱仪的积分时间过大, 可能导致光谱能量值达到饱和, 选取积分时间过小可能导致光谱信号的信噪比很低。 积分时间的选择往往取决于研究者的经验和待测离子对紫外可见光的吸收特征。 为了实现能够自动选取微型光谱仪积分时间参数, 提出了一种基于二分搜索的高质量紫外可见光谱信号重构算法, 用于重构由不同积分时间组成的图谱特征更加明显的紫外可见光谱信号。 该方法首先采集不同积分时间下参比溶液的紫外可见光谱能量信号, 然后给定参比溶液的不同目标重构光谱能量信号值, 在每一波长点使用二分搜索算法寻找合适的积分时间采样参数; 然后根据紫外可见光谱的特点, 定义了表示重构后的光谱能量值与目标设定值接近程度的重构精度指标和表示重构信号后与重构信号前的图谱特征区分程度的重构特征显著度指标, 最后, 选取搜索区间范围内重构精度最高的光谱信号作为重构信息量, 利用光谱信号重构信息量重构待测溶液紫外可见光谱能量值, 最终得到待测溶液的重构光谱吸光度信号。 实验结果表明, 该算法能够快速自动地选定目标积分时间采样参数值对紫外可见光谱进行信号重构, 来得到高质量紫外可见光谱信号。 该算法可以使信号重构精度达94.84%, 并且重构特征显著度有所提升。 同时, 相对于重构前的光谱信号, 重构后的光谱吸光度信号得到一定程度增强, 信号信噪比也大大提升, 而且避免了积分时间采样参数需要依靠研究者主观判断选择的问题, 为检测多种痕量金属离子的浓度信息提供了高质量的模型数据。
微型光谱仪 信号重构 二分搜索 积分时间 光谱能量值 Micro-spectrometer Signal reconstruction Binary search Integration time Spectral energy value 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1979
1 长春理工大学 理学院, 长春 130022
2 江苏省无线电科学研究所有限公司, 江苏 无锡 214127
采用自主研制的CCD光谱辐射计, 对CCD探测器的积分时间和光强灰阶2个关键参数的非线性参数依赖特性进行实验与建模, 给出CCD的微分非线性量化表征函数, 并以此为基础实现CCD在多级尺度下自动积分时间调整测量的非线性修正.以激光作为输入光源进行双参数调节响应特性测试, 并对CCD光电转换非线性特性进行分析.根据数据集曲线族的结构特征重构数据表征空间, 在新的表征坐标下进行CCD的参数依赖非线性变化关系的拟合建模.结果表明, 在多级尺度范围内, 该模型能够通过2个参量描述CCD光谱辐射计产生的非线性偏差变化的精确函数关系, 即实现了相关双参数在CCD光电转换过程中产生非线性偏差现象的精准量化表征.采用该模型进行非线性校正后与监测功率计进行比较, 发现该模型能够有效地将非线性偏差降低至±2%以内.
CCD光谱辐射计 非线性 多级尺度 仪器亮度 积分时间 CCD spectroradiometer Nonlinearity Multi-scale Instrument luminance Integration time
