红外焦平面空间抽样特性分析与测试

尽管自然场景热像的空间频率远小于其可见光图像，在凝视型红外焦平面空间积分抽样过程中，被探测场景的空间频率也往往要远高于红外焦平面阵列探测单元重复频率的一半，这种欠抽样所产生的折叠混淆效应将严重地损害红外热图像的质量。本文建立了空间积分抽样的相位理论模型，分析了该模型在空间积分抽样折叠混淆效应的消减，以及对中心布里渊区中真假频谱积分比的测试等方面的应用。     

红外焦平面空间积分抽样噪声分析

在凝视型红外焦平面热成像系统的成像过程中,空间采样频率决定于探测单元的物理尺寸和间距.而被探测场景的空间频率往往要高于红外焦平面阵列探测单元重复频率的一半,这种情况称之为欠采样,由此产生的折叠混淆噪声严重损坏了图像质量.在分析凝视型焦平面阵列空间积分抽样理论的基础上,从焦平面阵列结构出发,讨论了探测单元物理尺寸、间距、...     

红外焦平面阵列微扫描成像插值重建研究

红外焦平面阵列微扫描成像对空间分辨率的提高受到混淆效应的严重影响.通过对微扫描成像和重建过程的分析,建立了红外焦平面阵列二维微扫描成像插值重建的理论模型.对模型的分析求解,得到一组适当配置的插值函数,用这组函数来对红外焦平面阵列二维微扫描图像进行插值,重建的二维微扫描图像,可以消除因红外焦平面阵列欠采样产生的混淆效应.采用虚拟仪器技术和图形化软件编程对2×2微扫描插值重建进行了仿真,验证了在不改变红外焦平面阵列的像素分辨率情况下可提高红外成像的空间分辨率.     

基于灰度相关的红外焦平面图像电子变倍技术

由于原理及技术方面的限制，目前的非制冷红外焦平面器件仅有较低的空间分辨率，大大限制了非制冷红外焦平面器件在军事及国民经济各领域的应用。基于红外热图像灰度相关性分析，从红外焦平面阵列器件微区结构出发，研究了实现红外图像电子变倍的电子微扫描算法，介绍了2×2电子微扫描红外图像电子变倍的算法及其仿真效果，并与双线性插值算法进行了比较。该算法有效地实现了红外焦平面热图像的电子变倍，提高了采样带宽，降低了红外焦平面空间抽样成像引起的频谱折叠混淆效应。     

采样红外成像系统的混淆效应研究

对红外焦平面阵列而言,欠采样产生的混淆效应严重影响成像质量。基于红外焦平面阵列的成像过程,在时间域分析了探测器的采样过程,在频率域定量研究了混淆效应对图像的影响,根据混淆产生的机理,分别对周期目标和非周期目标进行仿真实验。实验结果表明:对周期目标会有混淆失真现象,改变了图形的几何形状,对于非周期图像会产生锯齿条纹。指出在低空间频率内混淆影响小,噪声对图像的影响占主导地位,而在高空间频率内混淆失真严重,噪声影响小,这对消除图像混淆的影响、系统参数设计等方面具有一定的参考价值。     

红外焦平面阵列探测器空间采样效应模拟

红外焦平面阵列探测器空间采样效应会对红外图像效果产生影响,为提高仿真红外图像的置信度,在信号注入仿真中需要对采样效应进行模拟。通过深入分析空间采样效应机理,建立了采样效应的数学模型,分析了分辨率的变换过程。利用基于图像像素处理的方法从空域上对红外仿真图像叠加空间采样效应。仿真实验表明,叠加了红外焦平面阵列探测器空间采样效应的红外仿真图像置信度明显提高,可作为重要环节提高红外成像仿真整体的置信度水平。     

方形孔径微透镜阵列与红外焦平面集成技术研究

针对红外焦平面阵列自身存在的占空比小、光能利用率低的问题,提出利用光胶技术将方形孔径球面微透镜阵列与红外焦平面集成。从理论角度分析了微透镜阵列集成的聚能效应。设计"栅线"和"十字"双对准标记,采用衍射光栅同轴对准方法实现器件的对准。经过对集成前后红外焦平面性能进行对比,发现响应率提高了近40%,探测率提高了约20%,红外焦平面的噪声从758.89μV下降到668.23μV。最终得到结论:光胶法用于两种器件的集成具有耐温性好、变形小、强度高等优点,集成后红外焦平面的探测性能显著提高,有利于探测器微小型化发展。     

基于空间调制和单元器件的短波红外光谱探测

目前近红外波段的光谱探测在各个领域已经得到广泛应用[1],但在短波红外波段,由于受焦平面红外探测器发展水平的限制,短波红外波段光谱探测还存在难以消除非均匀性以及分辨率高时信噪比不足的缺点.本文从理论上分析了基于空间光调制器和单元探测器的多通道探测方法的信噪比优势,并利用基于Hadamard变换的空间光调制光谱探测方法,成功进行了单元探测器获取多谱段信息的模拟实验,从而提出一种可以减少短波红外光谱探测对焦平面器件的依赖的制备红外光谱探测仪的新思路,并证明了这种方法的可行性.     

