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.     

中波红外与长波红外推扫成像性能分析

基于长线阵中波红外和长波红外探测器的推扫成像技术,是实现高空间分辨率和高温度分辨率卫星对地观测的技术途径之一。随着长线阵红外探测器的发展,该技术受到高度关注,并已在一些领域得到应用。介绍了中波红外和长波红外谱段成像特点以及基于长线阵中波红外和长波红外探测器的卫星推扫成像技术发展现状。重点根据中波红外和长波红外谱段的波长、温度为300 K 目标的辐射强度以及光学系统和探测器参数,分析了它们的成像性能,包括调制传递函数(MTF)、地面像元分辨率(GSD)和噪声等效温差(NETD)。对于常温目标,在积分时间足够长的情况下,保持相同的MTF,中波红外比长波红外推扫成像可实现更高的空间分辨率和温度分辨率。结合分析结果,对充分发挥这两个谱段的成像性能提出了建议。     

双色中波红外成像融合技术的研究进展

双色中波红外成像是红外多波段探测研究的重要分支,以双色中波成像及其图像处理为线索,按照"探测—成像—融合"的思路,从双色中波探测器研制、探测成像应用、成像特性分析和图像融合4个方面分析了双色中波红外成像融合技术的研究现状,指出了双色中波图像融合研究中存在的问题及其原因,提出了在双色中波红外图像差异特征形成机理研究基础上,探索差异特征驱动的多级融合方法、融合工程化及建立新的图像融合评价方法的发展思路。     

一种改进的凝视焦平面探测器亚像元成像处理算法

利用光学微扫描和亚像元成像处理技术,实现亚像元成像系统是当前提高光电成像系统空间分辨率的重要技术途径.本文在分析二维凝视焦平面探测器的亚像元成像和重构原理的基础上,提出了一种改进的基于二维2×2微扫描的亚像元成像处理方法,解决了边界精确标定法的标定以及边界值近似法的误差问题.模拟分析表明:算法可有效实现亚像元成像,且处理工作量小,易于实现实时处理,可望在可见光和红外亚像元成像领域获得应用,算法对于发展高性能热成像系统具有重要的理论指导意义和实用价值.     

红外多元串并扫体制的形成

六十年代以来,随着红外探测器从单元往多元发展,红外系统的探测灵敏度和空间分辨率得到成十倍和数十倍的提高。红外系统运用多元探测器,标志红外技术发生了质的变化。其工作体制和使用单元探测器的系统有很大不同。多元红外系统采用什么扫描体制,是人们多年来一直在研究的课题。多元红外系统扫描体制和红外探测器、光机扫描机构以及信号处理技术有密切关系。多元红外系统从成像开始,随后扩展到跟踪、制导、遥感等方面,发展成为成像跟踪、成像制导、成像遥感技术。本文以红外成像系统为例,     

基于FPGA的红外图像非均匀性校正系统设计

红外成像技术在众多领域得到广泛应用,但设计和制造工艺存在的非均匀性现象严重降低了红外图像的成像质量。针对这一问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的红外图像校正系统。该系统采用两点校正法对某国产短波探测器的像元增益和偏置进行更新,然后利用3σ算法实现盲元点的检测并利用邻域替代的思想进行盲元校正,通过将盲元点周围的有效像元值按比例替代盲元像元来降低运算复杂度。在基于XC5VLX110T型FPGA的硬件系统上进行实验。结果表明,所设计的红外图像校正系统改善了图像的非均匀性,提高了成像质量且成像速度快。此外,丰富的余量资源使得系统具有较好的扩展性。该系统在红外图像处理方面具有一定的应用价值。     

运动平台红外凝视场景的仿真

对空间运动载体平台上的红外凝视探测器成像仿真是深空探测红外图像信息处理算法研究的基础性工作.在传统的场景仿真中,成像弥散、相机与目标的运动对图像的影响往往被忽略,为了对红外凝视成像系统所成场景进行合理仿真,在对红外凝视成像原理和探测器自身运动、探测目标运动的动力学方程进行分析后,分别对影响红外凝视成像效果的红外成像探测器探测距离、弥散现象、成像面积、自身运动和目标运动等因素进行推导和建模,得到了红外凝视成像系统目标作用距离、弥散圆能量分布,目标成像面积以及相机运动耦合的理论表达式以解决成像平台运动时目标成像高逼真度仿真的问题.最后进行了目标运动与探测器运动条件下的场景仿真.仿真图像表明了模型的有效性.     

128?128元双色红外探测器成像电路设计

介绍了针对128×128元双色碲镉汞红外焦平面探测器而设计的一种探测成像系统。该探测成像系统包括探测器适配、视频模拟信号调理、模数转换、非均匀校正以及数字图像输出模块等功能模块。结合光学系统和上位机图像记录软件,对该探测成像系统进行了相关成像试验及性能测试。目前,该探测成像系统已成功应用于红外导引系统。     

深空双波段红外动态场景仿真与目标分析

为了提高深空中红外探测器探测波段选择的效率以及反映目标真实的在轨状态,文中研究了空间目标动态红外图像的生成技术以及双波段红外图像的仿真。结合从STK获得的空间目标的运行轨迹和姿态数据以及从3DS MAX获得的目标模型数据提出了一种进行空间目标红外成像仿真的方法。首先分析了深空背景中目标的红外辐射特性以及目标在中波和长波两个波段中的辐射特性,为探测器波段参数的选择提供了依据;然后介绍了用节点网络法求解热平衡方程的方法并且简化了求解过程,提高了效率;最后阐述了空间目标红外成像系统的理论模型,实现了空间目标的红外可视化建模与仿真。仿真图像对新型系统的研制和红外图像处理算法的研究有重要的意义。     

中波红外集成偏振光栅结构参数对偏振性能影响仿真分析

中红外集成偏振焦平面探测技术将偏振探测技术与中波红外焦平面成像探测技术融合,通过异质集成的方式实现偏振光栅和探测器的单片集成,具有体积小、质量轻,机械稳定性高等优势,可实现多偏振方向的同时成像。像元级的亚波长金属光栅可实现不同偏振方向的高消光比,然而金属材料的选择、光栅的周期、占空比、厚度等参数均会影响偏振探测器的偏振性能。给出了亚波长金属光栅的理论分析,建立了中波红外集成偏振HgCdTe探测器的偏振性能仿真模型,对不同光栅参数对探测器偏振性能影响进行了仿真分析,确定了Al光栅周期200~400 nm,占空比0.5~0.7,厚度＞100 nm的参数选择。仿真分析得到在±14°入射角范围内,偏振消光比变化较小。同时,引入了Si基HgCdTe探测器,仿真分析了SiO₂增透膜厚度对偏振消光比的影响,确定了SiO₂最佳厚度在500 nm附近,对Si基和CdZnTe衬底集成偏振HgCdTe探测器的消光比进行比对,得出了Si基探测器偏振性能更优。仿真结果可为中波红外集成偏振HgCdTe探测器偏振光栅的设计提供理论指导和参考。