288×4红外TDI探测器光敏元尺寸与间距设计研究

针对国外进口Sofradir公司长波288×4扫描型时间延迟积分(TDI)探测器,通过分析其沿扫描和沿线列方向上光敏元尺寸和间距对整个成像系统的系统调制传递函数(MTF)的影响,给出了探测器光敏元尺寸和间距与整个成像系统分辨率之间的相互关系,为新型TDI型探测器阵列光敏元排列设计提供了理论参考。     

中波红外数字域640×8 TDI成像系统设计及验证

时间延迟积分(Time Delay Integration,TDI)探测器被广泛应用于弱光成像和航天遥感等领域,这种探测器能够在保持空间分辨率和平台运行速度的条件下有效提高探测器的等效积分时间,提高系统成像质量和探测率.近年来,红外数字域TDI探测器因具有动态范围大、积分级数连续可调和高帧频等优点而受到越来越多的关注和研究.通过对红外数字域TDI技术进行原理分析和数字系统设计,结合国产640×8中波红外数字域TDI探测器设计成像系统进行性能的分析及验证,重点研究了红外数字域TDI探测/成像系统的盲元补偿、非均匀校正、像元调整、时间延迟累加和过采样等关键技术,为未来红外数字域TDI探测器在空间遥感中的应用提供了技术支持.     

TDI型红外探测器在机载侦察设备中的应用

TDI型红外探测器作为第二代红外探测器,具有比其他类型传感器更高的温度灵敏度,可适应更大的扫描成像视场.将TDI型红外探测器应用于机载侦察系统,即能实现大扫描视场、高空间分辨率的图像要求,又能在适应较快飞行速度的情况下,保持较高的温度灵敏度.为保证缩短飞机的滞空时间提供了技术支持.     

线列型读出电路奇偶相互影响问题研究

线列型探测器适用于扫描成像系统,能够满足高速移动物体成像需求。同时,为了提高像元响应均匀性和信噪比,该类型读出电路通常会采用TDI(time delay integration)结构。而随着应用需求的提升,线列规模也不断发展。阵列规模的增加、像元间距的减小带来线列电路一系列共有问题,其中一项便是奇偶像元相互影响。表现在实际应用中为奇偶通道输出差异和奇偶像元在成像时出现拖影现象。本文针对该现象,深入的研究、分析和定位产生这些现象的原因,并采取一系列相应的措施减轻和消除这些现象,提高扫描成像质量。     

扫描型探测器光敏元尺寸设计研究

针对国外进口长波4×288扫描型探测器,通过分析其光敏元在扫描过程中探测到的图像像素信号强度和相邻图像像素信号的混叠影响,给出了探测器光敏元尺寸与探测器焦平面上图像像素尺寸之间的相互关系,为新型扫描型探测器阵列光敏元尺寸设计、成像积分时间占空比设计提供了参考.     

开窗高帧频下红外面阵数字TDI实现方式研究

开窗功能是当前面阵红外探测器的一个重要功能,该功能的一个重要特点就是可以大幅度提高探测帧频。本文从理论上论述了高帧频对面阵数字TDI探测系统的影响,研究了高帧频数字TDI实现方式:(1)高帧频可以增加探测器系统扫描速度的上限;(2)在高帧频TDI的工作状态下更容易实现速度的匹配;(3)在扫描列数设定较高的情况下,高帧频数字TDI可以根据所开窗口像元的实际响应情况来选择TDI的起始列和级数,以选择质量较高的TDI图像。用国产中波红外探测器搭建了红外成像平台,进行了高帧频数字TDI成像实验,验证了高帧频数字TDI实现方式的可行性。     

红外焦平面探测器辐射非均匀性校正方法

大面阵红外焦平面探测器的应用日趋广泛,而面阵的不断增大会导致很多不可避免的成像误差,对最终成像效果有较大影响,有必要对其进行校正。在红外焦平面探测器输出信号参数的测试中,针对圆形冷屏限制的红外焦平面分析比较了两种辐射非均匀性校正方法,一种方法为建立光敏元立体角的数学模型,用SolidWorks和MATLAB等软件求出这些立体角从而得到校正因子;另一种方法为从光敏元的视场角ω′出发,按辐射光照度以cos4ω′衰减的规律进行校正。以320×320红外焦平面探测器为例,从面阵中选取均匀性较好的若干行作为样本,对其测试数据进行校正。分析表明,两种方法校正后的曲线较为平直,但第二种方法的校正效果比较理想,可见视场角校正法对数据的非均匀性有较大改善。因此,为了真实地反映探测器的非均匀性,需要对像元辐射通量进行校正。     

线列TDI型红外探测器组件坏元替代方法

国产线列TDI型红外探测器组件在红外系统中的应用越来越广泛,但由于加工材料和制造工艺等因素的影响,探测器组件存在坏元,将造成图像质量下降,图像灰度分布失真,进而影响红外系统的性能。本文介绍了576×6线列TDI型红外探测器组件的读出电路坏元替代方法,采用该方法可进行线列TDI型红外探测器组件通道内的坏元替代,提高图像质量。     

512×8中波TDI红外探测器成像系统设计

针对TDI型红外探测在各个领域的重要作用,设计并实现了一个中波TDI红外扫描成像系统。该扫描成像系统采用国产512×8元线列MCT(碲镉汞)焦平面列阵、自行研制的光学系统和一维角度扫描系统。当探测器在300K黑体的照射下,积分时间为500 s时,整个成像系统的平均噪声等效温差(NETD)约为0.3K。实验结果表明该系统能够满足设计要求。     