自适应虚拟电子微扫描红外焦平面像素倍增技术

在分析微位移法评价空间抽样效应理论的基础上,分析为改善红外焦平面器件系统空间分辨率不够高所采取系列措施的优缺点,并提出了一种能有效实现焦平面像素倍增的自适应虚拟电子微扫描技术,该方法能在像素倍增的同时有效地实现大边缘的增强,防止边缘模糊与锯齿效应,实验证明该方法效果良好。     

基于矩形微透镜阵列的红外焦平面集成技术研究

微小型化是红外焦平面探测器发展的必然趋势,微小型化将使目前焦平面阵列存在的占空比小、光能利用率低的问题体现的更加明显,针对这一状况,提出一种利用分子间引力的光胶技术将矩形孔径球面微透镜阵列集成于红外焦平面之中。采用几何光学理论分析了微透镜阵列的聚能效应,设计并制作"栅线"和"方孔"双对准标记,采用衍射光栅同轴对准方法使两种器件的对准精度达到0.1μm。对集成前后红外焦平面阵列性能进行测试,发现响应率提高了近40%,探测率提高了约20%,红外焦平面的噪声从758.89μV下降到668.23μV。最终得到结论:光胶法用于两种器件的集成具有耐温性好、变形小、强度高等优点,集成后红外焦平面的探测性能显著提高,有利于探测器微小型化发展。     

Assessment of the Performance of Staring Infrared Imaging Array Based on Microscanning Modes

Staring infrared detector arrays, which sample a scene with pixels of finite size, generate images that are affected by aliasing and blurring caused by the sampling process. One potential method to reduce the effects of sampling is microscanning. In this paper, the sampling-averaging modulation transfer function at half the detector spatial cutoff frequency is introduced to be as a figure of merit to quantitatively assess microscanning image quality for selected cases of fill factor. Analytical results show that microscanning process can significantly reduce aliasing in the reconstructed image, and that the improvement of different modes of microscanning process to the reconstructed image quality is different, which is closely associated with fill factor. The microscan sampling and restoration imagery are also simulated with pixel interpolation method to qualitatively verify the reduction in aliasing with respect to typical microscanning mode (2×2, 3×3, 4×4 microscan) for the detector array of 100% and 50% fill factor respectively. And, the determining method of the optimum step number of microscanning needed is discussed for the staring imaging array with certain fill factor.     

红外系统中的扫描型和凝视型FPA

红外探测器是红外系统的核心器件,第二代红外探测器就是FPA。由于红外系统的任务和FPA的特点、技术、价格等原因,FPA的发展既有与IC发展类似的规律,又有其自身发展的 特殊性。通过对制冷的扫描 型和凝视型FPA的分析和比较,认为在今后FPA的发展中,这两种FPA将并行发展,以为凝视型FPA要代替扫描型FPA的看法可能是过于简单了。     

用多重交织抽样方法消除频谱混叠

光电成象系统的抽样过程引起图象频谱分布在频谱空间的无限重复,如果抽样过程不满足系统的Ｎｙｑｕｉｓｔ条件,相邻的频谱项就会产生混叠,本文提出用多重交织抽样的方法来消除频谱混叠现象,用光学传递函数方法论述了这种方法的原理,并进行了误差分析。     

红外系统中的扫描型和凝视型FPA

红外探测器是红外系统的核心器件 ,第二代红外探测器就是FPA。由于红外系统的任务和FPA的特点、技术、价格等原因 ,FPA的发展既有与IC发展类似的规律 ,又有其自身发展的特殊性。通过对制冷的扫描型和凝视型FPA的分析和比较 ,认为在今后FPA的发展中 ,这两种FPA将并行发展。     

Spatial Aliasing in Spherical Microphone Arrays

Performance of microphone arrays at the high-frequency range is typically limited by aliasing, which is a result of the spatial sampling process. This paper presents analysis of aliasing for spherical microphone arrays, which have been recently studied for a range of applications. The paper presents theoretical analysis of spatial aliasing for various sphere sampling configurations, showing how high-order spherical harmonic coefficients are aliased into the lower orders. Spatial antialiasing filters on the sphere are then introduced, and the performance of spatially constrained filters is compared to that of the ideal antialiasing filter. A simulation example shows how the effect of aliasing on the beam pattern can be reduced by the use of the antialiasing filters     

基于两点法的实用FPA非均匀性校正系统

红外焦平面器件的非均匀性已经成为制约红外成像质量的主要问题,通过对凝视型和扫描型FPA器件成像特点的分析,综合几种校正技术,认为两点法是目前最实用的处理方法.本文从探测器数据采集、校正处理以及应用出发,搭建了实用的FPA非均匀性校正系统,实验证明该系统满足了实际应用要求.     

焦平面阵列红外成像设备噪声特性分析及仿真

红外成像设备噪声分析及仿真是红外图像仿真工作的重要组成部分。分析了焦平面红外成像设备的噪声组成及特性。焦平面红外成像设备的噪声可以分解为非均匀性噪声、非均匀性漂移噪声和随机噪声。分别针对凝视红外成像设备和扫描红外成像设备分析了噪声成分的计算过程及数字特征。根据实测图像数据可提取非均匀性噪声矩阵(或向量)、非均匀性漂移噪声特征参数矩阵、随机噪声特征参数矩阵(或向量)。非均匀性漂移噪声短时间内服从线性变化关系。随机噪声服从正态分布。最后给出了基于实测噪声特征数据的焦平面阵列成像设备的噪声仿真过程。