红外焦平面探测器响应非线性的测定

提出了一种定量红外焦平面探测器响应非线性的实验方法。通过实验获得探测器输出电压与辐射到光敏元上的辐射通量数据，进而进行曲线拟合，得到了红外探测器的响应非线性曲线——“S型曲线”，并且尝试建立了它的非线性数学模型。基于这种非线性模型，提出了一种新的校正思路——基于光敏元响应非线性的非均匀校正方法。这种校正思路较现有的温度定标校正算法更忠实于光敏元的真实特性，因而能达到更高校正精度。计算机仿真结果表明，根据响应非线性曲线进行校正的精度能提高到两点校正算法的3倍左右。     

不同结构红外光导探测器组件光串分析

红外探测器组件作为目标探测和成像系统的核心器件,其空间分辨能力直接影响着探测系统的成像质量。评估探测器组件空间分辨能力时,常使用调制传递函数(MTF),而探测器组件光学串音是影响探测器组件MTF的主要因素。介绍了一套弥散斑直径为30 m的红外小光点测试系统,并用于测试不同结构红外探测器组件的线扩散函数(LSF)来评价组件的光学串音。测试结果表明:叠层电极结构侧面存在的光响应会导致LSF展宽和次峰等现象,该结果为红外探测器组件光学串音设计提供了参考。     

甚高灵敏度红外探测器读出电路实现方法研究

随着红外焦平面技术的不断发展,红外焦平面探测器应用领域越来越广泛,这对红外焦平面探测器灵敏度提出更高的要求。本文首先分析了传统TDI型读出电路的降噪原理,通过仿真、测试及理论分析论述了传统TDI型读出电路提高红外探测器灵敏度的局限性,并计算出传统TDI型红外探测器所能实现的最优NETD值为4.19 mK。随后分析了像素级数字化TDI型读出电路的噪声来源及如何降低各类噪声,通过仿真结果结合理论计算得出像素级数字化TDI型红外探测器在应用32级TDI时NETD可达到亚毫K级,能够实现甚高灵敏度红外探测器的需求。     

近红外256×1元InGaAs焦平面探测器无效像元研究

采用分子束外延方法生长的PIN型InP/InGaAs/InP双异质结材料制备了正照射256×1元近红外探测器,并与128×1奇偶两路读出电路互连,制备了近红外256×1元焦平面探测器.针对近红外InGaAs焦平面探测器中的无效像元问题,通过光学显微镜、扫描电镜和电学测试将无效像元进行分类,并分析了无效像元产生的原因.研...     

基于碲镉汞单元探测器的扫描式森林火灾预警系统设计

针对当前森林火灾实时预警困难的问题,分 析了碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)单元红外探测器 用于森林防火领域的可行性。利用MCT红外探测器灵敏度 高、功耗小、成本低的特性,设计了一种基于MCT单元探测器的全方位 扫描式森林防火预警系统。该系统由太阳能和风能提供电源,并由红外 探测器实现对森林火灾中红外辐射信号的采集、放大、处理和成图;通 过RS485总线和GPRS方式实时向上位机监测中心发送数据信息。当出现火情 时,该系统能够及时向森林消防人员发送预警信息,因此可起到及时将火灾消灭在 萌芽阶段的作用。本文系统可在不同的地理环境及气候条件下提供全天候、稳 定可靠的森林火灾预警服务。     

光学投影系统对SPRITE探测器MTF测试的影响

ＳＰＲＩＴＥ探测器是一种三引极ｎ型的ＨｇＣｄＴｅ光电导探测器,具有焦平面上的时间延迟积分（ＴＤＩ）功能,用于串扫和串并扫热成像系统。用建立在线性滤波理论基础上的调制传递函数（ＭＴＦ）评价、测试ＳＰＲＩＴＥ探测器的空间分辨能力,已有不少研究论文报道,但都忽略了测试用光学投影系系统对探测器ＭＴＦ测试的影响。除了光学镜头的传递特性外,光学投影系统中所特有的扫描部件的运动效应也较大程度上影响着探测器ＭＴＦ     

长波碲镉汞集成偏振探测器的设计

红外探测器已经得到了广泛的应用,近年来,对红外探测器的探测、识别能力提出了更高的要求,迫切需要红外探测器进行创新发展。随着微电子工艺的快速进步,使多种功能的芯片集成在红外探测器上成为可能,也为红外探测器进行创新提供了基础。本文介绍了偏振探测功能在长波碲镉汞探测器上的集成设计、相应的设计验证结果以及成像试验情况,这些工作的介绍为集成红外探测器的开发提供了良好的借鉴。     

一种基于定标的红外图像非均匀性分区域校正算法

红外探测器的非均匀性问题直接影响红外成像质量和测量精度。地基红外辐射测量系统对远距离飞行目标进行成像时往往不能占满全靶面区域。为提高图像质量,提出了一种基于定标的非均匀性分区域校正算法。以靶面大小为640×512的制冷型中波红外探测器为实验对象,基于黑体定标的两点校正法,采用全靶面校正算法及本文算法进行了验证。结果表明,当成像区域小于全靶面的1/3时,分区域非均匀性校正后非均匀性误差低于0.002%。与全靶面非均匀性校正算法相比,此校正算法使非均匀度进一步降低了30%至75%不等,非均匀性误差的下降率大于30%。采用本文算法后,各区域的非均匀度进一步下降,校正目视效果进一步提高。因此该校正方法具有一定的工程应用价值。